РЕФЕРАТ
ТЕМА:
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО
2008 г.
Много веков назад люди открыли особые свойства янтаря: при трении в нем возникает электрический заряд. В наши дни с помощью электричества мы имеем возможность смотреть телевизор, переговариваться с людьми на другом конце света, а также получать свет и тепло, лишь повернув для этого выключатель. Опыты с янтарем, то есть смолой хвойных деревьев, окаменевшей естественным образом, проводились еще древними греками. Они обнаружили, что если янтарь потереть, то он притягивает ворсинки шерсти, перья и пыль. Если сильно потереть, к примеру, пластмассовую расческу о волосы, то к ней начнут прилипать кусочки бумаги. А если потереть о рукав воздушный шарик, то он прилипнет к стене. При трении янтаря, пластмассы и ряда других материалов в них возникает электрический заряд. Само слово «электрический» происходит от латинского слова electrum, означающего «янтарь».
Вспышка молнии — одно из самых зрелищных проявлении электрического заряда, Молния возникает и результате большого скопления электрических зарядов и облаках, В середине XVIII века один из первых исследователей атмосферного электричества американский ученый Бенджамин Франклин провел очень опасный эксперимент, запустив в грозовое небо воздушного змея. Он хотел доказать, что молния — результат того же электрического заряда, что возникает при трении предметов друг о друга,
Если имеющие электрический заряд объекты притягивают и удерживают только очень легкие предметы, то магнит может удержать довольно тяжелые куски железа. По-этому издревле магниты применялись с пользой, например, в компасах.
Откуда берется электрический заряд?
Все атомы окружены облаком электронов, которые несут отрицательный (-) электрический заряд. Электроны движутся вокруг ядра. Ядро обладает таким же суммарным зарядом, как и все его электроны, но это заряд положительный (+). Обычно положительный и отрицательный заряды уравновешивают друг друга, и атом является электрически нейтральным. Но у некоторых веществ часть внешних электронов имеет довольно непрочные связи с их атомами. Иесли потереть два предмета друг о друга, то такие электроны могут освободиться и перекочевать на другой предмет. В результате этого перемещения у одного предмета электронов становится больше, чем должно быть, и он приобретает отрицательный (-) заряд. У второго предмета электронов становится меньше, так что он приобретает положительный (+) заряд. Заряды, формирующиеся подобным образом, называют иногда «электричеством трения», Какой из предметов приобретет положительный или отрицательный заряд, зависит от относительной легкости, с какой электроны передвигаются в поверхностных слоях двух предметов.
Если натереть шерстяной тряпкой полиэтиленовую леску, то она получит отрицательный заряд, а если натереть органическое стекло, то оно получит положительный заряд. В любом случае тряпка получит заряд, противоположный заряду натертого материала.
Электрические заряды влияют друг на друга. Положительный и отрицательный заряды притягиваются друг к другу, а два отрицательных или два положительных заряда отталкиваются друг от друга. Если поднести к предмету отрицательно заряженную леску, отрицательные заряды предмета переместятся на другой его конец, а положительные заряды, наоборот, переместятся поближе к леске. Положительные и отрицательные заряды лески и предмета притянут друг друга, и предмет прилипнет к леске. Этот процесс называется электростатической индукцией, и о предмете говорят, что он попадает в электростатическое поле лески.
Майкл Фарадей доказал, что, электричество трения и электрический ток — одно и то же. Он также доказал, что электрическое поле не может существовать внутри металлической клетки (теперь называемой клеткой Фарадея).
Гром и молния
Грозы обычно бывают летом в жаркую погоду; когда с поверхности земли горячие потоки воздуха насыщенные влагой, поднимаются вверх. Пока капли воды и кристаллы льда кружатся в воздушных потоках грозовых облаков, они заряжаются электричеством. Крошечные, положительно заряженные кристаллы льда движутся вверх, а отрицательно заряженные градинки собираются внизу облака.
Точно так же, как из-за электростатической индукции к заряженной леске притягиваются маленькие предметы, по той же причине и заряженное облако притягивается к земле. Отрицательный заряд на нижней стороне облака притягивается положительным зарядом на земле, и между ними возникает мощная искра (молния). Разряд молнии нагревает воздух и заставляет его расширяться, что сопровождается грохотом грома. Звук переносится по воздуху гораздо медленнее, чем свет, поэтому вначале мы видим вспышку, а потом слышим гром.
При трении металлы не только легко электризуются, но и очень хорошо проводят электричество. Поэтому если металлический предмет находится в руках человека, то заряд проходит и через тело человека. Электричество, возникающее при трении, чаще встречается у материалов, являющихся плохими проводниками, таких как стекло, резина, пластмасса, смола, Эти материалы называются изоляторами. Так как электричество по ним не передается, его называют статическим электричеством. Фарадей называл его также «обыкновенным» электричеством, однако в наши дни мы повсеместно используем электрический (движущийся) ток. Так что теперь скорее он стал «обыкновенным».
Электрический заряд
Если у вас подошва из резины или синтетического материала, и вы прошлись по ковру, то, прикоснувшись к металлической ручке двери, вы почувствуете легкий удар током. Эта означает, что ваше тело при трении подошв о ковер успело зарядиться электричеством,
Иногда человек испытывает удар током, выходя из машины и закрывая дверь. Вероятней всего, на нем шерстяная или хлопчатобумажная одежда, которая наэлектризовалась от синтетического сиденья машины. Если к тому же у него подошвы из резины или синтетики, которые являются изоляторами, то заряд может выйти только в момент прикосновения к металлической ручке. Чтобы избежать этого, можно попробовать дотронуться до чего-нибудь металлического еще внутри машины перед выходом. Тогда заряд уменьшится и неприятного удара не последует,
Настоящий удар током
Хотя описанные выше удары электрическим током и неприятны, они, тем не менее безопасны для человека. Но электрические заряды, возникающие в результате трения, в ряде случаев могут вызвать чрезвычайные ситуации. Были случаи, когда огромные супертанкеры взрывались в то время, когда их топливные цистерны промывались мощными водометами.Электрический заряд возникает при трении капель воды в струе водомета. Этот эффект сходен с эффектом от восходящего в грозовое облако воздушного потока с капельками воды. В подобных условиях, несмотря на влажную среду; могут вспыхнуть искры, что грозит возгоранием паров бензина, оставшихся в цистерне.
Самолеты тоже могут получить электрический заряд, если попадут в грозовое облако или при трении шасси о землю вовремя посадки.Раньше искры от скопившихся на поверхности самолёта электрических зарядов создавали угрозу взрыва. Однако теперь предпринимаются необходимые меры предосторожности. Например, покрышки шасси делают из электропроводящего материала. На концах крыльев самолета монтируются коронирующие (разрядные) электроды, и все электричество скапливается на концах крыльев и «распыляется».
Меры безопасности необходимы и при заправке топливом, потому что трение, возникающее в потоке бензина, вполне может вызвать сильный заряд. Поэтому бензонасосы делаются из железа.
Применение
Электричество, возникающее в результате трения, или статическое электричество, используется человеком самым разным образом. Частицы сажи, пепла и им подобных твердых веществ вместе с дымом выбрасываются многочисленными предприятиями в воздух, а затем возвращаются в виде осадков. Благодаря применению электростатических фильтров, устанавливаемых в трубах, приблизительно 98% твердых веществ можно задержать и удалить, пока они не попали в воздух. Этот процесс называется электростатическим пылеулавливанием. Ежегодно в США подобным образом предупреждается выброс в воздух 20 миллионов тонн сажи.При покраске автомобилей и воздушного транспортапользуются специальной системой распыления. Однако при этом каждый раз испаряется до 25% краски. Этого можно избежать, сообщив распыляемым частицам электрический потенциал. Наэлектризованные частицы краски начинают притягиваться к поверхности машины или самолета и лучше держатся. Экономия при эффективном использовании системы распыления превышает затраты на зарядное оборудование.
Та же самая техника используется и при нанесении порошковых покрытий. Наэлектризованное покрытие словно прилипает к металлу, а при нагревании поверхности порошковое покрытие образует тонкий неразрывный слой.
Электрический заряд и порошок используются также в ксероксах. На линзу отражается изображение текста или рисунка, которое надо скопировать. Этот черно-белый рисунок переносится на бумагу как рисунок из заряженных и нейтральных участков. Когда по бумаге рассеивается черный порошок, он притягивается исключительно к заряженным участкам. Затем под действием горячего воздуха порошок закрепляется на бумаге. Такая техника копирования называется ксерографией. Она также используется в факсимильных аппаратах.
Движущиеся заряды
При вспышке молнии образуется огромное количество энергии. Затем следует пауза, пока снова не накопится такой же сильный заряд и не вспыхнет новая молния. Представьте теперь, что можно накапливать и разряжать заряды без пауз. Получится постоянный поток зарядов, Таков, собственно, эффект батарейки — хотя при ее работе количество энергии несравнимо с молнией. На этом же принципе построена работа генераторов на электростанциях.
Если заряды движутся, их поток называют электрическим током. Для производства электрического тока необходим приток энергии. Обычно энергию получают в результате химических реакций (как в батарейках) или движения (генераторы). Кроме того, энергию можно получать непосредственно от солнечного света или теплового излучения. Это делается с помощью солнечных батарей, которые снабжают электроэнергией спутники и другое космическое оборудование.
Животное электричество
У животных и человека все процессы жизнедеятельности регулирует мозг, который получает и отсылает сигналы (нервные импульсы) по нервам. И для этого тоже требуется определенный заряд, хотя и очень небольшой. Однако некоторые животные накапливают такое количество электричества, которое способно парализовать или даже убить свою добычу. Например, электрический угорь генерирует разряд в 600 вольт, и этого вполне достаточно, чтобы убить рыбу или очень сильно ударить током человека,
Напряжение и ток
Приведенное ниже описание поможет вам лучше понять, что такое ток и электрическое напряжение.
Итак, есть две емкости, соединенные трубкой, и в одну емкость наливается вода. Вода наливается до тех пор, пока ее уровень не станет одинаковым в обеих емкостях. Если одну емкость приподнять над другой, то вода из одной емкости будет перетекать в другую, пока уровни опять не станут одинаковыми.
Чем больше разница в уровнях воды в двух емкостях, тем быстрее будет литься вода. Скорость, с какой переливается вода, аналогична скорости движения тока. С такой скоростью свободные электроны передвигаются в металлической проволоке.Разница в уровне воды сравнима с электрическим напряжением. Чем выше напряжение, тем сильнее поток электрического тока.
У батареек в фонариках и в портативных радиоприемниках напряжение колеблется от 1,5 до 9 вольт. Точная величина зависит от состава и количества элементов в батарейке. В бытовой электросети напряжение составляет от 100 до 240 вольт, в зависимости от местонахождения.
Источник тока
Первый химический источник тока был создан итальянским ученым Алессандро Вольта приблизительно в 1800 году. Во время одного из экспериментов он смочил лист промокательной бумаги в соленом растворе и поместил его между пластинами меди и цинка. Oн обнаружил, что при взаимодействии меди и цинка в соединяющей их проволоке образовывался электрический заряд. Это означало, что в ходе химической реакции электроны перемещались с пластинки меди на цинк. Единица электрического напряжения, способствовавшего появлению тока, была названо в честь ученого вольтом.
Для получения электрического тока большей силы необходимо большее напряжение. Вольта сделал конструкцию из чередующихся медных и цинковых пластин. При этом каждая их пара отделялась от следующей влажным кружком из картона. Эта конструкция получила название «вольтов столб».
Строго говоря, источником тока является конструкция из одной пластины каждого металла. Вольтов столб, по сути, был первой электрической батареей, сделанной руками человека. Однако в повседневной жизни мы называем «батарейками» все химические источники тока, независимо от того, состоят ли они из одного элемента или нескольких. Например, аккумулятор (12 вольт) составлен из 6 элементов по 2 вольта каждый. Батарейка в фонарике (1,5 вольта) является единым элементом.
Батареи
Существует огромное количество разных электрических батареи, но в их устройстве всегда присутствуют два фактора. Они обязательно состоят из двух разных химических элементов (например, цинка медь, уголь и медь, цинк и ртуть) и жидкости, их разделяющей (в элементе Вольты это был соляной раствор). Жидкость называется электролитом. Иногда электролит присутствует в виде пасты, чтобы избежать протечек.
Наличие разных химических элементов необходимо по той же причине, по какой при получении статического электричества путем трения используются разные материалы. В одном материале электроны движутся с большей свободой и поэтому имеют тенденцию перемещаться на другой материал. В электрическом элементе две пластины и жидкость между ними являются проводниками электричества. Электроны, «освобожденные» во время химической реакции, могут без конца перемещаться, было бы только пространство. Таким пространством становится электрическая цепь. Поток электронов может быть остановлен при разрыве цепи. В быту эту роль выполняет выключатель.
В батарейках, калькуляторах, портативных приемниках и слуховых аппаратах роль электролита выполняет влажная паста. Батарейки вырабатывают электричество, пока в них идет химическая реакция.
В недорогих батарейках один химический элемент представляет собой цинковую емкость, второй — угольный электрод. Со временем цинковая емкость расплавляется, поэтому наружная оболочка таких батареек плотно запечатывается, чтобы содержимое не вытекло и не испортило другие вещи, В долговечных щелочных батарейках те же химические элементы, но другой электролит. В маленьких круглых батарейках, используемых в часах, химические пластины сделаны из цинка и ртути или цинка и оксида серебра.
Некоторые батарейки можно перезаряжать, пропуская ток в обратном направлении. Обычно такие батарейки работают на никеле и кадмии. Элементы должны заряжаться только в специальном зарядном устройстве с правильным напряжением. Никогда не стоит пытаться зарядить обыкновенную батарейку. В аккумуляторах автомобилей и электрического транспорта содержится жидкость, поэтому они должны находиться только в вертикальном положении. Обычно они работают на свинце и свинцовом сурике и могут перезаряжаться много раз. Электролит чаще всею представляет собой разбавленную серную кислоту; поэтому они обычно запечатаны.
Электрические автомобили бесшумны и не загрязняют воздух (тем не менее, воздух загрязняют электростанции, снабжающие электричеством зарядные устройства). В настоящее время проводятся эксперименты по производству перезаряжаемых автомобильных аккумуляторов, которые по весу были бы легче существующих. Есть вероятность, что однажды появятся аккумуляторы с пластиковыми элементами.
Электричество и магнетизм
Заряженный предмет окружен электрическим полем, которое действует на окружающие предметы, — вспомним расческу и притягивающиеся к ней кусочки бумаги и пылинки. Магнит тоже окружен магнитным полем, которое можно увидеть, если поблизости есть металлические опилки. Некоторые характеристики электрического и магнитного полей похожи, другие отличаются. Вот несколько примеров.
Магнитные силы гораздо сильнее электрических. В то же время электрический заряд может перейти с одного тела или предмета на другой — явление, называемое индукцией, — и магнит распространяет свое действие на другой магнитный материал. Но зарядиться электричеством может все, магнитные же свойства передаются только телам, способным намагничиваться, таким как железо, сталь и некоторые сплавы.
Электрические заряды делятся па положительные и отрицательные, магнитные полюсы делятся на южный и северный. Однородные заряды отталкиваются, противоположные притягиваются: одинаковые магнитные полюсы тоже отталкиваются, а противоположные притягиваются. Однако северный и южный полюсы никогда не смогут существовать отдельно друг от друга. Если магнит сломать, то из слома образуется новый южный или новый северный полюс.
О ВЗАИМОДЕЙСТВИИ
Электричество и магнетизм тесно связаны друг с другом. Если пропустить электрический ток через скрученную проволоку, она приобретет свойства магнита. А если проволоку обернуть вокруг магнитного материала, то он также намагнитится. Но этому принципу устроен электромагнит.
Если магнитное поле проходит через витки проволоки и при этом как-то меняется (становится сильнее или слабее или сдвигается), то в них возникает ток. В свою очередь, ток возвращает магнитное поле в прежнее состояние за счет создания своего магнитного поля.
В устройстве электромоторов и генераторов используется описанное выше явление — ток создаст магнитное поле, а изменения в магнитном поле производят ток.
Это явление, открытое Фарадеем, используется также и в трансформаторах, которые служат для преобразования напряжения в энергоснабжающих системах и в электронном оборудовании — например, телевизорах и радиоприемниках. Трансформаторы работают на переменном токе, текущем в бытовой электросети, В отличие от тока в батарее переменный ток движется в двух направлениях — вперед-назад, вперед-назад, меняя направление со скоростью 50 раз и секунду, (В США, соответственно, 60).
Железный сердечник трансформатора имеет две обмотки медного провода, бегущий по одной из них переменный ток создает в сердечнике быстро меняющееся магнитное поле. Эго вызывает переменный ток во второй обмотке. Таким образом, энергия передается из одной обмотки в другую, хотя между ними и нет непосредственного контакта. Их связь исключительно магнитная.
Напряжение на выходе зависит от количества витком в каждой обмотке. Оно может быть больше входного напряжения или меньше. Хотя увеличение напряжения «подталкивает» заряды, их поток сокращается, то есть уменьшается сила тока. Когда электричество передается по высоковольтным проводам, трансформатор усиливает напряжение как раз, для того, чтобы уменьшить ток. Когда же электричество подводитьсяк домам, трансформатор снижает напряжение.
Моторы и генераторы
В простом электрическом моторе ток намагничивает обмотку, и ее витки притягиваются к полюсам магнита. Кроме того, в моторе установлен вращающийся переключатель, который автоматически меняет направление тока каждыепол-оборота.
Этот процесс действует и в обратном направлении: поворачивается проволока — и возникает напряжение. То есть мотор становится генератором.
www.ronl.ru
Реферат на тему:
Эта статья о физическом понятии. Существует также статья о музыкальном альбоме «Электричество».
Электри́чество — совокупность явлений, обусловленных существованием, взаимодействием и движением электрических зарядов[1]. Термин введён английским естествоиспытателем Уильямом Гилбертом в его сочинении «О магните, магнитных телах и о большом магните — Земле» (1600 год), в котором объясняется действие магнитного компаса и описываются некоторые опыты с наэлектризованными телами. Он установил, что свойством наэлектризовываться обладают и другие вещества[2].
Одним из первых электричество привлекло внимание греческого философа Фалеса в VII веке до н.э., который обнаружил, что потёртый о шерсть янтарь (др.-греч. ἤλεκτρον: электрон) приобретает свойства притягивать легкие предметы[3]. Однако долгое время знание об электричестве не шло дальше этого представления. В 1600 году появился сам термин электричество ("янтарность"), а в 1650 году магдебургский бургомистр Отто фон Герике создал электростатическую машину в виде насаженного на металлический стержень серного шара, которая позволила наблюдать не только эффект притягивания, но и эффект отталкивания[4]. В 1729 году англичанин Стивен Грей провел опыты по передаче электричества на расстояние, обнаружив, что не все материалы одинаково передают электричество[5]. В 1733 году француз Шарль Дюфе установил существование двух типов электричества стеклянного и смоляного, которые выявлялись при трении стекла о шелк и смолы о шерсть[6]. В 1745 г. голландец Питер ван Мушенбрук создает первый электрический конденсатор — Лейденская банка.
Первую теорию электричества создает американец Б. Франклин, который рассматривает электричество как "нематериальную жидкость", флюид («Опыты и наблюдения над электричеством», 1747 год). Он также вводит понятие положительного и отрицательного заряда, изобретает громоотвод и с его помощью доказывает электрическую природу молний[7]. Изучение электричества переходит в плоскость точной науки после открытия в 1785 году Закона Кулона.
Далее, в 1791 году, итальянец Гальвани публикует «Трактат о силах электричества при мышечном движении», в котором описывает наличие электрического тока в мышцах животных. Другой итальянец Вольта в 1800 г. изобретает первый источник постоянного тока — гальванический элемент, представляющий собой столб из цинковых и серебряных кружочков, разделенных смоченной в подсоленной воде бумагой[2]. В 1802 г. Василий Петров обнаружил вольтову дугу.
Майкл Фарадей — основоположник учения об электромагнитном поле
В 1820 год датский физик Эрстед на опыте обнаружил электромагнитное взаимодействие. Замыкая и размыкая цепь с током, он увидел колебания стрелки компаса, расположенной вблизи проводника. Французский физик Ампер в 1821 году установил, что связь электричества и магнетизма наблюдается только в случае электрического тока и отсутствует в случае статического электричества. Работы Джоуля, Ленца, Ома расширяют понимание электричества. Гаусс формулирует основную теорему теории электростатического поля (1830).
Опираясь на исследования Эрстеда и Ампера, Фарадей открывает явление электромагнитной индукции в 1831 год и создает на его основе первый в мире генератор электроэнергии, вдвигая в катушку намагниченный сердечник и фиксируя возникновение тока в витках катушки. Фарадей открывает электромагнитную индукцию (1831) и законы электролиза (1834), вводит понятие электрического и магнитного полей. Анализ явления электролиза привел Фарадея к мысли, что носителем электрических сил являются не какие-либо электрические жидкости, а атомы — частицы материи. «Атомы материи каким-то образом одарены электрическими силами» — утверждает он. Фарадеевские исследования электролиза сыграли принципиальную роль в становлении электронной теории. Фарадей создал и первый в мире электродвигатель — проволочка с током, вращающаяся вокруг магнита. Венцом исследований электромагнетизма явилась разработка английским физиком Д. К. Максвеллом теории электромагнитных явлений. Он вывел уравнения, связывающие воедино электрические и магнитные характеристики поля в 1873 год.
В 1880 году Пьер Кюри открывает пьезоэлектричество. В том же году Д. А. Лачинов показал условия передачи электроэнергии на большие расстояния. Герц экспериментально регистрирует электромагнитные волны (1888 год).
В 1897 году Джозеф Томсон открывает материальный носитель электричества - электрон, место которого в структуре атома указал впоследствии Эрнест Резерфорд.
В XX веке была создана теория Квантовой электродинамики. В 1967 год был сделан очередной шаг на пути изучения электричества. С. Вайнберг, А. Салам и Ш. Глэшоу постороили объединенную теорию электрослабых воздействий.
Электрический заряд - это свойство тел, оказывать воздействие на другие тела. Эти заряды разделяют на положительные и отрицательные. Одинаково заряженные тела отталкиваются, а противоположно заряженные - притягиваются. В последнем случае возникает электрическое напряжение и образуются свойства, позволяющие установить родство электричества и магнетизма в эффекте электромагнетизма (Фарадей, Максвелл). В структуре материи электрический заряд как свойство тел восходит к элементарным частицам, за которыми закрепилось представление, что электрон имеет отрицательный заряд, а протон и позитрон - положительный. Пространство, в рамках которого действует электрический заряд получило название электрического поля. Одной из особенностей электрического заряда является тот факт, что он способен передаваться посредством электрического тока.
Молния ночью в Денвере.
Ярким явлением электричества в природе служат молнии, электрическая природа которых была установлена в XVIII веке. Молнии издавна вызывали лесные пожары. По одной из версий именно молнии привели к первоначальному синтезу аминокислот и появлению жизни на земле (Эксперимент Миллера — Юри и Теория Опарина — Холдейна).
Для процессов в нервной системе человека и животных решающее значение имеет зависимость пропускной способности клеточной мембраны для ионов натрия от потенциала внутриклеточной среды. После повышения напряжения на клеточной мембране натриевый канал открывается на время порядка 0,1 — 1,0 мс., что приводит к скачкообразному росту напряжения, затем разность потенциалов на мембране снова возвращается к своему первоначальному значению. Описанный процесс кратко называется нервным импульсом. В нервной системе животных и человека информацию от одной клетки к другой передают нервные импульсы возбуждения длительностью около 1 мс. Нервное волокно представляет собой цилиндр, наполненный электролитом. Сигнал возбуждения передается без уменьшения амплитуды вследствие эффекта кратковременного увеличения проницаемости мембраны для ионов натрия.
Многие рыбы используют электричество для защиты и поиска добычи под водой. Разряды напряжения южноамериканского электрического угря могут достигать величины напряжения в 500 Вольт. Мощность разрядов электрического ската может достигать 0,5 кВт. Акулы, миноги, некоторые сомообразные используют электричество для поиска добычи. Электрический орган рыб работает с частотой несколько сотен герц и создает напряжение в несколько вольт. Электрическое поле улавливается электрорецепторами. Находящиеся в воде предметы искажают электрическое поле. По этим искажениям рыбы легко ориентируются в мутной воде[8].
Одной из первых попыталась осмыслить образ электричества Мэри Шелли в драме Франкенштейн, где оно предстает силой, с помощью которой можно оживлять трупы. В диснеевском мультфильме Чёрный Плащ существует повелевающий электричеством антигерой Мегавольт, а в японской анимации - электрический покемон (Пикачу).
Электрическая лампа
Начиная с XIX века электричество плотно входит в жизнь современной цивилизации. Электричество используют для освещения[9] (электрическая лампа) и передачи информации (телеграф, телефон, радио, телевидение), а также для приведения механизмов в движение (электродвигатель), что активно используется на транспорте[10] (трамвай, метро, троллейбус, электричка) и в бытовой технике (утюг, кухонный комбайн, стиральная машина, посудомоечная машина).
В целях получения электричества созданы оснащенные электрогенераторами электростанции, а для его хранения - аккумуляторы и электрические батареи.
Сегодня также электричество используют для получения материалов (электролиз), для их обработки (сварка, сверление, резка), умерщвления преступников (электрический стул) и создания музыки (электрогитара).
wreferat.baza-referat.ru
| Министерство общего и профессионального образования Свердловской области Управление образованием Муниципальное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа №7» 624356, г. Качканар, Свердловская область, 5а микрорайон, д.14а Тел.6-14-45 ИНН 6615006689Управление образования |
Тема: Электричество
| Автор: Меньших Иван Андреевич, учащийся 4В класса МОУ «Средняя общеобразовательная школа №7» Домашний адрес: 624356, г. Качканар , 10 мкр., д. 44, кв. 57 Контактный телефон (834341) 6-56-64 Свидетельство о рождении серия I-АИ № 525638, выдано 24.04.2000 г ЗАГС г.Качканар Руководитель: Багаева Алёна Анатольевна, учитель начальных классов МОУ «Средняя общеобразовательная школа №7» Домашний адрес: г.Качканар , 5а-6-121 Контактный телефон (834341)6-50-13 Паспорт 65 03 072693, выдан 21.06.2002 г., Качканарским ГОВД Свердловской области |
Содержание
Введение 3
Доисторическое электричество 4- 10
Становление теории электричества 11- 13
Понятие электрического тока. Его виды 14- 15
Электричество и магнетизм 16- 20
Проводники и диэлектрики 21- 22
Заключение 23
Список литературы 24
Приложение 25- 26
1. Введение.
Физика – это важная область науки, изучающая закономерности материального мира. Законы физики лежат в основе всего современного мира. Термин «физика» впервые появился в сочинениях одного из величайших мыслителей древности — Аристотеля. Первоначально термины «физика» и «философия» были синонимичны, поскольку и та и та отрасль науки пытаются объяснить законы Вселенной. Но всё же, физика занимает куда более важное место в современном мире.
В том году в нашем классе появился кружок физики. И уже в начале четвёртого класс мы начали изучать электричество. А что же такое электричество? В этом-то я и попытался разобраться.
Целью моей работы является изучение литературы об электричестве, и применить свои знания на практике.
Я поставил перед собой следующие задачи:
1.Узнать, когда появилось электричество.
2. Что такое электрический ток. Его виды, чем они отличаются.
3. Узнать что такое электромагнитные явления.
4.Что такое проводники и диэлектрики.
5.Как можно использовать эти знания для создания собственной электрической игрушки.
2.Доисторическое электричество.
Летом 1977 года был опубликован отчёт о результатах исследований содержимого 81 могилы на черноморском побережье Болгарии. Все они относились примерно к 4500 году до н.э., ко времени, когда достижения технической мысли в основном ограничивались деревянными или глинобитными хижинами, различными каменными орудиями и керамическими горшками. Это кладбище произвело такое впечатление на составлявшего его описание археолога, профессора Калифорнийского университета в Лос-Анжелесе литовского происхождения Марию Гимбутас, что она даже прибегла к редко встречающейся в академическом языке терминологии. "Могилы", - писала она, - "являются сенсационными по их необычайному богатству золотом, медью, мрамором, обсидианом, кремнем, различными полудрагоценными камнями и эгейскими раковинами, а также по свидетельствам технологических достижений, включая графит и позолоченную керамику". Вновь археологическое открытие подернулось флером исторической романтики - ведь речь могла идти о погибшей цивилизации, намного опередившей по развитию своё время, которая некогда процветала в сердце Европы.
Представляется, что "народ Караново" жил идиллической жизнью, характеризовавшейся благоденствием и равенством в одно и то же время (лишь в пяти из могил не было найдено богатой утвари), независимо и отлично от создателей мегалитов с одной стороны, и новых земледельцев и градостроителей Ближнего Востока - с другой. Наиболее примечательна в этом смысле могила богатого человека, похороненного с целым запасом золотых украшений - тремя золотыми ожерельями, шестью массивными золотыми браслетами (по три на каждую руку), двумя прямоугольными серьгами тонкой работы из золотой проволоки, шестью маленькими золотыми заколками для волос и различными золотыми дисками, которые когда-то были пришиты к одежде. У плеча погребённого лежал, по описанию Марии Гимбутас, каменный топор великолепной работы с рукояткой в золоте, а по другую сторону было положено медное копьё, древко которого было также в золотой оправе.
В последние годы подобные потрясающие открытия следуют буквально одно за другим. В начале 1977 года директор лондонского Института археометаллургических исследований профессор Бено Ротенберг объявил о находке в Израиле и Испании медных рудников и плавилен, относящихся к четвёртому тысячелетию до нашей эры. Это открытие, отодвинувшее установленное ранее время появления первых медных копий на целых две тысячи лет назад, означало, по его словам, "полный переворот в наших представлениях о древней технологии горного дела". Между тем, археологи Андриан Бошье и Пьер Бомон обнаружили на юге Африки следы разработок охры, умаляющие значение этих ближневосточных и европейских находок.
Исследования углеродистым методом, проведённые в Гронингенском университете в Голландии, показали, что один из добывающих комплексов активно использовался в период с 26 по 20 тысячелетие до нашей эры, а начал действовать, возможно, даже ранее 40000 года до н.э.! Возраст в 35-50 тысяч лет, установленный для костей с зарубками, найденные в другом месте добычи, "свидетельствует о способности человека этого давнего периода считать". С трудом веря в свои собственные открытия, учёные были вынуждены сделать вывод, что "истинное время начала разработок месторождений в Свазиленде - приблизительно 80-70 тысячелетие до н.э.". Такие открытия должны существенно повлиять на две группы учёных, исследующих доисторическую эпоху, которые окопались в разных лагерях. С одной стороны стоят ортодоксальные археологи, воспитанные в те времена, когда верить во что-либо, кроме постепенного распространения цивилизации с Ближнего Востока в годы, последовавшие за изобретением письменности примерно в 3000 году до н.э., считалось ересью.
Для этой постоянно сокращающейся команды и даже для тех, кто изменил свои взгляды и согласен с тем, что процессы развития цивилизации шли независимо в нескольких разных центрах, любые очень древние диковинки вроде табличек с письменами или громоотводов безоговорочно являются плодами либо мошенничества, либо неверного толкования, либо ошибок в определении возраста находок.
По другую сторону находятся экстравагантные писатели, имеющие склонность верить, что любая удивительная древность, будь то скульптурное изображение гигантской головы, пирамида или даже колесо - пример внезапного вмешательства и утраченной суперпередовой технологии, существовавшей в некое неопределённое стародавнее время. Для обеих групп новые открытия - поучительное напоминание о том, каких чудес человек может достичь самостоятельно, не прибегая к помощи странствующих египетских жрецов или созданий из космоса.
Одним из примеров тому служит древнее использование электричества. В июне 1936 года во время проведения под Багдадом земляных работ железнодорожные строители натолкнулись на древнюю могилу, закрытую каменной плитой. За следующие два месяца Иракским департаментом древностей была извлечена оттуда целая груда предметов, относящихся к Парсскому периоду (248 до н.э.- 226 гг. н.э) общим числом около 613 - бусин, глиняных фигурок, разных кирпичей и т.п. Но среди этих находок оказался предмет, представляющий необыкновенный интерес - медный цилиндр с железным стержнем, который немецкий археолог Вильгельм Кениг, возглавлявший в то время лабораторию Иракского музея, с большой долей вероятности идентифицировал как примитивную электрическую батарею.
Вернувшись в Германию, в Берлинский музей, он сопоставил находку с другими иракскими цилиндрами, стержнями и асфальтовыми пробками, которые все носили следы коррозии, словно были разъедены кислотой, и несколькими более тонкими железными и бронзовыми стержнями, найденными вместе с ними. Он пришёл к заключению, что конструкция использовалась для повышения напряжения (целых десять батарей параллельно соединялись), с непосредственной целью получения тока для гальванического покрытия прекрасных местных позолоченных и посеребренных ювелирных изделий.
Этот замечательный вывод привлёк к себе весьма слабое внимание по причинам, которые хранитель лондонского Музея науки химик и физик Уолтер Уинтон разъяснил, когда в 1962 году прибыл в Багдад для реорганизации Иракского музея, переводившегося в новые здания. "Скажите любому физику", - заметил он, - "что электрический ток использовался за 15 столетий до Гальвани и его лягушачьих лапок, и вы услышите в ответ: "Вздор! Смехотворная идея! Невозможно!" Такой была и моя собственная реакция, когда я впервые услышал об этом. Я отнёсся к этому с крайним подозрением. Ложное толкование фактов, мистификация, подделка, очередной ухмыляющийся пилтдауновский череп. Ведь если бы это было правдой, то должно было стать величайшей новостью во всей истории науки!"
Однако, увидев батарею, он сразу же признал в ней примитивный электрический элемент. Сегодня он говорит, что "не будучи археологом, я сразу же метнулся прямо в направлении простейшего научного решения. Я до сих пор не вижу, для чего ещё это могло бы использоваться, и если у кого-нибудь есть лучшие идеи на этот счёт, то мне о них не сообщалось. Для абсолютного подтверждения данной версии не хватало некоторых аксессуаров вроде соединительных проводов, и я посчитал важным обнародовать мою интерпретацию для того, чтобы археологи начали искать их помимо обычных содержащихся в захоронении знакомых им предметов. Действительно ли практические знания в области электричества столь немыслимы в тот период? Я уверен, что возможности древних людей значительно недооценены. Наверно, сама идея о невероятности этого просто укоренилась в умах неверящих, а надменная гордость современными научными достижениями мешает нам поверить, что действие электрического тока могло быть известно нашим месопотамским предкам 2000 лет назад".
В ходе двух экспериментов, проводившихся независимо один от другого в США с точными копиями элементов, каждая батарея давала в течение 18 дней ток напряжением 0,5 вольта. В качестве электролита применялись пятипроцентный раствор уксуса, вино или медный купорос. Известные в то время серная и лимонная кислота в равной степени хорошо обеспечивали работу батарей.
Несмотря на все разумные сомнения, именно таково, значит, и было их предназначение; и если ставить на точку зрения, что электричество в те времена действительно применялось, то сразу же возникает целый спектр новых возможностей. Золочение и серебрение существовали в Месопотамии ещё за 2000 лет, а в других местах, судя по новой болгарской находке, более чем за 4000 лет до того времени, к которому принадлежит батарея. Как давно использовалась техника гальванического покрытия? Является ли она первоосновой для древнего искусства алхимии, методов превращения неблагородных металлов в золото?
Вероятный ответ на это - утвердительный. Точно так же, внешне сумасбродное предположение, что египетские строители пирамид пользовались электрическим освещением, теперь не кажется столь уж умозрительным. Здесь существует настоящая загадка, подмеченная в 19 веке сэром Норманом Локаэром. В глубине пирамид, в полной темноте на твёрдом камне были выгравированы замысловатые изображения, выполненные в мельчайших подробностях. Совершенно очевидно, что художникам нужно было какое-то освещение. Однако следов копоти, которые оставили бы даже хорошо отрегулированные факелы и масляные лампы, обычно использовавшиеся в ту пору, на стенах не видно. Может быть, они пользовались фонарями на батареях?
На стенах гробницы Дендеры выгравированы изображения приспособлений, странным образом напоминающих электроизоляторы и электрические светильники, и хотя физические остатки их прототипов пока ещё не найдены, редкий археолог, наверно, как и в случае с багдадскими батареями, признал бы их предназначение в случае, если бы они были обнаружены. Другие странные вещи, относящиеся к позднему периоду древней истории, о которых часто говорится в фантастической литературе, также свидетельствуют о практическом опыте в области применения технических наук. Деревянные флагштоки примерно тридцатиметровой высоты, покрытые медной оболочкой, устанавливавшиеся перед египетскими храмами, служили, согласно их описанию, сделанному в 320 году до н.э., в период царствования Птолемеев, для того, чтобы "срезать молнию с неба".
Модель планера из Саккары, места строительства первой ступенчатой пирамиды, вероятно относящееся к тому же времени, что и громоотводы, имеет размах крыльев 18 сантиметров и свидетельствует об определённом уровне познаний в области аэродинамики. Однако куда более сомнительным представляется то, что она является уменьшенной масштабной моделью крупного летательного аппарата. В большинстве комментариев она сравнивается с проектами самолёта Леонардо да Винчи, которые при их теоретической осуществимости никогда на практике реализованы не были. Возле острова Антикитера аквалангистами были найдены изъеденные коррозией детали какого-то металлического устройства, которые после их очистки оказались сложной системой циферблатов и шестерёнок, относящейся к 65 году до н.э. Её назначение было разгадано в 1959 году, когда Дерек де Солла Прайс из расположенного в Принстоне, штат Нью-Джерси, доказал что это - разновидность аналогового компьютера, использовавшегося для облегчения астрономических расчётов. В "Сайнтифик америкен" он отметил, что "немного страшно осознавать, что древние греки, перед самым закатом их великой цивилизации, так близко подошли к нашему времени не только в своём мышлении, но и в своей научной технологии".
Такие находки (а их, несомненно, было бы больше, если бы вёлся активный поиск) не влекут за собой необходимость полностью переписать историю науки, в связи с ними скорее возникает вопрос о переоценке, присущей человеку гениальности. Однако, как истинные аномалии в области изобретательности, они имеют большое значение для следующей темы спорных открытий, относящихся к ранней письменности. Если древние люди методом проб и ошибок смогли понять, как использовать электричество и догадаться о природе полётов аппаратов тяжелее воздуха, кто мы такие, чтобы устанавливать пределы их возможностей в других сферах, какими бы неправдоподобными они поначалу ни казались?
3.Становление теории Электричества.
Впервые на электрический заряд обратил внимание Фалес Милетский за 600 лет до н. э. Он обнаружил, что янтарь, потёртый о шерсть, приобретает свойства притягивать легкие предметы (пушинки, кусочки бумаги). Позже это использовалось для чистки от пыли одежды, для которой было критично любое повреждение краски. Считалось, что таким свойством обладает только янтарь.
Но только после становления физики как экспериментальной науки, заложенной Галилео Галилеем, это явление стало изучаться как средство для исследования и использования свойств физических тел.
Термин «электричество» введён английским естествоиспытателем, лейб-медиком королевы Елизаветы Тюдор, Уильямом Гилбертом в его сочинении «О магните, магнитных телах и о большом магните — Земле», в котором объясняется действие магнитного компаса, и описываются некоторые опыты с наэлектризованными телами. Он установил, что свойством наэлектризовываться обладают и другие вещества.
В 1729 г. английский учёный Стивен Грей обнаружил разделение тел на проводники электрического тока и изоляторы.
Вскоре его коллега Роберт Симмер, наблюдая за электризацией своих шёлковых чулок, пришёл к выводу, что электрические явления обусловлены тем, что электричество представлено двумя взаимодополняющими субстанциями, свойства которых стали обозначать понятием «заряд», различая положительный и отрицательный заряд тел. Данные субстанции разделяются при трении тел друг о друга, что и вызывает электризацию этих тел, то есть электризация — это накопление на теле заряда одного типа, причём заряды одного знака отталкиваются, а заряды разного знака притягиваются друг к другу и компенсируются при соединении, делая тело нейтральным .
Понятие о положительном и отрицательном заряде ввёл немецкий естествоиспытатель Георг Кристоф Лихтенберг, по версии США Бенджамин Франклин, который также обнаружил электрическую природу молний и изобрёл молниеотвод.
Первая теоретическая работа с попыткой теоретически объяснить электрические явления, была написана американским физиком Б. Франклином в 1747 г. Он предположил существование электрической жидкости, которая входит в качестве составной части во всякую материю. Наличие двух видов электричества он связывал с существованием двух типов жидкостей — «положительной» и «отрицательной». Обнаружив, что при трении друг о друга стекло и шелк электризуются по-разному, Франклин сделал вывод, что положительные и отрицательные заряды появляются одновременно и в равных количествах. Теория Франклина предполагала одновременное существование трех физических сущностей — материи, положительной и отрицательной электрических жидкостей. Электричество у Франклина существовало независимо от материи. Именно Франклин первым высказал важнейшее предположение об атомарной, зернистой природе электричества: «Электрическая материя состоит из частичек, которые должны быть чрезвычайно мелкими».
М. В. Ломоносов предположил существование «нечувствительной материи вне электризованного тела, которая и производит это действие», предугадав тем самым современное понятие электрического поля
В 1745 г. был создан первый электрический конденсатор — Лейденская банка. Гальвани открыл биологические эффекты электричества.
Итальянский ученый Вольта в 1800 г. изобрёл первый источник постоянного тока — гальванический элемент, разрешив тем самым многовековые трудности в исследовании электричества. Это был столб из цинковых и серебряных кружочков, разделенных смоченной в подсоленной воде бумагой
В 1802 г. Василий Петров обнаружил вольтову дугу. Работы Джоуля, Ленца, Ома по изучению электрического тока. Гаусс формулирует основную теорему теории электростатического поля (1830).
Фарадей открывает электромагнитную индукцию (1831) и законы электролиза (1834), вводит понятие электрического и магнитного полей. Анализ явления электролиза привел Фарадея к мысли, что носителем электрических сил являются не какие-либо электрические жидкости, а атомы — частицы материи. «Атомы материи каким-то образом одарены электрическими силами» — утверждает он. Фарадеевские исследования электролиза сыграли принципиальную роль в становлении электронной теории
Электри́ческий ток — упорядоченное нескомпенсированное движение электрически заряженных частиц, например, под воздействием электрического поля. Такими частицами могут являться: в проводниках — электроны, в электролитах — ионы (катионы и анионы), в полупроводниках — электроны и дырки (электронно-дырочная проводимость).
Электрический ток широко используется в энергетике для передачи энергии на расстоянии.
В медицине электрический ток используют в реанимации, для лечения психических заболеваний, особенно депрессии, электростимуляции определённых областей головного мозга. Электрические разряды применяются для лечения таких заболеваний, как болезнь Паркинсона и эпилепсия, также для электрофореза. Водитель ритма, стимулирующий сердечную мышцу импульсным током, используют при брадикардии.
Исторически принято, что направление тока совпадает с направлением движения положительных зарядов в проводнике. При этом, если единственными носителями тока являются отрицательно заряженные частицы (например, электроны в металле), то направление тока противоположно направлению движения электронов.
Скорость направленного движения частиц в проводниках зависит от материала проводника, массы и заряда частиц, окружающей температуры, приложенной разности потенциалов и составляет величину, намного меньшую скорости света. Несмотря на это, скорость распространения собственно электрического тока равна скорости света, то есть скорости распространения фронта электромагнитной волны.
Различают постоянный (англ. direct current, DC — постоянный ток) и переменный (англ. alternating current, AC — переменный ток) ток.
Переменный ток — это ток, направление и величина которого меняется во времени. Среди переменных токов основным является ток, величина которого изменяется по синусоидальному закону. В этом случае потенциал каждого конца проводника изменяется по отношению к потенциалу другого конца проводника попеременно с положительного на отрицательный и наоборот, проходя при этом через все промежуточные потенциалы (включая и нулевой потенциал). В результате возникает ток, непрерывно изменяющий направление: при движении в одном направлении он возрастает, достигая максимума, именуемого амплитудным значением, затем спадает, на какой-то момент становится равным нулю, потом вновь возрастает, но уже в другом направлении и также достигает максимального значения, спадает, чтобы затем вновь пройти через ноль, после чего цикл всех изменений возобновляется.Время, за которое происходит один такой цикл (время, включающее изменение тока в обе стороны), называется периодом переменного тока. Количество периодов, совершаемое током за единицу времени, носит название частота. Частота измеряется в герцах, один герц соответствует одному периоду в секунду.
Переменный ток высокой частоты вытесняется на поверхность проводника, этот эффект называется скин-эффектом.
5.1 С проявлениями электричества и магнетизма в природе человечество знакомо с древних времён. В старину электрические явления в виде молнии и грома вызывали людей жуткий страх. Позднее мы научились использовать электричество для своих нужд. А магнетизм, некогда не более чем диковинное явление, сегодня играет одну из важнейших ролей в гигантских генераторах, обеспечивающих нас энергией. Самое впечатляющее из них – молнии – мгновенный разряд атмосферного электричества. Свойство натёртого шерстью янтаря притягивать ворсинки, волосы и пёрышки было известно ещё древним грекам. В обиходе они использовали янтарные палочки, которыми собирали пыль с одежды. Древние народы хорошо знали и магнитный камень, который притягивал железо. Этот удивительный камень одарял своей силой железные предметы, т.е. намагничивал их. Издавна люди догадались, что намагниченной железной иглой можно пользоваться как указателем севера и юга.
Некоторые ткани сильно электризуются, когда пошитую из них одежду снимают через голову. Иногда заряд бывает настолько мощный, что можно услышать треск электрических искр, а в темном помещении - даже увидеть их. Эти искры представляют собой молнию в миниатюре и, подобно последней, возникают в результате резкого электрического разряда. Во время грозы наэлектризованное облако разряжается, при этом выделяется огромное количество энергии в виде света и тепла. Свет воспринимается нами как вспышки молнии, а тепловой поток вызывает внезапное, взрывоподобное расширение окружающего воздуха - и мы слышим раскаты грома. Все окружающие нас объекты содержат миллионы электрических зарядов, состоящих из частиц, находящихся внутри атомов - основы всей материи. Центральная часть, или ядро, большинства атомов включает два вида частиц: нейтроны и протоны. Нейтроны не имеют электрического заряда, в то время как протоны несут в себе положительный заряд. Вокруг ядра вращаются еще одни частицы - электроны, имеющие отрицательный заряд. Как правило, каждый атом имеет одинаковое количество протонов и электронов, чьи равные по величине, но противоположные заряды уравновешивают друг друга. В результате мы не ощущаем никакого заряда, а вещество считается незаряженным. Однако, если мы каким-либо образом нарушим это равновесие, то данный объект будет обладать общим положительным или отрицательным зарядом в зависимости от того, каких частиц в нем останется больше - протонов или электронов.
5.2 Заниматься серьёзно электромагнитными явлениями учёные начали лишь с 17 века. Потребовалось немало времени, чтобы найти правильные объяснения природе электричества. В то время эксперименты проводились со статическими зарядами. Основы электростатики заложил французский учёный Шарль Огюстен Кулон. Им были получены экспериментальные результаты, имеющие фундаментальное значение. Они позволили проводить количественные исследования электрических явлений. Но неподвижные электрические заряды редко используются на практике. Для того, чтобы заставить электрические заряды служить людям, нужно привести их в движение – создать электрический ток.
20 марта 1800 года итальянский учёный Алессандро Вольта сообщил, что им найден постоянно действующий источник электричества, который впоследствии получил название «Вольтов столб». Это была конструкция, собранная из круглых медных и цинковых пластинок, разделённых друг от друга сукном, пропитанным кислотой. Вольтов столб высотою в полметра развивал напряжение, чувствительное для человека. Вольтов столб стал источником, поддерживающим перемещение электрических зарядов по проволоке, соединяющей его полюсы, и позволил вести систематическое изучение электрических токов.
Общий признак электрического тока – его влияние на магнитную стрелку – обнаружил датский физик Ханс Кристиан Эрстед в 1820 году. При замыкании провода, который соединял полюса вольтова столба, магнитная стрелка, расположенная рядом, отклонялась от своего направления. Эрстед установил и подтвердил связь электричества и магнетизма. Проводник с током создаёт вокруг себя не только электрическое, но и магнитное поле. Число опытов, которые обнаруживали магнитные свойства электрического тока, текущего по проводам, быстро увеличивалось. Физики Доминик Араго и Андре Ампер провели следующий опыт: изготовили спираль из проволоки, в её центр поместили воткнутую в бумажку иглу и пропустили по проволоке электрический ток. Результат эксперимента превзошли все ожидания. У проволочной спирали обнаружились северный и южный полюсы, как у постоянного магнита. Более того, две таких спирали притягивались и отталкивались, как магниты. Так был изобретён соленоид - катушка с проходящим по ней током. Соленоид был первым электромагнитом, созданным человеком.
5.3 Задача превращения электричества в магнетизм была решена. Встала другая задача – превратить магнетизм в электричество. Решение этой задачи принадлежит английскому физику Майклу Фарадею. В 1831 году Фарадей получил электрический ток в проволоке под влиянием магнетизма и назвал открытое им явление электромагнитной индукцией. Опыт состоял в следующем. На железном кольце было установлено две проволочные катушки. В первой электрический ток возникал при подключении её к источнику питания. Обмотка второй катушки была соединена с концами медной проволоки, образуя замкнутый контур. Наличие электрического тока в проводнике обнаруживалось по отклонению магнитной стрелки вблизи проводника во время замыкания и размыкания цепи. Эксперимент показал, что изменяющееся во времени электрическое поле порождает изменяющееся магнитное поле, а изменяющееся магнитное поле тока возбуждает в замкнутом проводнике электрический ток. С открытий Эрстеда, Араго и Ампера человечество вступило в новую эпоху – эпоху электротехники.
5.4 После открытия и исследования явления электромагнитной индукции стала очевидной возможность создать генератор, который сможет преобразовывать механическую энергию в энергию электрическую. Для получения тока в замкнутом витке проволоки нужно либо перемещать магнит относительно витка проволоки, либо перемещать виток проволоки относительно магнита. Первый в мире генератор построил Фарадей, он был оригинальным, но очень сложным по принципу действия и неудобным для практического использования. Другой, сконструированный им генератор был устроен следующим образом: рамка проводника вращалась между неподвижными полюсами магнита. Её концы соединялись с двумя кольцами на оси вращения рамки, а к кольцам при помощи скользящих контактов подключалась электрическая цепь. Такой генератор вырабатывал переменный по величине и направлению ток, но пока мог служить только для проведения лабораторных экспериментов.
5.5 Трудом поколений изобретателей были созданы удачные конструкции электрогенераторов. К восьмидесятым годам 19 века конструкция машины-генератора была приведена к её современному виду (использование электромагнитов и барабанного якоря) и с тех пор практически не изменялась. Оставалось только найти способ, как без промежуточных устройств приводить во вращение с большим числом оборотов ротор генератора. На помощь пришло старинное водяное колесо, которое на протяжении многих веков обеспечивало людей энергией, преобразовывая энергию текущей воды в механическую. Но потребовались существенные усовершенствования, чтобы водяное колесо превратилось в современную водяную турбину. В наше время значительное количество электроэнергии вырабатывается на гидроэлектростанциях. Но основными двигателями роторов электрогенераторов являются всё же паровые турбины, устанавливаемые на тепловых и атомных электростанциях.
5.6 Изобретение электрогенератора изменило весь уклад жизни человечества. Электрическая энергия обладает огромными преимуществами перед другими видами энергии. Её можно передавать по проводам на огромные расстояния со сравнительно малыми потерями и удобно распределять между потребителями. Эту энергию с помощью достаточно простых устройств легко превратить в любые другие формы: механическую, внутреннюю (нагревание тел), энергию света и т. д.
Без электрической энергии невозможен технический прогресс на современном этапе цивилизации. Подавляющее большинство технических средств механизации и автоматизации (оборудование, приборы, ЭВМ), радио, телевидение имеют электрическую основу. Особенно широкое применение электрическая энергия получила для привода в действие электрических двигателей
Вещества, позволяющие току проходить через них, называются проводниками. Металлы и графит, а также обычная разновидность углерода являются хорошими проводниками электричества. К материалам, которые обычно не проводят электричество, относятся янтарь, нефть, воск, стекло, бумага и пластмасса. Такие материалы называются диэлектриками.
Хорошими проводниками электрического тока являются металлы. Из 105 химических элементов лишь двадцать пять являются неметаллами, причём двенадцать элементов могут проявлять полупроводниковые свойства. Но кроме элементарных веществ существуют тысячи химических соединений, сплавов или композиций со свойствами проводников, полупроводников или диэлектриков. Чёткую границу между значениями удельного сопротивления различных классов материалов провести достаточно сложно. Например, многие полупроводники при низких температурах ведут себя подобно диэлектрикам. В то же время диэлектрики при сильном нагревании могут проявлять свойства полупроводников. Качественное различие состоит в том, что для металлов проводящее состояние является основным, а для полупроводников и диэлектриков — возбуждённым.
Развитие радиотехники потребовало создания материалов, в которых специфические высокочастотные свойства сочетаются с необходимыми физико-механическими параметрами. Такие материалы называют высокочастотными. Для понимания электрических, магнитных и механических свойств материалов, а также причин старения нужны знания их химического и фазового состава, атомной структуры и структурных дефектов.
7. Заключение
Изучив литературу по данной теме, я узнал, когда появились первые упоминания об электричестве, как происходило становление теории электричества, узнал известных учёных- физиков и их открытия в этой области. Более подробно познакомился с физическим явлением – магнетизм, для чего он нужен человечеству. Ведь обычная карусель, на которой мы катаемся, построена по законам физики. Я никогда об этом не задумывался.
Электрические схемы состоят из элементов, каждый из которых имеет своё условное обозначение, например: кружок с крестиком внутри это лампочка, батарейка выглядит так, что у неё два луча смотрят в противоположные стороны, провод выглядит прямой линией, а ключ выглядит так, что у него есть прямая линия с замыкающим элементом. Электрические схемы нужны, для того чтобы мастерить игрушки, и другие изделия.
Электричество – волшебная сила, которая помогает человеку делать разную полезную работу: варить обед на плите, гладить одежду утюгом, подниматься на лифте, добираться домой и на работу поездом, трамваем или троллейбусом... Как и всякая сила, электричество может быть опасным и даже смертельным. Обращаться с ним нужно очень осторожно и умело. Все эксперименты с электричеством, как бы мы ни были любопытны, отложим до урока физики, там нас правильно научат обращаться с электричеством.
Тем не менее, в заключении я решил попробовать свои знания на практике , пользуясь изученной литературой, изучив схему простой электрической цепи, собрал в подарок родителям гирлянду, состоящую из нескольких звеньев [фотографию прилагаю].
8. Список литературы.
1. Базиев Д.Х. Электричество Земли. Коммерческие технологии 1997
2. Демков В.П., Третьякова О.Н. Физика. Молекулярная физика. Тепловые явления. Электричество и магнетизм. МАИ 19993. Матвеев А.Н. Электричество и магнетизм. Высшая школа 1983
4. Мякишев Г. Я. Электродинамика. Москва, 1989.
Издательство: Додэка – XXI 2011. Москва.
7. /referat-15862.html
8. /2/221/278010.html
9. Приложение
Электрическая схема.
По электрическим схемам делают электрические игрушки и другие изделия.
Электрические часы 
Электрическая сирена
refdb.ru
РЕФЕРАТ
ТЕМА:
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО
2008 г.
Много веков назад люди открыли особые свойства янтаря: при трении в нем возникает электрический заряд. В наши дни с помощью электричества мы имеем возможность смотреть телевизор, переговариваться с людьми на другом конце света, а также получать свет и тепло, лишь повернув для этого выключатель. Опыты с янтарем, то есть смолой хвойных деревьев, окаменевшей естественным образом, проводились еще древними греками. Они обнаружили, что если янтарь потереть, то он притягивает ворсинки шерсти, перья и пыль. Если сильно потереть, к примеру, пластмассовую расческу о волосы, то к ней начнут прилипать кусочки бумаги. А если потереть о рукав воздушный шарик, то он прилипнет к стене. При трении янтаря, пластмассы и ряда других материалов в них возникает электрический заряд. Само слово "электрический" происходит от латинского слова electrum, означающего "янтарь".
Вспышка молнии - одно из самых зрелищных проявлении электрического заряда, Молния возникает и результате большого скопления электрических зарядов и облаках, В середине XVIII века один из первых исследователей атмосферного электричества американский ученый Бенджамин Франклин провел очень опасный эксперимент, запустив в грозовое небо воздушного змея. Он хотел доказать, что молния - результат того же электрического заряда, что возникает при трении предметов друг о друга,
Если имеющие электрический заряд объекты притягивают и удерживают только очень легкие предметы, то магнит может удержать довольно тяжелые куски железа. По-этому издревле магниты применялись с пользой, например, в компасах.
Откуда берется электрический заряд?
Все атомы окружены облаком электронов , которые несут отрицательный (-) электрический заряд. Электроны движутся вокруг ядра. Ядро обладает таким же суммарным зарядом, как и все его электроны, но это заряд положительный (+) . Обычно положительный и отрицательный заряды уравновешивают друг друга, и атом является электрически нейтральным. Но у некоторых веществ часть внешних электронов имеет довольно непрочные связи с их атомами. Иесли потереть два предмета друг о друга, то такие электроны могут освободиться и перекочевать на другой предмет. В результате этого перемещения у одного предмета электронов становится больше, чем должно быть, и он приобретает отрицательный (-) заряд. У второго предмета электронов становится меньше, так что он приобретает положительный (+) заряд. Заряды, формирующиеся подобным образом, называют иногда «электричеством трения», Какой из предметов приобретет положительный или отрицательный заряд, зависит от относительной легкости, с какой электроны передвигаются в поверхностных слоях двух предметов.
Если натереть шерстяной тряпкой полиэтиленовую леску, то она получит отрицательный заряд, а если натереть органическое стекло, то оно получит положительный заряд. В любом случае тряпка получит заряд, противоположный заряду натертого материала.
Электрические заряды влияют друг на друга. Положительный и отрицательный заряды притягиваются друг к другу, а два отрицательных или два положительных заряда отталкиваются друг от друга. Если поднести к предмету отрицательно заряженную леску, отрицательные заряды предмета переместятся на другой его конец, а положительные заряды, наоборот, переместятся поближе к леске. Положительные и отрицательные заряды лески и предмета притянут друг друга, и предмет прилипнет к леске. Этот процесс называется электростатической индукцией, и о предмете говорят, что он попадает в электростатическое поле лески.
Майкл Фарадей доказал, что, электричество трения и электрический ток - одно и то же. Он также доказал, что электрическое поле не может существовать внутри металлической клетки (теперь называемой клеткой Фарадея).
Гром и молния
Грозы обычно бывают летом в жаркую погоду; когда с поверхности земли горячие потоки воздуха насыщенные влагой, поднимаются вверх. Пока капли воды и кристаллы льда кружатся в воздушных потоках грозовых облаков, они заряжаются электричеством. Крошечные, положительно заряженные кристаллы льда движутся вверх, а отрицательно заряженные градинки собираются внизу облака.
Точно так же, как из-за электростатической индукции к заряженной леске притягиваются маленькие предметы, по той же причине и заряженное облако притягивается к земле. Отрицательный заряд на нижней стороне облака притягивается положительным зарядом на земле, и между ними возникает мощная искра (молния). Разряд молнии нагревает воздух и заставляет его расширяться, что сопровождается грохотом грома. Звук переносится по воздуху гораздо медленнее, чем свет, поэтому вначале мы видим вспышку, а потом слышим гром.
При трении металлы не только легко электризуются, но и очень хорошо проводят электричество. Поэтому если металлический предмет находится в руках человека, то заряд проходит и через тело человека. Электричество, возникающее при трении, чаще встречается у материалов, являющихся плохими проводниками, таких как стекло, резина, пластмасса, смола, Эти материалы называются изоляторами. Так как электричество по ним не передается, его называют статическим электричеством. Фарадей называл его также «обыкновенным» электричеством, однако в наши дни мы повсеместно используем электрический (движущийся) ток. Так что теперь скорее он стал «обыкновенным».
Электрический заряд
Если у вас подошва из резины или синтетического материала, и вы прошлись по ковру, то,прикоснувшись к металлической ручке двери, вы почувствуете легкий удар током. Эта означает, что ваше тело при трении подошв о ковер успело зарядиться электричеством,
Иногда человек испытывает удар током, выходя из машины и закрывая дверь. Вероятней всего, на нем шерстяная или хлопчатобумажная одежда, которая наэлектризовалась от синтетического сиденья машины. Если к тому же у него подошвы из резины или синтетики, которые являются изоляторами, то заряд может выйти только в момент прикосновения к металлической ручке. Чтобы избежать этого, можно попробовать дотронуться до чего-нибудь металлического еще внутри машины перед выходом. Тогда заряд уменьшится и неприятного удара не последует,
Настоящий удар током
Хотя описанные выше удары электрическим током и неприятны, они, тем не менее безопасны для человека. Но электрические заряды, возникающие в результате трения, в ряде случаев могут вызвать чрезвычайные ситуации. Были случаи, когда огромные супертанкеры взрывались в то время, когда их топливные цистерны промывались мощными водометами.Электрический заряд возникает при трении капель воды в струе водомета. Этот эффект сходен с эффектом от восходящего в грозовое облако воздушного потока с капельками воды. В подобных условиях, несмотря на влажную среду; могут вспыхнуть искры, что грозит возгоранием паров бензина, оставшихся в цистерне.
Самолеты тоже могут получить электрический заряд, если попадут в грозовое облако или при трении шасси о землю вовремя посадки.Раньше искры от скопившихся на поверхности самолёта электрических зарядов создавали угрозу взрыва. Однако теперь предпринимаются необходимые меры предосторожности. Например, покрышки шасси делают из электропроводящего материала. На концах крыльев самолета монтируются коронирующие (разрядные) электроды, и все электричество скапливается на концах крыльев и «распыляется».
Меры безопасности необходимы и при заправке топливом, потому что трение, возникающее в потоке бензина, вполне может вызвать сильный заряд. Поэтому бензонасосы делаются из железа.
Применение
Электричество, возникающее в результате трения, или статическое электричество, используется человеком самым разным образом. Частицы сажи, пепла и им подобных твердых веществ вместе с дымом выбрасываются многочисленными предприятиями в воздух, а затем возвращаются в виде осадков. Благодаря применению электростатических фильтров, устанавливаемых в трубах, приблизительно 98% твердых веществ можно задержать и удалить, пока они не попали в воздух. Этот процесс называется электростатическим пылеулавливанием. Ежегодно в США подобным образом предупреждается выброс в воздух 20 миллионов тонн сажи.При покраске автомобилей и воздушного транспортапользуются специальной системой распыления. Однако при этом каждый раз испаряется до 25% краски. Этого можно избежать, сообщив распыляемым частицам электрический потенциал. Наэлектризованные частицы краски начинают притягиваться к поверхности машины или самолета и лучше держатся. Экономия при эффективном использовании системы распыления превышает затраты на зарядное оборудование.
Та же самая техника используется и при нанесении порошковых покрытий. Наэлектризованное покрытие словно прилипает к металлу, а при нагревании поверхности порошковое покрытие образует тонкий неразрывный слой.
Электрический заряд и порошок используются также в ксероксах. На линзу отражается изображение текста или рисунка, которое надо скопировать. Этот черно-белый рисунок переносится на бумагу как рисунок из заряженных и нейтральных участков. Когда по бумаге рассеивается черный порошок, он притягивается исключительно к заряженным участкам. Затем под действием горячего воздуха порошок закрепляется на бумаге. Такая техника копирования называется ксерографией. Она также используется в факсимильных аппаратах.
Движущиеся заряды
При вспышке молнии образуется огромное количество энергии. Затем следует пауза, пока снова не накопится такой же сильный заряд и не вспыхнет новая молния. Представьте теперь, что можно накапливать и разряжать заряды без пауз. Получится постоянный поток зарядов, Таков, собственно, эффект батарейки - хотя при ее работе количество энергии несравнимо с молнией. На этом же принципе построена работа генераторов на электростанциях.
Если заряды движутся, их поток называют электрическим током. Для производства электрического тока необходим приток энергии. Обычно энергию получают в результате химических реакций (как в батарейках) или движения (генераторы). Кроме того, энергию можно получать непосредственно от солнечного света или теплового излучения. Это делается с помощью солнечных батарей, которые снабжают электроэнергией спутники и другое космическое оборудование.
Животное электричество
У животных и человека все процессы жизнедеятельности регулирует мозг, который получает и отсылает сигналы (нервные импульсы) по нервам. И для этого тоже требуется определенный заряд, хотя и очень небольшой. Однако некоторые животные накапливают такое количество электричества, которое способно парализовать или даже убить свою добычу. Например, электрический угорь генерирует разряд в 600 вольт, и этого вполне достаточно, чтобы убить рыбу или очень сильно ударить током человека,
Напряжение и ток
Приведенное ниже описание поможет вам лучше понять, что такое ток и электрическое напряжение.
Итак, есть две емкости, соединенные трубкой, и в одну емкость наливается вода. Вода наливается до тех пор, пока ее уровень не станет одинаковым в обеих емкостях. Если одну емкость приподнять над другой, то вода из одной емкости будет перетекать в другую, пока уровни опять не станут одинаковыми.
Чем больше разница в уровнях воды в двух емкостях, тем быстрее будет литься вода. Скорость, с какой переливается вода, аналогична скорости движения тока. С такой скоростью свободные электроны передвигаются в металлической проволоке.Разница в уровне воды сравнима с электрическим напряжением. Чем выше напряжение, тем сильнее поток электрического тока.
У батареек в фонариках и в портативных радиоприемниках напряжение колеблется от 1,5 до 9 вольт. Точная величина зависит от состава и количества элементов в батарейке. В бытовой электросети напряжение составляет от 100 до 240 вольт, в зависимости от местонахождения.
Источник тока
Первый химический источник тока был создан итальянским ученым Алессандро Вольта приблизительно в 1800 году. Во время одного из экспериментов он смочил лист промокательной бумаги в соленом растворе и поместил его между пластинами меди и цинка. Oн обнаружил, что при взаимодействии меди и цинка в соединяющей их проволоке образовывался электрический заряд. Это означало, что в ходе химической реакции электроны перемещались с пластинки меди на цинк. Единица электрического напряжения, способствовавшего появлению тока, была названо в честь ученого вольтом.
Для получения электрического тока большей силы необходимо большее напряжение. Вольта сделал конструкцию из чередующихся медных и цинковых пластин. При этом каждая их пара отделялась от следующей влажным кружком из картона. Эта конструкция получила название «вольтов столб».
Строго говоря, источником тока является конструкция из одной пластины каждого металла. Вольтов столб, по сути, был первой электрической батареей, сделанной руками человека. Однако в повседневной жизни мы называем "батарейками" все химические источники тока, независимо от того, состоят ли они из одного элемента или нескольких. Например, аккумулятор (12 вольт) составлен из 6 элементов по 2 вольта каждый. Батарейка в фонарике (1,5 вольта) является единым элементом.
Батареи
Существует огромное количество разных электрических батареи, но в их устройстве всегда присутствуют два фактора. Они обязательно состоят из двух разных химических элементов (например, цинка медь, уголь и медь, цинк и ртуть) и жидкости, их разделяющей (в элементе Вольты это был соляной раствор). Жидкость называется электролитом. Иногда электролит присутствует в виде пасты, чтобы избежать протечек.
Наличие разных химических элементов необходимо по той же причине, по какой при получении статического электричества путем трения используются разные материалы. В одном материале электроны движутся с большей свободой и поэтому имеют тенденцию перемещаться на другой материал. В электрическом элементе две пластины и жидкость между ними являются проводниками электричества. Электроны, «освобожденные» во время химической реакции, могут без конца перемещаться, было бы только пространство. Таким пространством становится электрическая цепь. Поток электронов может быть остановлен при разрыве цепи. В быту эту роль выполняет выключатель.
В батарейках, калькуляторах, портативных приемниках и слуховых аппаратах роль электролита выполняет влажная паста. Батарейки вырабатывают электричество, пока в них идет химическая реакция.
В недорогих батарейках один химический элемент представляет собой цинковую емкость, второй - угольный электрод. Со временем цинковая емкость расплавляется, поэтому наружная оболочка таких батареек плотно запечатывается, чтобы содержимое не вытекло и не испортило другие вещи, В долговечных щелочных батарейках те же химические элементы, но другой электролит. В маленьких круглых батарейках, используемых в часах, химические пластины сделаны из цинка и ртути или цинка и оксида серебра.
Некоторые батарейки можно перезаряжать, пропуская ток в обратном направлении. Обычно такие батарейки работают на никеле и кадмии. Элементы должны заряжаться только в специальном зарядном устройстве с правильным напряжением. Никогда не стоит пытаться зарядить обыкновенную батарейку. В аккумуляторах автомобилей и электрического транспорта содержится жидкость, поэтому они должны находиться только в вертикальном положении. Обычно они работают на свинце и свинцовом сурике и могут перезаряжаться много раз. Электролит чаще всею представляет собой разбавленную серную кислоту; поэтому они обычно запечатаны.
Электрические автомобили бесшумны и не загрязняют воздух (тем не менее, воздух загрязняют электростанции, снабжающие электричеством зарядные устройства). В настоящее время проводятся эксперименты по производству перезаряжаемых автомобильных аккумуляторов, которые по весу были бы легче существующих. Есть вероятность, что однажды появятся аккумуляторы с пластиковыми элементами.
Электричество и магнетизм
Заряженный предмет окружен электрическим полем, которое действует на окружающие предметы, - вспомним расческу и притягивающиеся к ней кусочки бумаги и пылинки. Магнит тоже окружен магнитным полем, которое можно увидеть, если поблизости есть металлические опилки. Некоторые характеристики электрического и магнитного полей похожи, другие отличаются. Вот несколько примеров.
Магнитные силы гораздо сильнее электрических. В то же время электрический заряд может перейти с одного тела или предмета на другой - явление, называемое индукцией, - и магнит распространяет свое действие на другой магнитный материал. Но зарядиться электричеством может все, магнитные же свойства передаются только телам, способным намагничиваться, таким как железо, сталь и некоторые сплавы.
Электрические заряды делятся па положительные и отрицательные, магнитные полюсы делятся на южный и северный. Однородные заряды отталкиваются, противоположные притягиваются: одинаковые магнитные полюсы тоже отталкиваются, а противоположные притягиваются. Однако северный и южный полюсы никогда не смогут существовать отдельно друг от друга. Если магнит сломать, то из слома образуется новый южный или новый северный полюс.
О ВЗАИМОДЕЙСТВИИ
Электричество и магнетизм тесно связаны друг с другом. Если пропустить электрический ток через скрученную проволоку, она приобретет свойства магнита. А если проволоку обернуть вокруг магнитного материала, то он также намагнитится. Но этому принципу устроен электромагнит.
Если магнитное поле проходит через витки проволоки и при этом как-то меняется (становится сильнее или слабее или сдвигается), то в них возникает ток. В свою очередь, ток возвращает магнитное поле в прежнее состояние за счет создания своего магнитного поля.
В устройстве электромоторов и генераторов используется описанное выше явление - ток создаст магнитное поле, а изменения в магнитном поле производят ток.
Это явление, открытое Фарадеем, используется также и в трансформаторах, которые служат для преобразования напряжения в энергоснабжающих системах и в электронном оборудовании - например, телевизорах и радиоприемниках. Трансформаторы работают на переменном токе, текущем в бытовой электросети, В отличие от тока в батарее переменный ток движется в двух направлениях - вперед-назад, вперед-назад, меняя направление со скоростью 50 раз и секунду, (В США, соответственно, 60).
Железный сердечник трансформатора имеет две обмотки медного провода, бегущий по одной из них переменный ток создает в сердечнике быстро меняющееся магнитное поле. Эго вызывает переменный ток во второй обмотке. Таким образом, энергия передается из одной обмотки в другую, хотя между ними и нет непосредственного контакта. Их связь исключительно магнитная.
Напряжение на выходе зависит от количества витком в каждой обмотке. Оно может быть больше входного напряжения или меньше. Хотя увеличение напряжения «подталкивает» заряды, их поток сокращается, то есть уменьшается сила тока. Когда электричество передается по высоковольтным проводам, трансформатор усиливает напряжение как раз, для того, чтобы уменьшить ток. Когда же электричество подводитьсяк домам, трансформатор снижает напряжение.
Моторы и генераторы
В простом электрическом моторе ток намагничивает обмотку, и ее витки притягиваются к полюсам магнита. Кроме того, в моторе установлен вращающийся переключатель, который автоматически меняет направление тока каждыепол-оборота.
Этот процесс действует и в обратном направлении: поворачивается проволока - и возникает напряжение. То есть мотор становится генератором.
www.yurii.ru
Министерство общего и профессионального образования Свердловской области
Управление образованием
Муниципальное общеобразовательное
учреждение «Средняя общеобразовательная
школа №7» 624356, г. Качканар, Свердловская область, 5а микрорайон, д.14а
Тел.6-14-45
ИНН 6615006689Управление образования
Тема: Электричество
Автор:
^ Меньших Иван Андреевич,
учащийся 4В класса МОУ «Средняя общеобразовательная школа №7»
Домашний адрес: 624356, г. Качканар ,
10 мкр., д. 44, кв. 57
Контактный телефон (834341) 6-56-64
Свидетельство о рождении серия I-АИ № 525638, выдано 24.04.2000 г ЗАГС г.Качканар
Руководитель:
Багаева Алёна Анатольевна,
учитель начальных классов
МОУ «Средняя общеобразовательная школа №7»
Домашний адрес: г.Качканар , 5а-6-121
Контактный телефон (834341)6-50-13
Паспорт 65 03 072693, выдан 21.06.2002 г.,
Качканарским ГОВД Свердловской области
Содержание
Введение 3
Доисторическое электричество 4- 10
Становление теории электричества 11- 13
Понятие электрического тока. Его виды 14- 15
Электричество и магнетизм 16- 20
Проводники и диэлектрики 21- 22
Заключение 23
Список литературы 24
Приложение 25- 26
1. Введение.
Физика – это важная область науки, изучающая закономерности материального мира. Законы физики лежат в основе всего современного мира. Термин «физика» впервые появился в сочинениях одного из величайших мыслителей древности — Аристотеля. Первоначально термины «физика» и «философия» были синонимичны, поскольку и та и та отрасль науки пытаются объяснить законы Вселенной. Но всё же, физика занимает куда более важное место в современном мире.
В том году в нашем классе появился кружок физики. И уже в начале четвёртого класс мы начали изучать электричество. А что же такое электричество? В этом-то я и попытался разобраться.
^ Целью моей работы является изучение литературы об электричестве, и применить свои знания на практике.
Я поставил перед собой следующие задачи:
1.Узнать, когда появилось электричество.
2. Что такое электрический ток. Его виды, чем они отличаются.
3. Узнать что такое электромагнитные явления.
4.Что такое проводники и диэлектрики.
5.Как можно использовать эти знания для создания собственной электрической игрушки.
2.Доисторическое электричество.
Летом 1977 года был опубликован отчёт о результатах исследований содержимого 81 могилы на черноморском побережье Болгарии. Все они относились примерно к 4500 году до н.э., ко времени, когда достижения технической мысли в основном ограничивались деревянными или глинобитными хижинами, различными каменными орудиями и керамическими горшками. Это кладбище произвело такое впечатление на составлявшего его описание археолога, профессора Калифорнийского университета в Лос-Анжелесе литовского происхождения Марию Гимбутас, что она даже прибегла к редко встречающейся в академическом языке терминологии. "Могилы", - писала она, - "являются сенсационными по их необычайному богатству золотом, медью, мрамором, обсидианом, кремнем, различными полудрагоценными камнями и эгейскими раковинами, а также по свидетельствам технологических достижений, включая графит и позолоченную керамику". Вновь археологическое открытие подернулось флером исторической романтики - ведь речь могла идти о погибшей цивилизации, намного опередившей по развитию своё время, которая некогда процветала в сердце Европы.
Представляется, что "народ Караново" жил идиллической жизнью, характеризовавшейся благоденствием и равенством в одно и то же время (лишь в пяти из могил не было найдено богатой утвари), независимо и отлично от создателей мегалитов с одной стороны, и новых земледельцев и градостроителей Ближнего Востока - с другой. Наиболее примечательна в этом смысле могила богатого человека, похороненного с целым запасом золотых украшений - тремя золотыми ожерельями, шестью массивными золотыми браслетами (по три на каждую руку), двумя прямоугольными серьгами тонкой работы из золотой проволоки, шестью маленькими золотыми заколками для волос и различными золотыми дисками, которые когда-то были пришиты к одежде. У плеча погребённого лежал, по описанию Марии Гимбутас, каменный топор великолепной работы с рукояткой в золоте, а по другую сторону было положено медное копьё, древко которого было также в золотой оправе.
В последние годы подобные потрясающие открытия следуют буквально одно за другим. В начале 1977 года директор лондонского Института археометаллургических исследований профессор Бено Ротенберг объявил о находке в Израиле и Испании медных рудников и плавилен, относящихся к четвёртому тысячелетию до нашей эры. Это открытие, отодвинувшее установленное ранее время появления первых медных копий на целых две тысячи лет назад, означало, по его словам, "полный переворот в наших представлениях о древней технологии горного дела". Между тем, археологи Андриан Бошье и Пьер Бомон обнаружили на юге Африки следы разработок охры, умаляющие значение этих ближневосточных и европейских находок.
Исследования углеродистым методом, проведённые в Гронингенском университете в Голландии, показали, что один из добывающих комплексов активно использовался в период с 26 по 20 тысячелетие до нашей эры, а начал действовать, возможно, даже ранее 40000 года до н.э.! Возраст в 35-50 тысяч лет, установленный для костей с зарубками, найденные в другом месте добычи, "свидетельствует о способности человека этого давнего периода считать". С трудом веря в свои собственные открытия, учёные были вынуждены сделать вывод, что "истинное время начала разработок месторождений в Свазиленде - приблизительно 80-70 тысячелетие до н.э.". Такие открытия должны существенно повлиять на две группы учёных, исследующих доисторическую эпоху, которые окопались в разных лагерях. С одной стороны стоят ортодоксальные археологи, воспитанные в те времена, когда верить во что-либо, кроме постепенного распространения цивилизации с Ближнего Востока в годы, последовавшие за изобретением письменности примерно в 3000 году до н.э., считалось ересью.
Для этой постоянно сокращающейся команды и даже для тех, кто изменил свои взгляды и согласен с тем, что процессы развития цивилизации шли независимо в нескольких разных центрах, любые очень древние диковинки вроде табличек с письменами или громоотводов безоговорочно являются плодами либо мошенничества, либо неверного толкования, либо ошибок в определении возраста находок.
По другую сторону находятся экстравагантные писатели, имеющие склонность верить, что любая удивительная древность, будь то скульптурное изображение гигантской головы, пирамида или даже колесо - пример внезапного вмешательства и утраченной суперпередовой технологии, существовавшей в некое неопределённое стародавнее время. Для обеих групп новые открытия - поучительное напоминание о том, каких чудес человек может достичь самостоятельно, не прибегая к помощи странствующих египетских жрецов или созданий из космоса.
Одним из примеров тому служит древнее использование электричества. В июне 1936 года во время проведения под Багдадом земляных работ железнодорожные строители натолкнулись на древнюю могилу, закрытую каменной плитой. За следующие два месяца Иракским департаментом древностей была извлечена оттуда целая груда предметов, относящихся к Парсскому периоду (248 до н.э.- 226 гг. н.э) общим числом около 613 - бусин, глиняных фигурок, разных кирпичей и т.п. Но среди этих находок оказался предмет, представляющий необыкновенный интерес - медный цилиндр с железным стержнем, который немецкий археолог Вильгельм Кениг, возглавлявший в то время лабораторию Иракского музея, с большой долей вероятности идентифицировал как примитивную электрическую батарею.
Вернувшись в Германию, в Берлинский музей, он сопоставил находку с другими иракскими цилиндрами, стержнями и асфальтовыми пробками, которые все носили следы коррозии, словно были разъедены кислотой, и несколькими более тонкими железными и бронзовыми стержнями, найденными вместе с ними. Он пришёл к заключению, что конструкция использовалась для повышения напряжения (целых десять батарей параллельно соединялись), с непосредственной целью получения тока для гальванического покрытия прекрасных местных позолоченных и посеребренных ювелирных изделий.
Этот замечательный вывод привлёк к себе весьма слабое внимание по причинам, которые хранитель лондонского Музея науки химик и физик Уолтер Уинтон разъяснил, когда в 1962 году прибыл в Багдад для реорганизации Иракского музея, переводившегося в новые здания. "Скажите любому физику", - заметил он, - "что электрический ток использовался за 15 столетий до Гальвани и его лягушачьих лапок, и вы услышите в ответ: "Вздор! Смехотворная идея! Невозможно!" Такой была и моя собственная реакция, когда я впервые услышал об этом. Я отнёсся к этому с крайним подозрением. Ложное толкование фактов, мистификация, подделка, очередной ухмыляющийся пилтдауновский череп. Ведь если бы это было правдой, то должно было стать величайшей новостью во всей истории науки!"
Однако, увидев батарею, он сразу же признал в ней примитивный электрический элемент. Сегодня он говорит, что "не будучи археологом, я сразу же метнулся прямо в направлении простейшего научного решения. Я до сих пор не вижу, для чего ещё это могло бы использоваться, и если у кого-нибудь есть лучшие идеи на этот счёт, то мне о них не сообщалось. Для абсолютного подтверждения данной версии не хватало некоторых аксессуаров вроде соединительных проводов, и я посчитал важным обнародовать мою интерпретацию для того, чтобы археологи начали искать их помимо обычных содержащихся в захоронении знакомых им предметов. Действительно ли практические знания в области электричества столь немыслимы в тот период? Я уверен, что возможности древних людей значительно недооценены. Наверно, сама идея о невероятности этого просто укоренилась в умах неверящих, а надменная гордость современными научными достижениями мешает нам поверить, что действие электрического тока могло быть известно нашим месопотамским предкам 2000 лет назад".
В ходе двух экспериментов, проводившихся независимо один от другого в США с точными копиями элементов, каждая батарея давала в течение 18 дней ток напряжением 0,5 вольта. В качестве электролита применялись пятипроцентный раствор уксуса, вино или медный купорос. Известные в то время серная и лимонная кислота в равной степени хорошо обеспечивали работу батарей.
Несмотря на все разумные сомнения, именно таково, значит, и было их предназначение; и если ставить на точку зрения, что электричество в те времена действительно применялось, то сразу же возникает целый спектр новых возможностей. Золочение и серебрение существовали в Месопотамии ещё за 2000 лет, а в других местах, судя по новой болгарской находке, более чем за 4000 лет до того времени, к которому принадлежит батарея. Как давно использовалась техника гальванического покрытия? Является ли она первоосновой для древнего искусства алхимии, методов превращения неблагородных металлов в золото?
Вероятный ответ на это - утвердительный. Точно так же, внешне сумасбродное предположение, что египетские строители пирамид пользовались электрическим освещением, теперь не кажется столь уж умозрительным. Здесь существует настоящая загадка, подмеченная в 19 веке сэром Норманом Локаэром. В глубине пирамид, в полной темноте на твёрдом камне были выгравированы замысловатые изображения, выполненные в мельчайших подробностях. Совершенно очевидно, что художникам нужно было какое-то освещение. Однако следов копоти, которые оставили бы даже хорошо отрегулированные факелы и масляные лампы, обычно использовавшиеся в ту пору, на стенах не видно. Может быть, они пользовались фонарями на батареях?
На стенах гробницы Дендеры выгравированы изображения приспособлений, странным образом напоминающих электроизоляторы и электрические светильники, и хотя физические остатки их прототипов пока ещё не найдены, редкий археолог, наверно, как и в случае с багдадскими батареями, признал бы их предназначение в случае, если бы они были обнаружены. Другие странные вещи, относящиеся к позднему периоду древней истории, о которых часто говорится в фантастической литературе, также свидетельствуют о практическом опыте в области применения технических наук. Деревянные флагштоки примерно тридцатиметровой высоты, покрытые медной оболочкой, устанавливавшиеся перед египетскими храмами, служили, согласно их описанию, сделанному в 320 году до н.э., в период царствования Птолемеев, для того, чтобы "срезать молнию с неба".
Модель планера из Саккары, места строительства первой ступенчатой пирамиды, вероятно относящееся к тому же времени, что и громоотводы, имеет размах крыльев 18 сантиметров и свидетельствует об определённом уровне познаний в области аэродинамики. Однако куда более сомнительным представляется то, что она является уменьшенной масштабной моделью крупного летательного аппарата. В большинстве комментариев она сравнивается с проектами самолёта Леонардо да Винчи, которые при их теоретической осуществимости никогда на практике реализованы не были. Возле острова Антикитера аквалангистами были найдены изъеденные коррозией детали какого-то металлического устройства, которые после их очистки оказались сложной системой циферблатов и шестерёнок, относящейся к 65 году до н.э. Её назначение было разгадано в 1959 году, когда Дерек де Солла Прайс из расположенного в Принстоне, штат Нью-Джерси, доказал что это - разновидность аналогового компьютера, использовавшегося для облегчения астрономических расчётов. В "Сайнтифик америкен" он отметил, что "немного страшно осознавать, что древние греки, перед самым закатом их великой цивилизации, так близко подошли к нашему времени не только в своём мышлении, но и в своей научной технологии".
Такие находки (а их, несомненно, было бы больше, если бы вёлся активный поиск) не влекут за собой необходимость полностью переписать историю науки, в связи с ними скорее возникает вопрос о переоценке, присущей человеку гениальности. Однако, как истинные аномалии в области изобретательности, они имеют большое значение для следующей темы спорных открытий, относящихся к ранней письменности. Если древние люди методом проб и ошибок смогли понять, как использовать электричество и догадаться о природе полётов аппаратов тяжелее воздуха, кто мы такие, чтобы устанавливать пределы их возможностей в других сферах, какими бы неправдоподобными они поначалу ни казались?
^ 3.Становление теории Электричества.
Впервые на электрический заряд обратил внимание Фалес Милетский за 600 лет до н. э. Он обнаружил, что янтарь, потёртый о шерсть, приобретает свойства притягивать легкие предметы (пушинки, кусочки бумаги). Позже это использовалось для чистки от пыли одежды, для которой было критично любое повреждение краски. Считалось, что таким свойством обладает только янтарь.
Но только после становления физики как экспериментальной науки, заложенной Галилео Галилеем, это явление стало изучаться как средство для исследования и использования свойств физических тел.
Термин «электричество» введён английским естествоиспытателем, лейб-медиком королевы Елизаветы Тюдор, Уильямом Гилбертом в его сочинении «О магните, магнитных телах и о большом магните — Земле», в котором объясняется действие магнитного компаса, и описываются некоторые опыты с наэлектризованными телами. Он установил, что свойством наэлектризовываться обладают и другие вещества.
В 1729 г. английский учёный Стивен Грей обнаружил разделение тел на проводники электрического тока и изоляторы.
Вскоре его коллега Роберт Симмер, наблюдая за электризацией своих шёлковых чулок, пришёл к выводу, что электрические явления обусловлены тем, что электричество представлено двумя взаимодополняющими субстанциями, свойства которых стали обозначать понятием «заряд», различая положительный и отрицательный заряд тел. Данные субстанции разделяются при трении тел друг о друга, что и вызывает электризацию этих тел, то есть электризация — это накопление на теле заряда одного типа, причём заряды одного знака отталкиваются, а заряды разного знака притягиваются друг к другу и компенсируются при соединении, делая тело нейтральным .
Понятие о положительном и отрицательном заряде ввёл немецкий естествоиспытатель Георг Кристоф Лихтенберг, по версии США Бенджамин Франклин, который также обнаружил электрическую природу молний и изобрёл молниеотвод.
Первая теоретическая работа с попыткой теоретически объяснить электрические явления, была написана американским физиком Б. Франклином в 1747 г. Он предположил существование электрической жидкости, которая входит в качестве составной части во всякую материю. Наличие двух видов электричества он связывал с существованием двух типов жидкостей — «положительной» и «отрицательной». Обнаружив, что при трении друг о друга стекло и шелк электризуются по-разному, Франклин сделал вывод, что положительные и отрицательные заряды появляются одновременно и в равных количествах. Теория Франклина предполагала одновременное существование трех физических сущностей — материи, положительной и отрицательной электрических жидкостей. Электричество у Франклина существовало независимо от материи. Именно Франклин первым высказал важнейшее предположение об атомарной, зернистой природе электричества: «Электрическая материя состоит из частичек, которые должны быть чрезвычайно мелкими».
М. В. Ломоносов предположил существование «нечувствительной материи вне электризованного тела, которая и производит это действие», предугадав тем самым современное понятие электрического поля
В 1745 г. был создан первый электрический конденсатор — Лейденская банка. Гальвани открыл биологические эффекты электричества.
Итальянский ученый Вольта в 1800 г. изобрёл первый источник постоянного тока — гальванический элемент, разрешив тем самым многовековые трудности в исследовании электричества. Это был столб из цинковых и серебряных кружочков, разделенных смоченной в подсоленной воде бумагой
В 1802 г. Василий Петров обнаружил вольтову дугу. Работы Джоуля, Ленца, Ома по изучению электрического тока. Гаусс формулирует основную теорему теории электростатического поля (1830).
Фарадей открывает электромагнитную индукцию (1831) и законы электролиза (1834), вводит понятие электрического и магнитного полей. Анализ явления электролиза привел Фарадея к мысли, что носителем электрических сил являются не какие-либо электрические жидкости, а атомы — частицы материи. «Атомы материи каким-то образом одарены электрическими силами» — утверждает он. Фарадеевские исследования электролиза сыграли принципиальную роль в становлении электронной теории
^ 4. Понятие электричества. Его виды. Электри́ческий ток — упорядоченное нескомпенсированное движение электрически заряженных частиц, например, под воздействием электрического поля. Такими частицами могут являться: в проводниках — электроны, в электролитах — ионы (катионы и анионы), в полупроводниках — электроны и дырки (электронно-дырочная проводимость).
Электрический ток широко используется в энергетике для передачи энергии на расстоянии.
В медицине электрический ток используют в реанимации, для лечения психических заболеваний, особенно депрессии, электростимуляции определённых областей головного мозга. Электрические разряды применяются для лечения таких заболеваний, как болезнь Паркинсона и эпилепсия, также для электрофореза. Водитель ритма, стимулирующий сердечную мышцу импульсным током, используют при брадикардии.
Исторически принято, что направление тока совпадает с направлением движения положительных зарядов в проводнике. При этом, если единственными носителями тока являются отрицательно заряженные частицы (например, электроны в металле), то направление тока противоположно направлению движения электронов.
Скорость направленного движения частиц в проводниках зависит от материала проводника, массы и заряда частиц, окружающей температуры, приложенной разности потенциалов и составляет величину, намного меньшую скорости света. Несмотря на это, скорость распространения собственно электрического тока равна скорости света, то есть скорости распространения фронта электромагнитной волны.
Различают постоянный (англ. direct current, DC — постоянный ток) и переменный (англ. alternating current, AC — переменный ток) ток.
Постоянный ток — ток, направление и величина которого слабо меняется во времени.
^ Переменный ток — это ток, направление и величина которого меняется во времени. Среди переменных токов основным является ток, величина которого изменяется по синусоидальному закону. В этом случае потенциал каждого конца проводника изменяется по отношению к потенциалу другого конца проводника попеременно с положительного на отрицательный и наоборот, проходя при этом через все промежуточные потенциалы (включая и нулевой потенциал). В результате возникает ток, непрерывно изменяющий направление: при движении в одном направлении он возрастает, достигая максимума, именуемого амплитудным значением, затем спадает, на какой-то момент становится равным нулю, потом вновь возрастает, но уже в другом направлении и также достигает максимального значения, спадает, чтобы затем вновь пройти через ноль, после чего цикл всех изменений возобновляется.Время, за которое происходит один такой цикл (время, включающее изменение тока в обе стороны), называется периодом переменного тока. Количество периодов, совершаемое током за единицу времени, носит название частота. Частота измеряется в герцах, один герц соответствует одному периоду в секунду.
Переменный ток высокой частоты вытесняется на поверхность проводника, этот эффект называется скин-эффектом.^ 5. Электричество и магнетизм. 5.1 С проявлениями электричества и магнетизма в природе человечество знакомо с древних времён. В старину электрические явления в виде молнии и грома вызывали людей жуткий страх. Позднее мы научились использовать электричество для своих нужд. А магнетизм, некогда не более чем диковинное явление, сегодня играет одну из важнейших ролей в гигантских генераторах, обеспечивающих нас энергией. Самое впечатляющее из них – молнии – мгновенный разряд атмосферного электричества. Свойство натёртого шерстью янтаря притягивать ворсинки, волосы и пёрышки было известно ещё древним грекам. В обиходе они использовали янтарные палочки, которыми собирали пыль с одежды. Древние народы хорошо знали и магнитный камень, который притягивал железо. Этот удивительный камень одарял своей силой железные предметы, т.е. намагничивал их. Издавна люди догадались, что намагниченной железной иглой можно пользоваться как указателем севера и юга.
Некоторые ткани сильно электризуются, когда пошитую из них одежду снимают через голову. Иногда заряд бывает настолько мощный, что можно услышать треск электрических искр, а в темном помещении - даже увидеть их. Эти искры представляют собой молнию в миниатюре и, подобно последней, возникают в результате резкого электрического разряда. Во время грозы наэлектризованное облако разряжается, при этом выделяется огромное количество энергии в виде света и тепла. Свет воспринимается нами как вспышки молнии, а тепловой поток вызывает внезапное, взрывоподобное расширение окружающего воздуха - и мы слышим раскаты грома. Все окружающие нас объекты содержат миллионы электрических зарядов, состоящих из частиц, находящихся внутри атомов - основы всей материи. Центральная часть, или ядро, большинства атомов включает два вида частиц: нейтроны и протоны. Нейтроны не имеют электрического заряда, в то время как протоны несут в себе положительный заряд. Вокруг ядра вращаются еще одни частицы - электроны, имеющие отрицательный заряд. Как правило, каждый атом имеет одинаковое количество протонов и электронов, чьи равные по величине, но противоположные заряды уравновешивают друг друга. В результате мы не ощущаем никакого заряда, а вещество считается незаряженным. Однако, если мы каким-либо образом нарушим это равновесие, то данный объект будет обладать общим положительным или отрицательным зарядом в зависимости от того, каких частиц в нем останется больше - протонов или электронов.
^ 5.2 Заниматься серьёзно электромагнитными явлениями учёные начали лишь с 17 века. Потребовалось немало времени, чтобы найти правильные объяснения природе электричества. В то время эксперименты проводились со статическими зарядами. Основы электростатики заложил французский учёный Шарль Огюстен Кулон. Им были получены экспериментальные результаты, имеющие фундаментальное значение. Они позволили проводить количественные исследования электрических явлений. Но неподвижные электрические заряды редко используются на практике. Для того, чтобы заставить электрические заряды служить людям, нужно привести их в движение – создать электрический ток.
20 марта 1800 года итальянский учёный Алессандро Вольта сообщил, что им найден постоянно действующий источник электричества, который впоследствии получил название «Вольтов столб». Это была конструкция, собранная из круглых медных и цинковых пластинок, разделённых друг от друга сукном, пропитанным кислотой. Вольтов столб высотою в полметра развивал напряжение, чувствительное для человека. Вольтов столб стал источником, поддерживающим перемещение электрических зарядов по проволоке, соединяющей его полюсы, и позволил вести систематическое изучение электрических токов.
Общий признак электрического тока – его влияние на магнитную стрелку – обнаружил датский физик Ханс Кристиан Эрстед в 1820 году. При замыкании провода, который соединял полюса вольтова столба, магнитная стрелка, расположенная рядом, отклонялась от своего направления. Эрстед установил и подтвердил связь электричества и магнетизма. Проводник с током создаёт вокруг себя не только электрическое, но и магнитное поле. Число опытов, которые обнаруживали магнитные свойства электрического тока, текущего по проводам, быстро увеличивалось. Физики Доминик Араго и Андре Ампер провели следующий опыт: изготовили спираль из проволоки, в её центр поместили воткнутую в бумажку иглу и пропустили по проволоке электрический ток. Результат эксперимента превзошли все ожидания. У проволочной спирали обнаружились северный и южный полюсы, как у постоянного магнита. Более того, две таких спирали притягивались и отталкивались, как магниты. Так был изобретён соленоид - катушка с проходящим по ней током. Соленоид был первым электромагнитом, созданным человеком.
^ 5.3 Задача превращения электричества в магнетизм была решена. Встала другая задача – превратить магнетизм в электричество. Решение этой задачи принадлежит английскому физику Майклу Фарадею. В 1831 году Фарадей получил электрический ток в проволоке под влиянием магнетизма и назвал открытое им явление электромагнитной индукцией. Опыт состоял в следующем. На железном кольце было установлено две проволочные катушки. В первой электрический ток возникал при подключении её к источнику питания. Обмотка второй катушки была соединена с концами медной проволоки, образуя замкнутый контур. Наличие электрического тока в проводнике обнаруживалось по отклонению магнитной стрелки вблизи проводника во время замыкания и размыкания цепи. Эксперимент показал, что изменяющееся во времени электрическое поле порождает изменяющееся магнитное поле, а изменяющееся магнитное поле тока возбуждает в замкнутом проводнике электрический ток. С открытий Эрстеда, Араго и Ампера человечество вступило в новую эпоху – эпоху электротехники.
5.4 После открытия и исследования явления электромагнитной индукции стала очевидной возможность создать генератор, который сможет преобразовывать механическую энергию в энергию электрическую. Для получения тока в замкнутом витке проволоки нужно либо перемещать магнит относительно витка проволоки, либо перемещать виток проволоки относительно магнита. Первый в мире генератор построил Фарадей, он был оригинальным, но очень сложным по принципу действия и неудобным для практического использования. Другой, сконструированный им генератор был устроен следующим образом: рамка проводника вращалась между неподвижными полюсами магнита. Её концы соединялись с двумя кольцами на оси вращения рамки, а к кольцам при помощи скользящих контактов подключалась электрическая цепь. Такой генератор вырабатывал переменный по величине и направлению ток, но пока мог служить только для проведения лабораторных экспериментов.
^ 5.5 Трудом поколений изобретателей были созданы удачные конструкции электрогенераторов. К восьмидесятым годам 19 века конструкция машины-генератора была приведена к её современному виду (использование электромагнитов и барабанного якоря) и с тех пор практически не изменялась. Оставалось только найти способ, как без промежуточных устройств приводить во вращение с большим числом оборотов ротор генератора. На помощь пришло старинное водяное колесо, которое на протяжении многих веков обеспечивало людей энергией, преобразовывая энергию текущей воды в механическую. Но потребовались существенные усовершенствования, чтобы водяное колесо превратилось в современную водяную турбину. В наше время значительное количество электроэнергии вырабатывается на гидроэлектростанциях. Но основными двигателями роторов электрогенераторов являются всё же паровые турбины, устанавливаемые на тепловых и атомных электростанциях.
^ 5.6 Изобретение электрогенератора изменило весь уклад жизни человечества. Электрическая энергия обладает огромными преимуществами перед другими видами энергии. Её можно передавать по проводам на огромные расстояния со сравнительно малыми потерями и удобно распределять между потребителями. Эту энергию с помощью достаточно простых устройств легко превратить в любые другие формы: механическую, внутреннюю (нагревание тел), энергию света и т. д.
Без электрической энергии невозможен технический прогресс на современном этапе цивилизации. Подавляющее большинство технических средств механизации и автоматизации (оборудование, приборы, ЭВМ), радио, телевидение имеют электрическую основу. Особенно широкое применение электрическая энергия получила для привода в действие электрических двигателей
^ 6. Диэлектрики и проводники Диэлектрик — или изолятор, материал, плохо проводящий или совсем не проводящий электрический ток. Основное свойство диэлектрика состоит в способности поляризоваться во внешнем электрическом поле. Вещества, позволяющие току проходить через них, называются проводниками. Металлы и графит, а также обычная разновидность углерода являются хорошими проводниками электричества. К материалам, которые обычно не проводят электричество, относятся янтарь, нефть, воск, стекло, бумага и пластмасса. Такие материалы называются диэлектриками.^ Физические свойства. Хорошими проводниками электрического тока являются металлы. Из 105 химических элементов лишь двадцать пять являются неметаллами, причём двенадцать элементов могут проявлять полупроводниковые свойства. Но кроме элементарных веществ существуют тысячи химических соединений, сплавов или композиций со свойствами проводников, полупроводников или диэлектриков. Чёткую границу между значениями удельного сопротивления различных классов материалов провести достаточно сложно. Например, многие полупроводники при низких температурах ведут себя подобно диэлектрикам. В то же время диэлектрики при сильном нагревании могут проявлять свойства полупроводников. Качественное различие состоит в том, что для металлов проводящее состояние является основным, а для полупроводников и диэлектриков — возбуждённым.
Развитие радиотехники потребовало создания материалов, в которых специфические высокочастотные свойства сочетаются с необходимыми физико-механическими параметрами. Такие материалы называют высокочастотными. Для понимания электрических, магнитных и механических свойств материалов, а также причин старения нужны знания их химического и фазового состава, атомной структуры и структурных дефектов.
7. Заключение
Изучив литературу по данной теме, я узнал, когда появились первые упоминания об электричестве, как происходило становление теории электричества, узнал известных учёных- физиков и их открытия в этой области. Более подробно познакомился с физическим
www.ronl.ru
РЕФЕРАТ
ТЕМА:
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО
2008 г.
Много веков назад люди открыли особые свойства янтаря: при трении в нем возникает электрический заряд. В наши дни с помощью электричества мы имеем возможность смотреть телевизор, переговариваться с людьми на другом конце света, а также получать свет и тепло, лишь повернув для этого выключатель. Опыты с янтарем, то есть смолой хвойных деревьев, окаменевшей естественным образом, проводились еще древними греками. Они обнаружили, что если янтарь потереть, то он притягивает ворсинки шерсти, перья и пыль. Если сильно потереть, к примеру, пластмассовую расческу о волосы, то к ней начнут прилипать кусочки бумаги. А если потереть о рукав воздушный шарик, то он прилипнет к стене. При трении янтаря, пластмассы и ряда других материалов в них возникает электрический заряд. Само слово "электрический" происходит от латинского слова electrum, означающего "янтарь".
Вспышка молнии - одно из самых зрелищных проявлении электрического заряда, Молния возникает и результате большого скопления электрических зарядов и облаках, В середине XVIII века один из первых исследователей атмосферного электричества американский ученый Бенджамин Франклин провел очень опасный эксперимент, запустив в грозовое небо воздушного змея. Он хотел доказать, что молния - результат того же электрического заряда, что возникает при трении предметов друг о друга,
Если имеющие электрический заряд объекты притягивают и удерживают только очень легкие предметы, то магнит может удержать довольно тяжелые куски железа. По-этому издревле магниты применялись с пользой, например, в компасах.
Откуда берется электрический заряд?
Все атомы окружены облаком электронов, которые несут отрицательный (-) электрический заряд. Электроны движутся вокруг ядра. Ядро обладает таким же суммарным зарядом, как и все его электроны, но это заряд положительный (+) . Обычно положительный и отрицательный заряды уравновешивают друг друга, и атом является электрически нейтральным. Но у некоторых веществ часть внешних электронов имеет довольно непрочные связи с их атомами. И если потереть два предмета друг о друга, то такие электроны могут освободиться и перекочевать на другой предмет. В результате этого перемещения у одного предмета электронов становится больше, чем должно быть, и он приобретает отрицательный (-) заряд. У второго предмета электронов становится меньше, так что он приобретает положительный (+) заряд. Заряды, формирующиеся подобным образом, называют иногда «электричеством трения», Какой из предметов приобретет положительный или отрицательный заряд, зависит от относительной легкости, с какой электроны передвигаются в поверхностных слоях двух предметов.
Если натереть шерстяной тряпкой полиэтиленовую леску, то она получит отрицательный заряд, а если натереть органическое стекло, то оно получит положительный заряд. В любом случае тряпка получит заряд, противоположный заряду натертого материала.
Электрические заряды влияют друг на друга. Положительный и отрицательный заряды притягиваются друг к другу, а два отрицательных или два положительных заряда отталкиваются друг от друга. Если поднести к предмету отрицательно заряженную леску, отрицательные заряды предмета переместятся на другой его конец, а положительные заряды, наоборот, переместятся поближе к леске. Положительные и отрицательные заряды лески и предмета притянут друг друга, и предмет прилипнет к леске. Этот процесс называется электростатической индукцией, и о предмете говорят, что он попадает в электростатическое поле лески.
Майкл Фарадей доказал, что, электричество трения и электрический ток - одно и то же. Он также доказал, что электрическое поле не может существовать внутри металлической клетки (теперь называемой клеткой Фарадея).
Гром и молния
Грозы обычно бывают летом в жаркую погоду; когда с поверхности земли горячие потоки воздуха насыщенные влагой, поднимаются вверх. Пока капли воды и кристаллы льда кружатся в воздушных потоках грозовых облаков, они заряжаются электричеством. Крошечные, положительно заряженные кристаллы льда движутся вверх, а отрицательно заряженные градинки собираются внизу облака.
Точно так же, как из-за электростатической индукции к заряженной леске притягиваются маленькие предметы, по той же причине и заряженное облако притягивается к земле. Отрицательный заряд на нижней стороне облака притягивается положительным зарядом на земле, и между ними возникает мощная искра (молния). Разряд молнии нагревает воздух и заставляет его расширяться, что сопровождается грохотом грома. Звук переносится по воздуху гораздо медленнее, чем свет, поэтому вначале мы видим вспышку, а потом слышим гром.
При трении металлы не только легко электризуются, но и очень хорошо проводят электричество. Поэтому если металлический предмет находится в руках человека, то заряд проходит и через тело человека. Электричество, возникающее при трении, чаще встречается у материалов, являющихся плохими проводниками, таких как стекло, резина, пластмасса, смола, Эти материалы называются изоляторами. Так как электричество по ним не передается, его называют статическим электричеством. Фарадей называл его также «обыкновенным» электричеством, однако в наши дни мы повсеместно используем электрический (движущийся) ток. Так что теперь скорее он стал «обыкновенным».
Электрический заряд
Если у вас подошва из резины или синтетического материала, и вы прошлись по ковру, то, прикоснувшись к металлической ручке двери, вы почувствуете легкий удар током. Эта означает, что ваше тело при трении подошв о ковер успело зарядиться электричеством,
Иногда человек испытывает удар током, выходя из машины и закрывая дверь. Вероятней всего, на нем шерстяная или хлопчатобумажная одежда, которая наэлектризовалась от синтетического сиденья машины. Если к тому же у него подошвы из резины или синтетики, которые являются изоляторами, то заряд может выйти только в момент прикосновения к металлической ручке. Чтобы избежать этого, можно попробовать дотронуться до чего-нибудь металлического еще внутри машины перед выходом. Тогда заряд уменьшится и неприятного удара не последует,
Настоящий удар током
Хотя описанные выше удары электрическим током и неприятны, они, тем не менее безопасны для человека. Но электрические заряды, возникающие в результате трения, в ряде случаев могут вызвать чрезвычайные ситуации. Были случаи, когда огромные супертанкеры взрывались в то время, когда их топливные цистерны промывались мощными водометами. Электрический заряд возникает при трении капель воды в струе водомета. Этот эффект сходен с эффектом от восходящего в грозовое облако воздушного потока с капельками воды. В подобных условиях, несмотря на влажную среду; могут вспыхнуть искры, что грозит возгоранием паров бензина, оставшихся в цистерне.
Самолеты тоже могут получить электрический заряд, если попадут в грозовое облако или при трении шасси о землю вовремя посадки. Раньше искры от скопившихся на поверхности самолёта электрических зарядов создавали угрозу взрыва. Однако теперь предпринимаются необходимые меры предосторожности. Например, покрышки шасси делают из электропроводящего материала. На концах крыльев самолета монтируются коронирующие (разрядные) электроды, и все электричество скапливается на концах крыльев и «распыляется».
Меры безопасности необходимы и при заправке топливом, потому что трение, возникающее в потоке бензина, вполне может вызвать сильный заряд. Поэтому бензонасосы делаются из железа.
Применение
Электричество, возникающее в результате трения, или статическое электричество, используется человеком самым разным образом. Частицы сажи, пепла и им подобных твердых веществ вместе с дымом выбрасываются многочисленными предприятиями в воздух, а затем возвращаются в виде осадков. Благодаря применению электростатических фильтров, устанавливаемых в трубах, приблизительно 98% твердых веществ можно задержать и удалить, пока они не попали в воздух. Этот процесс называется электростатическим пылеулавливанием. Ежегодно в США подобным образом предупреждается выброс в воздух 20 миллионов тонн сажи. При покраске автомобилей и воздушного транспорта пользуются специальной системой распыления. Однако при этом каждый раз испаряется до 25% краски. Этого можно избежать, сообщив распыляемым частицам электрический потенциал. Наэлектризованные частицы краски начинают притягиваться к поверхности машины или самолета и лучше держатся. Экономия при эффективном использовании системы распыления превышает затраты на зарядное оборудование.
Та же самая техника используется и при нанесении порошковых покрытий. Наэлектризованное покрытие словно прилипает к металлу, а при нагревании поверхности порошковое покрытие образует тонкий неразрывный слой.
Электрический заряд и порошок используются также в ксероксах. На линзу отражается изображение текста или рисунка, которое надо скопировать. Этот черно-белый рисунок переносится на бумагу как рисунок из заряженных и нейтральных участков. Когда по бумаге рассеивается черный порошок, он притягивается исключительно к заряженным участкам. Затем под действием горячего воздуха порошок закрепляется на бумаге. Такая техника копирования называется ксерографией. Она также используется в факсимильных аппаратах.
Движущиеся заряды
При вспышке молнии образуется огромное количество энергии. Затем следует пауза, пока снова не накопится такой же сильный заряд и не вспыхнет новая молния. Представьте теперь, что можно накапливать и разряжать заряды без пауз. Получится постоянный поток зарядов, Таков, собственно, эффект батарейки - хотя при ее работе количество энергии несравнимо с молнией. На этом же принципе построена работа генераторов на электростанциях.
Если заряды движутся, их поток называют электрическим током. Для производства электрического тока необходим приток энергии. Обычно энергию получают в результате химических реакций (как в батарейках) или движения (генераторы). Кроме того, энергию можно получать непосредственно от солнечного света или теплового излучения. Это делается с помощью солнечных батарей, которые снабжают электроэнергией спутники и другое космическое оборудование.
Животное электричество
У животных и человека все процессы жизнедеятельности регулирует мозг, который получает и отсылает сигналы (нервные импульсы) по нервам. И для этого тоже требуется определенный заряд, хотя и очень небольшой. Однако некоторые животные накапливают такое количество электричества, которое способно парализовать или даже убить свою добычу. Например, электрический угорь генерирует разряд в 600 вольт, и этого вполне достаточно, чтобы убить рыбу или очень сильно ударить током человека,
Напряжение и ток
Приведенное ниже описание поможет вам лучше понять, что такое ток и электрическое напряжение.
Итак, есть две емкости, соединенные трубкой, и в одну емкость наливается вода. Вода наливается до тех пор, пока ее уровень не станет одинаковым в обеих емкостях. Если одну емкость приподнять над другой, то вода из одной емкости будет перетекать в другую, пока уровни опять не станут одинаковыми.
Чем больше разница в уровнях воды в двух емкостях, тем быстрее будет литься вода. Скорость, с какой переливается вода, аналогична скорости движения тока. С такой скоростью свободные электроны передвигаются в металлической проволоке. Разница в уровне воды сравнима с электрическим напряжением. Чем выше напряжение, тем сильнее поток электрического тока.
У батареек в фонариках и в портативных радиоприемниках напряжение колеблется от 1,5 до 9 вольт. Точная величина зависит от состава и количества элементов в батарейке. В бытовой электросети напряжение составляет от 100 до 240 вольт, в зависимости от местонахождения.
Источник тока
Первый химический источник тока был создан итальянским ученым Алессандро Вольта приблизительно в 1800 году. Во время одного из экспериментов он смочил лист промокательной бумаги в соленом растворе и поместил его между пластинами меди и цинка. Oн обнаружил, что при взаимодействии меди и цинка в соединяющей их проволоке образовывался электрический заряд. Это означало, что в ходе химической реакции электроны перемещались с пластинки меди на цинк. Единица электрического напряжения, способствовавшего появлению тока, была названо в честь ученого вольтом.
Для получения электрического тока большей силы необходимо большее напряжение. Вольта сделал конструкцию из чередующихся медных и цинковых пластин. При этом каждая их пара отделялась от следующей влажным кружком из картона. Эта конструкция получила название «вольтов столб».
Строго говоря, источником тока является конструкция из одной пластины каждого металла. Вольтов столб, по сути, был первой электрической батареей, сделанной руками человека. Однако в повседневной жизни мы называем "батарейками" все химические источники тока, независимо от того, состоят ли они из одного элемента или нескольких. Например, аккумулятор (12 вольт) составлен из 6 элементов по 2 вольта каждый. Батарейка в фонарике (1,5 вольта) является единым элементом.
Батареи
Существует огромное количество разных электрических батареи, но в их устройстве всегда присутствуют два фактора. Они обязательно состоят из двух разных химических элементов (например, цинка медь, уголь и медь, цинк и ртуть) и жидкости, их разделяющей (в элементе Вольты это был соляной раствор). Жидкость называется электролитом. Иногда электролит присутствует в виде пасты, чтобы избежать протечек.
Наличие разных химических элементов необходимо по той же причине, по какой при получении статического электричества путем трения используются разные материалы. В одном материале электроны движутся с большей свободой и поэтому имеют тенденцию перемещаться на другой материал. В электрическом элементе две пластины и жидкость между ними являются проводниками электричества. Электроны, «освобожденные» во время химической реакции, могут без конца перемещаться, было бы только пространство. Таким пространством становится электрическая цепь. Поток электронов может быть остановлен при разрыве цепи. В быту эту роль выполняет выключатель.
В батарейках, калькуляторах, портативных приемниках и слуховых аппаратах роль электролита выполняет влажная паста. Батарейки вырабатывают электричество, пока в них идет химическая реакция.
В недорогих батарейках один химический элемент представляет собой цинковую емкость, второй - угольный электрод. Со временем цинковая емкость расплавляется, поэтому наружная оболочка таких батареек плотно запечатывается, чтобы содержимое не вытекло и не испортило другие вещи, В долговечных щелочных батарейках те же химические элементы, но другой электролит. В маленьких круглых батарейках, используемых в часах, химические пластины сделаны из цинка и ртути или цинка и оксида серебра.
Некоторые батарейки можно перезаряжать, пропуская ток в обратном направлении. Обычно такие батарейки работают на никеле и кадмии. Элементы должны заряжаться только в специальном зарядном устройстве с правильным напряжением. Никогда не стоит пытаться зарядить обыкновенную батарейку. В аккумуляторах автомобилей и электрического транспорта содержится жидкость, поэтому они должны находиться только в вертикальном положении. Обычно они работают на свинце и свинцовом сурике и могут перезаряжаться много раз. Электролит чаще всею представляет собой разбавленную серную кислоту; поэтому они обычно запечатаны.
Электрические автомобили бесшумны и не загрязняют воздух (тем не менее, воздух загрязняют электростанции, снабжающие электричеством зарядные устройства). В настоящее время проводятся эксперименты по производству перезаряжаемых автомобильных аккумуляторов, которые по весу были бы легче существующих. Есть вероятность, что однажды появятся аккумуляторы с пластиковыми элементами.
Электричество и магнетизм
Заряженный предмет окружен электрическим полем, которое действует на окружающие предметы, - вспомним расческу и притягивающиеся к ней кусочки бумаги и пылинки. Магнит тоже окружен магнитным полем, которое можно увидеть, если поблизости есть металлические опилки. Некоторые характеристики электрического и магнитного полей похожи, другие отличаются. Вот несколько примеров.
Магнитные силы гораздо сильнее электрических. В то же время электрический заряд может перейти с одного тела или предмета на другой - явление, называемое индукцией, - и магнит распространяет свое действие на другой магнитный материал. Но зарядиться электричеством может все, магнитные же свойства передаются только телам, способным намагничиваться, таким как железо, сталь и некоторые сплавы.
Электрические заряды делятся па положительные и отрицательные, магнитные полюсы делятся на южный и северный. Однородные заряды отталкиваются, противоположные притягиваются: одинаковые магнитные полюсы тоже отталкиваются, а противоположные притягиваются. Однако северный и южный полюсы никогда не смогут существовать отдельно друг от друга. Если магнит сломать, то из слома образуется новый южный или новый северный полюс.
О ВЗАИМОДЕЙСТВИИ
Электричество и магнетизм тесно связаны друг с другом. Если пропустить электрический ток через скрученную проволоку, она приобретет свойства магнита. А если проволоку обернуть вокруг магнитного материала, то он также намагнитится. Но этому принципу устроен электромагнит.
Если магнитное поле проходит через витки проволоки и при этом как-то меняется (становится сильнее или слабее или сдвигается), то в них возникает ток. В свою очередь, ток возвращает магнитное поле в прежнее состояние за счет создания своего магнитного поля.
В устройстве электромоторов и генераторов используется описанное выше явление - ток создаст магнитное поле, а изменения в магнитном поле производят ток.
Это явление, открытое Фарадеем, используется также и в трансформаторах, которые служат для преобразования напряжения в энергоснабжающих системах и в электронном оборудовании - например, телевизорах и радиоприемниках. Трансформаторы работают на переменном токе, текущем в бытовой электросети, В отличие от тока в батарее переменный ток движется в двух направлениях - вперед-назад, вперед-назад, меняя направление со скоростью 50 раз и секунду, (В США, соответственно, 60).
Железный сердечник трансформатора имеет две обмотки медного провода, бегущий по одной из них переменный ток создает в сердечнике быстро меняющееся магнитное поле. Эго вызывает переменный ток во второй обмотке. Таким образом, энергия передается из одной обмотки в другую, хотя между ними и нет непосредственного контакта. Их связь исключительно магнитная.
Напряжение на выходе зависит от количества витком в каждой обмотке. Оно может быть больше входного напряжения или меньше. Хотя увеличение напряжения «подталкивает» заряды, их поток сокращается, то есть уменьшается сила тока. Когда электричество передается по высоковольтным проводам, трансформатор усиливает напряжение как раз, для того, чтобы уменьшить ток. Когда же электричество подводиться к домам, трансформатор снижает напряжение.
Моторы и генераторы
В простом электрическом моторе ток намагничивает обмотку, и ее витки притягиваются к полюсам магнита. Кроме того, в моторе установлен вращающийся переключатель, который автоматически меняет направление тока каждые пол-оборота.
Этот процесс действует и в обратном направлении: поворачивается проволока - и возникает напряжение. То есть мотор становится генератором.
www.referatmix.ru
РЕФЕРАТ
ТЕМА:
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО
2008 г.
Много веков назад люди открыли особые свойства янтаря: при трении в нем возникает электрический заряд. В наши дни с помощью электричества мы имеем возможность смотреть телевизор, переговариваться с людьми на другом конце света, а также получать свет и тепло, лишь повернув для этого выключатель. Опыты с янтарем, то есть смолой хвойных деревьев, окаменевшей естественным образом, проводились еще древними греками. Они обнаружили, что если янтарь потереть, то он притягивает ворсинки шерсти, перья и пыль. Если сильно потереть, к примеру, пластмассовую расческу о волосы, то к ней начнут прилипать кусочки бумаги. А если потереть о рукав воздушный шарик, то он прилипнет к стене. При трении янтаря, пластмассы и ряда других материалов в них возникает электрический заряд. Само слово «электрический» происходит от латинского слова electrum, означающего «янтарь».
Вспышка молнии — одно из самых зрелищных проявлении электрического заряда, Молния возникает и результате большого скопления электрических зарядов и облаках, В середине XVIII века один из первых исследователей атмосферного электричества американский ученый Бенджамин Франклин провел очень опасный эксперимент, запустив в грозовое небо воздушного змея. Он хотел доказать, что молния — результат того же электрического заряда, что возникает при трении предметов друг о друга,
Если имеющие электрический заряд объекты притягивают и удерживают только очень легкие предметы, то магнит может удержать довольно тяжелые куски железа. По-этому издревле магниты применялись с пользой, например, в компасах.
Откуда берется электрический заряд?
Все атомы окружены облаком электронов, которые несут отрицательный (-) электрический заряд. Электроны движутся вокруг ядра. Ядро обладает таким же суммарным зарядом, как и все его электроны, но это заряд положительный (+). Обычно положительный и отрицательный заряды уравновешивают друг друга, и атом является электрически нейтральным. Но у некоторых веществ часть внешних электронов имеет довольно непрочные связи с их атомами. Иесли потереть два предмета друг о друга, то такие электроны могут освободиться и перекочевать на другой предмет. В результате этого перемещения у одного предмета электронов становится больше, чем должно быть, и он приобретает отрицательный (-) заряд. У второго предмета электронов становится меньше, так что он приобретает положительный (+) заряд. Заряды, формирующиеся подобным образом, называют иногда «электричеством трения», Какой из предметов приобретет положительный или отрицательный заряд, зависит от относительной легкости, с какой электроны передвигаются в поверхностных слоях двух предметов.
Если натереть шерстяной тряпкой полиэтиленовую леску, то она получит отрицательный заряд, а если натереть органическое стекло, то оно получит положительный заряд. В любом случае тряпка получит заряд, противоположный заряду натертого материала.
Электрические заряды влияют друг на друга. Положительный и отрицательный заряды притягиваются друг к другу, а два отрицательных или два положительных заряда отталкиваются друг от друга. Если поднести к предмету отрицательно заряженную леску, отрицательные заряды предмета переместятся на другой его конец, а положительные заряды, наоборот, переместятся поближе к леске. Положительные и отрицательные заряды лески и предмета притянут друг друга, и предмет прилипнет к леске. Этот процесс называется электростатической индукцией, и о предмете говорят, что он попадает в электростатическое поле лески.
Майкл Фарадей доказал, что, электричество трения и электрический ток — одно и то же. Он также доказал, что электрическое поле не может существовать внутри металлической клетки (теперь называемой клеткой Фарадея).
Гром и молния
Грозы обычно бывают летом в жаркую погоду; когда с поверхности земли горячие потоки воздуха насыщенные влагой, поднимаются вверх. Пока капли воды и кристаллы льда кружатся в воздушных потоках грозовых облаков, они заряжаются электричеством. Крошечные, положительно заряженные кристаллы льда движутся вверх, а отрицательно заряженные градинки собираются внизу облака.
Точно так же, как из-за электростатической индукции к заряженной леске притягиваются маленькие предметы, по той же причине и заряженное облако притягивается к земле. Отрицательный заряд на нижней стороне облака притягивается положительным зарядом на земле, и между ними возникает мощная искра (молния). Разряд молнии нагревает воздух и заставляет его расширяться, что сопровождается грохотом грома. Звук переносится по воздуху гораздо медленнее, чем свет, поэтому вначале мы видим вспышку, а потом слышим гром.
При трении металлы не только легко электризуются, но и очень хорошо проводят электричество. Поэтому если металлический предмет находится в руках человека, то заряд проходит и через тело человека. Электричество, возникающее при трении, чаще встречается у материалов, являющихся плохими проводниками, таких как стекло, резина, пластмасса, смола, Эти материалы называются изоляторами. Так как электричество по ним не передается, его называют статическим электричеством. Фарадей называл его также «обыкновенным» электричеством, однако в наши дни мы повсеместно используем электрический (движущийся) ток. Так что теперь скорее он стал «обыкновенным».
Электрический заряд
Если у вас подошва из резины или синтетического материала, и вы прошлись по ковру, то, прикоснувшись к металлической ручке двери, вы почувствуете легкий удар током. Эта означает, что ваше тело при трении подошв о ковер успело зарядиться электричеством,
Иногда человек испытывает удар током, выходя из машины и закрывая дверь. Вероятней всего, на нем шерстяная или хлопчатобумажная одежда, которая наэлектризовалась от синтетического сиденья машины. Если к тому же у него подошвы из резины или синтетики, которые являются изоляторами, то заряд может выйти только в момент прикосновения к металлической ручке. Чтобы избежать этого, можно попробовать дотронуться до чего-нибудь металлического еще внутри машины перед выходом. Тогда заряд уменьшится и неприятного удара не последует,
Настоящий удар током
Хотя описанные выше удары электрическим током и неприятны, они, тем не менее безопасны для человека. Но электрические заряды, возникающие в результате трения, в ряде случаев могут вызвать чрезвычайные ситуации. Были случаи, когда огромные супертанкеры взрывались в то время, когда их топливные цистерны промывались мощными водометами.Электрический заряд возникает при трении капель воды в струе водомета. Этот эффект сходен с эффектом от восходящего в грозовое облако воздушного потока с капельками воды. В подобных условиях, несмотря на влажную среду; могут вспыхнуть искры, что грозит возгоранием паров бензина, оставшихся в цистерне.
Самолеты тоже могут получить электрический заряд, если попадут в грозовое облако или при трении шасси о землю вовремя посадки.Раньше искры от скопившихся на поверхности самолёта электрических зарядов создавали угрозу взрыва. Однако теперь предпринимаются необходимые меры предосторожности. Например, покрышки шасси делают из электропроводящего материала. На концах крыльев самолета монтируются коронирующие (разрядные) электроды, и все электричество скапливается на концах крыльев и «распыляется».
Меры безопасности необходимы и при заправке топливом, потому что трение, возникающее в потоке бензина, вполне может вызвать сильный заряд. Поэтому бензонасосы делаются из железа.
Применение
Электричество, возникающее в результате трения, или статическое электричество, используется человеком самым разным образом. Частицы сажи, пепла и им подобных твердых веществ вместе с дымом выбрасываются многочисленными предприятиями в воздух, а затем возвращаются в виде осадков. Благодаря применению электростатических фильтров, устанавливаемых в трубах, приблизительно 98% твердых веществ можно задержать и удалить, пока они не попали в воздух. Этот процесс называется электростатическим пылеулавливанием. Ежегодно в США подобным образом предупреждается выброс в воздух 20 миллионов тонн сажи.При покраске автомобилей и воздушного транспортапользуются специальной системой распыления. Однако при этом каждый раз испаряется до 25% краски. Этого можно избежать, сообщив распыляемым частицам электрический потенциал. Наэлектризованные частицы краски начинают притягиваться к поверхности машины или самолета и лучше держатся. Экономия при эффективном использовании системы распыления превышает затраты на зарядное оборудование.
Та же самая техника используется и при нанесении порошковых покрытий. Наэлектризованное покрытие словно прилипает к металлу, а при нагревании поверхности порошковое покрытие образует тонкий неразрывный слой.
Электрический заряд и порошок используются также в ксероксах. На линзу отражается изображение текста или рисунка, которое надо скопировать. Этот черно-белый рисунок переносится на бумагу как рисунок из заряженных и нейтральных участков. Когда по бумаге рассеивается черный порошок, он притягивается исключительно к заряженным участкам. Затем под действием горячего воздуха порошок закрепляется на бумаге. Такая техника копирования называется ксерографией. Она также используется в факсимильных аппаратах.
Движущиеся заряды
При вспышке молнии образуется огромное количество энергии. Затем следует пауза, пока снова не накопится такой же сильный заряд и не вспыхнет новая молния. Представьте теперь, что можно накапливать и разряжать заряды без пауз. Получится постоянный поток зарядов, Таков, собственно, эффект батарейки — хотя при ее работе количество энергии несравнимо с молнией. На этом же принципе построена работа генераторов на электростанциях.
Если заряды движутся, их поток называют электрическим током. Для производства электрического тока необходим приток энергии. Обычно энергию получают в результате химических реакций (как в батарейках) или движения (генераторы). Кроме того, энергию можно получать непосредственно от солнечного света или теплового излучения. Это делается с помощью солнечных батарей, которые снабжают электроэнергией спутники и другое космическое оборудование.
Животное электричество
У животных и человека все процессы жизнедеятельности регулирует мозг, который получает и отсылает сигналы (нервные импульсы) по нервам. И для этого тоже требуется определенный заряд, хотя и очень небольшой. Однако некоторые животные накапливают такое количество электричества, которое способно парализовать или даже убить свою добычу. Например, электрический угорь генерирует разряд в 600 вольт, и этого вполне достаточно, чтобы убить рыбу или очень сильно ударить током человека,
Напряжение и ток
Приведенное ниже описание поможет вам лучше понять, что такое ток и электрическое напряжение.
Итак, есть две емкости, соединенные трубкой, и в одну емкость наливается вода. Вода наливается до тех пор, пока ее уровень не станет одинаковым в обеих емкостях. Если одну емкость приподнять над другой, то вода из одной емкости будет перетекать в другую, пока уровни опять не станут одинаковыми.
Чем больше разница в уровнях воды в двух емкостях, тем быстрее будет литься вода. Скорость, с какой переливается вода, аналогична скорости движения тока. С такой скоростью свободные электроны передвигаются в металлической проволоке.Разница в уровне воды сравнима с электрическим напряжением. Чем выше напряжение, тем сильнее поток электрического тока.
У батареек в фонариках и в портативных радиоприемниках напряжение колеблется от 1,5 до 9 вольт. Точная величина зависит от состава и количества элементов в батарейке. В бытовой электросети напряжение составляет от 100 до 240 вольт, в зависимости от местонахождения.
Источник тока
Первый химический источник тока был создан итальянским ученым Алессандро Вольта приблизительно в 1800 году. Во время одного из экспериментов он смочил лист промокательной бумаги в соленом растворе и поместил его между пластинами меди и цинка. Oн обнаружил, что при взаимодействии меди и цинка в соединяющей их проволоке образовывался электрический заряд. Это означало, что в ходе химической реакции электроны перемещались с пластинки меди на цинк. Единица электрического напряжения, способствовавшего появлению тока, была названо в честь ученого вольтом.
Для получения электрического тока большей силы необходимо большее напряжение. Вольта сделал конструкцию из чередующихся медных и цинковых пластин. При этом каждая их пара отделялась от следующей влажным кружком из картона. Эта конструкция получила название «вольтов столб».
Строго говоря, источником тока является конструкция из одной пластины каждого металла. Вольтов столб, по сути, был первой электрической батареей, сделанной руками человека. Однако в повседневной жизни мы называем «батарейками» все химические источники тока, независимо от того, состоят ли они из одного элемента или нескольких. Например, аккумулятор (12 вольт) составлен из 6 элементов по 2 вольта каждый. Батарейка в фонарике (1,5 вольта) является единым элементом.
Батареи
Существует огромное количество разных электрических батареи, но в их устройстве всегда присутствуют два фактора. Они обязательно состоят из двух разных химических элементов (например, цинка медь, уголь и медь, цинк и ртуть) и жидкости, их разделяющей (в элементе Вольты это был соляной раствор). Жидкость называется электролитом. Иногда электролит присутствует в виде пасты, чтобы избежать протечек.
Наличие разных химических элементов необходимо по той же причине, по какой при получении статического электричества путем трения используются разные материалы. В одном материале электроны движутся с большей свободой и поэтому имеют тенденцию перемещаться на другой материал. В электрическом элементе две пластины и жидкость между ними являются проводниками электричества. Электроны, «освобожденные» во время химической реакции, могут без конца перемещаться, было бы только пространство. Таким пространством становится электрическая цепь. Поток электронов может быть остановлен при разрыве цепи. В быту эту роль выполняет выключатель.
В батарейках, калькуляторах, портативных приемниках и слуховых аппаратах роль электролита выполняет влажная паста. Батарейки вырабатывают электричество, пока в них идет химическая реакция.
В недорогих батарейках один химический элемент представляет собой цинковую емкость, второй — угольный электрод. Со временем цинковая емкость расплавляется, поэтому наружная оболочка таких батареек плотно запечатывается, чтобы содержимое не вытекло и не испортило другие вещи, В долговечных щелочных батарейках те же химические элементы, но другой электролит. В маленьких круглых батарейках, используемых в часах, химические пластины сделаны из цинка и ртути или цинка и оксида серебра.
Некоторые батарейки можно перезаряжать, пропуская ток в обратном направлении. Обычно такие батарейки работают на никеле и кадмии. Элементы должны заряжаться только в специальном зарядном устройстве с правильным напряжением. Никогда не стоит пытаться зарядить обыкновенную батарейку. В аккумуляторах автомобилей и электрического транспорта содержится жидкость, поэтому они должны находиться только в вертикальном положении. Обычно они работают на свинце и свинцовом сурике и могут перезаряжаться много раз. Электролит чаще всею представляет собой разбавленную серную кислоту; поэтому они обычно запечатаны.
Электрические автомобили бесшумны и не загрязняют воздух (тем не менее, воздух загрязняют электростанции, снабжающие электричеством зарядные устройства). В настоящее время проводятся эксперименты по производству перезаряжаемых автомобильных аккумуляторов, которые по весу были бы легче существующих. Есть вероятность, что однажды появятся аккумуляторы с пластиковыми элементами.
Электричество и магнетизм
Заряженный предмет окружен электрическим полем, которое действует на окружающие предметы, — вспомним расческу и притягивающиеся к ней кусочки бумаги и пылинки. Магнит тоже окружен магнитным полем, которое можно увидеть, если поблизости есть металлические опилки. Некоторые характеристики электрического и магнитного полей похожи, другие отличаются. Вот несколько примеров.
Магнитные силы гораздо сильнее электрических. В то же время электрический заряд может перейти с одного тела или предмета на другой — явление, называемое индукцией, — и магнит распространяет свое действие на другой магнитный материал. Но зарядиться электричеством может все, магнитные же свойства передаются только телам, способным намагничиваться, таким как железо, сталь и некоторые сплавы.
Электрические заряды делятся па положительные и отрицательные, магнитные полюсы делятся на южный и северный. Однородные заряды отталкиваются, противоположные притягиваются: одинаковые магнитные полюсы тоже отталкиваются, а противоположные притягиваются. Однако северный и южный полюсы никогда не смогут существовать отдельно друг от друга. Если магнит сломать, то из слома образуется новый южный или новый северный полюс.
О ВЗАИМОДЕЙСТВИИ
Электричество и магнетизм тесно связаны друг с другом. Если пропустить электрический ток через скрученную проволоку, она приобретет свойства магнита. А если проволоку обернуть вокруг магнитного материала, то он также намагнитится. Но этому принципу устроен электромагнит.
Если магнитное поле проходит через витки проволоки и при этом как-то меняется (становится сильнее или слабее или сдвигается), то в них возникает ток. В свою очередь, ток возвращает магнитное поле в прежнее состояние за счет создания своего магнитного поля.
В устройстве электромоторов и генераторов используется описанное выше явление — ток создаст магнитное поле, а изменения в магнитном поле производят ток.
Это явление, открытое Фарадеем, используется также и в трансформаторах, которые служат для преобразования напряжения в энергоснабжающих системах и в электронном оборудовании — например, телевизорах и радиоприемниках. Трансформаторы работают на переменном токе, текущем в бытовой электросети, В отличие от тока в батарее переменный ток движется в двух направлениях — вперед-назад, вперед-назад, меняя направление со скоростью 50 раз и секунду, (В США, соответственно, 60).
Железный сердечник трансформатора имеет две обмотки медного провода, бегущий по одной из них переменный ток создает в сердечнике быстро меняющееся магнитное поле. Эго вызывает переменный ток во второй обмотке. Таким образом, энергия передается из одной обмотки в другую, хотя между ними и нет непосредственного контакта. Их связь исключительно магнитная.
Напряжение на выходе зависит от количества витком в каждой обмотке. Оно может быть больше входного напряжения или меньше. Хотя увеличение напряжения «подталкивает» заряды, их поток сокращается, то есть уменьшается сила тока. Когда электричество передается по высоковольтным проводам, трансформатор усиливает напряжение как раз, для того, чтобы уменьшить ток. Когда же электричество подводитьсяк домам, трансформатор снижает напряжение.
Моторы и генераторы
В простом электрическом моторе ток намагничивает обмотку, и ее витки притягиваются к полюсам магнита. Кроме того, в моторе установлен вращающийся переключатель, который автоматически меняет направление тока каждыепол-оборота.
Этот процесс действует и в обратном направлении: поворачивается проволока — и возникает напряжение. То есть мотор становится генератором.
www.ronl.ru
