Тайните на електрифицирането на телата. Наелектризиране на телата при контакт

Физика! Какъв капацитет на думите!
Физиката за нас не е само звук!
Физика – опора и основа
Всички науки без изключение!

• обяснява на учениците механизма на наелектризиране на телата,
• развиват изследователски и творчески умения,
• създават условия за повишаване на интереса към изучавания материал,
• да помогне на учениците да разберат практическата значимост, полезността на придобитите знания и умения.

Оборудване:

• електрическа машина,
• електромер,
• султани,
• ебонитови и стъклени пръчици,
• копринени и вълнени тъкани,
• електроскоп,
• свързващи проводници, дестилирана вода, парафинови перли,
• алуминиеви и хартиени цилиндри, копринени конци (боядисани и небоядисани).

На бюрото: Проводници, изолатори, смоли и стъклени заряди.

ПО ВРЕМЕ НА ЗАНЯТИЯТА

1. Встъпително слово на учителя

В ежедневието човек наблюдава огромен брой явления и може би много по-голям брой явления остават незабелязани.

Съществуването на тези явления "тласка" човек да ги търси, открива и обяснява тези явления. Такова явление като падането на тела на земята в човек не предизвиква никаква изненада. Но трябва да се отбележи, че земята и даденото тяло си взаимодействат, без да се докосват. Те взаимодействат помежду си чрез най-известното действие - гравитационно привличане (гравитационни полета). Свикнали сме, че телата действат едно на друго, предимно пряко. Има и такива феномени, познати на древните гърци, които всеки път предизвикват интерес у деца и възрастни. Това са електрически явления.

Примерите за електрически взаимодействия са много разнообразни и не са ни толкова познати от детството, колкото например привличането на Земята. Този интерес се обяснява и с факта, че тук имаме големи възможности за създаване и промяна на експериментални условия, задоволявайки се с просто оборудване.

Нека да проследим хода на разкриването и изучаването на някои явления.

2. Историческа справка (студентски доклади)

Гръцкият философ Талес от Милет, живял между 624-547 г. пр.н.е., открива, че кехлибарът, носен върху козина, придобива свойството да привлича малки предмети - пухчета, сламки и др. По-късно това явление е наречено наелектризиране.

През 1680 г. немският учен Ото фон Герике построява първата електрическа машина и открива съществуването на електрически сили на отблъскване и привличане.

Първият учен, който разумно защитава гледната точка за съществуването на два вида заряди, е французинът Шарл Дюфе (1698–1739). Електричеството, което се появява при триене на смола, Dufay нарича смола, а електричеството, което се появява при триене на стъкло - стъкло. В съвременната терминология „катраненото“ електричество съответства на отрицателни заряди, а „стъкленото“ електричество на положителни. Най-убедителният противник на теорията за съществуването на два вида заряди е известният американец Бенджамин Франклин (1706 - 1790). Той пръв въвежда концепцията за положителни и отрицателни заряди. Той обясни наличието на тези заряди в телата с излишък или дефицит в телата на някаква обща електрическа материя. Тази специална материя, по-късно наречена „течността на Франклин“, според него има положителен заряд. Така, когато се наелектризира, тялото или придобива, или губи положителни заряди. Не е трудно да се досетим, че Франклин е смесил положителните заряди с отрицателните и телата обменят електрони (които носят отрицателен заряд). До голяма степен поради този факт посоката на движение на положителния заряд впоследствие е била погрешна за посоката на тока в металите.

Англичанинът Робърт Симер (1707 - 1763) обръща внимание на необичайното поведение на своите вълнени и копринени чорапи. Носеше два чифта чорапи: черни вълнени за топлина и бели копринени за красота. Събувайки двата чорапа наведнъж и издърпвайки единия от другия, той гледаше как двата чорапа се издуват, приемат формата на крака и се привличат един към друг. Но чорапите от един и същи цвят се отблъскват, докато чорапите от различни цветове се привличат. Въз основа на наблюденията си Симър ревностно вярва в теорията за двата заряда, което му спечелва прозвището „надут философ“.

Съвременно казано, неговите копринени чорапи имаха отрицателни заряди, докато вълнените му чорапи бяха с положителни заряди.

3. Явлението наелектризиране на телата

Учител:Кое тяло се нарича заредено?

Студент:Ако едно тяло може да привлича или отблъсква други тела, тогава то има електрически заряд. Такова тяло се нарича заредено. Зарядът е свойство на телата, е способността за електромагнитно взаимодействие.

(Демонстрация на действието на заредено тяло).

Учител:Какво е електроскоп?

Студент:Устройство, което ви позволява да откриете наличието на заряд в тялото и да го оцените, се нарича електроскоп.

Учител:Как работи електроскопът?

Студент:Основната част на електроскопа е проводяща изолирана пръчка, върху която е закрепена стрелка, която може да се върти свободно. Когато се появи заряд, стрелата и прътът се зареждат със заряди от същия знак и следователно, отблъсквайки се, те създават ъгъл на отклонение, чиято стойност е пропорционална на получения заряд.

(Демонстрация на работата на уреда).

Учител:Наелектризирането на телата може да се случи в различни случаи, т.е. Има различни начини за наелектризиране на тела:

• триене
• удар,
• контакт
• влияние,
• под въздействието на светлинна енергия.

Нека разгледаме някои от тях.

Студент: Ако натрийте ебонитна пръчка върху вълна, тогава ебонитът ще получи отрицателен заряд, а вълната ще получи положителен заряд. Наличието на тези заряди се открива с помощта на електроскоп. За да направите това, докоснете пръта на електроскопа с ебонитова пръчка или вълнен парцал. В този случай част от заряда на тестовото тяло преминава към пръта. Между другото, в този случай възниква краткотраен електрически ток. Помислете за взаимодействието на две хартиени обвивки, окачени на нишка, едната заредена от ебонитна пръчка, другата от вълнен плат. Имайте предвид, че те са привлечени един от друг. Това означава, че телата с противоположни заряди се привличат. Не всяко вещество може да пренася електрически заряди. Веществата, през които може да се пренася заряд, се наричат ​​проводници, а веществата, през които не може да се пренася заряд, се наричат ​​непроводници – диелектрици (изолатори). Това може да се установи и с помощта на електроскоп, свързвайки го със заредено тяло, вещества от различни видове.

Бялата копринена нишка не провежда заряд, но боядисаната копринена нишка го прави. (фиг. A)

Бяла копринена нишка Боядисана копринена нишка

Разделяне на зарядите и появата на двоен електрически слой в точките на техния контакт, всякакви две различни тела, изолатори или проводници, твърди вещества, течности или газове. Описвайки наелектризирането чрез триене, ние винаги вземахме за експеримента само добри изолатори - кехлибар, стъкло, коприна, ебонит. Защо? Защото при изолаторите зарядът остава на мястото, откъдето се е зародил и не може да премине през цялата повърхност на тялото към други тела в контакт с него. Експериментът е неуспешен, ако и двете триещи се тела са метални с изолирани дръжки, тъй като не можем да ги разделим едно от друго наведнъж по цялата повърхност.

Поради неизбежната грапавост на повърхността на телата, в момента на разделяне винаги остават някои последни точки на контакт - "мостове", през които всички излишни електрони излизат в последния момент и двата метала се оказват незаредени.

Учителят: Сега помислете за електрифицирането чрез контакт.

Ученик: Ако потопим парафиново топче в дестилирана вода и след това го извадим от водата, тогава и парафинът, и водата ще бъдат заредени. (фиг.B)

Наелектризирането на водата и парафина става без никакво триене. Защо? Оказва се, че при наелектризиране чрез триене ние само увеличаваме контактната площ и намаляваме разстоянието между атомите на триещите се тела. При вода - парафин всяка грапавост не пречи на сближаването на атомите им.

Това означава, че триенето не е предпоставка за наелектризиране на телата. Има и друга причина, поради която в тези случаи се получава наелектризиране.

Ученик: Работата на електрофорната машина се основава на електрифицирането на тялото чрез въздействие. Електрифицираното тяло може да взаимодейства с всеки електрически неутрален проводник. Когато тези тела се доближат едно до друго, поради електрическото поле на заредено тяло, във второто тяло настъпва преразпределение на зарядите. По-близо до зареденото тяло са заряди, противоположни по знак на зареденото тяло. По-нататък от зареденото тяло в проводника (втулка или цилиндър) са едноименните заряди със зареденото тяло.

Тъй като разстоянието до положителните и отрицателните заряди в цилиндъра от топката е различно, силите на привличане преобладават и цилиндърът се отклонява към електрифицираното тяло. Ако далечната страна на тялото от заредената топка бъде докосната с ръка, тогава тялото ще скочи до заредената топка. Това се дължи на факта, че в този случай електроните скачат към ръката, като по този начин намаляват отблъскващите сили. Ориз. Д.

Учителят: Колко дълго ще продължи тази ситуация? (фиг.D)

Ученик: След няколко секунди зарядите ще се разделят и цилиндърът ще излезе от топката. Техният характер в бъдеще ще зависи от стойността на сбора на техните такси. Ако сборът им е нула, тогава техните сили на взаимодействие са нула. Ако Fp< 0, то они оттолкнутся друг от друга, но на меньший угол .

Учител: Помислете за наелектризирането на телата под действието на светлинна енергия (фотоелектричен ефект).

Студент:Нека насочим силен светлинен лъч към цинковия диск (плоча), прикрепен към електрометъра. Под действието на светлинната енергия определен брой електрони излитат от плочата. Самата плоча е положително заредена. Големината на този заряд може да се прецени по ъгъла на отклонение на стрелката на електрометъра. (фиг. E)

Учителят: Видяхме, че с намаляване на разстоянието между атомите, явлението наелектризиране възниква по-ефективно. Защо?

Ученик: Защото това увеличава силите на привличане на Кулон между ядрото на атома и електрона на съседен атом.

Електронът, който скача, е този, който е слабо свързан с ядрото си.

Учителят: Помислете как са подредени химичните елементи в периодичната таблица на химичните елементи.

Ученик: Има около 500 форми на периодичната таблица на химичните елементи. От тях в една, 18-клетъчна, елементите са подредени според структурата на електронните обвивки на техните атоми и е дадено в справочника по обща и неорганична химия от Н. Ф. Стас.

Свойствата и характеристиките на атомите, включително електроотрицателността и валентността на елементите, са в съответствие с периодичния закон.

Радиусите на атомите и йоните намаляват в периоди, т.к електронната обвивка на атом или йон на всеки следващ елемент в периода в сравнение с предишния става по-плътен поради увеличаване на заряда на ядрото и увеличаване на привличането на електрони към ядрото.

Радиусите в групите се увеличават, защото атом (йон) на всеки елемент се различава от родителя чрез появата на нов електронен слой. Когато един атом се трансформира в катион (положителен йон), атомните радиуси рязко намаляват, а когато един атом се трансформира в анион (отрицателен йон), атомните радиуси почти не се променят.

Енергията, изразходвана за отделяне на електрон от атом и превръщането му в положителен йон, се нарича йонизация. Напрежението, при което възниква йонизация, се нарича йонизационен потенциал.

Йонизационен потенциал - физическа характеристика, е показател за металните свойства на даден елемент: колкото по-малък е той, толкова по-лесно е електронът да се откъсне от атома и толкова по-изразени са металните (редукционни) свойства на елемента.

Таблица 1. Йонизационни потенциали на атоми (eV/атом) на елементи от втория период

Учителят: Има такова нещо като електроотрицателност, която играе решаваща роля в наелектризирането на телата. От него зависи знакът на заряда, получен от елемента по време на електризирането. Електроотрицателност - какво е това?

Студент:Електроотрицателността е свойството на химичен елемент да привлича електрони от атоми на други елементи към своя атом, с които елементът образува химична връзка в съединения.

Електроотрицателността на елементите е определена от много учени: Полинг, Олред и Рохов. Те стигнаха до извода, че електроотрицателността на елементите нараства в периоди и намалява в групи, подобно на йонизационните потенциали. Колкото по-ниска е стойността на йонизационния потенциал, толкова по-голяма е вероятността да загубите електрон и да се превърнете в положителен йон или положително заредено тяло, ако тялото е хомогенно.

Таблица 2. Относителна електроотрицателност (ER) на елементите от първия, втория и третия период.

Учител:От всичко това можем да направим следния извод: ако два еднородни елемента от един и същи период си взаимодействат, то можем предварително да кажем кой от тях ще бъде зареден положително и кой отрицателно.

Вещество, чийто атом има по-висока валентност (по-голяма от номера на групата) по отношение на атома на друго вещество, ще бъде отрицателно заредено, а второто вещество ще бъде положително.

Ако хомогенни вещества от една и съща група взаимодействат, тогава веществото с по-нисък период или сериен номер ще бъде отрицателно заредено, а второто взаимодействащо тяло ще бъде положително заредено.

Учител:В този урок се опитахме да разкрием механизма на наелектризиране на телата. Разбрахме по каква причина тялото след наелектризиране получава заряд от един или друг знак, т.е. отговори на основния въпрос - защо? (как например разделът на механиката „Динамика“ отговаря на въпроса: защо?)

Сега изброяваме положителните и отрицателните стойности на електрифицирането на телата.

Студент:Статичното електричество може да има отрицателен ефект:

Привличането на косата към гребена;

Отблъскване на косми един от друг, като зареден шлейф;

Прилепване към дрехите на различни малки предмети;

В тъкачните мелници, залепване на конци към калерчетата, което води до чести прекъсвания.

Натрупаните заряди могат да причинят електрически разряди, които могат да имат различни последствия:

Светкавица (води до пожари);

Изхвърляне в камион с гориво ще причини експлозия;

При зареждане с горима смес всяко изхвърляне може да доведе до експлозия.

За да премахнете статичното електричество, заземете всички устройства и оборудване и дори камион с гориво. Използвайте специален антистатичен агент.

Студент:Статичното електричество може да бъде от полза:

При боядисване на дребни детайли с пулверизатор, боята и тялото се зареждат с противоположни заряди, което води до голяма икономия на боя;

За медицински цели се използва статичен душ;

Електростатични филтри се използват за почистване на въздуха от прах, сажди, киселинни и алкални изпарения;

За опушване на риба в специални електромери (рибата е заредена положително, а електродите са заредени отрицателно, опушването в електрическо поле е десет пъти по-бързо).

Обобщаване на урока.

Учител:Нека си припомним целта на нашия урок и да направим кратко заключение.

• Какво беше новото в урока?
• Кое беше интересното?
• Какво беше важно в урока?

Изводите на студентите:

1. Явленията, при които телата придобиват свойствата да привличат други тела, се наричат ​​наелектризиране.
2. Наелектризирането може да се получи чрез контакт, чрез въздействие, при облъчване със светлина.
3. Веществата са или електроотрицателни, или електроположителни.
4. Познавайки принадлежността на веществата, е възможно да се предвиди какви заряди ще получат взаимодействащите тела.
5. Триенето само увеличава площта на контакт.
6. Веществата са проводници и непроводници на електричество.
7. Изолаторите натрупват заряди там, където се образуват (в точките на контакт).
8. В проводниците зарядите се разпределят равномерно в целия обем.

Обсъждане и оценяване на участниците в урока.

Литература.

1. Г. С. Ландсберг. Начален учебник по физика. Т.2. - М., 1973.
2. Н. Ф. Стас. Наръчник по обща и неорганична химия.
3. И. Г. Кирилова. Книга за четене по физика. М., 1986.

електрификация на тел.

2. Наелектризиране на тела.

Тези явления са открити в древността. Древногръцките учени забелязали, че кехлибарът (вкаменената смола от иглолистни дървета, растящи на Земята преди много стотици хиляди години), когато се търка с вълна, започва да привлича различни тела към себе си. На гръцки кехлибарът е електрон, откъдето идва и името „електричество“.

Тяло, което след триене привлича други тела към себе си, се казва, че е наелектризирано или че му е придаден електрически заряд.

Телата, направени от различни вещества, могат да бъдат наелектризирани. Лесно се наелектризират пръчки от гума, сяра, ебонит, пластмаса, найлон чрез триене на вълна върху вълна.

Наелектризирането на телата възниква, когато телата влязат в контакт и след това се разделят. Триене на тела едно в друго само за увеличаване на площта на техния контакт.

В наелектризирането винаги участват две тела: в експериментите, разгледани по-горе, стъклена пръчица влезе в контакт с лист хартия, парче кехлибар - с козина или вълна, плексигласова пръчка - с коприна. В този случай и двете тела са наелектризирани. Например, когато стъклена пръчка и парче гума влязат в контакт, стъклото и гумата се наелектризират. Гумата, подобно на стъклото, започва да привлича леки тела.

Електрическият заряд може да се прехвърля от едно тяло на друго. За да направите това, трябва да докоснете друго тяло с електрифицирано тяло и тогава част от електрическия заряд ще премине към него. За да се уверите, че второто тяло също е наелектризирано, трябва да донесете малки парчета хартия към него и да видите дали те ще бъдат привлечени.

3. Два вида такси. Взаимодействие на заредени тела.

Всички наелектризирани тела привличат към себе си други тела, например парчета хартия. Според привличането на телата е невъзможно да се различи електрическият заряд на стъклена пръчка, натъркана върху коприна, от заряда, получен върху ебонитна пръчка, натъркана в тях. В крайна сметка и двете електрифицирани пръчки привличат парчета хартия.

Означава ли това, че зарядите, получени върху тела, направени от различни вещества, не се различават един от друг по никакъв начин?

Нека се обърнем към експериментите. Електризираме ебонитна пръчка, окачена на конец. Нека донесем друга подобна пръчка към него, наелектризирана от триене върху същото парче козина. Пръчките се отблъскват. Тъй като пръчките са еднакви и са ги наелектризирали чрез триене в едно и също тяло, можем да кажем, че са имали заряди от един и същи вид. Това означава, че тела с еднакъв заряд се отблъскват.

Сега нека донесем стъклена пръчка, натъркана върху коприна, към наелектризирана ебонитна пръчка. Ще видим, че стъклената и ебонитовата пръчки се привличат взаимно (фиг. № 2). Следователно зарядът, получен върху стъкло, натъркано върху коприна, е от различен вид, отколкото върху ебонит, натъркан върху козина. И така, има друг вид електрически заряди.

Събуждаме се, за да донесем наелектризирани тела от различни вещества към окачена наелектризирана ебонитна пръчка: гума, плексиглас, пластмаса, найлон. Ще видим, че в някои случаи ебонитовата пръчка се отблъсква от донесените до нея тела, а в други се привлича. Ако ебонитовата пръчка бъде отблъсната, тогава тялото, донесено до нея, има заряд от същия вид като върху нея. И зарядът на тези тела, към които е привлечена ебонитовата пръчка, е подобен на заряда, получен върху стъкло, натъркано върху коприна. Следователно можем да приемем, че има само два вида електрически заряди.

Зарядът, получен върху стъкло, втрито в коприна (и във всички тела, където се получава заряд от същия вид), се нарича положителен, а зарядът, получен върху кехлибар (както и ебонит, сяра, каучук), втрит в вълна, се нарича отрицателен, т.е. на зарядите са поставени знаци „+“ и „-“.

И така, експериментите показват, че има два вида електрически заряди - положителни и отрицателни заряди, и че наелектризираните тела взаимодействат едно с друго по различни начини.

Телата с електрически заряди от един и същ знак се отблъскват, а телата с противоположни заряди се привличат.

4. Електроскоп. Проводници и непроводници на електричество.

Ако телата са наелектризирани, то те се привличат или отблъскват. Чрез привличане или отблъскване може да се прецени дали на тялото е приложен електрически заряд. Следователно конструкцията на устройството, с помощта на което се установява дали тялото е наелектризирано, се основава на взаимодействието на заредени тела. Този уред се нарича електроскоп (от гръцките думи electron и scopeo - наблюдавам, откривам).

В електроскопа метален прът се прекарва през пластмасова запушалка (фиг. No 3), поставена в метална рамка, в края на която са фиксирани два листа тънка хартия. Рамката е покрита със стъкло от двете страни.

Колкото по-голям е зарядът на електроскопа, толкова по-голяма е отблъскващата сила на листата и толкова по-голям е ъгълът, под който ще се разпръснат. Това означава, че чрез промяна на ъгъла на разминаване на листата на електроскопа може да се прецени дали зарядът му се е увеличил или намалял.

Ако докоснете с ръка заредено тяло (например електроскоп), то ще се разреди. Електрическите заряди ще преминат към нашето тяло и през него те могат да отидат на земята. Зареденото тяло също ще се разреди, ако е свързано към земята с метален предмет, като желязна или медна жица. Но ако заредено тяло е свързано със земята със стъклена или ебонитна пръчка, тогава електрическите заряди през тях няма да отидат в земята. В този случай зареденото тяло няма да се разреди.

Според способността да провеждат електрически заряди веществата условно се делят на проводници и непроводници на електричество.

Всички метали, почвата, разтворите на соли и киселини във вода са добри проводници на електричество.

Непроводниците на електричество или диелектриците включват порцелан, ебонит, стъкло, кехлибар, каучук, коприна, найлон, пластмаса, керосин, въздух (газове).

Телата, изработени от диелектрици, се наричат ​​изолатори (от гръцката дума isolaro - изолирам).

5. Делимост на електричния заряд. Електрон.

Да заредим метална топка, закрепена за пръта на електроскопа (фиг. No 4а). Нека свържем тази топка с метален проводник А, като я държим за дръжката В, изработена от диелектрик, с друга точно същата, но незаредена топка, разположена на втория електроскоп. Половината от заряда ще премине от първата топка към втората (фиг. № 4б). Това означава, че първоначалният заряд се разрежда на две равни части.

Сега нека разделим топките и да докоснем втората топка с ръка. От това той ще загуби заряд - разреден. Нека го прикрепим отново към първата топка, върху която остава половината от първоначалния заряд. Оставащият заряд отново ще бъде разделен на две равни части, а четвъртата част от първоначалния заряд ще остане върху първата топка.

По същия начин може да се получи една осма, една шестнадесета от заряда и т.н.

Така опитът показва, че електрическият заряд може да има различна стойност. Електрическият заряд е физическа величина.

Една висулка се приема като единица електрически заряд (означава се като 1 C). Единицата е кръстена на френския физик К. Кулон.

В експеримента, показан на фигура 4, е показано, че електрическият заряд може да бъде разделен на части.

Съществува ли разделение на таксите?

За да се отговори на този въпрос, беше необходимо да се извършат по-сложни и точни експерименти от описаните по-горе, тъй като много скоро зарядът, оставащ върху топката на електроскопа, става толкова малък, че не е възможно да се открие с помощта на електроскоп.

За да разделите заряда на много малки порции, е необходимо да го прехвърлите не на топки, а на малки зърна от метал или капчици течност. Чрез измерване на заряда, получен върху такива малки тела, беше установено, че е възможно да се получат части от заряд, които са милиарди милиарди пъти по-малки, отколкото в описания експеримент. Във всички експерименти обаче не беше възможно да се отдели зарядът над определена стойност.

Това ни позволи да приемем, че електрическият заряд има граница на делимост, или по-точно, че има заредени частици с най-малък заряд, които вече не са делими.

За да докажат, че има граница на разделянето на електрическия заряд и да установят каква е тази граница, учените проведоха специални експерименти. Например съветският учен А. Ф. Йофе постави експеримент, при който малки прашинки от цинк, видими само под микроскоп, бяха наелектризирани. Зарядът на праховите частици се променя няколко пъти и всеки път се измерва колко се е променил зарядът. Експериментите показват, че всички промени в заряда на прашинка са били цял брой пъти (т.е. 2, 3, 4, 5 и т.н.) по-големи от определен най-малък заряд, т.е. зарядът на прашинка сменени, макар и много малки, но цели порции. Тъй като зарядът от прашинка напуска частица материя, Йофе заключава, че в природата има такава частица материя, която има най-малкия заряд, който вече не се дели.

Тази частица се нарича електрон.

Стойността на заряда на електрона е определена за първи път от американския учен Р. Миликен. В своите опити, подобни на тези на А. Ф. Йофе, той използва малки капки масло.

Зарядът на електрона е отрицателен, той е равен на 1,610 C (0,000 000 000 000 000 000 16 C). Електрическият заряд е едно от основните свойства на електрона. Този заряд не може да бъде "отстранен" от електрона.

Масата на един електрон е 9,110 kg, това е 3700 пъти по-малко от масата на молекулата на водорода, най-малката от всички молекули. Масата на крилото на мухата е около 510 пъти по-голяма от тази на електрона.

6. Ядрен модел на структурата на атома

Изследването на структурата на атома практически започва през 1897-1898 г., след като окончателно е установена природата на катодните лъчи като поток от електрони и са определени големината на заряда и масата на електрона. Фактът, че електроните се отделят от голямо разнообразие от вещества, доведе до заключението, че електроните са част от всички атоми. Но атомът като цяло е електрически неутрален, следователно трябва да съдържа и друг компонент, положително зареден, и неговият заряд трябва да балансира сумата от отрицателните заряди на електроните.

Тази положително заредена част от атома е открита през 1911 г. от Ърнест Ръдърфорд (1871-1937). Ръдърфорд предложи следната схема за структурата на атома. В центъра на атома има положително заредено ядро, около което се въртят електрони в различни орбити. Центробежната сила, която възниква при въртенето им, се балансира от привличането между ядрото и електроните, в резултат на което те остават на определени разстояния от ядрото. Общият отрицателен заряд на електроните е числено равен на положителния заряд на ядрото, така че атомът като цяло е електрически неутрален. Тъй като масата на електроните е незначителна, почти цялата маса на атома е концентрирана в неговото ядро. Напротив, размерът на ядрата е изключително малък дори в сравнение с размера на самите атоми: диаметърът на атома е около 10 см, а диаметърът на ядрото е около 10 - 10 см. малък, има само незначителна част от цялото пространство, заето от атомната система (фиг. № 5)

7. Състав на атомните ядра

Така откритията на Ръдърфорд поставят основата на ядрената теория на атома. От времето на Ръдърфорд физиците са научили много повече подробности за структурата на атомното ядро.

Най-лекият атом е водородният атом (Н). Тъй като почти цялата маса на атома е концентрирана в ядрото, би било естествено да се приеме, че ядрото на водородния атом е елементарна частица с положително електричество, наречена протон от гръцката дума „protos“, което означава „ първи”. Така един протон има маса, почти равна на масата на водороден атом (точно 1,00728 въглеродни единици) и електрически заряд, равен на +1 (ако вземем заряда на електрона, равен на -1,602 * 10 C като единица за отрицателно електричество ). Атомите на други, по-тежки елементи съдържат ядра, които имат по-голям заряд и, очевидно, по-голяма маса.

Измерванията на заряда на ядрата на атомите показаха, че зарядът на ядрото на атома в посочените условни единици е числено равен на атомния или пореден номер на елемента. Но това беше невъзможно да се допусне, тъй като последните, натоварени със същото име, неизбежно биха се отблъснали взаимно и следователно такива ядра ще се окажат нестабилни. В допълнение, масата на атомните ядра се оказа два пъти или повече от общата маса на протоните, които определят заряда на ядрата на атомите на съответните елементи.

Тогава се приемаше, че ядрата на атомите съдържат протони в брой, надвишаващ атомния номер на елемента, и така създаденият излишък от положителен заряд на ядрото се компенсира от електроните, които изграждат ядрото. Тези електрони очевидно трябва да държат взаимно отблъскващи се протони в ядрото. Това предположение обаче трябваше да бъде отхвърлено, тъй като беше невъзможно да се допусне съвместното съществуване на тежки (протони) и леки (електрони) частици в компактно ядро.

През 1932 г. Дж. Чадуик открива елементарна частица, която няма електрически заряд, във връзка с което е наречена неутрон (от латинската дума neuter, което означава "нито едното, нито другото"). Неутронът има маса, малко по-голяма от тази на протона (точно 1,008665 въглеродни единици). След това откритие Д. Д. Иваненко, Е. Н. Гапон и В. Хайзенберг, независимо един от друг, предложиха теория за състава на атомните ядра, която стана общоприета.

Според тази теория ядрата на атомите на всички елементи (с изключение на водорода) се състоят от протони и неутрони. Броят на протоните в ядрото определя стойността на неговия положителен заряд, а общият брой на протоните и неутроните определя стойността на неговата маса. Ядрените частици - протони и неутрони - се обединяват под общото наименование нуклони (от латинската дума nucleus, което означава "ядро"). По този начин броят на протоните в ядрото съответства на атомния номер на елемента, а общият брой на нуклоните, тъй като масата на атома е концентрирана главно в ядрото, съответства на неговия масов номер, т.е. неговата атомна маса A, закръглена до цяло число.Тогава броят на неутроните в ядрото N може да се намери от разликата между масовото число и атомното число:

По този начин протонно-неутронната теория позволи да се разрешат противоречията, възникнали по-рано в идеите за състава на атомните ядра и връзката му с поредния номер и атомната маса.

8. Изотопи

Протонно-неутронната теория позволи да се разреши друго противоречие, възникнало по време на формирането на теорията за атома. Ако признаем, че ядрата на атомите на елементите се състоят от определен брой нуклони, тогава атомните маси на всички елементи трябва да бъдат изразени като цели числа. За много елементи това е вярно и незначителните отклонения от целите числа могат да се обяснят с недостатъчна точност на измерване. За някои елементи обаче стойностите на атомните маси се отклоняват толкова много от целите числа, че това вече не може да се обясни с неточност на измерването и други случайни причини. Например атомната маса на хлора (CL) е 35,45. Установено е, че приблизително три четвърти от атомите на хлора, които съществуват в природата, имат маса 35, а една четвърт - 37. Така съществуващите в природата елементи се състоят от смес от атоми, които имат различни маси, но, очевидно едни и същи химични свойства, т.е. съществуват разновидности на атоми на един и същи елемент с различни и освен това цели числа. Ф. Астън успява да раздели такива смеси на съставни части, които се наричат ​​изотопи (от гръцките думи "isos" и "topos", което означава "еднакво" и "място" (тук означава, че различни изотопи на един елемент заемат едно място в периодичната система). От гледна точка на протонно-неутронната теория изотопите са разновидности на елементи, чиито атомни ядра съдържат различен брой неутрони, но същия брой протони. Химическата природа на елемента се определя от броя на протоните в атомното ядро, който е равен на броя на електроните в обвивката на атома. Промяната в броя на неутроните (при същия брой протони) не влияе на химичните свойства на атома.

Всичко това дава възможност да се формулира концепцията за химичен елемент като вид атоми, характеризиращи се с определен заряд на ядрото. Сред изотопите на различни елементи са открити такива, които съдържат еднакъв общ брой нуклони в ядрото с различен брой протони, тоест атомите на които имат еднаква маса. Такива изотопи се наричат ​​изобари (от гръцката дума "барос", което означава "тегло"). Различната химическа природа на изобарите убедително потвърждава, че природата на елемента не се определя от масата на неговия атом.

За различните изотопи се използват имената и символите на самите елементи, като се посочва масовото число, което следва името на елемента или е посочено като индекс в горния ляв ъгъл на символа, например: хлор - 35 или Cl.

Различните изотопи се различават един от друг по стабилност. 26 елемента имат само един стабилен изотоп - такива елементи се наричат ​​моноизотопни (те се характеризират главно с нечетни атомни номера), а атомните им маси са приблизително равни на цели числа. 55 елемента имат няколко стабилни изотопа - те се наричат ​​полиизотопни (големият брой изотопи е характерен главно за четните елементи). За останалите елементи са известни само нестабилни радиоактивни изотопи. Това са всички тежки елементи, като се започне с елемент № 84 (полоний), а от относително леки - № 43 (технеций) и № 61 (прометий). Въпреки това, радиоактивните изотопи на някои елементи са относително стабилни (характеризиращи се с дълъг период на полуразпад) и следователно тези елементи, като торий, уран, се срещат в природата. В повечето случаи обаче радиоактивните изотопи се получават изкуствено, включително множество радиоактивни изотопи на стабилни елементи.

9. Електронни обвивки на атомите. Теорията на Бор.

Според теорията на Ръдърфорд всеки електрон се върти около ядрото и силата на привличане на ядрото се балансира от центробежната сила, произтичаща от въртенето на електрона. Въртенето на електрона е доста аналогично на неговите бързи трептения и би трябвало да предизвиква излъчване на електромагнитни вълни. Следователно може да се приеме, че въртящ се електрон излъчва светлина с определена дължина на вълната, в зависимост от честотата на орбитата на електрона. Но, излъчвайки светлина, електронът губи част от енергията си, в резултат на което балансът между него и ядрото се нарушава. За да възстанови равновесието, електронът трябва постепенно да се приближи до ядрото, а честотата на въртене на електрона и естеството на излъчваната от него светлина също постепенно ще се променят. В крайна сметка, след като е изчерпал цялата енергия, електронът трябва да "падне" върху ядрото и излъчването на светлина ще спре. Ако в действителност имаше такава непрекъсната промяна в движението на един електрон, неговото "падане" върху ядрото би означавало разрушаване на атома и прекратяване на неговото съществуване.

Така илюстративният и прост ядрен модел на атома на Ръдърфорд явно противоречи на класическата електродинамика. Системата от електрони, въртящи се около ядрото, не може да бъде стабилна, тъй като електронът трябва непрекъснато да излъчва енергия по време на такова въртене, което от своя страна трябва да доведе до падането му върху ядрото и до разрушаването на атома. Междувременно атомите са стабилни системи.

Тези значителни противоречия са частично разрешени от изключителния датски физик Нилс Бор (1885 - 1962), който през 1913 г. развива теорията за водородния атом, която основава на специални постулати, свързвайки ги, от една страна, с класическите закони. механиката и, от друга страна, с квантовата теория за енергийното излъчване на немския физик Макс Планк (1858 - 1947).

Същността на квантовата теория се свежда до това, че енергията се излъчва и поглъща не непрекъснато, както се приемаше по-рано, а на отделни малки, но ясно определени порции - енергийни кванти. Енергийният резерв на излъчващото тяло се променя скокообразно, квант по квант; дробен брой кванти, които тялото не може нито да излъчва, нито да абсорбира.

Големината на кванта на енергията зависи от честотата на излъчването: колкото по-висока е честотата на излъчването, толкова по-голяма е величината на кванта. Означавайки кванта на енергията чрез E, ние записваме уравнението на Планк:

където h е постоянна стойност, така наречената константа на Планк, равна на 6,626 * 10 J * s., и е честотата на вълната на Debroil.

Квантите на лъчиста енергия се наричат ​​още фотони. Прилагайки квантови концепции към въртенето на електроните около ядрото, Бор основава своята теория на много смели предположения или постулати. Въпреки че тези постулати противоречат на законите на класическата електродинамика, те намират своето оправдание в удивителните резултати, до които водят, и в пълното съответствие, което се установява между теоретичните резултати и огромен брой експериментални факти. Постулатите на Бор са следните:

Електронът може да се движи не по никакви орбити, а само по тези, които отговарят на определени условия, произтичащи от квантовата теория. Тези орбити се наричат ​​стабилни, стационарни или квантови орбити. Когато един електрон се движи по една от възможните за него стабилни орбити, той не излъчва електромагнитна енергия. Преминаването на електрон от далечна орбита към по-близка е съпроводено със загуба на енергия. Енергията, загубена от атом по време на всеки преход, се преобразува в един квант лъчиста енергия. Честотата на излъчената светлина в този случай се определя от радиусите на двете орбити, между които се извършва преходът на електрона. Означавайки енергийния резерв на атом в позицията на електрон в орбита, по-отдалечена от ядрото чрез En, и в по-близка орбита чрез Ek и разделяйки енергията, загубена от атома En - Ek на константата на Планк, получаваме необходима честота:

= (En - Ek) / h

Колкото по-голямо е разстоянието от орбитата, в която се намира електронът, до тази, към която преминава, толкова по-голяма е честотата на излъчването. Най-простият от атомите е водородният атом, около чието ядро ​​се върти само един електрон. Въз основа на горните постулати, Бор изчислява радиусите на възможните орбити за този електрон и установява, че те са свързани като квадратите на естествените числа: 1: 2: 3: ...: n. Стойността на n се нарича главно квантово число.

Впоследствие теорията на Бор е разширена до атомната структура на други елементи, въпреки че това е свързано с някои трудности поради нейната новост. Това позволи да се разреши много важният въпрос за разположението на електроните в атомите на различни елементи и да се установи зависимостта на свойствата на елементите от структурата на електронните обвивки на техните атоми. В момента са разработени схеми на структурата на атомите на всички химични елементи. Трябва обаче да се има предвид, че всички тези схеми са само повече или по-малко надеждна хипотеза, която дава възможност да се обяснят много от физичните и химичните свойства на елементите.

Както бе споменато по-рано, броят на електроните, въртящи се около ядрото на атома, съответства на поредния номер на елемента в периодичната система. Електроните са подредени на слоеве, т.е. всеки слой има определено запълване или, така да се каже, насищащ брой електрони. Електроните на един и същи слой се характеризират с почти еднакво количество енергия, т.е. са приблизително на същото енергийно ниво. Цялата обвивка на атома се разпада на няколко енергийни нива. Електроните на всеки следващ слой са на по-високо енергийно ниво от електроните на предишния слой. Най-големият брой електрони N, които могат да бъдат на дадено енергийно ниво, е равен на удвоения квадрат на номера на слоя:

където n е номерът на слоя. Така с 1-2, с 2-8, с 3-18 и т.н. Освен това беше установено, че броят на електроните във външния слой за всички елементи, с изключение на паладия, не надвишава осем, а в предпоследния слой - осемнадесет.

Електроните на външния слой, като най-отдалечени от ядрото и следователно най-слабо свързани с ядрото, могат да се откъснат от атома и да се присъединят към други атоми, влизайки в състава на външния слой на последния. Атомите, които са загубили един или повече електрони, стават положително заредени, тъй като зарядът на ядрото на атома надвишава сумата от зарядите на останалите електрони. Обратно, атомите, които имат прикрепени електрони, стават отрицателно заредени. Образуваните по този начин заредени частици, качествено различни от съответните атоми, се наричат ​​йони. Много йони от своя страна могат да загубят или да получат електрони, докато се превръщат или в електрически неутрални атоми, или в нови йони с различен заряд.

10. Ядрени сили.

Хипотезата, че атомните ядра се състоят от протони и неутрони, беше потвърдена от много експериментални факти. Това свидетелства за валидността на неутронно-тонния модел на структурата на ядрото.

Но възникна въпросът: защо ядрата не се разпадат на отделни нуклони под действието на силите на електростатично отблъскване между положително заредените протони?

Изчисленията показват, че нуклоните не могат да се държат заедно поради сили на привличане от гравитационен или магнитен характер, тъй като тези сили са много по-малки от електростатичните.

В търсене на отговор на въпроса за стабилността на атомните ядра учените предполагат, че между всички нуклони в ядрата действат някакви специални сили на привличане, които значително надвишават електростатичните сили на отблъскване между протоните. Тези сили бяха наречени ядрени.

Хипотезата за съществуването на ядрени сили се оказа вярна. Оказа се също, че ядрените сили са с малък обсег: на разстояние 10-15 m те са приблизително 100 пъти по-големи от силите на електростатичното взаимодействие, но вече на разстояние 10-14 m те се оказват незначителни. С други думи, ядрените сили действат на разстояния, сравними с размера на самите ядра.

11.Деление на уранови ядра.

Деленето на урановите ядра чрез бомбардирането им с неутрони е открито през 1939 г. от немските учени Ото Гун и Фриц Щрасман.

Нека да разгледаме механизма на това явление. На (фиг. № 7, а) условно е изобразено ядрото на атома на урана (23592U). След като абсорбира допълнителен неутрон, ядрото се възбужда и деформира, придобивайки удължена форма (Фигура 7, b).

Вече знаем, че в ядрото действат два вида сили: електростатични сили на отблъскване между протоните, които се стремят да разрушат ядрото, и ядрени сили на привличане между всички нуклони, поради които ядрото не се разпада. Но ядрените сили са с малък обсег, следователно в удължено ядро ​​те вече не могат да задържат части от ядрото, които са много отдалечени една от друга. Под действието на електростатичните сили на отблъскване ядрото се разкъсва на две части (фиг. No 7, в), които се разпръскват в различни посоки с голяма скорост и излъчват 2-3 неутрона.

Оказва се, че част от вътрешната енергия на ядрото се превръща в кинетична енергия на летящи фрагменти и частици. Фрагментите бързо се забавят в околната среда, в резултат на което тяхната кинетична енергия се превръща във вътрешната енергия на средата (т.е. в енергията на взаимодействие на топлинното движение на съставните й частици).

При едновременното делене на голям брой уранови ядра вътрешната енергия на средата около урана и съответно нейната температура се увеличават значително (т.е. средата се нагрява).

По този начин реакцията на делене на урановите ядра протича с освобождаването на енергия в околната среда.

Енергията, съдържаща се в ядрата на атомите, е колосална. Например, при пълното делене на всички ядра, присъстващи в 1 грам уран, ще се освободи същото количество енергия, каквото се отделя при изгарянето на 2,5 тона нефт.

12. Атомни електроцентрали.

атомна електроцентрала (АЕЦ) - електроцентрала, в която атомната (ядрената) енергия се преобразува в електрическа. Генераторът на енергия в атомната електроцентрала е ядрен реактор. Топлината, която се отделя в реактора в резултат на верижна реакция на ядрено делене на някои тежки елементи, след това, точно както в конвенционалните топлоелектрически централи (ТЕЦ), се превръща в електричество.За разлика от топлоелектрическите централи, работещи на органично гориво, атомни електроцентрали, работещи с ядрено гориво (на базата на 233U, 235U, 239Pu) Деленето на 1 g изотопи на уран или плутоний освобождава 22 500 kWh, което е еквивалентно на енергията, съдържаща се в 2 800 kg референтно гориво. Първата в света атомна електроцентрала за пилотни промишлени цели с мощност 5 MW е пусната в СССР на 27 юни 1954 г. в град Обнинск. Преди това енергията на атомното ядро ​​се е използвала за военни цели. Пускането в експлоатация на първата атомна електроцентрала бележи откриването на ново направление в енергетиката, което беше признато на Първата международна научно-техническа конференция за използване на атомната енергия за мирни цели (август 1955 г., Женева).

Принципна схема на атомна електроцентрала с ядрен реактор с водно охлаждане (фиг. № 6.). Топлината, освободена в активната зона на реактора, се приема като охлаждаща течност от вода (охлаждаща течност) от 1-ви кръг, която се изпомпва през реактора от циркулационна помпа g Нагрята вода от реактора, влизаща в топлообменника (парогенератора) 3, където предава топлината, получена в реактора, към водата от 2-ри кръг. Водата от 2-ри кръг се изпарява в парогенератора, а парата се образува и влиза в турбината 4.

Най-често в атомните електроцентрали се използват 4 типа реактори с топлинни неутрони: 1) реактори с водно охлаждане с обикновена вода като модератор и охлаждаща течност; 2) графитно-воден с воден охладител и графитен модератор; 3) тежка вода с воден охладител и тежка вода като модератор 4) графитен газ с газов охладител и графитен модератор.

В зависимост от вида и агрегатното състояние на топлоносителя се създава един или друг термодинамичен цикъл на АЕЦ. Изборът на горната температурна граница на термодинамичния цикъл се определя от максимално допустимата температура на обвивките на горивните елементи (TVEL), съдържащи ядрено гориво, допустимата температура на самото ядрено гориво, както и свойствата на охлаждащата течност, приета за този тип. на реактора. В атомната електроцентрала. термичният реактор с водно охлаждане обикновено използва нискотемпературни парни цикли. Реакторите с газово охлаждане позволяват използването на относително по-икономични парни цикли с повишено начално налягане и температура. Топлинната схема на АЕЦ в тези два случая се изпълнява като 2-контурна: топлоносителят циркулира в 1-ви контур, 2-ри контур е пара-вода. В реактори с вряща вода или високотемпературен газов охладител е възможна едноконтурна топлинна АЕЦ. В реакторите с кипяща вода водата кипи в активната зона, получената пара-водна смес се отделя и наситената пара се изпраща или директно към турбината, или преди това се връща в сърцевината за прегряване.

Във високотемпературните графитно-газови реактори е възможно да се използва конвенционален цикъл на газова турбина. Реакторът в този случай действа като горивна камера.

По време на работа на реактора концентрацията на делящи се изотопи в ядреното гориво постепенно намалява и горивото изгаря. Затова с течение на времето те се заменят с пресни. Ядреното гориво се презарежда с помощта на механизми и устройства с дистанционно управление. Отработеното гориво се прехвърля в басейна за отработено гориво и след това се изпраща за преработка.

Реакторът и неговите обслужващи системи включват: самия реактор с биологична защита, топлообменници, помпи или вентилационни агрегати, които циркулират охлаждащата течност; тръбопроводи и арматура на циркулационната верига; устройства за презареждане на ядрено гориво; специални системи вентилация, аварийно охлаждане и др.

В зависимост от конструкцията реакторите имат следните особености: при реакторите под налягане горивото и замедлителят са разположени вътре в съда, който носи общото налягане на охлаждащата течност; в каналните реактори горивото, охлаждано от охлаждаща течност, се инсталира в специални тръби-канали, проникващи в модератора, затворени в тънкостенен корпус. За защита на персонала на АЕЦ от радиационно облъчване, реакторът е заобиколен от биологична защита, основният материал за която са бетон, вода, змийски пясък. Оборудването на веригата на реактора трябва да бъде напълно запечатано. Предвидена е система за наблюдение на местата за евентуално изтичане на топлоносител, взети са мерки появата на течове и прекъсвания във веригата да не води до радиоактивни емисии и замърсяване на територията на АЕЦ и околностите. Оборудването на реакторната верига обикновено се монтира в херметизирани боксове, които са отделени от останалите помещения на АЕЦ с биологична защита и не се обслужват по време на работа на реактора. вентилационна система, в която, за да се изключи възможността от атмосферно замърсяване, са предвидени почистващи филтри и резервоари за газ. Службата за дозиметричен контрол следи за спазването на правилата за радиационна безопасност от персонала на АЕЦ.

В случай на аварии в системата за охлаждане на реактора, за да се предотврати прегряване и изтичане на обвивките на горивните пръти, се осигурява бързо (в рамките на няколко секунди) потискане на ядрената реакция; Системата за аварийно охлаждане има независими източници на захранване.

Наличието на специални системи за биологична защита. Услугата за вентилация и аварийно охлаждане и дозиметричен контрол ви позволява напълно да защитите персонала по поддръжката на АЕЦ от вредното въздействие на радиоактивното облъчване.

Оборудването на машинната зала на АЕЦ е подобно на оборудването на машинната зала на ТЕЦ. Разграничете, характеристика на повечето атомни електроцентрали е използването на пара с относително ниски параметри, наситена или леко прегрята.

В същото време, за да се изключи ерозионното увреждане на лопатките на последните етапи на турбината от частици влага, съдържащи се в парата, в турбината са монтирани сепаратори. Понякога е необходимо да се използват дистанционни сепаратори и пренагреватели на пара. Поради факта, че охлаждащата течност и съдържащите се в нея примеси се активират при преминаване през активната зона на реактора, проектното решение на оборудването на турбинната зала и системата за охлаждане на кондензатора на турбината на едноконтурни АЕЦ трябва напълно да изключва възможността от охлаждаща течност изтичане. При двуконтурни АЕЦ с високи параметри на парата такива изисквания не се налагат към оборудването на турбинната зала.

Част от топлинната мощност на реактора на тази атомна електроцентрала се изразходва за топлоснабдяване. Освен за производство на електроенергия, атомните електроцентрали се използват и за обезсоляване на морска вода. Атомните електроцентрали, които са най-модерният тип електроцентрали, имат редица значителни предимства пред други видове електроцентрали: при нормални условия на работа те абсолютно не замърсяват околната среда, не изискват обвързване към източник на суровини и съответно могат да бъдат поставени почти навсякъде, новите енергийни блокове имат мощност, почти равна на тази на средна водноелектрическа централа, но коефициентът на използване на инсталираната мощност в АЕЦ (80%) значително надвишава този на ВЕЦ или ТЕЦ. Фактът, че 1 кг уран може да произведе същото количество топлина, както при изгарянето на около 3000 тона въглища, може да говори за ефективността и ефективността на атомните електроцентрали.

Практически няма съществени недостатъци на атомните електроцентрали при нормални условия на работа. Не може обаче да не се отбележи опасността от атомни електроцентрали при възможни форсмажорни обстоятелства: земетресения, урагани и т.н. - тук старите модели енергийни блокове представляват потенциална опасност от радиационно замърсяване на територии поради неконтролирано прегряване на реактора.

13. Заключение

След като изучих подробно явлението наелектризиране и структурата на атома, научих, че атомът се състои от ядро ​​и отрицателно заредени електрони около него. Ядрото се състои от положително заредени протони и незаредени неутрони. Когато едно тяло е наелектризирано, в електрифицираното тяло възниква или излишък, или недостиг на електрони. Това определя заряда на тялото. Има само два вида електрически заряди - положителни и отрицателни заряди. В резултат на моята работа се запознах задълбочено с явленията на електростатиката и разбрах как и защо възникват тези явления. Например мълния. Явлението електростатика е тясно свързано със структурата на атома. Атоми на вещества като уран, радий и др. притежават радиоактивност.Енергията на атома е от голямо значение за живота на цялото човечество. Например енергията, съдържаща се в един грам уран, е равна на енергията, отделена при изгарянето на 2,5 тона нефт. В момента радиоактивната енергия на атомите е намерила своето приложение в много области на живота. Всяка година се изграждат все повече атомни електроцентрали (атомни електроцентрали), развива се производството на ледоразбивачи и подводници с ядрен реактор. Атомната енергия се използва в медицината за лечение на различни заболявания, както и в много области на националната икономика. Неправилното използване на енергия може да представлява опасност за здравето на живите организми. Енергията на атомите може да бъде от полза за хората, ако се научат как да я използват правилно.

Електрификация тяломакроскопичен тяло, обикновено електрически... задача. 1 версия. При електрификация телблизкият контакт между тях е важен ... трябва да доведе до зареждане тяло. Друг начин електрификация тел- Въздействие върху...

Културата на взаимодействие е взаимодействието на културите.

Интерактивно представяне на тематаЕлектрификация на тел. Електрически заряд

Забавлявали ли сте се с такъв прост трик: ако натъркате надут балон върху суха коса и след това го прикрепите към тавана, изглежда ли, че „залепва“?

Не? Опитай! Не по-малко смешно тогава косата стърчи във всички посоки. Същият ефект понякога се получава при разресване на дълга коса. Те стърчат и се залепват за гребена. Е, всеки е запознат със ситуации, когато, ходейки с вълнени или синтетични неща, докосвате нещо или някого и усещате остро убождане. В такива случаи казват - шок. Всичко това са примери за наелектризиране на тела.Но откъде идва електрифицирането, ако всички знаем отлично, че електрическият ток живее в контакти и батерии, а не в косата и дрехите? Гледайте карикатурата

Феноменът на наелектризиране на телата: методи за наелектризиране

Наелектризиране на телата при контакт (търкане на ебонит или стъклена пръчка в козина или коприна). Разтрийте писалката върху вълна или козина и след това я донесете на ситно нарязани парчета хартия, сламки или вълна. Ще видите как тези парчета се привличат към дръжката. Същото ще се случи и с тънка струя вода, ако донесете електрифицирана дръжка към нея.

Два вида електрически заряди

Първо подобни ефекти са открити с кехлибар, затова са били наречени електрически от гръцката дума "електрон" - кехлибар.Амбър. Час: 5:32И способността на телата да привличат други предмети след контакт, а триенето е просто начин за увеличаване на площта на контакт, се нарича електрификация или придаване на електрически заряд на тялото. Експериментално е установено, че Има два вида електрически заряди.Ако търкате стъклени и ебонитови пръчки, те ще се привличат една към друга. И две същото - отблъсква. И това не е защото не се харесват, а защото имат различни електрически заряди. Беше договорено електрическият заряд на стъклена пръчка да се нарича положителен, а този на ебонитовата пръчка - отрицателен. Те се обозначават съответно със знаците "+" и "-". Това означава че са противоположни една на друга.

В наши дни широко се използват лесно електрифициращи се предмети - пластмаси, синтетични влакна, петролни продукти. При триене на такива вещества възниква електрически заряд, който понякога е най-малкото неприятен, най-много да навреди. В индустрията те се борят със специални средства. В ежедневието същото лесен начин да се отървете от наелектризиранетое да намокрите електрифицирана повърхност. Ако водата не е под ръка, докосването на метал или земя ще помогне. Тези тела ще премахнат електрифицирането. И за да не усетите изобщо тези неприятни ефекти, препоръчително е да използвате антистатици.

Билет 7. Електрификация на тел. Експерименти, илюстриращи явлението наелектризиране. Два вида електрически заряди. Взаимодействие на зарядите. Електрическо поле. Обяснение на електрическите явления. Проводници и непроводници на електричество.

Електрифицираното тяло придобива свойството да привлича малки предмети към себе си. Например, ако разтриете стъклена пръчка върху лист хартия и след това я донесете на ситно нарязани парчета хартия, те ще започнат да привличат.

Тяло, което притежава това свойство, се нарича електрифициранили това, което му се съобщава електрически заряд.

ЕлектрификацияТова е феноменът на придобиване на заряд от тялото.

Зарядите са положителни и отрицателни. Еднаквите заряди отблъскват, за разлика от зарядите привличат.

Концепцията за положителни и отрицателни заряди е въведена през 1747 г. от Франклин. Ебонитова пръчка от наелектризиране върху вълна и козина е отрицателно заредена. Зарядът, образуван върху стъклена пръчка, натрита с коприна, е наречен положителен от Франклин.

Зарядът е физическа величина, мярка за свойствата на заредените тела да взаимодействат едно с друго..
q - заряд
[q]=Cl

Видове електрификация:

1) наелектризиране чрез триене: участват различни тела. Телата придобиват еднакъв модул, но различни по знак заряди.

2) наелектризиране чрез контакт: когато заредено и незаредено тяло влезе в контакт, част от заряда преминава към незаредено тяло, т.е. и двете тела придобиват един и същ заряд в знак.

3) наелектризиране чрез въздействие: когато наелектризирате чрез въздействие, можете да получите отрицателен заряд върху тялото с помощта на положителен заряд и обратно.

Устройство за измерване на количеството заряд е електрометър. Устройство за определяне на наличието на заряд е електроскоп.

Взаимодействието на електрическите заряди е изследвано от английските физици Майкъл Фарадей и Джеймс Максуел. Ако поставите зареден електроскоп под звънеца на въздушна помпа, листата на електроскопа все още се отблъскват. (Въздухът е евакуиран изпод камбаната.) В резултат на това е установено, че всяко заредено тяло е заобиколено от електрическо поле.

Електрическо полее особен вид материя, различна от материята. Електрическото поле е специален вид материя, която съществува около заредени тела и се разкрива чрез взаимодействие с други заредени тела.

Нашите сетивни органи не възприемат електрическо поле. Полето може да бъде детектирано поради факта, че действа върху всеки заряд в него. Това обяснява взаимодействието на наелектризираните тела.

Нарича се силата, с която електрическото поле действа върху въведен в него електрически заряд електрическа сила. Електрическото поле около един от зарядите действа с известна сила върху друг заряд, поставен в полето на първия заряд. Обратно, електрическото поле на втория заряд действа върху първия.

проводнициса тела, способни да провеждат електрически заряди. Те включват всички метали, течности (разтвори на соли и основи).

Диелектрициса вещества, които не провеждат електрически заряди. Те включват: дестилирана вода, пластмаса, каучук, дърво, стъкло, хартия, бетон, камъни и др.

1) При наелектризиране на тела се изпълнява законът за запазване на електрическия заряд. Алгебричната сума на електрическите заряди остава постоянна за всякакви взаимодействия в затворена система, т.е. q1 + q2 + q3 + ... + qp \u003d const, системата се счита за затворена, ако електрическите заряди не влизат или излизат отвън. Ако неутрално тяло придобие електрони от друго тяло, то ще получи отрицателен заряд. Така едно тяло е отрицателно заредено, ако има излишък от нормалния брой електрони. И ако неутралното тяло загуби електрони, то получава положителен заряд. Следователно едно тяло има положителен заряд, ако няма достатъчно електрони.

2) обяснение на електризирането чрез триене: по време на триене електроните от едно тяло преминават в друго. Където има повече електрони, тялото се зарежда отрицателно, където са по-малко - положително.

3) В атомите електроните са на различни разстояния от ядрото, отдалечените електрони са по-слабо привлечени от ядрото, отколкото близките. Отдалечените електрони са особено слабо задържани от ядрата на металите. Следователно в металите най-отдалечените от ядрото електрони напускат мястото си и се движат свободно между атомите. Тези електрони се наричат ​​свободни електрони. Тези вещества, в които има свободни електрони, са проводници.

4) В ръкава има свободни електрони. Веднага щом втулката бъде въведена в електрическото поле, електроните ще се преместят под действието на силите на полето. Ако пръчката е положително заредена, тогава електроните ще отидат до края на ръкава, който се намира по-близо до пръчката. Този край ще бъде отрицателно зареден. Ще има недостиг на електрони в противоположния край на ръкава и този край ще бъде положително зареден. Отрицателно зареденият ръб на черупката е по-близо до пръчката, така че черупката ще бъде привлечена от нея. Когато ръкавът докосне пръчката, част от електроните от нея ще отидат към положително заредената пръчка. Ще има положителен заряд на ръкава).

5) Ако зарядът се прехвърли от заредена топка към незаредена и размерите на топките са еднакви, тогава зарядът ще бъде разделен наполовина. Но ако втората, незаредена топка е по-голяма от първата, тогава повече от половината от заряда ще отиде при нея. Колкото по-голямо е тялото, към което се предава зарядът, толкова по-голяма част от заряда ще се прехвърли върху него. На това се основава заземяването - прехвърлянето на заряд към земята. Земното кълбо е голямо в сравнение с телата върху него. Следователно, когато е в контакт със земята, зареденото тяло й отдава почти целия си заряд и на практика става електрически неутрално.

При нормални условия микроскопичните тела са електрически неутрални, тъй като положително и отрицателно заредените частици, които образуват атоми, са свързани помежду си чрез електрически сили и образуват неутрални системи. Ако електрическата неутралност на тялото е нарушена, тогава се нарича такова тяло електрифицирано тяло. За да се наелектризира едно тяло, е необходимо върху него да се създаде излишък или недостиг на електрони или йони със същия знак.

Методи за електрификация на тела, които представляват взаимодействието на заредени тела, могат да бъдат както следва:

1. Наелектризиране на телата при контакт. В този случай при близък контакт малка част от електроните преминава от едно вещество, в което връзката с електрона е относително слаба, към друго вещество.
2. Електризация на телата при триене. Това увеличава контактната площ на телата, което води до повишена наелектризация.
3. Влияние. Влиянието се основава феномен на електростатична индукция, тоест индуцирането на електрически заряд в вещество, поставено в постоянно електрическо поле.
4. Наелектризиране на тела под въздействието на светлина. Това се основава на фотоелектричен ефект, или фотоелектричен ефекткогато под действието на светлината електроните могат да излетят от проводника в околното пространство, в резултат на което проводникът се зарежда.

отрицателен зарядтяло се дължи на излишък на електрони върху тялото в сравнение с протони и положителен зарядпоради липса на електрони.

Когато настъпи наелектризирането на тялото, тоест когато отрицателният заряд е частично отделен от положителния заряд, свързан с него, закон за запазване на електрическия заряд. Законът за запазване на заряда е валиден за затворена система, в която не влиза отвън и от която не излизат заредени частици. Законът за запазване на електрическия заряд се формулира, както следва:

В затворена система алгебричната сума на зарядите на всички частици остава непроменена:

q 1 + q 2 + q 3 + ... + q n = const

Където q 1 , q 2 и т.н. са зарядите на частиците.

Взаимодействие на електрически заредени тела

Взаимодействие на телата, имащи заряди с еднакви или различни знаци, могат да бъдат демонстрирани в следните експерименти. Наелектризираме ебонитовата пръчка чрез триене в козината и я докосваме до метална втулка, окачена на копринена нишка. Заряди със същия знак (отрицателни заряди) са разпределени върху втулката и ебонитовата пръчка. Приближавайки отрицателно заредена ебонитна пръчка към заредена гилза, можете да видите, че гилзата ще бъде отблъсната от пръчката (фиг. 1.2).

Ориз. 1.2. Взаимодействие на тела с еднакви заряди.

Ако сега донесем стъклена пръчка, натъркана върху коприна (положително заредена), към заредената втулка, тогава втулката ще бъде привлечена от нея (фиг. 1.3).

Ориз. 1.3. Взаимодействие на тела с заряди с различни знаци.

От това следва, че телата с заряди от един и същ знак (като заредени тела) се отблъскват, а телата с заряди от различни знаци (противоположно заредени тела) се привличат. Подобни входове се получават, ако два султана се приближат, еднакво заредени (фиг. 1.4) и противоположно заредени (фиг. 1.5).