Hemligheter med elektrifierande kroppar. Elektrifiering av kroppar vid kontakt

Fysik! Vilken kapacitet av ord!
Fysik är inte bara ljud för oss!
Fysiken är stödet och basen
Alla vetenskaper utan undantag!

• förklara för eleverna mekanismen för elektrifiering av kroppar,
• utveckla forskning och kreativa färdigheter,
• skapa förutsättningar för att öka intresset för det material som studeras,
• hjälpa eleverna att förstå den praktiska betydelsen och användbarheten av de förvärvade kunskaperna och färdigheterna.

Utrustning:

• elektroformaskin,
• elektrometer,
• sultaner,
• ebonit och glasstavar,
• siden- och ulltyger,
• elektroskop,
• anslutningstrådar, destillerat vatten, paraffinkulor,
• aluminium- och papperscylindrar, sidentrådar (färgade och ofärgade).

På skrivbordet: Ledare, isolatorer, harts och glasladdningar.

UNDER KLASSERNA

1. Lärarens introduktion

I vardagen observerar en person ett stort antal fenomen och kanske ett mycket större antal fenomen går obemärkt förbi.

Förekomsten av dessa fenomen "driver" en person att söka efter dem, upptäcka och förklara dessa fenomen. Ett sådant fenomen som att kroppar faller till marken orsakar inte längre någon överraskning hos människor. Men det bör noteras att jorden och denna kropp interagerar utan att röra varandra. De interagerar med varandra genom den mest kända handlingen - gravitationsattraktion (gravitationsfält). Vi är vana vid att kroppar agerar på varandra huvudsakligen direkt. Det finns också sådana fenomen, kända för de gamla grekerna, som varje gång väcker intresse hos barn och vuxna. Dessa är elektriska fenomen.

Exempel på elektriska interaktioner är väldigt olika och är inte lika bekanta för oss från barndomen som till exempel jordens gravitation. Detta intresse förklaras också av att vi här har stora möjligheter att skapa och förändra experimentella förutsättningar med hjälp av enkel utrustning.

Låt oss följa utvecklingen av att identifiera och studera några fenomen.

2. Historisk bakgrund (rapporterad av studenten)

Den grekiske filosofen Thales av Miletus, som levde 624–547. BC, upptäckte att bärnsten, gnuggad på päls, förvärvar egenskapen att locka till sig små föremål - ludd, sugrör, etc. Detta fenomen kallades senare för elektrifiering.

År 1680 byggde den tyske vetenskapsmannen Otho von Guericke den första elektriska maskinen och upptäckte förekomsten av elektriska krafter av avstötning och attraktion.

Den första vetenskapsmannen som argumenterade för att det fanns två typer av anklagelser var fransmannen Charles Dufay (1698–1739). Du Fay kallade elektriciteten som uppstår när man gnuggar harts för "harts", och elektriciteten som uppstår när man gnuggar glas är "glas". I modern terminologi motsvarar "harts"-elektricitet negativa laddningar och "glas"-elektricitet motsvarar positiva laddningar. Den mest övertygande motståndaren till teorin om existensen av två typer av anklagelser var den berömde amerikanen Benjamin Franklin (1706 - 1790). Han introducerade först begreppet positiva och negativa laddningar. Han förklarade förekomsten av dessa laddningar på kroppar med ett överskott eller en brist i kropparna av något allmänt elektriskt material. Denna speciella fråga, senare kallad "Franklins vätska", enligt hans åsikt, hade en positiv laddning. Således, när den elektrifieras, antingen vinner eller förlorar kroppen positiva laddningar. Det är inte svårt att gissa att Franklin blandade ihop positiva laddningar med negativa och kropparna bytte ut elektroner (som bär en negativ laddning). Till stor del på grund av detta faktum togs rörelseriktningen för den positiva laddningen därefter av misstag för strömriktningen i metaller.

Engelsmannen Robert Simmer (1707 - 1763) uppmärksammade det ovanliga beteendet hos sina ull- och sidenstrumpor. Han bar två par strumpor: svart ull för värme och vitt siden för skönhet. Han tog av båda strumporna från benet på en gång och drog den ena ur den andra och såg hur båda strumporna svällde, tog formen på hans ben och attraherade varandra. Men strumpor av samma färg stöter bort varandra, medan strumpor i olika färger attraherar varandra. Baserat på sina observationer blev Simmer en ivrig anhängare av teorin om två anklagelser, för vilka han fick smeknamnet den "uppblåsta filosofen."

I moderna termer hade hans sidenstrumpor negativa laddningar, och hans ullstrumpor hade positiva laddningar.

3. Fenomenet elektrifiering av kroppar

Lärare: Vilken kropp kallas laddad?

Studerande: Om en kropp kan attrahera eller stöta bort andra kroppar har den en elektrisk laddning. En sådan kropp sägs vara åtalad. Laddning är en egenskap hos kroppar, förmågan till elektromagnetisk interaktion.

(Demonstration av en laddad kropps verkan).

Lärare: Vad är ett elektroskop?

Studerande: En enhet som låter dig upptäcka närvaron av en laddning i en kropp och utvärdera den kallas ett elektroskop.

Lärare: Hur fungerar och fungerar ett elektroskop?

Studerande: Huvuddelen av elektroskopet är en ledande isolerad stav på vilken en nål är fäst och kan rotera fritt. När en laddning uppträder laddas pilen och staven med laddningar av samma tecken och därför, avvisande, skapar de en avböjningsvinkel, vars värde är proportionellt mot den mottagna laddningen.

(Demonstration av enhetens funktion).

Lärare: Elektrifiering av karosser kan förekomma i olika fall, d.v.s. Det finns olika sätt att elektrifiera kroppar:

• friktion,
• blåsa,
• genom kontakt,
• inflytande,
• under påverkan av ljusenergi.

Låt oss titta på några av dem.

Student: Om gnugga en ebonitpinne på ull, då kommer eboniten att få en negativ laddning, och ullen kommer att få en positiv laddning. Närvaron av dessa laddningar detekteras med hjälp av ett elektroskop. För att göra detta, rör vid elektroskopstaven med en ebonitpinne eller ylletrasa. I detta fall passerar en del av provkroppens laddning till staven. Förresten, i det här fallet uppstår en kortvarig elektrisk ström. Låt oss överväga växelverkan mellan två papperspatroner hängande på en tråd, en laddad från en ebonitpinne, den andra från en ylletrasa. Observera att de attraheras av varandra. Det betyder att kroppar med motsatta laddningar attraherar. Inte alla ämnen kan överföra elektriska laddningar. Ämnen genom vilka laddningar kan överföras kallas ledare, och ämnen genom vilka laddningar inte kan överföras kallas icke-ledare - dielektriska (isolatorer). Detta kan också bestämmas med hjälp av ett elektroskop som kopplar det till en laddad kropp och ämnen av olika slag.

Vit sidentråd leder ingen laddning, men färgad sidentråd gör det. (Fig. A)

Vit sidentråd Färgad sidentråd

Separationen av laddningar och uppkomsten av ett dubbelt elektriskt skikt vid kontaktpunkterna, två olika kroppar, isolatorer eller ledare, fasta ämnen, vätskor eller gaser. När vi beskrev elektrifiering genom friktion tog vi alltid bara bra isolatorer för experimentet - bärnsten, glas, siden, ebonit. Varför? Eftersom i isolatorer stannar laddningen på den plats där den har sitt ursprung och kan inte passera genom hela kroppens yta till andra kroppar i kontakt med den. Experimentet misslyckas om båda gnidningskropparna är metaller med isolerade handtag, eftersom vi inte kan skilja dem från varandra över hela ytan på en gång.

På grund av den oundvikliga grovheten på kropparnas yta finns det i ögonblicket för separation alltid några sista kontaktpunkter - "broar", genom vilka i sista stund alla överskottselektroner flyr ut och båda metallerna visar sig vara oladdade.

Lärare: Låt oss nu överväga elektrifiering genom kontakt.

Elev: Om vi ​​doppar ner en paraffinboll i destillerat vatten och sedan tar bort den från vattnet kommer både paraffinet och vattnet att laddas. (Fig.B)

Elektrifieringen av vatten och paraffin skedde utan friktion. Varför? Det visar sig att under elektrifiering genom friktion ökar vi bara kontaktytan och minskar avståndet mellan atomerna i gnidningskropparna. När det gäller vatten - paraffin stör någon grovhet inte närmandet av deras atomer.

Detta innebär att friktion inte är en förutsättning för elektrifiering av karosser. Det finns ytterligare en anledning till att elektrifiering sker i dessa fall.

Elev: Driften av elektroformaskinen bygger på elektrifiering av kroppen genom påverkan. En elektrifierad kropp kan interagera med vilken elektriskt neutral ledare som helst. När dessa kroppar kommer samman, på grund av den laddade kroppens elektriska fält, sker en omfördelning av laddningar i den andra kroppen. Närmare den laddade kroppen finns laddningar motsatta i tecken till den laddade kroppen. Längre från den laddade kroppen i ledaren (hylsa eller cylinder) finns laddningar med samma namn som den laddade kroppen.

Eftersom avståndet till de positiva och negativa laddningarna i cylindern från kulan är olika, råder attraktionskrafterna och cylindern avviker mot den elektrifierade kroppen. Om du rör den bortre sidan av kroppen från den laddade bollen med din hand, då kommer kroppen att hoppa mot den laddade bollen. Detta beror på att elektroner hoppar till handen och därigenom minskar de frånstötande krafterna. Ris. D.

Lärare: Hur länge kommer den här situationen att vara? (Fig. D)

Elev: Efter några sekunder kommer laddningarna att delas och cylindern kommer att lossna från kulan. Deras karaktär kommer vidare att bero på värdet av summan av deras avgifter. Om deras summa är noll, är deras interaktionskrafter noll. Om Fp< 0, то они оттолкнутся друг от друга, но на меньший угол .

Lärare: Låt oss överväga elektrifieringen av kroppar under påverkan av ljusenergi (fotoelektrisk effekt).

Studerande: Låt oss rikta en stark ljusstråle mot en zinkskiva (platta) fäst vid en elektrometer. Under påverkan av ljusenergi flyger ett visst antal elektroner ut ur plattan. Själva plattan visar sig vara positivt laddad. Storleken på denna laddning kan bedömas av elektrometernålens avböjningsvinkel. (Fig. E)

Lärare: Vi är övertygade om att när avståndet mellan atomerna minskar, inträffar fenomenet elektrifiering mer effektivt. Varför?

Elev: Eftersom detta ökar Coulombs attraktionskrafter mellan kärnan i en atom och elektronen i en angränsande atom.

Elektronen som är svagt bunden till sin kärna hoppar över.

Lärare: Låt oss titta på hur de kemiska grundämnena är ordnade i det periodiska systemet för kemiska grundämnen.

Elev: Det finns cirka 500 former av det periodiska systemet för kemiska grundämnen. Av dessa, i en, 18-cell, är elementen placerade enligt strukturen av de elektroniska skalen av deras atomer och ges i referensboken om allmän och oorganisk kemi av N.F.

Atomernas egenskaper och egenskaper är förenliga med den periodiska lagen, inklusive elements elektronegativitet och valens.

Radierna för atomer och joner minskar i perioder, eftersom elektronskalet för en atom eller jon av varje efterföljande element under en period blir tätare jämfört med den föregående på grund av en ökning av kärnans laddning och en ökning av attraktionen av elektroner till kärnan.

Radierna i grupper ökar pga atomen (jonen) i varje grundämne skiljer sig från sin överordnade genom att ett nytt elektronskikt uppstår. När en atom omvandlas till en katjon (positiv jon) minskar atomradierna kraftigt och när en atom omvandlas till en anjon (negativ jon) förblir atomradierna nästan oförändrade.

Energin som går åt för att ta bort en elektron från en atom och bli en positiv jon kallas jonisering. Spänningen vid vilken jonisering sker kallas joniseringspotential.

Joniseringspotential är en fysikalisk egenskap som är en indikator på de metalliska egenskaperna hos ett element: ju lägre den är, desto lättare är det för en elektron att lossna från en atom och desto mer uttalade är de metalliska (reducerande) egenskaperna hos elementet.

Tabell 1. Joniseringspotentialer för atomer (eV/atom) för element från den andra perioden

Lärare: Det finns en sådan sak som elektronegativitet, som spelar en avgörande roll i elektrifieringen av kroppar. Tecknet på laddningen som tas emot av elementet under elektrifiering beror på det. Elektronegativitet - vad är det?

Studerande: Elektronegativitet är egenskapen hos ett kemiskt element att attrahera elektroner till sin atom från atomer av andra element med vilka elementet bildar kemiska bindningar i föreningar.

Elektronegativiteten hos element bestämdes av många forskare: Pauling, Allred och Rochow. De drog slutsatsen att elementens elektronegativitet ökar i perioder och minskar i grupper, liknande joniseringspotentialer. Ju lägre joniseringspotentialvärdet är, desto större är sannolikheten att förlora en elektron och bli en positiv jon eller en positivt laddad kropp om kroppen är homogen.

Tabell 2. Relativ elektronegativitet (EO) för element i den första, andra och tredje perioden.

Lärare: Av allt detta kan vi dra följande slutsats: om två homogena element från samma period interagerar, kan vi i förväg berätta vilka av dem som kommer att vara positivt laddade och vilka negativt.

Ett ämne vars atom har en högre valens (högre grupptal) i förhållande till atomen hos ett annat ämne kommer att vara negativt laddat, och det andra ämnet kommer att vara positivt laddat.

Om homogena ämnen från samma grupp interagerar, kommer substansen med ett lägre nummer av perioden eller serien att vara negativt laddad, och den andra interagerande kroppen kommer att vara positivt laddad.

Lärare: I den här lektionen försökte vi avslöja mekanismen för elektrifiering av kroppar. Vi fick reda på varför kroppen efter elektrifiering får en laddning av ett eller annat tecken, d.v.s. svarade på huvudfrågan - varför? (som till exempel mekaniksektionen "Dynamics" svarar på frågan: varför?)

Låt oss nu lista de positiva och negativa värdena för elektrifiering av kroppar.

Studerande: Statisk elektricitet kan ha en negativ effekt:

Attraktion av hår till kammen;

Trycker bort hårstrån från varandra, som en laddad plym;

Fastsättning av olika små föremål på kläder;

I vävfabriker fastnar trådar på bobiner, vilket leder till frekventa avbrott.

Ackumulerade laddningar kan orsaka elektriska urladdningar, vilket kan få olika konsekvenser:

Blixtnedslag (leder till bränder);

Ett utsläpp i en bränsletanker kommer att orsaka en explosion;

Vid fyllning med brandfarlig blandning kan eventuella utsläpp leda till explosion.

För att ta bort statisk elektricitet är alla enheter och utrustning, och även bränslebilen, jordade. En speciell antistatisk substans används.

Studerande: Statisk elektricitet kan vara fördelaktigt:

Vid målning av små delar med sprutpistol laddas färgen och karossen med motsatta laddningar, vilket leder till stora besparingar i färg;

För medicinska ändamål används en statisk dusch;

Elektrostatiska filter används för att rena luften från damm, sot, sura och alkaliska ångor;

För rökning av fisk i speciella elektrometrar (fisken laddas positivt och elektroderna är negativt laddade, rökning i ett elektriskt fält sker tiotals gånger snabbare).

Sammanfattning av lektionen.

Lärare: Låt oss komma ihåg syftet med vår lektion och dra korta slutsatser.

• Vad var nytt i lektionen?
• Vad var intressant?
• Vad var viktigt på lektionen?

Elevens slutsatser:

1. Fenomen där kroppar förvärvar förmågan att attrahera andra kroppar kallas elektrifiering.
2. Elektrifiering kan ske genom kontakt, genom påverkan eller genom bestrålning med ljus.
3. Ämnen kan vara antingen elektronegativa eller elektropositiva.
4. Genom att känna till ämnenas identitet är det möjligt att förutsäga vilka avgifter de interagerande kropparna kommer att få.
5. Friktion ökar bara kontaktytan.
6. Ämnen är ledare och icke-ledare av elektricitet.
7. Isolatorer samlar laddningar där de bildas (vid kontaktpunkter).
8. I ledare är laddningar fördelade jämnt över volymen.

Diskussion och betygsättning av lektionsdeltagare.

Litteratur.

1. G.S. Landsberg. Lärobok i elementär fysik. T.2. – M., 1973.
2. N.F. Stas. Handbok i allmän och oorganisk kemi.
3. I.G. Kirillova. Läsebok för fysik. M., 1986.

elektrifiering av kroppar

2. Elektrifiering av karosser.

Dessa fenomen upptäcktes i antiken. Forntida grekiska forskare märkte att bärnsten (förstenat harts från barrträd som växte på jorden för många hundratusentals år sedan), när det gnides med ull, börjar attrahera olika kroppar. På grekiska betyder bärnsten elektron, därav namnet "elektricitet".

En kropp som efter att ha blivit gnidad drar till sig andra kroppar sägs vara elektrifierad eller ges en elektrisk laddning.

Kroppar gjorda av olika ämnen kan bli elektrifierade. Det är lätt att elektrifiera genom att gnida stickor av gummi, svavel, ebonit, plast eller nylon på ull.

Elektrifiering av kroppar sker vid kontakt och efterföljande separation av kroppar. De gnuggar sina kroppar mot varandra bara för att öka kontaktytan.

Två kroppar är alltid involverade i elektrifiering: i experimenten som diskuterats ovan kom en glasstav i kontakt med ett pappersark, en bärnstensbit kom i kontakt med päls eller ull och en plexiglasstav kom i kontakt med siden. I det här fallet är båda kropparna elektrifierade. Till exempel, när en glasstav och en bit gummi kommer i kontakt, blir både glas och gummi elektrifierade. Gummi, som glas, börjar attrahera ljuskroppar.

Elektrisk laddning kan överföras från en kropp till en annan. För att göra detta måste du röra en annan kropp med en elektrifierad kropp, och sedan överförs en del av den elektriska laddningen till den. För att se till att den andra kroppen också är elektrifierad måste du ta med dig små papperslappar till den och se om de lockar.

3. Två typer av avgifter. Interaktion mellan laddade kroppar.

Alla elektrifierade kroppar attraherar andra kroppar, till exempel papperslappar. Genom attraktionen av kroppar är det omöjligt att skilja den elektriska laddningen av en glasstav som gnids mot silke från laddningen som erhålls på en ebonitstav som gnids mot dem. Båda elektrifierade pinnarna lockar ju till sig pappersbitar.

Betyder detta att laddningarna som erhålls på kroppar gjorda av olika ämnen inte skiljer sig från varandra?

Låt oss övergå till experiment. Låt oss elektrifiera en ebonitpinne upphängd på en tråd. Låt oss föra en annan liknande pinne närmare den, elektrifierad av friktion mot samma pälsbit. Stickorna trycker av Eftersom pinnarna är likadana och elektrifierades genom friktion mot samma kropp kan vi säga att de hade laddningar av samma slag. Det betyder att kroppar med laddningar av samma slag stöter bort varandra.

Låt oss nu ta med en glasstav gnidad på siden till den elektrifierade ebonitstaven. Vi kommer att se att glas- och ebonitstavarna är ömsesidigt attraherade (fig. nr 2). Följaktligen är laddningen som erhålls på glas som gnides på siden av ett annat slag än på ebonit som gnides på päls. Det betyder att det finns en annan typ av elektrisk laddning.

Vi kommer att föra elektrifierade kroppar gjorda av olika ämnen: gummi, plexiglas, plast, nylon närmare en upphängd elektrifierad ebonitstav. Vi kommer att se att ebonitstaven i vissa fall stöts bort av kroppar som förs till den, och i andra attraheras den. Om ebonitpinnen stöts bort betyder det att kroppen som förs till den har en laddning av samma slag som den. Och laddningen av de kroppar som ebonitpinnen dras till liknar laddningen som erhålls på glas som gnides på siden. Därför kan vi anta att det bara finns två typer av elektriska laddningar.

Laddningen som erhölls på glas som gnides på siden (och på alla kroppar där en laddning av samma slag erhålls) kallades positiv, och laddningen som erhölls på bärnsten (liksom ebonit, svavel, gummi) som gnides på ull kallades negativ, d.v.s. avgifterna tilldelades tecknen "+" och "-".

Och så har experiment visat att det finns två typer av elektriska laddningar - positiva och negativa laddningar och att elektrifierade kroppar interagerar med varandra på olika sätt.

Kroppar med elektriska laddningar av samma tecken stöter bort varandra, och kroppar med laddningar av motsatt tecken attraherar varandra.

4. Elektroskop. Ledare och icke-ledare av el.

Om kroppar är elektrifierade, så attraherar de varandra eller stöter bort varandra. Genom attraktion eller avstötning kan man bedöma om kroppen har en elektrisk laddning. Därför är enheten som används för att avgöra om en kropp är elektrifierad baserad på interaktionen mellan laddade kroppar. Denna enhet kallas ett elektroskop (från de grekiska orden elektron och skopeo - observera, upptäcka).

I elektroskopet förs en metallstång genom en plastplugg (fig. nr 3), införd i en metallram, vid vars ände två ark tunt papper är fästa. Ramen är täckt med glas på båda sidor.

Ju större laddning elektroskopet har, desto större blir lövens avstötningskraft och desto större vinkel kommer de att divergera. Detta innebär att man genom att ändra vinkeln på elektroskopbladens divergens kan bedöma om dess laddning har ökat eller minskat.

Om du rör en laddad kropp (till exempel ett elektroskop) med handen kommer den att laddas ur. Elektriska laddningar kommer att överföras till vår kropp och genom den kan de gå ner i marken. En laddad kropp kan också laddas ur om den är ansluten till marken med ett metallföremål, som järn- eller koppartråd. Men om en laddad kropp är ansluten till marken med en glas- eller ebonitstav, kommer de elektriska laddningarna längs dem inte att gå ner i marken. I det här fallet kommer den laddade kroppen inte att ladda ur.

Baserat på deras förmåga att leda elektriska laddningar delas ämnen konventionellt in i ledare och icke-ledare av elektricitet.

Alla metaller, jord, lösningar av salter och syror i vatten är bra ledare av elektricitet.

Icke-ledare av elektricitet, eller dielektrika, inkluderar porslin, ebonit, glas, bärnsten, gummi, siden, nylon, plast, fotogen, luft (gaser).

Kroppar gjorda av dielektrikum kallas isolatorer (från det grekiska ordet isolaro - att avskilda).

5. Delbarhet av elektrisk laddning. Elektron.

Låt oss ladda en metallkula fäst vid elektroskopets stav (fig. nr 4a). Låt oss ansluta den här bollen med en metallledare A, hålla den i handtaget B, gjord av ett dielektrikum, med en annan exakt samma, men oladdad boll, placerad på det andra elektroskopet. Hälften av laddningen kommer att överföras från den första bollen till den andra (bild nr 4b). Detta innebär att den initiala laddningen urladdades i två lika delar.

Låt oss nu separera bollarna och röra den andra bollen med vår hand. Detta kommer att göra att den förlorar sin laddning och urladdning. Låt oss ansluta den igen till den första bollen, på vilken hälften av den ursprungliga laddningen finns kvar. Den återstående laddningen kommer återigen att delas i två lika delar, och en fjärdedel av den ursprungliga laddningen kommer att finnas kvar på den första bollen.

På samma sätt kan du få en åttondel, en sextondel av avgiften osv.

Erfarenheten visar alltså att elektrisk laddning kan ha olika värden. Elektrisk laddning är en fysisk storhet.

En coulomb tas som en enhet av elektrisk laddning (betecknad 1 C). Enheten är uppkallad efter den franske fysikern C. Coulomb.

Experimentet som visas i figur 4 visar att en elektrisk laddning kan delas upp i delar.

Finns det en laddningsfisionsgräns?

För att besvara denna fråga var det nödvändigt att utföra mer komplexa och noggranna experiment än de som beskrivits ovan, eftersom laddningen som finns kvar på elektroskopkulan mycket snart blir så liten att den inte kan detekteras med hjälp av ett elektroskop.

För att dela upp laddningen i mycket små portioner måste du överföra den inte till bollar, utan till små metallkorn eller vätskedroppar. Genom att mäta laddningen som erhålls på så små kroppar konstaterades att det är möjligt att få delar av laddningen som är miljarder miljarder gånger mindre än i det beskrivna experimentet. Men i alla experiment var det inte möjligt att separera laddningen över ett visst värde.

Detta gjorde att vi kunde anta att den elektriska laddningen har en delbarhetsgräns eller, mer exakt, att det finns laddade partiklar som har den minsta laddningen och inte längre är delbara.

För att bevisa att det finns en gräns för klyvning av elektrisk laddning, och för att fastställa vad denna gräns är, genomförde forskare speciella experiment. Till exempel genomförde den sovjetiska vetenskapsmannen A.F. Ioffe ett experiment där små korn av zinkdamm, som bara var synliga under ett mikroskop, elektrifierades. Dammpartiklarnas laddning ändrades flera gånger, och varje gång mätte de hur mycket laddningen hade förändrats. Experiment visade att alla förändringar i laddningen av en dammpartikel var ett helt antal gånger (dvs. 2, 3, 4, 5, etc.) större än en viss viss minsta laddning, d.v.s. laddningen av en dammpartikel ändrades, även om mycket små, men i hela portioner. Eftersom laddningen från ett dammkorn lämnar tillsammans med en partikel av materia, drog Ioffe slutsatsen att det i naturen finns en partikel av materia som har den minsta laddningen, som inte längre är delbar.

Denna partikel kallades en elektron.

Värdet på elektronladdningen bestämdes först av den amerikanske vetenskapsmannen R. Millikan. I sina experiment, liknande de av A.F. Ioffe, använde han små droppar olja.

Elektronladdningen är negativ, den är lika med 1,610 C (0,000 000 000 000 000 000 16 C). Elektrisk laddning är en av de viktigaste egenskaperna hos en elektron. Denna laddning kan inte "ta bort" från elektronen.

En elektrons massa är 9,110 kg, vilket är 3700 gånger mindre än massan av en vätemolekyl, den minsta av alla molekyler. En flugas vinge har en massa som är ungefär 510 gånger större än en elektrons massa.

6. Kärnmodell av atomstruktur

Studiet av atomens struktur började praktiskt taget 1897-1898, efter att katodstrålarnas natur som en ström av elektroner slutligen fastställdes och elektronens laddning och massa bestämdes. Det faktum att elektroner frigörs av en mängd olika ämnen ledde till slutsatsen att elektroner är en del av alla atomer. Men atomen som helhet är elektriskt neutral, därför måste den innehålla en annan komponent, positivt laddad, och dess laddning måste balansera summan av elektronernas negativa laddningar.

Denna positivt laddade del av atomen upptäcktes 1911 av Ernest Rutherford (1871-1937). Rutherford föreslog följande diagram över atomens struktur. I mitten av atomen finns en positivt laddad kärna, runt vilken elektroner roterar i olika banor. Centrifugalkraften som uppstår under deras rotation balanseras av attraktionen mellan kärnan och elektronerna, vilket resulterar i att de förblir på vissa avstånd från kärnan. Elektronernas totala negativa laddning är numeriskt lika med kärnans positiva laddning, så att atomen som helhet är elektriskt neutral. Eftersom massan av elektroner är försumbar, är nästan hela massan av en atom koncentrerad i dess kärna. Tvärtom, storleken på kärnorna är extremt liten även jämfört med storleken på själva atomerna: diametern på en atom är i storleksordningen 10 cm, och diametern på kärnan är i storleksordningen 10 - 10 cm Därför är det tydligt att andelen kärna och elektroner, vars antal, som vi kommer att se senare, är relativt liten, och står för endast en obetydlig del av det totala utrymmet som upptas av atomsystemet (fig. nr 5). )

7. Sammansättning av atomkärnor

Sålunda lade Rutherfords upptäckter grunden för kärnteorin om atomen. Sedan Rutherfords tid har fysiker lärt sig många fler detaljer om strukturen hos atomkärnan.

Den lättaste atomen är väteatomen (H). Eftersom nästan all massa av en atom är koncentrerad i kärnan, skulle det vara naturligt att anta att kärnan i väteatomen är en elementarpartikel av positiv elektricitet, som kallades proton från det grekiska ordet "protos", som betyder " först". Således har en proton en massa nästan lika med massan av en väteatom (exakt 1,00728 kolenheter) och en elektrisk laddning lika med +1 (om vi tar elektronladdningen lika med -1,602 * 10 C som en enhet av negativ elektricitet ). Atomer av andra, tyngre grundämnen innehåller kärnor som har en större laddning och, uppenbarligen, större massa.

Mätningar av laddningen av atomkärnor visade att laddningen av atomkärnan i de angivna konventionella enheterna är numeriskt lika med grundämnets atom- eller ordningsnummer. Det var dock omöjligt att tillåta detta, eftersom de senare, som är lika laddade, oundvikligen skulle stöta bort varandra och följaktligen skulle sådana kärnor visa sig vara instabila. Dessutom visade sig massan av atomkärnor vara två gånger eller mer större än den totala massan av protoner, som bestämmer laddningen av kärnorna av atomer av motsvarande element.

Då antogs det att atomkärnorna innehåller protoner i ett antal som överstiger grundämnets atomnummer, och den överskjutande positiva laddningen av den sålunda skapade kärnan kompenseras av elektronerna som ingår i kärnan. Dessa elektroner måste uppenbarligen hålla ömsesidigt repellerande protoner i kärnan. Detta antagande måste dock förkastas, eftersom det var omöjligt att tillåta samexistensen av tunga (protoner) och lätta (elektroner) partiklar i en kompakt kärna.

År 1932 upptäckte J. Chadwick en elementarpartikel som inte har en elektrisk laddning, och därför kallades den en neutron (från det latinska ordet neuter, som betyder "varken det ena eller det andra"). En neutron har en massa som är något större än en protons massa (exakt 1,008665 kolenheter). Efter denna upptäckt föreslog D. D. Ivanenko, E. N. Gapon och W. Heisenberg, oberoende av varandra, en teori om sammansättningen av atomkärnor, som blev allmänt accepterad.

Enligt denna teori består alla grundämnens atomkärnor (utom väte) av protoner och neutroner. Antalet protoner i kärnan bestämmer värdet på dess positiva laddning, och det totala antalet protoner och neutroner bestämmer värdet på dess massa. Kärnpartiklar - protoner och neutroner - kallas gemensamt nukleoner (från det latinska ordet nucleus, som betyder "kärna"). Antalet protoner i kärnan motsvarar alltså grundämnets atomnummer, och det totala antalet nukleoner, eftersom atomens massa huvudsakligen är koncentrerad i kärnan, motsvarar dess massantal, d.v.s. dess atommassa A avrundad till ett heltal Då kan antalet neutroner i kärnan N hittas av skillnaden mellan masstalet och atomnumret:

Således gjorde proton-neutronteorin det möjligt att lösa de tidigare uppkomna motsättningarna i idéer om sammansättningen av atomkärnor och dess förhållande till atomnummer och atommassa.

8. Isotoper

Proton-neutronteorin gjorde det möjligt att lösa en annan motsägelse som uppstod under bildandet av teorin om atomen. Om vi ​​accepterar att kärnorna av atomer av element består av ett visst antal nukleoner, så måste atommassorna för alla element uttryckas i heltal. För många element är detta sant, och mindre avvikelser från heltal kan förklaras av otillräcklig mätnoggrannhet. Men för vissa element avvek atommassornas värden så mycket från heltal att detta inte längre kan förklaras av mätnoggrannhet och andra slumpmässiga skäl. Till exempel är atommassan för klor (CL) 35,45. Det har fastställts att ungefär tre fjärdedelar av kloratomerna som finns i naturen har en massa på 35, och en fjärdedel - 37. De grundämnen som finns i naturen består alltså av en blandning av atomer med olika massor, men uppenbarligen samma kemiska egenskaper, det vill säga de existerar varianter av atomer av samma grundämne med olika och dessutom heltalsmassor. F. Aston lyckades separera sådana blandningar i beståndsdelar, som kallades isotoper (från de grekiska orden "isos" och "topos", som betyder "samma" och "plats" (här menar vi att olika isotoper av samma grundämne upptar samma plats i det periodiska systemet)). Ur proton-neutronteorins synvinkel är isotoper varianter av element vars atomkärnor innehåller olika antal neutroner, men samma antal protoner. Den kemiska naturen hos ett grundämne bestäms av antalet protoner i atomkärnan, vilket är lika med antalet elektroner i atomens skal. En förändring av antalet neutroner (med ett konstant antal protoner) påverkar inte atomens kemiska egenskaper.

Allt detta gör det möjligt att formulera begreppet ett kemiskt element som en typ av atomer som kännetecknas av en viss kärnladdning. Bland isotoper av olika grundämnen har man hittat de som innehåller samma totala antal nukleoner i kärnan med olika antal protoner, det vill säga vars atomer har samma massa. Sådana isotoper kallades isobarer (från det grekiska ordet "baros", som betyder "vikt"). Den olika kemiska naturen hos isobarer bekräftar på ett övertygande sätt att ett grundämnes natur inte bestäms av dess atoms massa.

För olika isotoper används namnen och symbolerna för själva grundämnena, vilket indikerar massnumret som följer grundämnets namn eller anges som en sänkning längst upp till vänster på symbolen, till exempel: klor - 35 eller Cl.

Olika isotoper skiljer sig i stabilitet från varandra. 26 element har bara en stabil isotop - sådana element kallas monoisotopa (de kännetecknas övervägande av udda atomnummer), och deras atommassa är ungefär lika med heltal. 55 element har flera stabila isotoper - de kallas polyisotopa (ett stort antal isotoper är karakteristiskt främst för element med jämna tal). För de återstående grundämnena är endast instabila, radioaktiva isotoper kända. Dessa är alla tunga grundämnen, som börjar med element nr 84 (polonium), och relativt lätta - nr 43 (teknetium) och nr 61 (prometium). Radioaktiva isotoper av vissa grundämnen är dock relativt stabila (kännetecknas av långa halveringstider), och därför finns dessa grundämnen, till exempel torium, uran, i naturen. I de flesta fall erhålls radioaktiva isotoper på konstgjord väg, inklusive många radioaktiva isotoper av stabila grundämnen.

9. Elektroniska skal av atomer. Bohrs teori.

Enligt Rutherfords teori roterar varje elektron runt en kärna, och kärnans attraktionskraft balanseras av den centrifugalkraft som uppstår när elektronen roterar. Rotationen av en elektron är helt analog med dess snabba svängningar och bör orsaka emission av elektromagnetiska vågor. Därför kan vi anta att en roterande elektron avger ljus med en viss våglängd, beroende på elektronens omloppsfrekvens. Men genom att avge ljus förlorar elektronen en del av sin energi, vilket gör att balansen mellan den och kärnan störs. För att återställa jämvikten måste elektronen gradvis röra sig närmare kärnan, och rotationsfrekvensen för elektronen och naturen hos ljuset som emitteras av den kommer också gradvis att förändras. Så småningom, efter att ha förbrukat all energi, måste elektronen "falla" på kärnan, och utsläppet av ljus kommer att sluta. Om det i själva verket var en sådan kontinuerlig förändring i elektronens rörelse, skulle dess "fall" på kärnan innebära förstörelsen av atomen och upphörandet av dess existens.

Således motsäger den visuella och enkla kärnmodellen av atomen som Rutherford föreslagit den klassiska elektrodynamiken. Ett system av elektroner som roterar runt en kärna kan inte vara stabilt, eftersom en elektron under en sådan rotation kontinuerligt måste avge energi, vilket i sin tur bör leda till att den faller ner på kärnan och att atomen förstörs. Samtidigt är atomer stabila system.

Dessa betydande motsägelser löstes delvis av den framstående danske fysikern Niels Bohr (1885 - 1962), som utvecklade teorin om väteatomen 1913, baserad på speciella postulat, som å ena sidan länkade dem med den klassiska mekanikens lagar och lagar. , å andra sidan med kvantteorin om energistrålning av den tyske fysikern Max Planck (1858 - 1947).

Kärnan i kvantteorin kommer ner till det faktum att energi emitteras och absorberas inte kontinuerligt, som tidigare accepterats, utan i separata små, men väldefinierade portioner - energikvanta. Energireserven hos en utstrålande kropp förändras abrupt, kvant för kvant; Kroppen kan varken avge eller absorbera ett bråkdeltal av kvanta.

Storleken på energikvantumet beror på strålningens frekvens: ju högre frekvens strålningen har, desto större är kvantets storlek. Genom att beteckna energikvantumet med E, skriver vi Plancks ekvation:

där h är ett konstant värde, den så kallade Planck-konstanten, lika med 6,626*10 J*s, och är frekvensen för Debrogille-vågen.

Kvanta av strålningsenergi kallas också fotoner. Efter att ha tillämpat kvantkoncept på rotationen av elektroner runt en kärna, baserade Bohr sin teori på mycket djärva antaganden, eller postulat. Även om dessa postulat motsäger den klassiska elektrodynamikens lagar, finner de sin berättigande i de fantastiska resultat de leder till, och i den fullständiga överensstämmelse som finns mellan de teoretiska resultaten och ett stort antal experimentella fakta. Bohrs postulat är följande:

En elektron kan inte röra sig i några banor, utan bara i de som uppfyller vissa villkor som härrör från kvantteorin. Dessa banor kallas stabila, stationära eller kvantomloppsbanor. När en elektron rör sig längs en av de stabila banorna som är möjliga för den, avger den inte elektromagnetisk energi. Övergången av en elektron från en avlägsen bana till en närmare bana åtföljs av en förlust av energi. Den energi som förloras av atomen under varje övergång omvandlas till ett kvantum av strålningsenergi. Frekvensen av ljuset som emitteras i detta fall bestäms av radierna för de två banor mellan vilka elektronövergången sker. Genom att beteckna en atoms energireserv när elektronen befinner sig i en bana längre bort från kärnan med En, och i en närmare med Ek, och dividera energin En - Ek som atomen förlorar med Plancks konstant, får vi den önskade frekvens:

= (En - Ek) / h

Ju större avståndet är från den omloppsbana där elektronen befinner sig till den till vilken den rör sig, desto större frekvens har strålningen. Den enklaste atomen är väteatomen, som bara har en elektron som kretsar runt sin kärna. Baserat på ovanstående postulat beräknade Bohr radierna för möjliga banor för denna elektron och fann att de är relaterade som kvadraterna av naturliga tal: 1: 2: 3: ...: n. Storheten n kallas det huvudsakliga kvanttalet.

Bohrs teori utvidgades senare till atomstrukturen hos andra element, även om detta var förenat med vissa svårigheter på grund av dess nyhet. Det gjorde det möjligt att lösa en mycket viktig fråga om arrangemanget av elektroner i atomerna av olika element och att fastställa beroendet av egenskaperna hos element på strukturen av de elektroniska skalen av deras atomer. För närvarande har scheman för strukturen av atomer av alla kemiska element utvecklats. Man måste dock komma ihåg att alla dessa scheman bara är en mer eller mindre tillförlitlig hypotes som gör det möjligt att förklara många av de fysikaliska och kemiska egenskaperna hos grundämnen.

Som tidigare nämnts motsvarar antalet elektroner som roterar runt kärnan i en atom elementets atomnummer i det periodiska systemet. Elektroner är ordnade i lager, dvs. Varje lager har ett visst antal elektroner som fyller eller så att säga mättar det. Elektroner av samma lager kännetecknas av nästan samma energireserv, d.v.s. ligger på ungefär samma energinivå. Hela skalet av en atom sönderfaller i flera energinivåer. Elektronerna i varje efterföljande skikt har en högre energinivå än elektronerna i det föregående skiktet. Det största antalet elektroner N som kan vara på en given energinivå är lika med två gånger kvadraten på lagernumret:

där n är lagernumret. Alltså med 1-2, med 2-8, med 3-18 osv. Dessutom fann man att antalet elektroner i det yttre lagret för alla element utom palladium inte överstiger åtta, och i det näst sista lagret - arton.

Elektronerna i det yttre lagret, som är längst bort från kärnan och därför minst tätt bundna till kärnan, kan lossas från atomen och fästas vid andra atomer och blir en del av det yttre lagret av den senare. Atomer som har förlorat en eller flera elektroner blir positivt laddade eftersom laddningen på atomkärnan överstiger summan av laddningarna på de återstående elektronerna. Tvärtom blir atomer som har fått elektroner negativt laddade. De laddade partiklarna som bildas på detta sätt och som skiljer sig kvalitativt från motsvarande atomer kallas joner. Många joner kan i sin tur förlora eller få elektroner och förvandlas till antingen elektriskt neutrala atomer eller nya joner med en annan laddning.

10. Kärnkrafter.

Hypotesen att atomkärnor består av protoner och neutroner har bekräftats av många experimentella fakta. Detta indikerade giltigheten av ton-neutronmodellen av kärnans struktur.

Men frågan uppstod: varför sönderfaller inte kärnor till enskilda nukleoner under påverkan av elektrostatiska repulsionskrafter mellan positivt laddade protoner?

Beräkningar visar att nukleoner inte kan hållas samman på grund av attraherande krafter av gravitation eller magnetisk natur, eftersom dessa krafter är betydligt mindre än elektrostatiska.

På jakt efter ett svar på frågan om atomkärnors stabilitet antog forskarna att några speciella attraktionskrafter verkar mellan alla nukleoner i kärnorna, som avsevärt överstiger de elektrostatiska repulsiva krafterna mellan protoner. Dessa krafter kallades nukleära.

Hypotesen om existensen av kärnkrafter visade sig vara korrekt. Det visade sig också att kärnkrafterna har kort räckvidd: på ett avstånd av 10-15 m är de ungefär 100 gånger större än krafterna för elektrostatisk interaktion, men redan på ett avstånd av 10-14 m visar sig de vara försumbara. Med andra ord verkar kärnkrafter på avstånd som är jämförbara med storleken på själva kärnorna.

11.Klyvning av urankärnor.

Klyvningen av urankärnor när de bombarderades med neutroner upptäcktes 1939 av de tyska forskarna Otto Hann och Fritz Strassmann.

Låt oss överväga mekanismen för detta fenomen. (Fig. 7, a) visar konventionellt kärnan i en uranatom (23592U). Efter att ha absorberat en extra neutron exciteras och deformeras kärnan och får en långsträckt form (fig. 7, b).

Vi vet redan att det finns två typer av krafter som verkar i kärnan: elektrostatiska repulsiva krafter mellan protoner, som tenderar att slita isär kärnan, och nukleära attraktionskrafter mellan alla nukleoner, tack vare vilka kärnan inte sönderfaller. Men kärnkrafter har kort räckvidd, så i en långsträckt kärna kan de inte längre hålla delar av kärnan som är väldigt långt från varandra. Under inverkan av elektrostatiska repulsiva krafter bryts kärnan i två delar (fig. 7, c), som flyger iväg i olika riktningar med enorm hastighet och avger 2-3 neutroner.

Det visar sig att en del av kärnans inre energi omvandlas till den kinetiska energin hos flygande fragment och partiklar. Fragmenten bromsar snabbt in i miljön, som ett resultat av vilket deras kinetiska energi omvandlas till den inre energin i miljön (dvs till interaktionsenergin för den termiska rörelsen av dess ingående partiklar).

Med samtidig klyvning av ett stort antal urankärnor ökar den inre energin i miljön som omger uranet och följaktligen dess temperatur märkbart (dvs miljön värms upp).

Således sker klyvningsreaktionen av urankärnor med frigöring av energi till miljön.

Energin som finns i atomernas kärnor är kolossal. Till exempel, med fullständig klyvning av alla kärnor som finns i 1 gram uran, skulle samma mängd energi frigöras som den som frigörs vid förbränning av 2,5 ton olja.

12. Kärnkraftverk.

kärnkraftverk (NPP) - ett kraftverk där atomenergi (kärnenergi) omvandlas till elektrisk energi. Energigeneratorn vid ett kärnkraftverk är en kärnreaktor. Värmen som frigörs i reaktorn till följd av en kedjereaktion av klyvning av kärnorna i vissa tunga grundämnen omvandlas då, precis som i konventionella värmekraftverk (TPP), till elektricitet Till skillnad från värmekraftverk som drivs på organiskt bränsle, kärnkraftverk drivs med kärnbränsle ( baserat på 233U, 235U, 239Pu) När 1 g uran- eller plutoniumisotoper delas frigörs 22 500 kW * h, vilket motsvarar energin som finns i 2800 kg standardbränsle. Världens första pilotkärnkraftverk med en kapacitet på 5 MW lanserades i Sovjetunionen den 27 juni 1954 i Obninsk. Innan detta användes atomkärnans energi för militära ändamål. Lanseringen av det första kärnkraftverket markerade öppnandet av en ny energiriktning, som fick erkännande vid den första internationella vetenskapliga och tekniska konferensen om fredlig användning av atomenergi (augusti 1955, Genève).

Schematiskt diagram över ett kärnkraftverk med en vattenkyld kärnreaktor (fig. nr 6.). Värmen som frigörs i reaktorhärden absorberas av kylvattnet (kylvätskan) i den 1:a kretsen, som pumpas genom reaktorn av en cirkulationspump. Uppvärmt vatten från reaktorn kommer in i värmeväxlaren (ånggeneratorn) 3, dit det överförs värmen som tas emot i reaktorn till vattnet i den andra kretsen . Vattnet i den andra kretsen avdunstar i ånggeneratorn och den resulterande ångan kommer in i turbin 4.

Oftast används 4 typer av termiska neutronreaktorer vid kärnkraftverk: 1) vatten-vattenreaktorer med vanligt vatten som moderator och kylmedel; 2) grafitvatten med vattenkylvätska och grafitmoderator; 3) tungt vatten med vattenkylvätska och tungt vatten som moderator 4) grafitgas med gaskylvätska och grafitmoderator.

Beroende på kylvätskans typ och fysiska tillstånd skapas en eller annan termodynamisk cykel hos kärnkraftverket. Valet av den övre temperaturgränsen för den termodynamiska cykeln bestäms av den högsta tillåtna temperaturen för kapslingarna av bränsleelement (bränsleelement) som innehåller kärnbränsle, den tillåtna temperaturen för själva kärnbränslet, såväl som egenskaperna hos det använda kylmediet för en given typ av reaktor. På ett kärnkraftverk. Den termiska reaktorn som kyls av vatten använder vanligen lågtemperatur-ångcykler. Gaskylda reaktorer tillåter användning av relativt mer ekonomiska vattenångcykler med ökat initialtryck och temperatur. Kärnkraftverkets termiska krets i dessa två fall är 2-krets: kylvätskan cirkulerar i den första kretsen och ångvattenkretsen cirkulerar i den andra kretsen. Med reaktorer med kokande vatten eller högtemperaturgaskylvätska är ett enkrets termiskt kärnkraftverk möjligt. I kokande vattenreaktorer kokar vatten i härden, den resulterande ångvattenblandningen separeras och den mättade ångan skickas antingen direkt till turbinen eller återförs först till härden för överhettning.

I högtemperatur-grafit-gasreaktorer är det möjligt att använda en konventionell gasturbincykel. Reaktorn fungerar i detta fall som en förbränningskammare.

Under reaktordrift minskar koncentrationen av klyvbara isotoper i kärnbränsle gradvis, och bränslet brinner ut. Därför ersätts de med tiden med färska. Kärnbränsle laddas om med hjälp av fjärrstyrda mekanismer och anordningar. Det använda bränslet överförs till en kylbassäng och skickas sedan för upparbetning.

Reaktorn och dess servicesystem inkluderar: själva reaktorn med biologiskt skydd, värmeväxlare, pumpar eller gasblåsningsenheter som cirkulerar kylvätskan; Rörledningar och kretscirkulationsarmatur; anordningar för omladdning av kärnbränsle; speciella system ventilation, nödkylning m.m.

Beroende på designen har reaktorerna utmärkande egenskaper: i tryckkärlreaktorer är bränslet och moderatorn placerade inuti huset och bär hela kylvätsketrycket; i kanalreaktorer installeras bränsle kylt av en kylvätska i speciella tankar. rörkanaler som genomborrar moderatorn, inneslutna i ett tunnväggigt hölje. För att skydda kärnkraftverkspersonal från strålningsexponering är reaktorn omgiven av biologisk skärmning, vars huvudmaterial är betong, vatten och serpentinsand. Reaktorkretsutrustningen måste vara helt förseglad. Ett system tillhandahålls för att övervaka platser för eventuella kylvätskeläckor. Åtgärder vidtas för att säkerställa att läckor och avbrott i kretsen inte leder till radioaktiva utsläpp och förorening av kärnkraftverkets lokaler och det omgivande området. Reaktorkretsutrustning är vanligtvis installerad i förseglade lådor, som är separerade från resten av kärnkraftverkets lokaler genom biologiskt skydd och inte upprätthålls under reaktordrift Radioaktiv luft och en liten mängd kylmedelsånga, på grund av närvaron av läckor från kretsen , tas bort från obevakade rum i kärnkraftverket speciellt. ett ventilationssystem i vilket, för att eliminera möjligheten till luftföroreningar, finns rengöringsfilter och gastankar. NPP-personalens efterlevnad av strålsäkerhetsreglerna övervakas av dosimetrikontrolltjänsten.

I händelse av olyckor i reaktorns kylsystem, för att förhindra överhettning och fel på tätningarna på bränslestavsskalen, tillhandahålls snabb (inom några sekunder) undertryckning av kärnreaktionen; Nödkylsystemet har autonoma kraftkällor.

Tillgång till biologiskt skydd, specialsystem. Ventilations- och nödkylning och dosimetriska övervakningstjänster gör det möjligt att helt skydda NPP-driftpersonalen från de skadliga effekterna av radioaktiv strålning.

Utrustningen i ett kärnkraftverks turbinrum liknar utrustningen i ett termiskt kraftverks turbinrum. En utmärkande egenskap hos de flesta kärnkraftverk är användningen av ånga med relativt låga parametrar, mättad eller lätt överhettad.

I detta fall, för att förhindra erosionsskador på bladen i de sista stadierna av turbinen av fuktpartiklar som finns i ångan, installeras separeringsanordningar i turbinen. Ibland är det nödvändigt att använda fjärrseparatorer och mellanliggande ångöverhettare. På grund av det faktum att kylvätskan och föroreningarna den innehåller aktiveras när den passerar genom reaktorhärden, måste designlösningen för turbinrumsutrustningen och turbinkondensatorns kylsystem i enkrets kärnkraftverk helt eliminera möjligheten för kylvätskeläckage . Vid dubbelkretskärnkraftverk med höga ångparametrar ställs inte sådana krav på turbinrummets utrustning.

En del av den termiska kraften i reaktorn i detta kärnkraftverk går till värmeförsörjning. Förutom att generera elektricitet används kärnkraftverk även för att avsalta havsvatten. Kärnkraftverk, som är den modernaste typen av kraftverk, har ett antal betydande fördelar jämfört med andra typer av kraftverk: under normala driftsförhållanden förorenar de inte miljön alls, kräver inte anslutning till en råkälla. material och följaktligen kan placeras nästan var som helst, nya kraftenheter har en effekt nästan lika med effekten av ett genomsnittligt vattenkraftverk, men den installerade kapacitetsutnyttjandefaktorn vid kärnkraftverk (80 %) överstiger avsevärt denna siffra för vattenkraftverk kraftverk eller värmekraftverk. Kärnkraftverkens ekonomi och effektivitet kan bevisas av det faktum att man från 1 kg uran kan få ut samma mängd värme som genom att bränna cirka 3000 ton kol.

Kärnkraftverk har praktiskt taget inga betydande nackdelar under normala driftsförhållanden. Man kan dock inte undgå att lägga märke till faran med kärnkraftverk under möjliga force majeure-förhållanden: jordbävningar, orkaner etc. - här utgör gamla modeller av kraftaggregat en potentiell fara för strålningskontamination av territorier på grund av okontrollerad överhettning av reaktorn.

13. Slutsats

Efter att ha studerat i detalj fenomenet elektrifiering och atomens struktur, lärde jag mig att atomen består av en kärna och negativt laddade elektroner runt den. Kärnan består av positivt laddade protoner och oladdade neutroner. När en kropp är elektrifierad uppstår antingen ett överskott eller en brist på elektroner på den elektrifierade kroppen. Detta bestämmer kroppens laddning. Det finns bara två typer av elektriska laddningar - positiva och negativa laddningar. Som ett resultat av det arbete jag gjorde, blev jag djupt bekant med fenomenen elektrostatik och förstod hur och varför dessa fenomen uppstår. Till exempel blixtar. Fenomenet elektrostatik är nära relaterat till atomens struktur. Atomer av ämnen som uran, radium, etc. har radioaktivitet Atomens energi är av stor betydelse för hela mänsklighetens liv. Till exempel är energin i ett gram uran lika med den energi som frigörs vid förbränning av 2,5 ton olja. För närvarande har atomernas radioaktiva energi funnit sin tillämpning inom många områden av livet. Varje år byggs fler och fler kärnkraftverk (kärnkraftverk), produktionen av isbrytare och ubåtar med kärnreaktor utvecklas. Atomenergi används inom medicin för att behandla olika sjukdomar, såväl som inom många områden av den nationella ekonomin. Felaktig användning av energi kan utgöra en hälsorisk för levande organismer. Atomernas energi kan gynna människor om de lär sig att använda den på rätt sätt.

Elektrifiering kropp Makroskopisk kropp, vanligtvis en elektrisk... uppgift. 1 version. På elektrifiering tel nära kontakt dem emellan är viktig... bör leda till laddning kropp. En annan väg elektrifiering tel- påverka...

En kultur av interaktion är interaktion mellan kulturer.

Interaktiv presentation av ämnetElektrifiering av kroppar. Elektrisk laddning

Har du någonsin haft kul med det här enkla tricket: om du gnider en uppblåst ballong på ditt torra hår och sedan applicerar den i taket, kommer den att verka "fastna"?

Nej? Försök! Inte mindre roligt är håret som sticker ut åt alla håll. Samma effekt erhålls ibland när man kammar långt hår. De sticker ut och fastnar i kammen. Tja, alla känner till situationer när man går runt i ylle eller syntetsaker, rör vid något eller någon och känner ett skarpt stick. I sådana fall säger de att det ger en elektrisk stöt. Allt detta är exempel på elektrifiering av kroppar. Men var kommer elektrifieringen ifrån, om vi alla mycket väl vet att elektrisk ström lever i uttag och batterier, och inte i hår och kläder? Titta på den tecknade filmen

Fenomenet elektrifiering av kroppar: metoder för elektrifiering

Elektrifiering av kroppar vid kontakt (friktion av en ebonit- eller glasstav på päls eller siden). Gnid pennan på ullen eller pälsen och ta sedan med den till finskurna pappersbitar, sugrör eller hårstrån. Du kommer att se dessa bitar attraheras av handtaget. Samma sak kommer att hända med en tunn vattenstråle om du tar med ett elektrifierat handtag till den.

Två sorters elektriska laddningar

Först liknande effekter har hittats med bärnsten, det var därför de kallades elektriska från det grekiska ordet "elektron" - bärnsten.Bärnsten. Tid: 5:32 Och kropparnas förmåga att attrahera andra föremål efter kontakt, och gnidning är bara ett sätt att öka kontaktytan, kallades elektrifiering eller att ge kroppen en elektrisk laddning. Det har experimentellt fastställts att Det finns två typer av elektriska laddningar. Om du gnuggar glas och ebonitstavar kommer de att attrahera varandra. Och två identisk - tryck av. Och detta händer inte för att de inte gillar varandra, utan för att de har olika elektriska laddningar. Man kom överens om att kalla den elektriska laddningen för en glasstav positiv och den för en ebonitstav negativ. De betecknas med tecknen "+" respektive "-". Detta betyder att de är mitt emot varandra.

Nuförtiden används lätt elektrifierade föremål i stor utsträckning - plast, syntetiska fibrer, petroleumprodukter. När sådana ämnen gnuggar uppstår en elektrisk laddning, som ibland åtminstone är obehaglig, och på sin höjd kan den vara skadlig. Inom industrin bekämpas de med särskilda medel. I vardagen likadant ett enkelt sätt att bli av med elektrifiering- detta för att fukta den elektrifierade ytan. Om det inte finns vatten till hands hjälper det att röra vid metall eller marken. Dessa organ kommer att ta bort elektrifieringen. Och för att inte uppleva dessa obehagliga effekter alls, rekommenderas att använda antistatiska medel.

Biljett 7. Elektrifiering av karosser. Experiment som illustrerar fenomenet elektrifiering. Två typer av elektriska laddningar. Interaktion av avgifter. Elektriskt fält. Förklaring av elektriska fenomen. Ledare och icke-ledare av el.

En elektrifierad kropp förvärvar förmågan att attrahera små föremål till sig själv. Om du till exempel gnuggar en glasstav på ett pappersark och sedan tar med den till finhackade pappersbitar, börjar de attrahera.

En kropp som har denna egenskap sägs vara elektrifierad eller vad som meddelades honom elektrisk laddning.

Elektrifiering– Det här är fenomenet att en kropp skaffar sig en laddning.

Avgifter kan vara positiva och negativa. Liknande laddningar stöter bort, till skillnad från laddningar attraherar.

Konceptet med positiva och negativa laddningar introducerades 1747 av Franklin. En ebonitsticka blir negativt laddad när den elektrifieras av ull och päls. Laddningen som bildas på en glasstav som gnids mot siden kallades positiv av Franklin.

Laddning är en fysisk mängd, ett mått på egenskaperna hos laddade kroppar att interagera med varandra..
q - laddning
[q]=Cl

Typer av elektrifiering:

1) elektrifiering genom friktion: olika kroppar är inblandade. Kroppar får laddningar av samma storlek, men olika i tecken.

2) elektrifiering genom kontakt: när en laddad och oladdad kropp kommer i kontakt, går en del av laddningen till den oladdade kroppen, det vill säga båda kropparna får en laddning av samma tecken.

3) elektrifiering genom påverkan: med elektrifiering genom påverkan kan en negativ laddning erhållas med en positiv laddning på kroppen och vice versa.

En anordning för att mäta mängden laddning är en elektrometer. En anordning för att bestämma närvaron av laddning är ett elektroskop.

De engelska fysikerna Michael Faraday och James Maxwell studerade samspelet mellan elektriska laddningar. Om du placerar ett laddat elektroskop under klockan på en luftpump, stöter fortfarande elektroskopets blad bort varandra. (Luften har pumpats ut under klockan.) Som ett resultat har det konstaterats att varje laddad kropp är omgiven av ett elektriskt fält.

Elektriskt fält– Det här är en speciell typ av materia, olik substans. Ett elektriskt fält är en speciell typ av materia som finns runt laddade kroppar och uppenbarar sig genom att interagera med andra laddade kroppar.

Våra sinnen uppfattar inte det elektriska fältet. Fältet kan upptäckas på grund av att det verkar på vilken laddning som helst i det. Det är just detta som förklarar samspelet mellan elektrifierade kroppar.

Den kraft med vilken ett elektriskt fält verkar på en elektrisk laddning som införs i det kallas elektrisk kraft. Det elektriska fältet som omger en av laddningarna verkar med viss kraft på en annan laddning placerad i fältet för den första laddningen. Omvänt verkar det elektriska fältet för den andra laddningen på den första.

Konduktörer– Det här är kroppar som kan leda elektriska laddningar. Dessa inkluderar alla metaller, vätskor (lösningar av salter och alkalier).

Dielektrik– Det är ämnen som inte leder elektriska laddningar. Dessa inkluderar: destillerat vatten, plast, gummi, trä, glas, papper, betong, stenar etc.

1) När kroppar är elektrifierade är lagen om bevarande av elektrisk laddning uppfylld. Den algebraiska summan av elektriska laddningar förblir konstant för alla interaktioner i ett slutet system, dvs. q1 + q2 + q3 + ... + qп = const utanför. Om en neutral kropp tar emot elektroner från någon annan kropp kommer den att få en negativ laddning. Således är en kropp negativt laddad om den har ett överskott av antal elektroner jämfört med den normala. Och om en neutral kropp förlorar elektroner, får den en positiv laddning. Därför har en kropp en positiv laddning om den inte har tillräckligt med elektroner.

2) förklaring av elektrifiering genom friktion: under friktion rör sig elektroner från en kropp till en annan. Där det finns fler elektroner laddas kroppen negativt, där det finns färre – positivt.

3) I atomer är elektroner på olika avstånd från kärnan attraheras avlägsna elektroner mindre till kärnan än närliggande. Retentionen av avlägsna elektroner av metallkärnor är särskilt svag. Därför, i metaller, lämnar elektronerna längst bort från kärnan sin plats och rör sig fritt mellan atomerna. Dessa elektroner kallas fria elektroner. De ämnen som har fria elektroner är ledare.

4) Det finns fria elektroner i hylsan. Så snart hylsan förs in i det elektriska fältet kommer elektronerna att börja röra sig under påverkan av fältkrafterna. Om staven är positivt laddad, kommer elektronerna att gå till änden av hylsan som är belägen närmare staven. Detta slut kommer att bli negativt laddat. Det kommer att finnas en brist på elektroner i den motsatta änden av hylsan, och denna ände kommer att vara positivt laddad. Den negativt laddade kanten på patronhylsan är närmare pinnen, så patronhylsan kommer att attraheras av den. När hylsan vidrör staven kommer en del av elektronerna från den att överföras till den positivt laddade staven. En positiv laddning kommer att finnas kvar på hylsan).

5) Om laddning överförs från en laddad boll till en oladdad, och storleken på bollarna är desamma, kommer laddningen att delas på mitten. Men om den andra, oladdade bollen är större än den första, kommer mer än hälften av laddningen att överföras till den. Ju större kropp som laddningen överförs till, desto större del av laddningen kommer att överföras till den. Detta är vad jordning bygger på - överföring av laddning till marken. Globen är stor jämfört med kropparna på den. Därför, när en laddad kropp kommer i kontakt med marken, ger den upp nästan all sin laddning och blir praktiskt taget elektriskt neutral.

Under normala förhållanden är mikroskopiska kroppar elektriskt neutrala eftersom de positivt och negativt laddade partiklar som bildar atomer är förbundna med varandra genom elektriska krafter och bildar neutrala system. Om en kropps elektriska neutralitet kränks, kallas en sådan kropp elektrifierat organ. För att elektrifiera en kropp är det nödvändigt att ett överskott eller brist på elektroner eller joner av samma tecken skapas på den.

Metoder för att elektrifiera kroppar, som representerar interaktionen mellan laddade kroppar, kan vara som följer:

1. Elektrifiering av kroppar vid kontakt. I det här fallet, under nära kontakt, överförs en liten del av elektronerna från ett ämne, i vilket sambandet med elektronen är relativt svagt, till ett annat ämne.
2. Elektrifiering av kroppar under friktion. Samtidigt ökar kontaktytan mellan kropparna, vilket leder till ökad elektrifiering.
3. Inflytande. Grunden för inflytande är elektrostatisk induktionsfenomen, det vill säga induktionen av en elektrisk laddning i ett ämne placerat i ett konstant elektriskt fält.
4. Elektrifiering av kroppar under påverkan av ljus. Grunden för detta är fotoelektrisk effekt, eller fotoelektrisk effekt när elektroner under påverkan av ljus kan flyga ut ur en ledare in i det omgivande utrymmet, varvid ledaren laddas.

Negativ laddning kroppen orsakas av ett överskott av elektroner på kroppen jämfört med protoner, och Positiv laddning orsakas av brist på elektroner.

När en kropp är elektrifierad, det vill säga när en negativ laddning är delvis separerad från den positiva laddningen som är associerad med den, lagen om bevarande av elektrisk laddning. Lagen om bevarande av laddning är giltig för ett slutet system där laddade partiklar inte kommer in från utsidan och från vilka de inte lämnar. Lagen om bevarande av elektrisk laddning är formulerad enligt följande:

I ett slutet system förblir den algebraiska summan av laddningarna för alla partiklar oförändrad:

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

Där q 1, q 2, etc. – partikelladdningar.

Interaktion mellan elektriskt laddade kroppar

Interaktion mellan kroppar, med laddningar av samma eller olika tecken, kan påvisas i följande experiment. Vi elektrifierar ebonitpinnen genom friktion på pälsen och rör den mot en metallhylsa upphängd på en sidentråd. Laddningar av samma tecken (negativa laddningar) fördelas på hylsan och ebonitpinnen. Genom att föra en negativt laddad ebonitsticka närmare en laddad hylsa kan man se att hylsan kommer att stötas bort från pinnen (Fig. 1.2).

Ris. 1.2. Interaktion av kroppar med laddningar av samma tecken.

Om du nu tar med en glasstav gnidad på siden (positivt laddad) till den laddade hylsan, kommer hylsan att attraheras av den (Fig. 1.3).

Ris. 1.3. Interaktion av kroppar med laddningar av olika tecken.

Det följer att kroppar med laddningar av samma tecken (troligen laddade kroppar) stöter bort varandra, och kroppar med laddningar av olika tecken (motsatt laddade kroppar) attraherar varandra. Liknande ingångar erhålls om vi zoomar in på två plymer, lika laddade (fig. 1.4) och motsatt laddade (fig. 1.5).