Тело электризуется только тогда когда

Как происходит электризация тел при трении? Тела, состоящие из нейтральных частиц (атомов и молекул), в обычных условиях не обладают зарядом. Однако в процессе трения часть электронов, покинувших свои атомы, может перейти с одного тела на другое. Электроны, находящиеся на периферии атома, сравнительно легко отрываются от атомов. Рассмотри рисунок и ответь на вопросы.

— В каком случае тело заряжено отрицательно?

— В каком случае тело заряжено положительно?

Сделай вывод, когда же тело электризуется, т.е. получает электрический заряд.

В электризации всегда участвуют два тела, при этом оба тела электризуются.

Проведи опыт. Воспользуйся двумя пластинками – эбонитовой и стеклянной – и электрометром с шаровым кондуктором. Наэлектризовав пластинки, трением друг о друга, внеси одну из них внутрь полого кондуктора электрометра, заряди его. Затем сними заряд и проделай то же со второй пластинкой.

Затем внутрь кондуктора соединенного с незаряженным электрометром, внеси одновременно две заряжённые пластинки. Обнаруживает ли электрометр в этом случае электрический заряд?

Электризация через влияние.

Задание. Определи, какое действие будет оказывать наэлектризованная палочка на подвешенный металлический шарик в случаях, изображённых на рисунке.

Правильность решения проверь путём опыта.

Используя знания об электроне и о строении атома объясни явление: притяжение ненаэлектризованных тел к наэлектризованным (случай а) и б)).

Ответь на следующие вопросы:

1. К электроскопу поднеси (но не касайся стержня) заряженное тело, например расчёску. Листочки разошлись! Почему? Ведь электроскоп не заряжён, касания – то не было! Разберите два случая:

а) тело заряжено положительно;

б) тело заряжено отрицательно.

Свои рассуждения иллюстрируй рисунком.

2. Почему металлические незаряжённые опилки притягиваются к заряжённому телу?

Проводники и диэлектрики.

По способности проводить электрические заряды вещества делятся на проводники и непроводники электричества. Непроводники электричества называют диэлектриками.

Отличие металлов от диэлектриков.

В металлах часть электронов легко отделяется от атомов и образует своеобразное электронное облако внутри металла. Эти электроны практически свободны, очень подвижны. В электрическом поле они свободно движутся от ядра к ядру. Такие электроны получили название электроны проводимости, или свободными электронами.

В диэлектриках практически все электроны прочно связаны с ядрами атомов. Свободно перемещающихся заряжённых частиц практически нет.

Проведи и объясни опыт.

Металлический стержень расположи на изолирующей подставке горизонтально. Около одного края стержня подвесь лёгкий шарик или гильзу так, чтобы шарик и стержень соприкасались. Прикоснись к другому концу стержня заряжённым телом.

Замени металлический стержень эбонитовым (или стеклянным) и повтори опыт.

1. При соединении повреждённых проводов монтёр надевает резиновые перчатки. Зачем он это делает?

2. Зачем стержень электроскопа всегда делают металлическим?

Если заряд передают от заряжённого тела к незаряженному и размеры тел одинаковы, то заряд разделится пополам. Но если второе, незаряженное тело больше, чем первое, то на него перейдёт больше половины заряда. Чем больше тело, которому передают заряд, тем большая часть заряда на него перейдёт. На этом основано заземление-передача заряда земле. Земной шар — грандиозный «поглотитель» или источник электронов. Если вы соедините заряженное отрицательно металлическое тело с землёй, то все лишние электроны очень быстро уйдут в землю и тело станет электрически нейтральным, незаряженным. При соединение с землёй положительно заряженного тела из земли в него перейдет недостающая для равновесия часть электронов, и тело также становится электрически нейтральным.

Задание 1. Укажите направление движения и знак зарядов, движущихся по проводнику, соединяющему тело А с землёй.

Задание 2. Укажите направление движения и знак зарядов, движущихся по проводнику АВ, когда к металлическому телу С подносят заряженное

Проделай опыт. Зарядите электроскоп, не прикасаясь к нему заряженным телом. Проверьте знак заряда на электроскопе. Объясните наблюдаемое явление.

Не следует считать, что с электризацией тел в основном приходится бороться. Как и подавляющее большинство научных открытий, она поставлена и на службу человеку.

Например, исследование установили, что электризация синтетического белья, возникающая во время носки, оказывается даже полезной. Известно, что поливинил-хлоридное бельё помогает при лечении некоторых болезней.

В технике применяют метод, сущность которого заключается в следующем. Мельчайшие твёрдые или жидкие частицы материала поступают в электрическое поле, где их поверхность «оседают» электроны и ионы, т.е. частицы приобретают заряд и далее движутся под действием электрического поля. В зависимости от назначения аппаратуры можно с помощью электрических полей по-разному управлять движением частиц в соответствии с необходимым технологическим процессом. Эта технология уже пробила себе дорогу в различные отрасли народного хозяйства.

Например, движущиеся на конвейере окрашиваемые детали (скажем, корпус автомобиля) заряжают положительно, а частицам краски придают отрицательный заряд, и они стремятся к положительно заряженной детали. Слой краски на ней получается тонкий, равномерный и плотный. Действительно, одноимённо заряженные частицы отталкиваются друг от друга – отсюда равномерность окрашивающего слоя. Частицы, разогнанные электрическим полем, с силой ударяются об изделие – отсюда плотность краски. Расход краски снижается, так как она осаждается только на детали.

Используют явление электризации и в процессе копчения. Копчение – это пропитывание пищевого продукта древесным дымом; частицы дыма не только придают продуктам особый вкус, но и предохраняют их от порчи. При электрокопчении частицы коптильного дыма заряжаются положительно, а отрицательно – тушку рыбы (см. рис.). Заряженные частицы дыма оседают на поверхности тушки и частично поглощаются ею. Всё электрокопчение продолжается лишь несколько минут; прежде же копчение считалось весьма длительным процессом.

Чтобы получить в электрическом поле слой ворса на каком – либо материале, надо материал заземлить, поверхность покрыть клеящим веществом, а затем через заряженную металлическую сетку, расположенную над этой поверхностью, пропустить порцию ворса. Ворсинки быстро ориентируются в поле и, распределяясь равномерно, оседают на клей строго перпендикулярно поверхности. Так получают покрытия, похожие на замшу или бархат. Легко получить разноцветный узор, заготовив порции разноцветного по цвету ворса и несколько шаблонов, которыми в процессе электроворсования прикрывают поочерёдно отдельные участки изделия. Так можно сделать, например, многоцветные ковры.

Электризация помогает бороться с пылью. Чистый воздух нужен не только людям и особо точным производствам. Все машины из-за пыли преждевременно изнашиваются, а каналы их воздушного охлаждения засоряются. Кроме того, часто пыль, улетающая отходящими газами, представляет собой ценное сырьё. Очистка промышленных газов стала необходимостью. Практика показала, что с этим хорошо справляется электрическое поле.

Электрические фильтры на крупных тепловых электростанциях улавливают 99% золы, содержащей в выходных газах.

Наконец, если мелкие частицы одного вещества зарядить положительно, а другого – отрицательно, то легко получить их смесь, где частицы распределены равномерно.

Например, на хлебозаводе не приходится совершать большую механическую работу, чтобы замесить тесто. Заряженные положительно крупинки муки воздушным потоком подаются в камеру, где они встречаются с отрицательно заряженными капельками воды, содержащей дрожжи. Крупинки муки и капельки воды, притягиваясь, друг к другу образуют однородное тесто.

Можно привести много других примеров полезного применения статической электризации. Основанная на этом явлении технология удобна: потоком заряженных частиц можно управлять, изменяя электрическое поле, а весь процесс легко автоматизировать.

Борьба с вредной электризацией

Ещё в 19 веке были известны вредные действия статического электричества.

Например, кожаные и прорезиненные ремни, наэлектризовавшись на вращающихся шкивах, могут стать источником искрового разряда. Он особенно опасен, если в воздухе висит мелкая горючая пыль (скажем, мука): проскочившая от наэлектризованного тела искра может вызвать взрыв и пожар.

На клеепромазочной машине, которая смазывает резиновым клеем материалы, в результате трения материала о валики происходит их электризация. Если не снять эти заряды, то даже небольшая искра может тканевые вызвать пожар, так как окружающий воздух насыщен парами бензина. Причиной взрыва может стать человек, так как при контакте с заряженной тканью электризуется и тело оператора.

При движении жидкости – диэлектрика внутри труб (например, при перекачке горючего из бензозаправщика в баки самолёта) происходит электризация и перенос зарядов. Чтобы не произошло искрового разряда и взрыва, повышают электропроводность бензина, добавляя в него соединения хрома. Сам самолёт электризуется о воздух в течении полёта, поэтому после посадки к самолёту нельзя сразу же приставлять электрический трап: может возникнуть разряд, который вызовет пожар. Сначала самолёт разряжают: опускают на землю металлический трос, соединённый с обшивкой самолёта, и разряд проходит между землёй и концом троса.

Для избежания вредных последствий электризации тел в технике применяют различные меры борьбы с этим явлением. Основной метод уменьшения электризации – заземление оборудования. Однако, заземление не помогает, если применяется оборудование из материалов, являющихся диэлектриками. Чтобы поверхность таких материалов лучше проводила электричество, её подвергают обработке. Например, приводные ремни и ленты транспортёров покрывают графитом или бронзовым порошком. С той же целью увеличивают влажность воздуха в помещении; тогда на материалах, не проводящих электричество, образуется тонкая плёнка воды. Вода содержит примеси, поэтому является проводником электричества. Иногда ионизируют воздух. Ионы под действием сил притяжения движутся к заряженным поверхностям, уменьшая их заряд. В быту при стирке одежды, для иных целей применяют различные антистатики.

1. Авиационное топливо электризуется при фильтровании. Изображение фильтра, при прохождении через который жидкость почти бы не заряжалась, является важной проблемой. Почему такой фильтр должен быть изготовлен из двух различных материалов? Какими электрическими свойствами должны обладать эти материалы по отношению к топливу?

2. С какой целью на взрывоопасном производстве приводные ремни должны быть обработаны антистатической (проводящей) пастой, а шкивы заземлены?

3. Может ли в ременной передаче электризовываться только ремень, а шкив оставаться незаряженным? Почему? Считать, что шкив не заземлён.

4. Трущиеся части механизмов, например, ременная передача, типографская бумага в ротационной машине, пряжа на ткацком станке и т. д. наэлектризовываясь, могут вызывать аварии и неполадки. Для устранения статических зарядов вблизи таких механизмов устанавливают нейтрализаторы, испускающие лучи, под действием которых молекулы воздуха расщепляются на частицы – ионы, одни из которых заряжены положительно, а другие – отрицательно (рис). Объясните принцип действия такой защитной установки.

2.3. Кейс «Генераторы».

В настоящее время для получения переменного тока на электростанциях используют в основном электромеханические индукционные генераторы, т.е. устройства, в которых механическая энергия преобразуется в электрическую. Индукционными они называются потому, что их действие основано на явлении электромагнитной индукции. Ротор такого генератора вращается с помощью паровой турбины на тепловых электростанциях, с помощью водяной турбины – на гидроэлектростанциях. В результате их применения возникают проблемы экономического характера и охраны окружающей среды. Выясните причины возникновения проблем, их содержание. Создайте новый тип генератора, который будет экономически и экологически выгодней, чем индукционные генераторы тока.

Таким образом, в результате ознакомления с материалом этого параграфа учащиеся должны понять основные принципы использования сверхвысоких частот в технике,

Электромеханический индукционный генератор переменного тока.

Генератором переменного тока называют устройство, преобразующее механическую энергию вращения в электрическую энергию переменного тока.

А — статор; В — ротор; 1, 2, 3 — обмотки.

Генератор переменного тока состоит из неподвижной части — статора (якоря) (А на рис.) и вращающейся части — ротора (индуктора) (В на рис.). На внутренней поверхности статора в осевых впадинах (пазах) расположены проводники (обмотка переменного тока). Статор генератора изготовляют из тонких (до 0,35 мм толщиной) спрессованных листов специальной стали, изолированных лаковой пленкой или бумагой. Стальные листы статора укрепляются в станине машины. Ротор располагается внутри статора. Для специальных целей применяют роторы различной конструкции. В турбогенераторах, которые вращаются с большой скоростью, ротор представляет собой весьма массивный стальной цилиндр с осевыми пазами, в которых размещаются обмотки возбуждения постоянного тока (1, 2, 3 на рис.). В тихоходных машинах (гидрогенераторах) ротор имеет форму звезды, на внешней поверхности которой укрепляются электромагниты чередующейся полярности, возбуждаемые постоянным током. В генераторах малой мощности применяют иногда конструкции, в которых обмотка переменного тока располагается на роторе, а обмотка возбуждения — на статоре.

Ротор генератора переменного тока вращается двигателем (паровой турбиной, гидротурбиной и т. д.).

Обмотки ротора питаются постоянным током от генератора постоянного тока (так называемого возбудителя), который обычно размешается на общем валу с генератором, а иногда от выпрямительного устройства, которое само питается от зажимов этого же генератора переменного тока.

Следует подчеркнуть, что преимущества использования переменного тока для передачи и распределения электроэнергии связаны с удобством трансформации напряжения переменного тока. По сравнению с машинами постоянного тока генераторы и двигатели переменного тока при равной мощности надежнее в эксплуатации, меньше по габаритам и дешевле. Важно и то, что переменный ток может быть выпрямлен, а затем с помощью специальных устройств (инверторов) преобразован в переменный ток другой частоты.

По принципу действия генераторы и двигатели переменного тока разделяют на синхронные и асинхронные. В синхронных машинах магнитное поле создается постоянным током, а ротор вращается синхронно с частотой переменного тока. Наоборот, в асинхронных машинах переменного тока в общем случае частота вращения ротора не совпадает с частотой тока в обмотке статора. Достоинством асинхронных машин является простота их конструкции и высокая надежность в работе, однако их трудно (а часто и невозможно) использовать в тех случаях, когда требуется большой пусковой момент или плавная регулировка числа оборотов в больших пределах. И синхронные и асинхронные машины обладают свойством обратимости, т. е. они могут работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя.

Генераторы переменного тока выпускаются самой различной мощности: от долей ватта до 500 МВт (генераторы такой мощности установлены на Красноярской ГЭС). Столь мощные генераторы весьма совершенны, их КПД близок к 100%.

Действие магнитного поля на движущиеся заряженные частицы используется в технике для преобразования кинетической энергии плазменной струи в электрическую. Такие генераторы называют магнитогидродинамическими генераторами или сокращенно — МГД — генераторами. Опытный образец МГД — генератора в СССР был построен в 1965 г.

Схематично действие МГД — генератора иллюстрирует рисунок. В результате сгорания топлива образуются находящиеся при высокой температуре сильно ионизованные газы — плазма. Поток плазмы направляется в поперечное ‘магнитное поле, которое действует на движущиеся заряженные частицы (электроны и ионы) с силой Лоренца направленной перпендикулярно к скорости их движения. В результате этого положительные ионы отклоняются вверх (по рисунку), а электроны и отрицательные ионы — вниз. Поэтому верхний электрод (Л) электризуется положительно, а нижний (К) — отрицательно. Выводы от этих электродов и являются полюсами генератора.

Между электродами ток течет снизу вверх. Применив правило левой руки, мы находим, что магнитное поле действует на этот ток с силой F, направленной против движения плазменной струи. Поэтому при прохождении плазменной струи в магнитном поле между электродами происходит ее торможение, т. е. уменьшение скорости течения и, следовательно, кинетической энергии этой струи. Таким образом, в МГД — генераторе кинетическая энергия плазменной струи преобразуется непосредственно в электрическую энергию.

Совместное использование на тепловых электростанциях гидродинамического метода преобразования энергии и обычных паротурбинных установок позволяет значительно повысить экономическую эффективность электростанций. Плазма, выходящая из рабочего канала МГД- генератора, еще имеет высокую температуру. Тепло этой плазмы используется для нагрева паровых котлов: вырабатываемый пар приводит в действие турбогенераторы. В нашей стране уже действует экспериментальная энергетическая установка с МГД- генератором, дающая ток в электросеть Москвы.

Тепловые двигатели и охрана природы.

Велика роль двигателей внутреннего сгорания в сельскохозяйственной и строительной технике (тракторы, комбайны, тягачи, автомашины, бульдозеры, экскаваторы и многие другие машины).

Можно без преувеличения утверждать, что тепловые двигатели в настоящее время — основные преобразователи энергии топлива в другие виды энергии и без них была бы невозможна современная цивилизация.

Все существующие виды тепловых двигателей преобразуют энергию топлива в механическую. А поскольку все виды топлива не сгорают полностью, а кроме того, содержат в качестве примесей серу (уголь — примерно 2%, нефть — 2,5%, газ — 0,05%) и другие примеси, то выбрасываемые ими в атмосферу отработанные газы загрязняют атмосферу вредными для животного и растительного мира веществами.

В настоящее время ежегодно в результате сжигания топлива в атмосферу поступает около 200 млн. т оксида углерода (II), 150 млн. т. оксида серы (IV), около 50 млн. т оксида азота (II), 250 млн. т пыли, 70 млн. м 3 соединений свинца и других металлов.

Выброшенные в атмосферу продукты неполного сгорания вступают в химические реакции с водяными парами, содержащимися в воздухе. Так, например, некоторые соединения (СО2, SO2, H3S и др.) вступают в реакцию с водой и в виде мельчайших капелек растворов кислот переносятся на сотни и тысячи километров. На поверхность Земли выпадают так называемые кислотные дожди, которые оказывают пагубное влияние на здоровье людей, растительный и животный мир, ускоряют коррозию металлов, разрушают сооружения из мрамора и известняка, закисляют почвы и водоемы. Столь же вредное влияние на окружающую нас среду оказывают выбрасываемые тепловыми двигателями в атмосферу оксиды азота и углерода.

В последние годы охране окружающей среды во всех странах мира уделяется большое внимание. Для того чтобы уменьшить загрязнение окружающего воздуха работающими тепловыми двигателями, необходимо обеспечить:

а) более полное сгорание топлива;

б) более тщательную очистку газов, выделяющихся топками электростанций и двигателями внутреннего сгорания;

в) поиск более «чистого» горючего.

Размышления об экологии.

Речь идет об экологической проблеме — проблеме загрязнения атмосферы нашей планеты.

По имеющимся оценкам, ежегодно в атмосферу Земли в результате сжигания природного топлива выбрасывается около 150 млн.т золы, 100 млн.т оксидов серы, 60 млн.т оксидов азота, 300 млн.т оксида углерода. Существенная часть этих загрязняющих атмосферу веществ (многие из которых могут существовать там довольно длительное время) приходится на долю тепловых электростанций, где сжигается огромное количество органического топлива.

Но это еще не все. Увеличение до грандиозных размеров производства энергии за счет использования природного топлива может привести в конечном счете к повышению средней температуры земного шара, а следовательно, и атмосферы. Возникает новая проблема — тепловое загрязнение атмосферы, т.е. попросту говоря, ее нагревание. Это обусловлено тем, что поверхность Земли должна излучать в мировое пространство энергию, полученную не только от Солнца, но и от дополнительных источников. Хотим мы этого или нет, почти вся произведенная человеком энергия, в конечном счете, превращается в тепло. Сегодня в электрическом балансе Земли энергия, произведенная человеком, составляет около 0,01%. Многие специалисты считают, что увеличение этой цифры до 1%, т. е. в 100 раз, может привести к повышению температуры Земли на 1 °С. Даже такие небольшие изменения температуры могут привести к весьма нежелательным последствиям. Из-за потепления, например, смогут частично растаять льды океанов, а также ледники. В результате уровень воды в Мировом океане может существенно повыситься, что станет причиной затопления (возможно, катастрофического) части суши.

Как стабилизировать тепловой баланс планеты? Одни ученые предлагают затормозить, пока не поздно, рост промышленности. Другие предлагают регулировать тепловой режим планеты техническими средствами. Уже известны проекты устройства энергетических туннелей через атмосферу для вывода избыточного тепла в космос. Проектов много, но сам вопрос изучен еще недостаточно полно. Необходимы дальнейшие исследования в этой области.

Что такое плазма?

Газ, в котором все или значительная часть молекул (атомов) ионизованы, называется плазмой. Плазма — это смесь положительных ионов, электронов и не ионизованных молекул (атомов). В зависимости от степени ионизации различают слабо ионизованную (ионизованы доли процента молекул), умеренно ионизованную (ионизовано несколько процентов молекул) и полностью ионизованную плазму. В зависимости от скорости движения заряженных частиц в плазме различают низкотемпературную и высокотемпературную плазму.

Низкотемпературной или холодной называется плазма с температурой, не превосходящей 105 К. Плазма с температурой, превосходящей 105 К, называется высокотемпературной или горячей.

Газоразрядная плазма обычно является низкотемпературной.

В горячей плазме молекулы движутся с большими скоростями и обладают кинетической энергией, достаточной для их ионизации.

Плазма обладает рядом интересных свойств. Каким бы способом газ ни ионизовался, по закону сохранения заряда число положительных зарядов равно числу отрицательных зарядов и поэтому плазма в целом электронейтральна.

Электроны и ионы плазмы, двигаясь, редко подходят друг к другу близко. В случае одноименно заряженных частиц этому мешают их собственные электрические поля, а в случае разноименно заряженных частиц (электрона и иона) этому мешают электрические поля соседних частиц. Поэтому траектории движения ионов и электронов в плазме представляют собой плавные кривые линии.

По образному выражению академика Л. А. Арцимовича — одного из крупнейших специалистов в области плазменных явлений, траектория движения заряженной частицы в плазме похожа на траекторию человека, заблудившегося в степи (рис.).

Электропроводность плазмы зависит от степени ионизации и колеблется в широких пределах. Электропроводность горячей плазмы близка к электропроводности металлов, а электропроводность слабо ионизованной плазмы меньше электропроводности металлов в десятки тысяч раз.

Плазма — наиболее распространенное состояние вещества в природе. Солнце и звезды — это гигантские сгустки плазмы. Верхние слои земной атмосферы, подверженные непрерывному воздействию внешних ионизаторов (ультрафиолетовое и рентгеновское излучение Солнца и звезд, космические лучи и др.), также являются слабо ионизованной плазмой и называются ионосферой.

С плазмой мы достаточно часто встречаемся и в повседневной жизни. Пламя костра, светящийся столб газа в рекламных газосветных трубках, лампах дневного света, в медицинских «кварцевых лампах» — это все примеры плазмы.



тока, переменного, тело, частицы, например, может, диплом:Как происходит электризация тел при трении? Тела, состоящие из нейтральных частиц (атомов и молекул), в обычных условиях не обладают зарядом. Однако в процессе трения часть электронов, покинувших свои атомы, может перейти с одного тела на другое.