Электричество
РЕФЕРАТ
ТЕМА:
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО
2008 г.
Много веков назад люди открыли особые свойства янтаря: при трении в нем возникает электрический заряд. В наши дни с помощью электричества мы имеем возможность смотреть телевизор, переговариваться с людьми на другом конце света, а также получать свет и тепло, лишь повернув для этого выключатель. Опыты с янтарем, то есть смолой хвойных деревьев, окаменевшей естественным образом, проводились еще древними греками. Они обнаружили, что если янтарь потереть, то он притягивает ворсинки шерсти, перья и пыль. Если сильно потереть, к примеру, пластмассовую расческу о волосы, то к ней начнут прилипать кусочки бумаги. А если потереть о рукав воздушный шарик, то он прилипнет к стене. При трении янтаря, пластмассы и ряда других материалов в них возникает электрический заряд. Само слово "электрический" происходит от латинского слова electrum, означающего "янтарь".
Вспышка молнии - одно из самых зрелищных проявлении электрического заряда, Молния возникает и результате большого скопления электрических зарядов и облаках, В середине XVIII века один из первых исследователей атмосферного электричества американский ученый Бенджамин Франклин провел очень опасный эксперимент, запустив в грозовое небо воздушного змея. Он хотел доказать, что молния - результат того же электрического заряда, что возникает при трении предметов друг о друга,
Если имеющие электрический заряд объекты притягивают и удерживают только очень легкие предметы, то магнит может удержать довольно тяжелые куски железа. По-этому издревле магниты применялись с пользой, например, в компасах.
Откуда берется электрический заряд?
Все атомы окружены облаком электронов, которые несут отрицательный (-) электрический заряд. Электроны движутся вокруг ядра. Ядро обладает таким же суммарным зарядом, как и все его электроны, но это заряд положительный (+) . Обычно положительный и отрицательный заряды уравновешивают друг друга, и атом является электрически нейтральным. Но у некоторых веществ часть внешних электронов имеет довольно непрочные связи с их атомами. И если потереть два предмета друг о друга, то такие электроны могут освободиться и перекочевать на другой предмет. В результате этого перемещения у одного предмета электронов становится больше, чем должно быть, и он приобретает отрицательный (-) заряд. У второго предмета электронов становится меньше, так что он приобретает положительный (+) заряд. Заряды, формирующиеся подобным образом, называют иногда «электричеством трения», Какой из предметов приобретет положительный или отрицательный заряд, зависит от относительной легкости, с какой электроны передвигаются в поверхностных слоях двух предметов.
Если натереть шерстяной тряпкой полиэтиленовую леску, то она получит отрицательный заряд, а если натереть органическое стекло, то оно получит положительный заряд. В любом случае тряпка получит заряд, противоположный заряду натертого материала.
Электрические заряды влияют друг на друга. Положительный и отрицательный заряды притягиваются друг к другу, а два отрицательных или два положительных заряда отталкиваются друг от друга. Если поднести к предмету отрицательно заряженную леску, отрицательные заряды предмета переместятся на другой его конец, а положительные заряды, наоборот, переместятся поближе к леске. Положительные и отрицательные заряды лески и предмета притянут друг друга, и предмет прилипнет к леске. Этот процесс называется электростатической индукцией, и о предмете говорят, что он попадает в электростатическое поле лески.
Майкл Фарадей доказал, что, электричество трения и электрический ток - одно и то же. Он также доказал, что электрическое поле не может существовать внутри металлической клетки (теперь называемой клеткой Фарадея).
Гром и молния
Грозы обычно бывают летом в жаркую погоду; когда с поверхности земли горячие потоки воздуха насыщенные влагой, поднимаются вверх. Пока капли воды и кристаллы льда кружатся в воздушных потоках грозовых облаков, они заряжаются электричеством. Крошечные, положительно заряженные кристаллы льда движутся вверх, а отрицательно заряженные градинки собираются внизу облака.
Точно так же, как из-за электростатической индукции к заряженной леске притягиваются маленькие предметы, по той же причине и заряженное облако притягивается к земле. Отрицательный заряд на нижней стороне облака притягивается положительным зарядом на земле, и между ними возникает мощная искра (молния). Разряд молнии нагревает воздух и заставляет его расширяться, что сопровождается грохотом грома. Звук переносится по воздуху гораздо медленнее, чем свет, поэтому вначале мы видим вспышку, а потом слышим гром.
При трении металлы не только легко электризуются, но и очень хорошо проводят электричество. Поэтому если металлический предмет находится в руках человека, то заряд проходит и через тело человека. Электричество, возникающее при трении, чаще встречается у материалов, являющихся плохими проводниками, таких как стекло, резина, пластмасса, смола, Эти материалы называются изоляторами. Так как электричество по ним не передается, его называют статическим электричеством. Фарадей называл его также «обыкновенным» электричеством, однако в наши дни мы повсеместно используем электрический (движущийся) ток. Так что теперь скорее он стал «обыкновенным».
Электрический заряд
Если у вас подошва из резины или синтетического материала, и вы прошлись по ковру, то, прикоснувшись к металлической ручке двери, вы почувствуете легкий удар током. Эта означает, что ваше тело при трении подошв о ковер успело зарядиться электричеством,
Иногда человек испытывает удар током, выходя из машины и закрывая дверь. Вероятней всего, на нем шерстяная или хлопчатобумажная одежда, которая наэлектризовалась от синтетического сиденья машины. Если к тому же у него подошвы из резины или синтетики, которые являются изоляторами, то заряд может выйти только в момент прикосновения к металлической ручке. Чтобы избежать этого, можно попробовать дотронуться до чего-нибудь металлического еще внутри машины перед выходом. Тогда заряд уменьшится и неприятного удара не последует,
Настоящий удар током
Хотя описанные выше удары электрическим током и неприятны, они, тем не менее безопасны для человека. Но электрические заряды, возникающие в результате трения, в ряде случаев могут вызвать чрезвычайные ситуации. Были случаи, когда огромные супертанкеры взрывались в то время, когда их топливные цистерны промывались мощными водометами. Электрический заряд возникает при трении капель воды в струе водомета. Этот эффект сходен с эффектом от восходящего в грозовое облако воздушного потока с капельками воды. В подобных условиях, несмотря на влажную среду; могут вспыхнуть искры, что грозит возгоранием паров бензина, оставшихся в цистерне.
Самолеты тоже могут получить электрический заряд, если попадут в грозовое облако или при трении шасси о землю вовремя посадки. Раньше искры от скопившихся на поверхности самолёта электрических зарядов создавали угрозу взрыва. Однако теперь предпринимаются необходимые меры предосторожности. Например, покрышки шасси делают из электропроводящего материала. На концах крыльев самолета монтируются коронирующие (разрядные) электроды, и все электричество скапливается на концах крыльев и «распыляется».
Меры безопасности необходимы и при заправке топливом, потому что трение, возникающее в потоке бензина, вполне может вызвать сильный заряд. Поэтому бензонасосы делаются из железа.
Применение
Электричество, возникающее в результате трения, или статическое электричество, используется человеком самым разным образом. Частицы сажи, пепла и им подобных твердых веществ вместе с дымом выбрасываются многочисленными предприятиями в воздух, а затем возвращаются в виде осадков. Благодаря применению электростатических фильтров, устанавливаемых в трубах, приблизительно 98% твердых веществ можно задержать и удалить, пока они не попали в воздух. Этот процесс называется электростатическим пылеулавливанием. Ежегодно в США подобным образом предупреждается выброс в воздух 20 миллионов тонн сажи. При покраске автомобилей и воздушного транспорта пользуются специальной системой распыления. Однако при этом каждый раз испаряется до 25% краски. Этого можно избежать, сообщив распыляемым частицам электрический потенциал. Наэлектризованные частицы краски начинают притягиваться к поверхности машины или самолета и лучше держатся. Экономия при эффективном использовании системы распыления превышает затраты на зарядное оборудование.
Та же самая техника используется и при нанесении порошковых покрытий. Наэлектризованное покрытие словно прилипает к металлу, а при нагревании поверхности порошковое покрытие образует тонкий неразрывный слой.
Электрический заряд и порошок используются также в ксероксах. На линзу отражается изображение текста или рисунка, которое надо скопировать. Этот черно-белый рисунок переносится на бумагу как рисунок из заряженных и нейтральных участков. Когда по бумаге рассеивается черный порошок, он притягивается исключительно к заряженным участкам. Затем под действием горячего воздуха порошок закрепляется на бумаге. Такая техника копирования называется ксерографией. Она также используется в факсимильных аппаратах.
Движущиеся заряды
При вспышке молнии образуется огромное количество энергии. Затем следует пауза, пока снова не накопится такой же сильный заряд и не вспыхнет новая молния. Представьте теперь, что можно накапливать и разряжать заряды без пауз. Получится постоянный поток зарядов, Таков, собственно, эффект батарейки - хотя при ее работе количество энергии несравнимо с молнией. На этом же принципе построена работа генераторов на электростанциях.
Если заряды движутся, их поток называют электрическим током. Для производства электрического тока необходим приток энергии. Обычно энергию получают в результате химических реакций (как в батарейках) или движения (генераторы). Кроме того, энергию можно получать непосредственно от солнечного света или теплового излучения. Это делается с помощью солнечных батарей, которые снабжают электроэнергией спутники и другое космическое оборудование.
Страницы: 1, 2
