Текущая версия на 17:04, 8 июля 2012

Гіпермаркет Знань>>Фізика і астрономія>>Фізика 9 клас>> Безпека людини під час роботи з електричними приладами і пристроями

ВИДИ САМОСТІЙНИХ ГАЗОВИХ РОЗРЯДІВ
Яскраві (а іноді й небезпечні) явища: блискавка, полярне сяйво, моторошні для необізнаної людини «вогні святого Ельма», різнобарвне світіння газових трубок, сліпуче світло під час зварювання металу — усе це приклади різних самостійних газових розрядів. Від чого залежить і як виникає той чи інший електричний розряд у газах, ви дізнаєтеся з цього параграфа.
Знайомимося з іскровим газовим розрядом
Іскорки, які виникають, коли ви знімаєте синтетичний светр; блискавка, що з'являється під час грози; іскра, що виникає між зарядженими кондукторами електрофорної машини (рис. 22.1), — усе де приклади іскрового розряду.

Рис. 22.1. Іскра,що виникає між зарядженими кондукторами електрофорної машини.

Іскровий розряд має вигляд яскравих зиґзаґоподібних смужок, що розгалужуються (рис. 22.2).

Рис. 22.2. Іскровий розряд.

Він триває всього кілька десятків мікросекунд і зазвичай супроводжується певними звуковими ефектами (потріскування, тріск, грім тощо). Річ у тім, що температура газу, а отже, й тиск у каналі розряду різко підвищуються, в результаті повітря швидко розширюється і виникають звукові хвилі.
У техніці іскровий розряд використовують, наприклад, у свічках запалювання бензинових двигунів (рис. 22.3), для обробляння поверхні особливо міцних металів.

Рис. 22.3. Свічки запалювання бензинових двигунів.

Прикладом грандіозного іскрового розряду в природі є блискавка.
У результаті наукових досліджень було встановлено, що під час грози відбувається перерозподіл зарядів у грозовій хмарі, у результаті різні частини хмари заряджаються зарядами протилежних знаків. Напруга між двома хмарами, зверненими одна до одної різнойменно зарядженими частинами, та напруга між хмарою і Землею сягають кількох сотень мільйонів вольтів. Від ударної йонізації та йонізації випромінюванням, яке супроводжує розряд, в електричному полі між хмарами з'являються лавини вільних йонів та електронів, тобто виникає короткочасний самостійний газовий розряд блискавка. Сила струму в каналі блискавки сягає сотень тисяч пмнерін.
Бережемося від удару блискавки
Підраховано, що в атмосфері земної кулі щосекунди проскакує близько 100 блискавок, а кожна двадцята з них ударяє в землю, завдаючи чималої шкоди. Удар блискавки може викликати лісові пожежі, вивести з ладу лінії електропередач і навіть призвести до загибелі людей.

Щоб не стати жертвою удару блискавки, слід пам'ятати, що блискавка частіше вдаряє у відносно високі предмети, тому слід дотримуватися таких правил.
•    Опинившись під час грози у полі, не можна бігти ним,— навпаки, потрібно лягти, щоб не підноситися над місцевістю.

• Під час грози у лісі не можна ховатися під високими деревами, а в полі — під поодиноким деревом, копицею сіна тощо, навіть якщо вони здаються дуже надійними прихистками.
•    Під час грози не можна купатись у відкритих водоймах, а перебуваючи високо в горах, краще ховатися в печері або під глибоким уступом.
•    Під час грози не можна запускати повітряного змія: мокра мотузка стає провідником електрики й блискавка може вдарити в змія. При цьому заряди пройдуть через руку й тіло людини в землю. До речі, саме так під час експерименту загинув друг і колега М. В. Ломоносова російський учений Г. Ріхман (рис. 22.6).

Рис. 22.6. Г. Ріхман.
Знайомимося з коронним газовим розрядом Перед грозою або під час грози біля гострих виступів предметів іноді можна спостерігати слабке фіолетове світіння у вигляді корони, що охоплює вістря. Дослідження показують, що причиною цього явища є самостійний газовий розряд. Описаний вид газового розряду називають коронним (рис. 22.7).

З'ясуємо, чому і як він виникає.
На поверхні Землі під дією електричного поля грозової хмари накопичуються (індукуються) заряди, за знаком протилежні заряду хмари. Особливо щільно такі заряди розташовані на гострих частинах предметів (див. рис. 22.7, 22.8). У результаті електричне поле біля вістря виявляється настільки сильним, що
заряд стікає із загостреного предмета, йонізуючи довколишнє повітря. Оскільки поле є досить сильним тільки навколо вістря, то коронні розряди спостерігаються лише біля гострих частин предметів.
На виникненні коронного розряду ґрунтується дія блискавковідводу. Блискавковідвід являє собою загострений металевий стрижень, з'єднаний товстим провідником із металевим предметом (див. рис. 22.8).

Рис. 22.7, 22.8. Коронний газовия розряд та блискавковідвід.

Стрижень установлюють вище за найвищу точку будинку, який захищають, а металевий предмет закопують глибоко в землю (на рівні ґрунтових вод). Під час грози на кінці блискавковідводу виникає коронний розряд. У результаті заряд не накопичується на будинку, а стікає з вістря блискавковідводу.
Спостерігаємо дуговий газовий розряд
У 1802 р. російський фізик Василь Володимирович Петров (1761-1834) провів такий дослід. Він приєднав два вугільні електроди до полюсів великої електричної батареї, з'єднав електроди один з одним, а потім трохи розсунув. Між кінчиками електродів учений спостерігав яскраве дугоподібне полум'я, а самі кінчики розжарюва лися, випромінюючи сліпуче біле світло. Так був отриманий ще один вид самостійного газового розряду — дуговий газовий розряд (електрична дуга) (рис. 22.9).

Рис. 22.9. Дуговий розряд.

З'ясуємо причину виникнення цього явища.
Коли електроди з'єднані, електричне коло < замкненим і по ньому йде досить сильний електричний струм. У місці з'єднання опір Ленца, виділястьсл найбільша кількість те плоти. Кінці електродіи розжарюються до 3000 4000"С, і а ііоперхні катода починають «випаровуватись» електрони.
Тому, навіть якщо електроди розвести, в проміжку між ними буде достатня кількість вільних заряджених частинок (вільні електрони, що «випарувалися» з катода, а також вільні електрони та йони, що з'явилися внаслідок йонізації газу через високу температуру). У результаті через проміжок між електродами проходить струм — виникає самостійний газовий розряд. Надалі висока температура катода й анода підтримується бомбардуванням електродів позитивними і негативними йонами та електронами, прискореними електричним полем.
Висока температура йонізованого газу у випадку дугового розряду, а також випромінювання світла, що супроводжує такий розряд, забезпечили широке застосування електричної дуги в науці, техніці, промисловості. Електрична дуга «працює» як потужне джерело світла в прожекторах. У металургії широко застосовують електропечі, в яких використовують дуговий розряд; жаром електричної дуги зварюють метали тощо (рис. 22.10).

Рис. 22.10. Міталургічні електропечі, в яких використовують дуговий розряд.
З'ясовуємо умови виникнення тліючого газового розряду

За низького тиску, що становить десяті й соті частки міліметра ртутного стовпа, можна спостерігати світіння розрідженого газу — тліючий розряд. За такого низького тиску відстань між молекулами достатня для того, щоб навіть у слабкому електричному полі електрон устиг набути досить великої швидкості, а отже, набути енергії, достатньої для ударної йонізації.
Тліючий розряд використовують у рекламних трубках, лампах денного світла (люмінесцентних трубках), у квантових джерелах світла — газових лазерах.
Останнім часом поширені телевізори з плазмовими екранами (екранами, функціонування яких ґрунтується на електричному розряді в газах). Пікселі на плазмовій панелі працюють подібно до люмінесцентних трубок.
В Підбиваємо підсумки Залежно від тиску й температури газу, способів його йонізації, напруги та характеру світіння, що супроводжує газовий розряд, розрізняють чотири основні типи самостійних газових розрядів.
За атмосферного тиску й великої напруги між електродами виникає іскровий газовий розряд, який являє собою яскраві зиґзаґоподібні смужки, що розгалужуються. Прикладом гігантського іскрового розряду є блискавка. Удар блискавки може спричинити смерть, тому під час грози необхідно суворо дотримуватися правил безпеки.
Самостійний газовий розряд, що утворюється в сильному електричному полі біля гострих виступів предметів, називають коронним газовим розрядом.
За високої температури між електродами, розведеними на невелику відстань, виникає газовий розряд, що супроводжується дуже яскравим світінням у формі дуги,— дуговий газовий розряд.
За низького тиску (десяті й соті частки міліметра ртутного стовпа) можна спостерігати світіння розрідженого газу внаслідок тліючого розряду.



Фізика 9 клас. Ф.Я.Божинова, М.М.Кірюхін О.О.Кірюхіна

Зміст уроку
 конспект уроку і опорний каркас                      
 презентація уроку 
 акселеративні методи та інтерактивні технології
 закриті вправи (тільки для використання вчителями)
 оцінювання 

Практика
 задачі та вправи,самоперевірка 
 практикуми, лабораторні, кейси
 рівень складності задач: звичайний, високий, олімпійський
 домашнє завдання 

Ілюстрації
 ілюстрації: відеокліпи, аудіо, фотографії, графіки, таблиці, комікси, мультимедіа
 реферати
 фішки для допитливих
 шпаргалки
 гумор, притчі, приколи, приказки, кросворди, цитати

Доповнення
 зовнішнє незалежне тестування (ЗНТ)
 підручники основні і допоміжні 
 тематичні свята, девізи 
 статті 
 національні особливості
 словник термінів                          
 інше 

Тільки для вчителів
 ідеальні уроки 
 календарний план на рік 
 методичні рекомендації 
 програми
 обговорення

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.