Громоотвод - ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

Цель урока:

Ознакомить учащихся с первыми шагами в практическом применении учения об электрическом поле.

Ход урока

I. Повторение. Проверка домашнего задания

- Что такое электрическое поле?

- Чем отличается поле от вещества?

- Перечислите основные свойства электрического поля.

- Что называют силовыми линиями электрического поля?

- Как находят ускорение заряженной частицы, движущейся в электрическом поле?

- В каком случае электрическое поле увеличивает скорость частицы, а в каком - уменьшает ее?

- Почему нейтральные кусочки бумаги притягиваются к наэлектризованному телу?

- Объясните, почему после сообщения электрическому султану заряда его бумажные полоски расходятся?

II. Самостоятельная работа по теме «Электрическое поле»

Вариант I

1. Дайте определение термину «проводник».

2. Закончите рисунок (рис. 87).

3. Исправьте ошибку (рис. 88).

4. Какая получится частица, и каков будет ее заряд, если атом кислорода потеряет 2 электрона? (Ответ: положительный ион кислорода; 3,2 · 10^-19 Кл.)

5. Подумайте, почему отклоняется стрелка электроскопа, когда его шара касаются положительно заряженной палочкой?

6. Объясните, изменится ли масса шара, если его зарядить положительно? если измениться, то как? (Ответ: масса шара уменьшится - с него уйдут электроны.)

Вариант II

1. Дайте определение термину «диэлектрик»;

2. Закончите рисунок (рис. 89).

3. Исправьте ошибку (рис. 90).

4. Какая получится частица, и каков будет ее заряд, если атом азота присоединит к себе 4 электрона? (Ответ: отрицательный ион азота; 6,4 · 10^-19 Кл.)

5. Подумайте, почему отклоняется стрелка электроскопа, когда его шара касаются отрицательно заряженной палочкой?

6. Объясните, зачем стержень электроскопа всегда делают металлическим? (Ответ: в металле много свободных электронов.)

III. Новый материал

Эксперимент 2

Возьмем проводник грушевидной формы, расположенный на изолирующей подставке и зарядим его.

Пробным шариком на изолирующей ручке коснемся узкого конца проводника и поместим шарик внутрь полой сферы электрометра. Запомним показания электрометра. Повторим опыт, касаясь широкого конца проводника.

- Какой можно сделать вывод? (Электрическое поле вблизи металлического острия более сильное, в этой области плотность распределения заряда больше.)

На этом свойстве проводников основано действие громоотвода (более правильное название - молниеотвод).

Молния имеет электрическую природу. Она возникает тогда, когда тучи создают сильное электрическое поле, которое разгоняет свободные электроны (они всегда имеются в небольшом количестве в воздухе). Они ионизируют встречные молекулы, выбивая электроны. Возникает лавина заряженных частиц, образующих быстро удлиняющуюся светящуюся искру. Этот искровой разряд и образует молнию.

Домашнее задание

1. Подготовится к зачету по тему «Электрические явления»;

2. Задачи 21, 22, 23, 24.

Приложение к уроку

Первые шаги в практическом применении учения об электрических явлениях

Хотя учение об электрических явлениях начало играть существенную роль в практической жизни лишь начиная с середины XX в., тем не менее, первые попытки практического применения электричества относятся уже к середине XV11I в.

После изобретения лейденской банки, когда ученые смогли наблюдать сравнительно большие искры при электрическом разряде, возникла мысль об электрической природе молнии.

Известный американский ученый и общественный деятель Бенджамин Франклин (1706-1790) высказал эту идею в письме в Лондонское королевское общество в 1750 г.

В этом письме он объяснял также как можно проверить высказанное предположение. Он предлагал поставить на башню будку, на крышу которой вывести железный шест. Помещенный внутри будки человек в случае грозы мог бы извлекать из шеста электрические искры.

Содержание письма Франклина стало известно во Франции. О нем узнал француз Далибар, который в мае 1752 г. проделал опыт, о котором писал Франклин.

У себя в саду, возле Парижа, Далибар установил высокий железный шест, изолировав его от земли. В то время когда собиралась гроза, он попробовал извлечь электрические искры из шеста. Опыт удался. Действительно, Далибару удалось получить электрические искры.

В том же году, летом Франклин в Америке проделал похожий опыт. Вместе со своим сыном он запустил змей во время грозы. Когда нить, которой был привязан змей намокла, то из нее можно было извлекать электрические искры. Франклину даже удалось зарядить при этом лейденскую банку.

После того как об опытах Франклина стало известно в Петербурге, подобными же опытами, занялись русские академики Рихман и Ломоносов. Они устроили более удобную установку для изучения атмосферного электричества, названную громовой машиной.

Громовая машина представляла собой заостренный железный шест, установленный на крыше дома. От железного шеста в дом шла проволока, конец этой проволоки был соединен с электрическим указателем, т. е. с простейшим электрометром, изобретенным Рихманом.

С громовой машиной и Рихман, и Ломоносов проделали много опытов. Ломоносов открыл, что электрические заряды в атмосфере появляются не только во время грозы, но и без нее. На основе своих опытов Ломоносов создал первую научную теорию образования электричества в атмосфере.

1753 г. случилось несчастье. Собиралась гроза, и Рихман пришел к своей громовой машине, чтобы наблюдать электрические разряды. Вдруг в комнате появилась шаровая молния, произошел электрический разряд - и ученый был убит.

Впечатлением от трагической смерти Рихмана немедленно воспользовалось духовенство в целях борьбы с безбожием. Попы и монахи стали распространять мысль о том, что Рихман был наказан богом за дерзкие опыты.

После того как была выяснена электрическая природа грозы возникла идея устройства громоотвода для предохранения зданий от пожаров в результате попадания в них молнии. Громоотводы быстро вошли в практику. Это было первое практическое применение учения об электрических явлениях. Оно способствовало развитию научных исследований по электричеству вообще.

Следует отметить, что духовенство и позже враждебно относилось к исследованиям атмосферного электричества и к использованию громоотводов, полагая, что защита от ударов молний безбожное занятие. Второй попыткой использования электричества для практических целей было применение его для лечения болезней.

Как мы видели выше, уже Мушенбрук, описывая изобретение лейденской банки, обратил внимание на сильное и необычное действие электрического разряда на человека. Вскоре этим действием заинтересовались врачи. Возникла мысль о том, что в живом организме существуют электрические токи, которые играют в нем какую-то важную роль. Вместе с этим пришло убеждение о возможности применения электричества для лечения болезней.

С этой целью стали производить опыты по электризации людей, пропусканию через тело человека электрического тока и т. д. Был написан ряд книг по исследованию действия электричества на организм человека. В качестве примера можно указать на книгу Марата, известного деятеля французской революции, врача по специальности. Он написал в 1783 г. «Трактат о медицинском электричестве», который был удостоен специальной премии. Однако все такие исследования в то время не привели к каким-либо положительным практическим результатам. Действительное применение электричества для лечения болезней началось гораздо позже. Но такие исследования сыграли большую роль в усилении интереса к исследованиям электрических явлений вообще. Больше того, как мы увидим ниже, именно исследование влияния электричества на живой организм привело к открытию итальянским врачом Гальвани так называемого гальванического электричества.

История применения электрических явлений в медицине очень интересна тем, что она показывает, как новые открытия в области физических наук бывают вызваны задачами других наук (в данном случае медицины).