Фізика - це наука розуміти природу.
Слова "електрику" і "електричний струм" знайомі зараз кожній людині. У наших будинках, на транспорті, на заводах і фабриках, в сільському господарстві використовують електричний струм. Але щоб відповісти на питання, що являє собою електричний струм, треба ознайомитися з великим колом явища, який називають електричними.
Розглянемо спочатку походження терміна "електрики".
Якщо потерти скляну паличку про аркуш паперу і піднести її до руки, то можна почути легкий тріск, а в темряві і побачити невеликі іскорки. Крім того, паличка набуває здатність притягувати до себе листочки паперу, пушинки, тонкі цівки води. Подібні явища спостерігаються, наприклад, і при розчісування сухого волосся. У цьому можна переконатися наелектризовані пластмасову гребінець (або ручку) і піднісши її потім до тонкої струмку води. Якщо ви знімаєте светр, зриває з ліжка ковдру або йдете по килиму ви перетворюєтеся в слабка подоба Зевса-громовержця. Проскакують крихітні іскри, чутися потріскування повітря. У дуже сухий день на товстому килимі ви уявляєте небезпеку для себе і для своїх друзів. Поділ електричних зарядів може привести до драматичних ефектів в природі. Майже будь-яка речовина, яке ковзає або проноситься мимо інших об'єктів, захоплює або втрачає електрони. Коли це відбувається з піднімаються або падаючими краплями води в хмарах, одна частина хмари може виявитися негативно зарядженої по відношенню до іншої частини або землі. Коли концентрація зарядів в деякій області ставати досить високою, частина зарядів нестися, утворюючи провідну доріжку до землі або до іншої частини хмари. Такий пробій відбувається швидко, піднімаючи температуру проводить доріжки до значення, коли спостерігається світіння, і, створюючи область високого тиску, яка, поширюючись на всі боки, викликає грім.
Всі ці явища називаються явищами електростатики.
Мене зацікавили ці явища. І я вирішив глибше вивчити це питання. Відвідавши бібліотеку, я зібрав всю наявну літературу з даної теми. Прочитавши книги, я перевірив отримані знання на практиці, виконавши декілька нескладних дослідів зі звичайними повітряними кулями.
Надувши невеликий повітряна куля, у мене вийшов чудовий джерело негативних електричних зарядів. Потерши куля про своє волосся, я виявила, що куля стала прилипати до тіла, про яке я його потерла, і буквально до всього іншого, включаючи найближчу стіну. У цьому випадку, як і в багатьох схожих дослідах, зовсім необов'язково сильно терти предмети один об одного. Поділ електричних зарядів відбувається і в результаті контакту між двома різними матеріалами. При терті двох тіл один об одного просто збільшується площа контакту.
І зрозуміла, що електризація тіл тісно пов'язана з будовою атомів. Почавши детально вивчати будову атома, я зрозуміла, що атом грає найважливішу роль в житті людини.
Електризація може відбуватися кількома способами:
Електричними дослідами займався і Ньютон, який спостерігав електричну танець шматочків паперу, поміщених під склом, покладеним на металеве кільце. При натирання скла папірці притягувалися до нього, потім відскакували. знову притягувалися і т.д. Ці досліди Ньютон проводив ще 1675 р
2. УДАРОМ (гумовий шланг різко вдарити про масивний предмет і піднести до електроскопа)
Гільберт вказує, як проводиться електризація тертям: "Їх натирають тілами, які не псують їх поверхню і наводять блиск, наприклад, жорстким шовком, грубим немарким сукном і сухий долонею. Труть так само бурштин про бурштин, про алмаз, про скло і багато іншого. Так обробляються електричні тіла ".
Тіла труть одна об одну, щоб збільшити площу їх зіткнення.
Вперше електризація рідини при дробленні була помічена у водоспадів Швейцарії в 1 786 р З 1913р. явище отримало назву баллоелектріческого ефекту. Ефект електризації спостерігається не тільки у водоспадів на відкритій місцевості, а й у печерах. Заряд повітрю у водоспадів повідомляють мікроскопічні крапельки води і молекулярні комплекси, які при дробленні відриваються від водної поверхні і несуться в навколишнє середовище. Найбільш значний ефект електризації повітря спостерігається у найбільших водоспадів світу - Игуассу на кордоні Бразилії та Аргентини (висота падіння води - 190 м, ширина потоку - 1 500 м) і Вікторія на річці Замбезі в Африці (висота падіння води - 133 м, ширина потоку -1600 м). У водоспаду Вікторія за рахунок дроблення води виникає електричне поле напруженістю 25 кВ / м. При дробленні прісної води в повітря переходить негативний заряд. Тому в повітрі у водоспадів кількість негативних іонів перевищує кількість позитивних. У невеликого водоспаду Учан-Су в Криму ставлення негативних іонів до кількості позитивних одно 6,2.
Біля берегів морів повітря набуває позитивний заряд, внаслідок розбризкування солоної води. На поверхні морів і океанів розбризкування води починається при швидкості вітру більше 10м / с, коли на хвилях з'являються гребінці піни. Ставлення позитивних зарядів до негативних зарядів в повітрі над Чорним і Азовським морями досягає при бурхливому морі 2,04, при зибі- 1,48.
Підкорювач Джомолунгми Н. Тенсинг в 1953 р в районі південного сідла цієї гірської вершини на висоті 7,9 км над рівнем моря при -30 ° С і сухому вітрі до 25 м / с спостерігав сильну електризацію зледенілих брезентових наметів, вставлених одна в іншу. Простір між наметами було наповнене численними електричними іскрами.
Рух лавин в горах в безмісячні ночі іноді супроводжується зеленувато-жовтим світінням, завдяки чому лавини стають видимими. Зазвичай світлові явища спостерігаються у лавин, що рухаються по сніговій поверхні, і не спостерігаються у лавин, що проносяться по скелях. На озерах Антарктики під час полярної ночі іноді виникає світіння при розламуванні великих мас озерного льоду.
Блискавка вибирає найкоротший шлях до землі, тому потрапляє в будівлі або в дерева. Високі будівлі обладнають металевими смугами (прутами), за якими електричний розряд йде в землю. Це громовідвід. Грозовий розряд йде на землю і назад по одному і тому ж шляху. Це відбувається з такою швидкістю, що наше око бачить тільки одну спалах. На своєму шляху блискавка розпалює повітря, який, швидко розширюючись, створює звукову хвилю. Це викликає грім. Ми чуємо їх після того, як побачимо блискавку, так як звук поширюється значно повільніше, ніж світло. Довжина блискавки може бути до 50 км і струм розряду 10-12 тис. А напруга - 150 млн. Вольт. У лабораторних умовах створена блискавка довжиною в 15 м при напрузі - 10 млн. Вольт.
КОЛИ ЕЛЕКТРИЗАЦІЯ ТЕЛ ШКІДЛИВА
Одного разу взимку відвідувачі універмагу «Дитячий світ» у Москві були налякані жінкою, яка, за словами потерпілих, «колола людей хитро захованих шприцом». При розслідуванні з'ясувалося, що ніякого шприца не існувало: «колола» синтетична шубка. Вона наелектризовані при зіткненні з навколишніми предметами, а сухе морозне повітря - діелектрик, заряди на шубці накопичувалися, вона стала іскрити, і ці іскри викликали відчуття уколу. В даний час збільшився інтерес до «електрики від тертя» - статичної електрики. Головна причина цього інтересу - неприємність, яку ця електрика доставляє людям, забувають про техніку безпеки. Ще в минулому столітті були відомі шкідливі дії статичної електрики. Наприклад, шкіряні і прогумовані ремені, наелектризовані на обертових шківах, можуть стати джерелом іскрового розряду. Він особливо небезпечний, якщо в повітрі висить дрібна горючий пил (скажімо, борошно): проскочила від наелектризованого тіла іскра може викликати вибух і пожежа (рис.1)
У XX ст. шкідливі прояви статичної електрики спостерігаються частіше, так як широко застосовують легко електризується речовини: пластмаси, синтетичні волокна, нафтопродукти і т. п. Електризація відбувається і в побуті, і при будь-якому технологічному процесі, де відбувається взаємодія рухомих тіл, які складаються з матеріалів, які є діелектриками. Така взаємодія відбувається при змішуванні, поділі, механічній обробці і т. Д. Наприклад, при обробці на пресі пластини з полістиролу одні місця на ній заряджаються позитивно, інші негативно (вони показані зеленим і жовтим, см. Там же, 2). Чим більше швидкість технологічного процесу, то більша електризація. Накопичення зарядів триває до тих пір, поки не відбудеться іскровий розряд. На клеепромазочной машині, яка змащує гумовим клеєм тканинні матеріали, в результаті тертя матеріалу про валки відбувається їх електризація. Якщо не зняти ці заряди, то навіть невелика іскра може призвести до виникнення пожежі, так як навколишнє повітря насичене парами бензину. Причиною вибуху може стати людина, так як при контакті з зарядженої тканиною електризується і тіло оператора. При русі рідини-діелектрика всередині труб (наприклад, при перекачуванні пального з Бензозаправники в баки літака) відбувається електризація і перенесення зарядів. Щоб не сталося іскрового розряду і вибуху, підвищують електропровідність бензину, додаючи в нього сполуки хрому. Взаємодія наелектризованих тел ускладнює виконання багатьох технологічних операцій. Наприклад, електризація волокон викликає їх взаємне відштовхування, що заважає роботі ткацьких верстатів. Заряджену тканину важко розкроювати. Така тканина, крім того, сильно забруднюється внаслідок тяжіння до неї частинок пилу. Для уникнення шкідливих наслідків електризації тіл в техніці застосовують різні заходи боротьби з цим явищем. Основний метод зменшення електризації -заземленіе обладнання. Однак заземлення не допомагає, якщо застосовується обладнання з матеріалів, які є діелектриками. Щоб поверхня таких матеріалів краще проводила електрику, її піддають обробці. Наприклад, приводні ремені і стрічки транспортерів покривають графітом або бронзовим порошком. З тією ж метою збільшують вологість повітря в приміщенні; тоді на матеріалах, не проводять електрику, утворюється тонка плівка води. Вода містить домішки, тому є провідником електрики. Іноді іонізують повітря. Іони під дією сил тяжіння рухаються до зарядженим поверхням, зменшуючи їх заряд. У побуті при пранні одягу застосовують різні антистатики. Розглянуті приклади не вичерпують, звичайно, всіх випадків шкідливої електризації тіл і заходів боротьби з нею.
КОЛИ ЕЛЕКТРИЗАЦІЯ ТЕЛ КОРИСНА
Статична електрика може бути вірним помічником людини, якщо вивчити його закономірності та правильно їх використовувати. У техніці застосовують метод, сутність якого полягає в наступному. Найдрібніші тверді або рідкі частинки матеріалу надходять в електричне поле, де на їх; поверхню «осідають» електрони і іони, т. е. частки набувають заряд і далі рухаються під дією електричного поля. Залежно від призначення апаратури можна за допомогою електричних полів по-різному управляти рухом частинок відповідно до необхідним технологічним процесом. Ця технологія вже пробила собі дорогу в різні галузі народного господарства.
Маляр без пензлика. Рухомі на конвеєрі фарбується деталі, наприклад, корпус автомобіля, заряджають позитивно, а частинкам фарби надають негативний заряд, і вони спрямовуються до позитивно зарядженої деталі. Шар фарби на ній виходить тонкий, рівномірний і щільний. Дійсно однойменно заряджені частинки барвника відштовхуються одна від одної - звідси рівномірність фарбувального шару. Частинки, розігнані електричним полем, з силою вдаряються об виріб - звідси щільність забарвлення. Витрата фарби знижується, так як вона осідає тільки на деталі. Метод забарвлення виробів в електричному полі зараз широко застосовують в нашій країні.
Електричні копченості. Копчення - це просочування продукту деревним димом. Частинки диму не тільки надають продуктам смак, а й захищають їх від псування. При Електрокопчення частки коптильного диму заряджають позитивно, а негативним електродом служить, наприклад, тушка риби. Заряджені частинки диму осідають на поверхні тушки і частково поглинаються нею. Все Електрокопчення триває кілька хвилин; перш копчення вважалося тривалим процесом.
Електричний ворс. Щоб отримати в електричному полі шар ворсу на будь-якому матеріалі, треба матеріал заземлити, поверхня покрити за допомогою клею, а потім через заряджену металеву сітку, розташовану над цією поверхнею, пропустити порцію ворсу. Ворсинки швидко орієнтуються в поле і, розподіляючись рівномірно, осідають на клей строго перпендикулярно поверхні. Так отримують покриття, схожі на замшу або оксамит. Легко отримати різнокольоровий візерунок, заготовивши порції різного за кольором ворсу і кілька шаблонів, якими в процесі електроворсованія прикривають по черзі окремі ділянки виробу. Так можна зробити багатобарвні килими.
Як ловлять пил. Чисте повітря потрібен не тільки людям і особливо точним виробництвам. Всі машини через пил передчасно зношуються, а канали їх повітряного охолодження засмічуються. Крім того, часто пил, улетающая з газами, що відходять, являє собою цінну сировину. Очищення промислових газів стала необхідністю. Практика показала, що з цим добре справляється електричне поле. По центру металевої труби встановлюють дріт, яка служить одним з електродів, другим є стінки труби. В електричному полі газ в трубі іонізується. Негативні іони «прилипають» до часток диму, що надходять разом з газом через вхід, і заряджають їх. Під впливом поля ці частинки рухаються до труби і осідають на ній, а очищений газ прямує до виходу. Трубу час від часу струшують, і вловлені частки надходять у бункер. Електричні фільтри на великих теплових електростанціях вловлюють 99% золи, що міститься у вихідних газах.
Змішання речовин. Якщо дрібні частинки однієї речовини зарядити позитивно, а іншого - негативно, то легко отримати їх суміш, де частки розподілені рівномірно. Наприклад, на хлібозаводі тепер не доводиться здійснювати велику механічну роботу, щоб замісити тісто. Заряджені позитивно крупинки борошна повітряним потоком подаються в камеру, де вони зустрічаються з негативно зарядженими крапельками води, що містить дріжджі. Крупинки борошна і крапельки води, притягаючи, один до одного, утворюють однорідне тісто. Можна привести багато інших прикладів корисного застосування статичної електризації. Заснована на цьому явищі технологія зручна: потоком заряджених частинок можна управляти, змінюючи електричне поле, а весь процес легко автоматизувати.
Чи є способи і засоби для боротьби з накопиченням електричних зарядів?
Безумовно, є. На виробництві - це ретельне заземлення верстатів, машин, застосування струмопровідних пластиків для підлог, зволоження повітря, використання різного роду «нейтралізаторів» (за умовами виробництва - індукційних, електричних, радіоізотопних, електроаерозольних і ін.).
У домашніх умовах усунути заряди статичної електрики досить легко, підвищуючи відносну вологість повітря квартири до 60-70% (для цього можна використовувати електричні зволожувачі). Електризація усувається, якщо до води, якою протирають пластикові підлоги, додати гідрофільні речовини, наприклад хлорид кальцію, а також якщо протирати електризується поверхні гліцерином. Хімічна промисловість зараз випускає препарат «Антистатик», який знімає електричний заряд з синтетичного одягу. При зіткненні наелектризованого тіла з заземленою поверхнею відбувається електричний розряд.
Вплив його на організм людини також вивчається. В результаті досліджень, проведених в Ленінграді, було встановлено, що розрядний струм силою до 20 мкА не викликає помітних фізіологічних зрушень в організмі людини навіть при тривалому впливі. Отже, розряди, що виникають в побуті і при більшості технологічних процесів в результаті зіткнення наелектризованого людського тіла з заземленою поверхнею, не є небезпечними для здоров'я. Слід зазначити, що електризація синтетичного білизни, що виникає під час шкарпетки, виявляється навіть корисною. Наприклад, відомо, що ПВХ білизна допомагає при лікуванні деяких хвороб. Сильні електричні поля використовуються в медицині при створенні електроаерозолі. Вони являють собою лікарські або інші біологічні речовини, розпорошені в електростатичному полі і володіють цілим рядом властивостей, що вигідно відрізняють їх від звичайних аерозолів: крапельки електроаерозолі сильніше подрібнюються, менше злипаються, при певних умовах вони глибше проникають в легені (аж до найдрібніших легеневих осередків - альвеол ), створюючи в них запаси поступово всмоктуються лікарських або біологічно активних речовин.
Список використаної літератури: