XXVI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Статическое электричество

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Трофименко А.Р. 1

---

1МБОУ гимназия «Эврика» имени В. Сухомлинского; класс 2"Д"

Кочергина С.С. 1

---

1МБОУ гимназии «Эврика» имени В. Сухомлинского

Работа в формате PDF

1.6 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Предлагаемая вниманию исследовательская работа посвящена статическому электричеству.

Сегодня трудно представить себе жизнь без электричества. Оно настолько привычно, что мы замечаем его значение только во время отключений. Однако ещё пару веков назад человечество обходилось без электрических сетей и бытовых приборов. Появление электричества стало одной из важнейших вех в истории цивилизации, изменившей повседневность и сам ход развития общества.

Опыты с электричеством начались ещё в XVIII веке, но настоящее внедрение в жизнь произошло в XIX веке, когда были изобретены электрическая лампа и генераторы. С появлением электростанций города стали освещаться ночью, улицы стали безопаснее, а фабрики получили возможность работать в любое время суток.

Главное, что принесло электричество в быт, — это свет. Электрическая лампа вытеснила свечи и керосиновые лампы, избавив дома от копоти и огня. Благодаря этому люди стали дольше бодрствовать, появилась вечерняя культурная жизнь, расширились возможности образования и работы.

Электричество стало основой для изобретения приборов, которые облегчили жизнь: утюгов, пылесосов, холодильников, стиральных машин. Эти устройства освободили человека от утомительного ручного труда, изменив распорядок дня и повысив уровень комфорта.

Без электричества невозможно представить телефоны, радио, телевидение и интернет. Электрические сигналы связали мир в единую сеть, сократили расстояния и сделали возможным мгновенный обмен информацией. Именно это стало фундаментом глобализации и современного общества.

Электрификация заводов и фабрик дала толчок промышленной революции нового уровня. Электрические моторы оказались надёжнее и эффективнее паровых машин. А сегодня электричество двигает электромобили, поезда и даже самолёты, делая транспорт экологичнее и удобнее.

Электричество стало универсальной энергией, без которой невозможна медицина, образование, наука и искусство. Оно изменило ритм жизни, ускорило прогресс и сделало возможными современные технологии.

История электричества — это история перехода от мира ограниченных возможностей к эпохе, где свет и энергия доступны каждому.

В окружающем нас мире много интересного. Я заметил, например, что когда гладишь кошку, то шерсть кошки поднимается за рукой, и раздаются какие-то щелчки. Когда я дотрагиваюсь до автомобиля, то происходит какое-то непонятное явление – между мной и машиной слышен треск. Или, когда долго расчесываешь сухие волосы, они поднимаются вверх за расческой. Задавая вопрос маме, почему это происходит, слышал ответ: предметы электризуются - это электричество.

Актуальность выбранной темы связана с желанием объяснить непонятные для меня явления.

Гипотеза исследования – статическое электричество образуется в результате трения некоторых предметов друг о друга и из этого «липучего» электричества можно извлечь пользу.

Для проверки моей гипотезы мною были определены цель и задачи исследования, а также проведен ряд опытов.

Предмет исследования – статическое электричество как физическое явление.

Цель исследования – рассмотреть процесс возникновения статического электричества и его значение в нашей жизни.

Для достижения поставленной цели нам необходимо решить следующие задачи:

• собрать и изучить материал по теме статического электричества;

• провести опыты со статическим электричеством, объяснить их;

• выяснить проявление статического электричества в окружающей среде, как с положительной, так и с отрицательной стороны.

Методы работы:

1. Теоретический

2. Анализ-синтез собранной информации

3. Проверки или опровержения гипотез и теории.

ГЛАВА 1. Теоретическая часть

1.1.Что же такое статическое электричество?

Чтобы найти ответ на этот вопрос, мы решили собрать теоретический материал по интересующей меня проблеме и изучить его. Для этого я изучил литературу из домашней библиотеки, обратился к материалам сайта интернета.

Из энциклопедии «Научно-технический энциклопедический словарь» мы узнали, что статическое электричество - это некоторое количество электрических зарядов в состоянии покоя. Как правило, незаряженные атомы обладают одинаковым количеством положительных и отрицательных электронов. Статический электрический заряд получают при помощи трения (например, при расчесывании волос или соприкосновении с шерстяным материалом). Так возникает отрицательный заряд. Электроны могут появляться в виде искры; в таком случае любого, кто прикасается к предмету, может ударить током. Результатом обширного скопления статического электричества в одном месте является молния. Этот вид электричества изучается в курсе физики, в разделе под названием электростатика.

Сергей Иванович Ожегов в толковом словаре русского языка определяет статическое электричество, как совокупность явлений, в которых обнаруживается существование, движение, взаимодействие заряженных частиц.

На официальном сайте интернет - энциклопедии «Википедия», мы нашли следующее определение термина статического электричества: «Совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и релаксацией свободного электрического заряда на поверхности или на изолированных проводниках».

Из книги «Большая книга экспериментов для школьников» мы узнали, что все предметы состоят из крошечных частичек, которые называются атомами. Внутри атома находятся еще более мелкие частички – электроны, вращающиеся вокруг ядра, которое состоит из протонов и нейтронов. У протонов заряд положительный, а у электронов - отрицательный. Когда эти заряды равны, предмет называется нейтральным, или незаряженным.

Движение или поток электронов от одного атома к другому пораждает форму энергии, которая называется электричеством.

1.2 Так что же знают люди об электричестве?

Слово «электричество» происходит от слова «электрум», которым древние греки называли янтарь. Ещё в 600 году до н. э. греки заметили, что если потереть янтарь об овечью шкуру, то он начинает притягивать лёгкие предметы: перья, стружку, маленькие кусочки бумаги пробки и т. п. С тех пор учёные пытались открыть тайны этой загадочной силы.

Тысячелетиями люди наблюдали такие грозные явления природы, как ослепительная вспышка, огненный зигзаг молнии в небе, раскат грома и не понимали их - поэтому и боялись.

Между натёртыми кусочками янтаря, притягивающими предметы, и молнией, казалось бы, ничего общего. А ведь всё это – электрические явления. И чтобы доказать родственность столь непохожих явлений, потребовались, опять-таки, тысячелетия.

Большого прогресса в изучении электричества не было достигнуто до 1672 года. В этом году человек по имени Отто фон Герике построил первый генератор статического электричества. А Питер ван Мушенбрук обратил внимание на различный характер электризации стекла и янтаря, что способствовало открытию в 1733 году Шарлем Франсуа Дюфе «смоляного» и «стекольного» электричества (положительного и отрицательного, согласно терминологии Бенджамина Франклина). К числу наиболее известных достижений Мушенбрука принадлежит лейденская банка — первый конденсатор, изобретённый им в 1746 году.

В 1792—1794 годах, экспериментируя с «животным электричеством», открытым Луиджи Гальвани, Алессандро Вольта пришёл к выводу, что эти явления связаны с наличием замкнутой цепи из двух разнородных металлов и жидкости. Он впервые поместил пластины из цинка и меди в кислоту, чтобы получить непрерывный электрический ток, создав первый в мире химический источник тока («Во́льтов столб», 1800 год). Этот первый гальванический элемент стал прародителем современных батарей. Вольта также известен изобретением ряда других электрических приборов (электрофор[10], электрометр, конденсатор, электроскоп). Доказал контактную разность потенциалов между разными металлами.

Именем Вольты названа единица измерения электрического напряжения — вольт.

Огромный вклад в развитие электричества внесли два замечательных русских инженера – Павел Николаевич Яблочков и Александр Николаевич Лодыгин, создатели двух главных видов электрического освещения.

Александр Степанович Попов в 1895г. изобрёл первый в мире радиоприёмник.

Электротехника, электроника, электроэнергия, электровоз, электросварка, электростанция. Более того, электричество здесь, прямо на нас. Стоит стянуть с себя свитер, как… - в тишине раздаётся треск. Откуда взялись эти звуки? Если снимать шерстяную или синтетическую одежду в темноте, то можно заметить, как этот треск сопровождается искорками. Трещит и искрится наша одежда, но лишь тогда, когда мы, снимая её, заставляем тереться, скользить по телу.

Чуть-чуть внимания и обнаружится, что стянутая кофта притягивается к оставшейся на нас рубашке. Что же их тянет друг к другу? Это статическое электричество.

Рис.1

1.3 Статическое электричество в окружающей среде

Вопрос о роли статического электричества в окружающей среде кажется нам очень интересным. Для его изучения снова обратимся к истории. На сайтах в Интернете можно найти информацию о том, что еще в ХIХ столетии были известны вредные действия статического электричества. В ХХ веке вредные проявления статического электричества наблюдаются чаще, так как широко применяются легко электризующиеся вещества: пластмассы, синтетические волокна, нефтепродукты и т. п. Электризация происходит и в быту, и на производстве. Взаимодействие наэлектризованных тел затрудняет выполнение многих технологических операций. Например, электризация волокон вызывает их взаимное отталкивание, что мешает работе ткацких станков. Заряженную ткань трудно раскраивать. Для избежания вредных последствий электризации тел на производстве применяют различные методы борьбы с этим явлением: заземление оборудования, обработка материалов графитом или бронзовым порошком, увеличение влажности воздуха в помещении. В быту при стирке одежды применяют различные антистатики.

Однако электризация тел бывает и полезна.

Статическое электричество может быть верным помощником человека.

Метод окраски поверхностей в электрическом поле – электроокраска – впервые был разработан русский ученым А.Л. Чижевским. Суть его такова. Жидкий краситель любого цвета помещают в пульверизатор – сосуд с тонко оттянутым концом и подводят к нему отрицательный потенциал. К металлическому трафарету подводят положительный потенциал, а перед трафаретом размещается окрашиваемая поверхность (ткань, бумага, металл и т.д.). Благодаря электростатическому полю между соплом с краской и трафаретом частицы краски летят строго по направлению к металлическому трафарету, и на окрашиваемой поверхности воспроизводится точный рисунок трафарета, при этом ни одна капля краски не падает. Регулируя расстояние между соплом и объектом окраски, можно менять скорость нанесения и толщину покровного слоя, т.е. регулировать скорость окраски.

Данный метод даёт экономию красителей до 70% по сравнению с обычным методом окраски и ускоряет примерно в три раза процесс покрытия изделия, т.к. один человек за пультом электропульверизатора заменяет несколько рабочих с кистями. Кроме того, можно почти одновременно покрывать все изделие независимо от габаритов. Если при работе кистью краска не всегда ложится ровно, то при электроокраске пробелы и неровности отсутствуют, повышается глянцевитость, снижается брак. Немаловажно и то, что этот метод позволяет улучшить и условия труда: управление процессом электроокраски может производиться с пульта, полностью изолированного от места окраски.

Кроме того, метод, подобный методу окраски в электростатическом поле, можно использовать и в пищевой промышленности, например, для копчения рыбы.

В результате экономится коптильное вещество, а эффективность процесса копчения резко повышается.

На этом принципе основано изготовление с помощью электрического поля ковров, искусственного меха, замши, декоративных материалов для обивки мебели.

Движение заряженных частиц краски в электрическом поле используют в типографском производстве.

Очистка воздуха от пыли и лёгких частиц. Так как частицы пыли способны электризоваться, то для их удаления часто применяют фильтр, внутри которых находится электрозаряженный элемент, притягивающий к себе микрочастицы. Для того, чтобы сделать пылеудаление более эффективным, воздух в помещении ионизируют. Такие электрофильтры устанавливают в цехах размола цемента и фосфоритов, на химических заводах.

В лечебных целях – лечебное бельё. Терапевтическое воздействие электростатическим полем. На пациента осуществляют воздействие в лечебных целях электрическими зарядами, возникающими на поверхности при трении о кожный покров пациента.

Глава II. Практическая часть

Выдвинем предположение, что статическое электричество возникает в результате трения некоторых предметов? Положительные и отрицательные заряды притягиваются друг к другу, правда или нет?

Для ответа на эти вопросы проведем несколько опытов со статическим электричеством. Почему предметы электризуются?

2.1 ОПЫТ № 1. Захватывающая рыбалка.

В качестве материала для исследования мы взяли воздушный шар, папиросную бумагу, крышку коробки от обуви, фломастеры и ножницы.

На фото № 1 вы можете видеть, какие рыбки у меня получились из папиросной бумаги.

Фото № 1.

Теперь хорошо потрём шарик о волосы. И поднесем его к рыбкам. Рыбки прилипли к шарику. Рыбалка удалась! (Фото № 2, № 3).

Фото № 2. Фото №3.

Это происходит потому, что при трении шарика о волосы он электризуется и приобретает способность притягивать к себе тела, как магнит.

2.2 ОПЫТ № 2. Электростатический маятник.

Для начала смастерю сам маятник. Для этого мне понадобятся: трубочка, шар из пенопласта, хлопковая нитка, бумажный стакан.

Сгибаю верхнюю часть трубочки под углом 90 градусов и вставляю ее в бумажный стакан. К хлопковой нитке привязываю шар из пенопласта. К верхнему краю трубочки привязываю нитку с шаром. Маятник готов! (Фото № 4, № 5).

Фото № 4. Фото № 5.

Далее нам понадобится воздушный шарик. Наэлектризовываем его сильным трением о волосы. (Фото №6). Подношу заряженный шарик к пенопластовому шару, но не касаюсь его. Обратите внимание: маятник притягивается! (Фото №7).

Фото № 6.Фото №7.

Как видно из всего, сказанного выше, помогает статическое электричество. Электричество называется статическим, когда перемещение заряда отсутствует. Оно образуется за счет трения шарика и волос, в свою очередь волосы очень легко теряют свои электроны. Если потереть шарик о волосы, часть электронов перейдет от волос на шарик, и он приобретает отрицательный статистический заряд.

2.3 ОПЫТ № 3. Электрическая карусель.

Первым делом нужно изготовить саму карусель. Мне понадобятся: бумажный стакан, острый карандаш и крыша карусели. Вставляю карандаш в стакан. Сверху, на карандаш, устанавливаю крышу.

Далее, беру пластиковую палочку и шерстяную ткань. Заряжаю палочку трением о ткань (Фото №8).

Фото №8.

Подношу палочку к карусели. Сила электричества вращает её! (Фото №9. Фото №10).

Фото №9.Фото №10.

Таким образом, мы видим, что статическое электричество может приводить в движение, перемещать с места легкие предметы.

2.4 ОПЫТ № 4. Да будет свет!.

Для этого опыта мне понадобятся: кабели с зажимами типа «крокодил», белый светодиод, батарейка 4,5В. (Фото №11).

Фото №11.

Нахожу положительные полюсы на батарейке и на светодиоде.

Подключаю красный провод к положительному полюсу батареи, затем подключаю черный провод к отрицательному полюсу батареи. Затем, подключаю свободный конец красного кабеля к положительному полюсу светодиода, а свободный конец черного кабеля-к отрицательному полюсу светодиода. Светодиод загорелся! (Фото №12. Фото №13).

Фото №12. Фото №13.

Лампочка загорается, потому что мы создаём замкнутую электрическую цепь между положительным и отрицательным полюсами аккумулятора и двумя проводами, которые находятся внутри цоколя лампочки.

2.5 ОПЫТ № 5. Фонарик-батарейка.

Для опыта я возьму белый светодиод, круглую батарейку («таблетку») 3В, небольшую резинку для волос, которую я взял у сестры. (Фото №14).

Фото № 14.

Нахожу на батарейке положительный и отрицательный полюсы и оборачиваю её резинкой. Далее, подключаю светодиод, вставив контакты под резинку: длинный контакт с положительной стороны и короткий-с отрицательной. Светодиод загорелся! (Фото №15. Фото №16.)

Фото №15.Фото №16.

Светодиод можно зажечь не только от электричества в розетке, но и от обычной батарейки и подручных предметов.

Проведенное исследование позволило нам сделать следующие выводы:

- статическое электричество действительно существует;

- электризация происходит вследствие трения;

- тело электризуется, если количество электронов в нем увеличивается или уменьшается;

- тела, имеющие заряды разного знака – притягиваются.

Заключение

Подводя итог, можно сказать, что поставленные задачи выполнены: изучив специальную литературу и проведя опыты, мы выяснили, что такое статическое электричество, его происхождение и значение в окружающей среде.

Если на теле избыток электронов, оно заряжено отрицательно, если недостаток электронов – положительно. Между сильно электризованными телами происходит электрический разряд. Мы выяснили, что такое статическое электричество, его происхождение и значение в окружающей среде. Статическое электричество – накопление электрических зарядов на предметах, телах.

Явление сообщение телу электрических зарядов называется электризацией.

Мне очень понравилась практическая часть моей работы с проведением опытов, которое стимулировало мою работу.

Я узнал много интересного и нового о полезных и вредных воздействиях статического электричества. Например, для меня стало открытием, что действие многих приборов основано на законах электростатики, что электризация широко используется в промышленности.

В целом, я сделал вывод, что статическое электричество не приносит большого вреда для меня и близких мне людей. Мне бы хотелось в дальнейшем продолжить эту работу и познакомиться поближе с другими способами электризации, о которых я узнал в своей работе.

До встречи в следующем году!

Библиографический список

1. Алексеев, С.П. Что такое. Кто такой. В 3ч. Ч. 3./ С.П. Алексеев, С.П. Алексин – М.: Издательство «Педагогика-Пресс», 1994.

2. Алексеева, М. Н. Физика – юным: Теплота. Электричество. 7 кл./ М. Н. Алексеева – М.: Просвещение, 1980.

3. Колтун, М.М. Мир физики/ М.М. Колтун – СПб.: Издательство. Детская литература., 1987.

4. Мейяни, А. Большая книга экспериментов для школьников/ А. Мейяни; перевод с итальянского Э. И. Мотылёвой – М.: «РОСМЭН-ПРЕСС», 2003.

5. Научно-технический энциклопедический словарь оn-line. Режим доступа: http://window.edu.ru

6. Ожегов, С. И. Толковый словарь русского языка: 80000 слов и фразеологических выражений / С.И. Ожегов, Н. Ю. Шведова, А.Н. Российская. – М.: Российский фонд культуры; - 2-е изд., 1995.

7. Официальный сайт теоретического и научно-практического журнала «ЭЛЕКТРИЧЕСТВО». Режим доступа: http:// www.electro.elpub.ru.

8. Официальный сайт универсальной интернет - энциклопедии. Режим доступа: http: // www.wikipedia.ru. Статическое электричество.

9. Хинн, О.Г. Я познаю мир: Детская энциклопедия. Физика / О.Г Хинн. – М.: ТКО «АСТ», 1995.

10. Школа для электрика. Интернет-сайт. Режим доступа: http://electricalschool.ru

11. Набор опытов «Наука дома. Электричество».