Электрификация

Справочник домашнего мастера

Лейденская банка как сделать

Содержание

Лейденская банка или простейший конденсатор своими руками

Добрый день! Сегодня я бы хотел вам показать, как сделать лейденскую банку, простейшее устройство, в котором можно хранить электрический заряд.

Статическое электричество это всего лишь недостаток или избыток электронов на поверхности предмета.

Один из путей образования статического электричества — контакт двух разнородных предметов. Многие еще со школы помнят эксперимент с эбонитовой палочкой. Если потереть ее шерстью то часть электронов перебежит на палочку и шерсть останется заряжена положительно, а палочка из-за переизбытка электронов — отрицательно и сможет притягивать легкие предметы.

В быту такая ситуация возникает например при расчесывании волос расческой. Можно даже слышать, как трещат электростатические разряды. Кстати, а знаете ли вы, что такие щелчки имеют напряжение в несколько тысяч вольт? Получается что с помощью обычной расчески можно получить просто огромное напряжение. Только вот заряд который может удержать расческа очень и очень мал. Заряд с расчески можно накопить в другом месте. Например в Лейденской банке . Лейденская банка является по сути простейшим конденсатором.( два проводника разделенные изолятором.

Приступим к изготовлению
Материалы
Классическая лейденская банка обычно делается из стеклянной банки, но у нее слишком толстые стенки, и заряд накапливается не особо большой. Поэтому мы будем использовать пластиковую банку с тонкими стенками. В качестве проводника будем использовать пищевую фольгу, или фольгу от шоколадки.


Шаг 1
Банку нужно покрыть ровным слоем фольги примерно на две трети в высоту, включая само донышко. Избегайте больших складок и разрывов.


Шаг 2
Теперь тоже самое нужно сделать изнутри, до той же высоты, что и внешняя обкладка.
Шаг 3
В центре банки закрепите приемник из фольги, который должен касаться фольги внутри банки. Верхнюю часть нужно вывести из банки наружу.
Если вам лень возиться с оклейкой внутренней части банки,то можно просто налить туда соляного раствора ровно до того уровня, до которого фольга наклеена снаружи.( приемник должен одним концом касаться воды
Итак, теперь у нас есть куда накапливать заряд с расчески. Чтобы сделать это, возьмитесь на наружную обкладку одной рукой и проводите рядом с приемником заряженной расческой другой рукой.
Разрядить банку на себя можно взявшись рукой за обкладку и поднеся палец к приемнику. А еще можно сделать вот такой классный разрядник из куска фольги, который даст более ровную и красивую искру.
На заметку: на пробой 1мм воздуха нужно напряжение в одну тысячу вольт. Кстати, влажность воздуха критически влияет на длину искры( чем суше у вас в квартире, тем длиннее будет искра).
Ну вот и все!
Спасибо за внимание!
Оригинальное видео автора:

Доставка новых самоделок на почту

Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!

*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. .

Электростатика: элементы учебной
физики

Электростатика: элементы учебной физики

Проф. В.В.МАЙЕР,
Гоу ВПО ГГПИ им. В.Г.Короленко, г. Глазов, Республика Удмуртия

Валерий Вильгельмович Майер окончил физико-математический факультет Удмуртского ГПИ в 1967 г. С момента публикации первой статьи в журнале «Физика в школе» в 1966 г. основная область интересов – совместная исследовательская деятельность учителя и ученика, направленная на решение конкретных проблем учебной физики, т.е. на разработку новых учебных физических теорий, учебных экспериментов и методик их изучения. Ныне – профессор кафедры физики и дидактики физики, декан физического факультета ГГПИ им. В.Г.Короленко, д.п.н., автор девяти книг и более четырёхсот публикаций в журналах «Успехи физических наук», «Физика в школе», «Квант», «Учебная физика» и в газете «Физика». Руководит научной работой студентов, аспирантов и преподавателей, многие годы непосредственно руководил учебными исследованиями школьников. Один из организаторов ежегодной научно-практической конференции «Учебный физический эксперимент: Актуальные проблемы. Современные решения», ответственный редактор сборников научных работ «Проблемы учебного физического эксперимента», главный редактор журнала «Учебная физика».

ЛЕКЦИЯ 1. ЯВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЗАЦИИ ТЕЛ

В настоящее время основным источником электричества в учебных экспериментах по электростатике остаётся эбонитовая палочка, натираемая мехом. Нам могут возразить, что ничего подобного, промышленность давно выпускает электрофорные машины и высоковольтные источники питания, которые с успехом используются для изучения электростатических явлений.

Однако упомянутые источники не удовлетворяют основополагающему требованию дидактики физики: их принцип действия даже в общих чертах непонятен учащимся. Игнорирование этого требования вынуждает учащихся принимать физические знания на веру, лишает их возможности самостоятельной познавательной деятельности, ведёт к догматизму в преподавании и в конечном итоге снижает интерес школьников к физике.

Поэтому естественно начать с рассмотрения хорошо известных из школьного курса явлений электризации. Дидактическое исследование этих явлений позволит отработать технику постановки традиционных демонстрационных опытов, сравнить различные способы электризации тел, получить новые источники электричества для учебных экспериментов, организовать познавательную деятельность школьников. Содержание этой и последующих лекций в максимальной степени соответствует школьному курсу физики, поэтому учитель без особых трудностей сможет использовать его в своей повседневной урочной и внеурочной работе.

1.1. Явление электризации тел. Эбонитовой палочкой прикоснёмся к маленьким кусочкам бумаги, лежащим на столе, и поднимем палочку – бумажные кусочки останутся лежать на столе. Это свидетельствует о том, что сила гравитационного взаимодействия между бумажными кусочками и палочкой недостаточна для притяжения их к палочке.

Потрём эбонитовую палочку о мех (или шёлк) и поднесём её к тем же кусочкам бумаги – они подскочат и прилипнут к палочке, а спустя некоторое время, отскочат от неё.

Значит, в результате соприкосновения и трения о мех (или шёлк) эбонитовая палочка приобрела новое качество, выражающееся, в частности, в том, что она стала способной притягивать к себе лёгкие тела с силой, значительно превышающей силу гравитационного притяжения. Тела, соприкоснувшиеся с потёртой о мех эбонитовой палочкой, приобретают способность притягиваться и отталкиваться от неё. Наблюдаемые явления и есть электризация тел. При электризации тела приобретают электрический заряд.

Если поднести потёртую о мех палочку к щеке, возникнет ощущение прикосновения к лёгкой паутине. Прикоснувшись в темноте к натёртой мехом эбонитовой палочке, мы увидим слабую искру и услышим лёгкий треск. Всё это проявления электризации тел.

1.2. Любые тела взаимодействуют с наэлектризованными телами и сами электризуются.

Наэлектризуем эбонитовую палочку, например, трением о мех, и поднесём её к уравновешенному на острой опоре деревянному стержню – стержень повернётся и притянется к палочке. После соприкосновения с наэлектризованной палочкой стержень оттолкнётся от неё.

В стенке пластмассового сосуда закрепим сопло с тонким отверстием и нальём в сосуд воду. Поднесём к вытекающей из сопла струе наэлектризованную эбонитовую палочку и обнаружим, что струя и капли воды притягиваются к палочке и отталкиваются друг от друга.

В стеклянный сосуд с трубкой в днище, насыпем немного медных стружек, зальём их азотной кислотой и закроем крышку сосуда. Из отверстия будет выходить бурая струя оксида азота NO2. Поднесём к ней наэлектризованную палочку и обнаружим, что газовая струя притягивается к палочке.

Эта серия опытов доказывает, что газы, жидкости и твёрдые тела взаимодействуют с наэлектризованными телами и сами электризуются.

1.3. Проводники и изоляторы.

Наэлектризуем эбонитовую палочку и прикоснёмся ею к одному концу эбонитового стержня, другой конец которого находится возле легкоподвижных тел, например, кусочков бумаги. Обнаруживаем, что притяжение этих тел к эбонитовому стержню отсутствует. Значит, эбонит не передаёт электрический заряд, т.е. не проводит электричество. Подобные вещества называют диэлектриками или изоляторами.

К металлическому стержню прикрепим эбонитовую ручку, которая не проводит электричество и за которую можно держать стержень. Приблизим конец металлического стержня к легкоподвижным телам, а к другому концу прикоснёмся наэлектризованной эбонитовой палочкой – лёгкие тела притянутся к концу стержня. Значит, металлы проводят электричество, т.е. являются проводниками.

1.4. Электроскоп – прибор, позволяющий обнаружить даже слабую электризацию тел.

Внутрь прозрачного сосуда из хорошего изолятора введём металлический стержень, на верхнем конце которого закреплён небольшой шарик, а на нижнем – тонкие лёгкие лепестки из проводника. Поднесём к шарику наэлектризованное тело и обнаружим, что лепестки расходятся, свидетельствуя о наличии электричества. Поэтому прибор называют электроскопом. Электроскоп, снабжённый шкалой, позволяет судить о степени электризации тел, поэтому называется электрометром.

1.5. Два вида электричества.

Подготовим три одинаковые эбонитовые палочки. Палочку 1 подвесим на нити так, чтобы она могла легко поворачиваться, и потрём о мех. Палочку 2 потрём также о мех, а палочку 3 – о шёлк. Приближая две другие палочки к первой, обнаружим, что подвешенная палочка 1 отталкивается от палочки 2 и притягивается к палочке 3. Но палочка 2 наэлектризована так же, как палочка 1, а палочка 3 наэлектризована не мехом, а шёлком.

Отсюда следует, что существует электричество двух видов, причём одноимённо наэлектризованные тела отталкиваются, а разноимённо наэлектризованные – притягиваются.

К висящей на нити наэлектризованной эбонитовой палочке 1 прикоснёмся палочкой 2, наэлектризованной одноимённо, – отталкивание между палочками не уменьшится. Сколько бы мы ни приводили в соприкосновение одноимённо заряженные палочки, они всё равно будут отталкиваться.

Если к висящей наэлектризованной палочке 1 прикасаться палочкой 3, наэлектризованной разноимённо с ней, то после каждого касания притяжение будет уменьшаться, пока не исчезнет совсем. Из опыта следует, что разноимённые электричества способны нейтрализовать друг друга, поэтому одно из них называют положительным, а другое – отрицательным. Для определённости принято считать, что трением о шёлк эбонитовая палочка электризуется положительно, а трением о мех – отрицательно.

1.6. Модели физической теории электричества. В чём физическая сущность явления электризации тел? Чем объясняется это явление? Почему при трении двух разных тел друг о друга происходит электризация?

Ответ на этот вопрос можно получить только в рамках теоретической модели. На заре изучения электричества одна из таких моделей была предложена американским учёным Б.Франклином. Он полагал, что электричество представляет собой особую жидкость. Пользуясь этой моделью, удалось объяснить целый ряд явлений, но ещё больше явлений не укладывались в её рамки.

В настоящее время физики придерживаются совершенно другой модели. В основе её надёжно установленный экспериментально факт: вещество состоит из нейтральных атомов, сами атомы состоят из заряженных частиц, все существующие электрические заряды кратны наименьшему, или элементарному, заряду. Положительный элементарный заряд несёт элементарная частица протон – ядро атома водорода. Равным ему по модулю отрицательным зарядом обладает другая элементарная частица – электрон.

В состав атома входят элементарные частицы трёх сортов: нейтральные нейтроны, положительно заряженные протоны и отрицательно заряженные электроны. Заряды электронов и протонов по модулю равны, но противоположны по знаку. Масса нейтрона и масса протона почти одинаковы и примерно в 1836 раз больше массы электрона. Протоны и нейтроны образуют ядро, в котором сосредоточена почти вся масса атома. Ядро атома стабильно благодаря полю ядерных сил, которое действует между его частицами и удерживает одноимённо заряженные протоны от разлёта. В целом атом пуст, т.к. радиус ядра примерно в 10 000 раз меньше радиуса атома. Но в объёме движутся отрицательно заряженные электроны. Их ровно столько, сколько протонов в ядре, поэтому суммарный отрицательный заряд электронов компенсирует положительный заряд ядра, и атом в целом нейтрален.

На рисунке в качестве примера схематически изображены стакан с жизненно важным для нас веществом – водой; молекула воды H2O; атомы водорода Н и кислорода О, из которых состоит молекула воды; электроны e и ядра, из которых состоят атомы; протоны p и нейтроны n, из которых состоят ядра.

Чтобы построить и обосновать эту модель, многим поколениям учёных потребовалось почти триста лет напряжённой работы. Учащиеся должны не только понять и запомнить добытое ими знание, но, главным образом, усвоить метод, каким оно получено. Поэтому основной задачей учителя является теоретическое и экспериментальное обоснование справедливости кратко представленной здесь модели. Иными словами, вы должны уметь доказать каждое её положение или следствие. Например, положение, что в состав атома действительно входят электроны или что электроны несут на себе элементарный заряд, меньше которого не существует, и т.д.

Конечно, можно было бы начать с модели Франклина и повторить весь путь, пройденный физической наукой. Но это долгий и нелёгкий путь, который ведёт в никуда. Школьникам нужно двигаться вперёд, чтобы как можно быстрее оказаться на уровне современной физики. Вот почему необходимо сразу начать с современной теоретической модели. Её нельзя просто выучить, т.к. школьник не сможет понять, каким образом она была получена, а значит, не будет способен строить новые модели, в которых нуждаются вновь открытые явления. Именно поэтому основная цель изучения электрических явлений – обоснование этой теоретической модели. Такое обоснование в физике может быть только экспериментальным. Выполняя эксперименты, необходимо понимать и описывать их результаты, а для этого, конечно, нужен особый физический язык. Но его может дать только теоретическая модель. Если отказаться от современной теоретической модели при изучении явлений электродинамики, то результаты экспериментов придётся описывать на языках устаревших моделей. Это нас никоим образом не устраивает, значит, без современной теоретической модели строения вещества нам никак не обойтись.

Итак, единство теории и эксперимента – вот залог успеха в овладении физическим знанием и в усвоении метода, которым оно было получено.

1.7. Электризация соприкосновением. В рамках изложенной модели электризация трением или соприкосновением может быть объяснена следующим образом. Все вещества состоят из атомов и молекул. Отрицательные заряды электронов в точности компенсируют положительные заряды ядер атомов. Поэтому в целом вещество нейтрально, т.е. имеет суммарный электрический заряд, равный нулю.

Однако степень связи электронов в атомах разных веществ различна. При соприкосновении тел часть электронов, слабо связанных с атомами вещества одного тела, переходит к атомам другого. При этом первое тело приобретает избыточный положительный, а второе – избыточный отрицательный заряд. Трение при электризации просто увеличивает число соприкасающихся участков различных тел.

1.8. Электризация через влияние (электростатическая индукция).

К продолговатому проводнику с закруглёнными концами вблизи концов и в его центре подвесим три одинаковые пары лёгких проводящих лепестков. К одному из концов проводника поднесём заряженное тело. При этом обнаружим, что лепестки на концах проводника разошлись, а в центре остались вместе. Уберём заряженное тело – все лепестки опять опадут. Итак, при поднесении заряженного тела проводник в целом остаётся нейтральным, но на его концах возникают заряды.

Одновременно с заряженным телом поднесём поочерёдно на нити к концам проводника пробный заряд того же знака, какой имеет заряженное тело. Обнаружим, что от дальнего конца проводника он отталкивается, а к ближнему – притягивается. Значит, расположенный вблизи заряженного тела проводник, оставаясь нейтральным, на ближайшем к телу конце приобретает заряд противоположного, а на удалённом конце – одноимённого с зарядом тела знака.

1.9. Наличие в проводнике сводных носителей заряда.

Шары одинаковых электрометров соединим металлическим стержнем, снабжённым ручкой из диэлектрика. К одному из шаров, например, левому, поднесём заряженную эбонитовую палочку. При этом стрелки электрометров отклонятся. Шары разомкнём и затем уберём заряженное тело. Стрелки обоих электрометров останутся отклонёнными на равные углы. Если эбонитовой палочкой коснуться левого электрометра, его показания уменьшатся, следовательно, он заряжен положительно. Если той же палочкой коснуться правого электрометра, его показания увеличатся, значит, он заряжен отрицательно.

Таким образом, под действием внешнего электрического заряда в нейтральном проводнике произошло разделение зарядов. Отсюда следует, что в проводнике имеются свободные носители заряда. Так как после отделения проводника обе части оказались заряженными противоположно, то, видимо, в проводнике произошло перераспределение свободных заряженных частиц.

1.10. Электризация давлением. Кроме рассмотренных способов электризации существует ещё один доступный способ получения электричества – электризация давлением, или пьезоэлектрический эффект (от гр. – давлю). Суть этого явления заключается в том, что при деформации некоторых кристаллов на их противоположных гранях появляются электрические заряды противоположных знаков. Если деформация прекращается, заряды на гранях исчезают.

На рисунке схематически изображена ячейка кристалла кварца SiO2: положительно заряженные ионы кремния вместе с отрицательно заряженными ионами кислорода образуют симметричный шестигранник.

В силу симметрии расположения одинаковых по модулю зарядов ячейка в целом электрически нейтральна. Кристалл находится между параллельными проводящими пластинами (электродами) – проводниками, соединёнными с проводящими шариками (полюсами источника). В настоящее время вместо кварца используют более доступные и эффективные пьезоэлектрические материалы. В частности, в пьезоэлектрических зажигалках применяется пьезокерамика, полученная спеканием мелких пьезокристаллов, выращенных искусственно.

На рисунке показано, как модернизированная пьезоэлектрическая зажигалка может быть использована в качестве источника электричества в демонстрационных опытах.

Исследование 1.1. Учебный эксперимент для урока физики

Задание. Детально разработайте технику постановки на уроках физики демонстрационных вариантов описанных выше опытов, показывающих существование явления электризации, электризацию твёрдых, жидких и газообразных тел, существование проводников и изоляторов, двух видов электричества, наличие в проводниках свободных носителей заряда.

Оцените время, необходимое для демонстрации экспериментов, усвоения учащимися их условий и анализа полученных результатов. Разработайте оптимальную методику изучения физических явлений, обеспечивающую формирование понятия «электрический заряд».

Исследование 1.2. Электризация соприкосновением

Информация. В школьных опытах по электростатике для получения небольшого отрицательного заряда эбонитовую палочку натирают мехом, а для получения положительного заряда стеклянную палочку натирают шёлком.

Проблема. Неужели и в наши дни эбонит и мех, стекло и шёлк – это наилучшие материалы для взаимной электризации соприкосновением или трением? Можно ли в учебном эксперименте доказать, что электризация тел действительно происходит в соответствии с изложенной теорией?

Задание. Исследуйте окружающие вас естественные и искусственные вещества, стараясь найти более совершенные источники электричества. Определите знаки возникающих при электризации соприкосновением зарядов.

Вариант выполнения. Пенопласт и прозрачные полимерные плёнки (полиэтилен, целлофан) даже в условиях повышенной влажности хорошо электризуются шерстью. В опытах удобно использовать, например, пенопластовую пластину, вырезанную из упаковки от бытовой техники, и шерстяную варежку. При натирании шерстью пенопласт приобретает отрицательный заряд, в чём нетрудно убедиться, имея мех и эбонитовую палочку. Способ определения знака заряда показан на рисунке (1 и 2 – электрометры с положительным и отрицательным зарядами, 3 – наэлектризованная шерстью пластина пенопласта).

Исследование 1.3. Жидкие и газообразные проводники

Задание. Докажите, что некоторые жидкости и газы являются хорошими проводниками.

Вариант выполнения. Зарядите электроскоп и прикоснитесь к его шарику белой ниткой – листочки не опадают. Теперь смочите нитку водой и вновь прикоснитесь к электроскопу. Объясните наблюдаемое явление.

Из полиэтиленовой плёнки вырежьте полоску размером 2 20 см. Сложите полоску пополам, место сгиба держите в левой руке, а пальцами правой сожмите лепестки полоски и проведите сверху вниз. Вы обнаружите, что висевшие рядом лепестки полоски разойдутся, оттолкнувшись друг от друга. Значит, в результате трения произошла электризация полиэтиленовых лепестков, и они приобрели одноимённые заряды. Так как лепестки не опадают, одноимённые заряды на них сохраняются, т.е. воздух не проводит электричество.

На расстоянии 20–30 см от заряженных полиэтиленовых лепестков зажгите пламя газовой зажигалки. Лепестки немедленно опадут. Значит, воздух стал проводить электричество. Это объясняется тем, что в пламени при высокой температуре появляются свободные носители заряда: отрицательные электроны и положительные ионы. Именно они делают воздух проводником.

Исследование 1.4. Индикатор движения электрических зарядов

Информация. Предыдущее исследование показало, что при определённых условиях сухой воздух становится проводником электричества. Известно, что электрические заряды могут перемещаться и сквозь разреженные газы. Промышленность выпускает так называемые неоновые лампы – стеклянные баллоны с двумя электродами, заполненные неоном при низком давлении. Если неоновую лампу через постоянный резистор подключить к регулируемому источнику, то при небольших напряжениях ток через неё не пойдёт. По достижении так называемого напряжения зажигания газ в лампе начинает светиться, причём свечение происходит возле катода. По мере увеличения напряжения увеличивается площадь катода, которая светится. Если убрать балластный резистор, в лампе возникнет дуговой разряд, и она прекратит своё существование.

Проблема. Нельзя ли использовать неоновую лампу в опытах по электризации тел?

Задание. Докажите, что неоновая лампа может выполнять функцию индикатора движения электрических зарядов, т.е. индикатора электрического тока.

Вариант выполнения. Для решения проблемы в принципе подойдёт любая неоновая лампа, но мы предпочитаем лампу типа ВМН-02. Это стеклянный цилиндр диаметром 5 мм и длиной 40 мм, заполненный неоном при низком давлении и снабжённый двумя электродами в виде изогнутых стержней. Электроды изнутри соединены с металлическими колпачками, которые расположены снаружи на концах цилиндра и представляют собой выводы лампы.

Наэлектризуйте трением эбонитовую палочку и, взяв неоновую лампу за один вывод, другим прикоснитесь к поверхности палочки – вы увидите кратковременную вспышку света. Прикоснитесь неоновой лампой к эбонитовой палочке в другом месте, и вы вновь увидите вспышку. Из опыта следует, что наэлектризованное тело вызывает свечение неона. Но почему оно происходит?

Зарядите шар электрометра и прикоснитесь к нему одним выводом неоновой лампы, держа другой в руке. При этом произойдёт довольно яркая вспышка лампы, и электрометр потеряет заряд. Из опыта следует, что свечение неона происходит тогда, когда через него проходит электрический заряд. Таким образом, неоновая лампа может служить индикатором движения заряда. Чтобы окончательно убедиться в этом, держите неоновую лампу в руке за один вывод, а к другому медленно приближайте наэлектризованную палочку. Никакого свечения при этом не происходит. Теперь быстро переместите заряженную палочку вблизи вывода неоновой лампы, не касаясь её, – вы увидите свечение газа.

Исследование 1.5. Электрофор

Информация.

На рисунке показана последовательность действий, приводящая к электризации через влияние металлического шара, установленного на электрометре. Эта последовательность знакома любому учителю, проводящему демонстрационные опыты по электростатике. Но далеко не всегда внимание учащихся обращают на тот факт, что при электризации через влияние заряд наэлектризованного тела не расходуется.

Проблема. Рассмотренные опыты по электростатической индукции показывают, что однажды наэлектризованное тело в состоянии обеспечить многократную электризацию других тел. Нельзя ли использовать это явление для создания простого и надёжного источника электричества?

Задание. Используя современные материалы, доступные любому школьнику, сконструируйте простой прибор, обеспечивающий многократную электризацию, например, металлической пластины.

Вариант выполнения.

На сухой пластиковый стакан положите металлический диск, например, алюминиевую крышку. Шерстяной рукавицей наэлектризуйте целлофановую плёнку. Наложите плёнку на диск и поднесите к его краю согнутый палец – проскочит искра. Снимите плёнку с диска и вновь поднесите к нему палец – снова проскочит искра. Наэлектризовав плёнку один раз, опыт можно повторять многократно.

Результат эксперимента объясняется тем, что при наложении на металлическую пластину наэлектризованной полимерной плёнки в пластине происходит перераспределение зарядов. На ближайшей к плёнке поверхности пластины появляется заряд противоположного знака, а на удалённой от плёнки поверхности пластины появляется заряд того же знака, которым наэлектризована плёнка. Прикоснувшись к пластине пальцем, отводим этот заряд того же знака, что и заряд плёнки, на землю. Сняв полимерную плёнку с металлической пластины, на пластине оставляем заряд противоположного знака, чем тот, который несёт наэлектризованная плёнка.

Если прикоснуться непосредственно к поверхности наэлектризованной плёнки, то появится слабая искра или её вообще не будет. Это объясняется тем, что плёнка из диэлектрика несёт связанные заряды, которые не могут свободно перемещаться по ней. В проводящей наэлектризованной пластине находится свободный заряд, который в принципе можно полностью передать другому телу.

Рассмотренный прибор является современной версией старинного прибора под названием электрофор.

Если же замкнуть полюсы проводником или продолжить сжатие кристалла до тех пор, пока между полюсами источника не проскочит искра, то система уже не сможет вернуться в исходное состояние. Дело в том, что при разряде источника заряды на полюсах нейтрализуют друг друга. Снятие деформации приводит к тому, что кристалл вновь становится нейтральным, а оставшиеся на пластинах заряды переходят на полюсы, но их полярность изменяется на противоположную: теперь положительным станет верхний полюс, а отрицательным – нижний.

Таким образом, при работе с пьезоэлектрическим источником электричества нужно помнить, что если давление вызывает появление на полюсах источника зарядов определённой полярности, то снятие давления приводит к исчезновению этих зарядов. Однако если давление продолжается до тех пор, пока не произойдёт разряд или кратковременное соединение электродов проводником, то снятие давления приведёт к смене полярности источника.

Вопросы и задания для самоконтроля

1. В чём физическая сущность явления электризации тел?

2. Почему твёрдые, жидкие и газообразные тела электризуются?

3. Как доказать, что существуют проводники и изоляторы, не вводя понятия электрического тока?

4. В чём суть экспериментального доказательства существования двух видов электричества?

5. Нужна ли учащимся на начальном этапе изучения электростатики современная теоретическая модель строения вещества?

6. Почему при соприкосновении тел происходит их взаимная электризация? Покажите, что общепринятое в учебной литературе теоретическое объяснение электризации тел соприкосновением небезупречно как с физической, так и с дидактической точек зрения.

7. В чём суть явления электростатической индукции?

8. Как доказать, что в проводнике действительно имеются свободные носители заряда?

Литература

Майер В.В. Пьезоэлектрический источник для опытов по электростатике. – Физика в школе, 1994, № 6.

Майер В.В., Майер Р.В. Наблюдение электростатической индукции. – Квант, 1987, № 12.

Майер В.В. Электризация давлением в школьном курсе физики. – Учебная физика, 2004, № 1.

Мэрион Дж.Б. Физика и физический мир. – М.: Мир, 1975.

Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. Физика: Учеб. для 10 кл. общеобразоват. учреждений. – М.: Просвещение, 2004.

Орир Дж. Популярная физика. – М.: Мир, 1969.

Проказов А.В. Пенопласт в опытах по электростатике. – Учебная физика, 2001, № 3.

Проектная работа «Статическое электричество»

ВВЕДЕНИЕ

Современная жизнь немыслима без радио и телевидения, телефонов, компьютеров, всевозможных осветительных и нагревательных приборов, машин и устройств, в основе которых, лежит возможность использования электричества. А всего 200 лет назад об электричестве было известно совсем немного. Я узнал, что наука об электричестве началась с изучения статического электричества. Мне стало интересно, что такое статическое электричество и захотелось самому проделать некоторые опыты с электричеством. Так возникла цель работы:

узнать, что такое статическое электричество, опытным путем проверить его свойства.

Для этого было необходимо решить следующие задачи:

1. Изучить литературу о статическом электричестве

2 Подобрать и провести необходимые опыты , создать условную модель электроскопа

3. Выяснить, как в современном мире применяются знания о статическом электричестве

При работе я использовал следующие методы:

-анализ научно-познавательной литературы

-наблюдение

-поиск информации в интернете

-проведение опытов

-конструирование

-фотографирование-иллюстрирование

Из истории электричества

Первые важные открытия и изобретения в области электричества были сделаны в XVII- XVIII веках. Но впервые интерес к электричеству люди проявили еще в VI-VII в.в. до н. э. Так философ Фалес из Милета заметил, что если янтарь потереть шерстью или мехом, то он начнет притягивать к себе соринки и ниточки. Я проделал подобный опыт. Действительно, если янтарь натереть шерстью, к нему притягиваются мелкие частички. Почему это происходит? В те далекие времена правильного объяснения этого явления не было. Через много веков, в 1600г., врач английской королевы Елизаветы, Вильям Гильберт написал первую научную работу об электричестве и об электризации трением. Он обнаружил, что вместо янтаря можно взять алмаз, сапфир, стекло и другие материалы, которые подобно янтарю будут притягивать к себе легкие частички. Эти вещества он назвал электрическими (от греческого слова «электрон», так греки называли янтарь). Поэтому впоследствии про тела, которые после натирания приобретают свойство притягивать к себе другие тела, стали говорить, что они наэлектризованы. Но еще несколько столетий ученые пытались узнать, почему предметы электризуются и как это происходит, пока не открыли тайны этого загадочного явления внутри атома.

Экспериментальная часть

Всем известно такое явление: если снимать одежду из синтетики, будет слышно легкое потрескивание, а в темноте можно даже увидеть слабые искорки, к тому же к синтетической одежде легко пристают ниточки, шерстинки и другие мелкие частички. Все эти примеры относятся к явлению, называемому статическим электричеством.

Статическое электричество — это явление, связанное с появлением в теле неподвижных электрических зарядов.

Доказано, что статическое электричество возникает вследствие трения. Я убедился в этом, на примере опыта

Опыт 1.

Материалы:

— Стеклянная палочка

— Полиэтиленовый пакет

— Мелкие кусочки бумаги

Ход работы

1.Возьму палочку из стекла и поднесу ее к мелким легким частичкам бумаги. Ничего не происходит. Значит в обычном состоянии стекло электрически нейтрально.

2.Затем стеклянную палочку буду натирать полиэтиленовым пакетом. Частички бумаги тут же притянутся к ней. Это означает, что палочка наэлектризовалась.

Вывод: электризация происходит вследствие трения.

Но как это происходит? Ответ обнаруживается в строении вещества. Все вещества в природе состоят из мельчайших частиц, называемых атомами. Атомы, в свою очередь, состоят из еще более мелких частиц: «+» заряженных протонов, находящихся в центре атома и электронов, которые заряжены «-» и располагаются дальше от центра. Положительный и отрицательный заряды в атоме равны по величине, и в целом атом электрически нейтрален. Когда мы трем друг о друга два предмета, один из них захватывает отдельные электроны с поверхности другого и получает отрицательный заряд. Предмет, лишившийся части отрицательных частиц становится положительно заряженным. Значит, все тела электризуются либо отрицательно, либо положительно. Было предложено считать заряд наэлектризованной палочки из пластмассы (эбонита) отрицательным, а заряд стеклянной палочки положительным. Известно, что одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются. Достоверность этого закона я смог проверить в ходе опыта.

Опыт 2.

Материалы:

— Приспособление в виде стойки

— Шарики из фольги

— Стеклянная палочка

— Полиэтиленовый пакет

— Эбонитовая палочка

— Шерстяная ткань

Ход работы

1. Потру стеклянную палочку о полиэтилен и поднесу ее к шарику.

2. То же самое делаю с эбонитовой палочкой, потертой о шерсть.

Я увидел, что шарик притягивается к наэлектризованной палочке.

3.Затем размещаю на стойке два близко расположенных кусочка фольги и прикасаюсь эбонитовой палочкой к обоим кусочкам. Они оттолкнутся.

4. Касаюсь стеклянной палочкой обоих кусочков. Они оттолкнутся

5.Теперь прикоснусь к одному кусочку фольги стеклянной палочкой, а к другому эбонитовой. Они притянутся друг к другу.

1.Вывод: Электричество способно притягивать и отталкивать, одинаковые заряды отталкиваются, а разные притягиваются друг к другу.

При проведении опытов я заметил, что электризация предмета быстро прекращается. Отчего же это зависит? Причины этого в том, что лишние электроны, присоединенные к атому, либо рассеиваются в воздухе, либо уходят в другие тела. Такие тела, хорошо проводящие электричество, назвали проводниками. Таким образом, все вещества делятся на проводники и диэлектрики. Убедиться в этом можно на опыте.

Опыт 3. Материалы:

— Эбонитовая палочка

— Пластмассовая шариковая ручка

— Карандаш деревянный

— Стирательная резинка

— Металлическая ложка

— Мелкие частички бумаги

Ход работы

1.На стойке я подвесил на нити шариковую ручку, деревянный карандаш, кусочек резины. На столе разложил мелкие частички бумаги. 2.Заряженной палочкой коснулся верхней части ручки, карандаша и резины. Ничего не происходит.

3.На стойке подвесил металлическую ложку. Когда прикоснулся к верхней части ложки, клочки бумаги на столе зашевелились и запрыгали. Значит заряд с верней части ложки распространился по всей ложке.

Вывод: Металл хорошо проводит электричество, а резина, дерево и пластмасса его не проводят.

Теперь я понял, почему провода делают из металлов, а чтобы заряд не «ушел» куда не следует, их одевают в оболочку из резины или пластмассы.

Итак, все вещества в природе делятся на проводники и непроводники, кроме того, существует два вида электрических зарядов, одноименные отталкиваются, а разноименные притягиваются. Узнать является какое-то тело проводником или диэлектриком, имеет ли оно электрический заряд, его величину и знак можно с помощью особого прибора – электроскопа. Мне удалось сконструировать примитивную модель электроскопа. (Внешний вид модели см. приложение) Я проделал несколько опытов с электроскопом.

Опыт 4.

Материалы:

— Эбонитовая палочка

— Шерстяная ткань

— Стеклянная палочка

— Полиэтиленовый пакет

-Деревянная линейка

-Пластмассовая линейка

Опыт 4.1.

Ход работы

1. Я касаюсь электроскопа заряженной эбонитовой палочкой. Листочки моментально расходятся, как бы отталкивая друг друга. Это происходит оттого, что они получили одноименный отрицательный заряд, перешедший от эбонитовой палочки.

2. Задеваю металлическую проволоку рукой. Листочки спадают. Заряд переходит в руку.

3. Прикасаюсь к проволоке деревянной линейкой, натертой шерстью. Ничего не происходит.

Вывод: С помощью электроскопа я увидел, что тело человека хорошо проводит электричество, а дерево не электризуется и является диэлектриком.

Опыт 4.2.

Ход работы

1.Возьму пластмассовую линейку, потертую о шерсть и прикоснусь к электроскопу. Листочки расходятся.

2.Теперь касаюсь электроскопа заряженной эбонитовой палочкой. Расхождение увеличилось. Это хорошо видно по нашей условной шкале. Значит заряд пластмассовой линейки такой же, как заряд эбонитовой палочки. Чем сильнее электрический заряд, тем больше расходятся листочки.

Вывод: С помощью электроскопа можно определить заряд тела, если известен заряд другого тела.

Опыт 4.3.

Ход работы

1. Касаюсь электроскопа заряженной стеклянной палочкой. Листочки расходятся.

2. Подношу к электроскопу заряженную эбонитовую палочку. Листочки моментально спадают.

Вывод: тело, заряд которого известен, можно разрядить телом, заряженным противоположно.

Применение знаний о статическом электричестве.

Статическое электричество – это явление, которое часто встречается в природе, быту и технике. Наиболее яркий пример статического электричества знают все. Это молния. Во время грозы облака трутся о воздух и заряжаются отрицательно. Они притягивают к себе противоположный заряд, который скапливается на почве, на деревьях, на домах. Когда заряд облака становится слишком большим, происходит электрический разряд – молния, то есть резкое и очень сильное перемещение электрических зарядов от облака на землю. Молния видна, как яркая вспышка света. Она может быть очень опасна. Первый молниеотвод (громоотвод) изобрел Бенджамен Франклин в 1752г. Он понял, что молния – это огромный разряд энергии и заостренный металлический прут может притянуть этот разряд к себе. Современные громоотводы имеют заземленный провод. По нему электрические заряды уходят в землю.

Человек научился применять знания о статическом электричестве и в других областях своей жизни и деятельности. Вот несколько примеров. При трении о воздух электризуется самолет. Поэтому после посадки к самолету сразу не подается металлический трап; может возникнуть разряд, который вызовет пожар. Сначала самолет разряжают: опускают на землю металлический трос, соединенный с обшивкой самолета и разряд уходит в землю. Так же происходит электризация шин о сухую дорогу. Поэтому, не для красоты, сзади машин-цистерн, перевозящих горючие вещества, подвешивают металлические цепи. Опасно так же статическое электричество в производственных помещениях, где есть пары или пыль горючих веществ. Известны случаи, когда в таких помещениях разряды статического электричества приводили к взрывам и пожарам. Много неприятностей доставляет статическое электричество в быту. На одежду, особенно синтетическую, налипают соринки, разряды статического электричества вредны для здоровья и могут вывести из строя бытовую технику, например, компьютер. Знания о природе статического электричества позволили изобрести много полезных в быту вещей: ионизаторы воздуха, антистатики для одежды, кондиционеры для волос и белья и так далее. Но статическое электричество может быть и полезным. На этом принципе сделаны пылеулавливатели на больших заводах. К заводской трубе прикреплен отрицательно заряженный стержень, и частицы дыма, которые заряжены положительно, оседают на нем. В результате уменьшается загрязнение окружающей среды.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Работая над темой, мне удалось достичь поставленной цели. Я узнал, что такое статическое электричество, с помощью опытов проверил некоторые его свойства, познакомился с интересными фактами использования статического электричества. Свою работу я считаю актуальной и перспективной. Человечество уже не одно десятилетие ищет новые источники энергии. В числе таких источников рассматривается и статическое электричество. Вот почему необходимо хорошо знать его свойства и возможности. Моя работа может быть полезна ученикам на уроках окружающего мира и физики. Проведенные мною опыты могут служить основой для показа фокусов. А конструирование в детстве различных моделей часто служит толчком для выбора профессии.

БИБЛИОГРАФИЯ

1. Гальперштейн Л.Я. Занимательная физика: М: Издательский дом «Росмен»,1998

2. Пуиг М., Вивес Ж. Физика Школьный атлас: М: «Росмен»,1998

3. Томилин А. Рассказы об электричестве: М.: Дет. лит.,1987

4. Жуков В. Познавательные опыты в школе и дома: М: «Росмен»,2001

5. Большая книга экспериментов/ под ред. А.Мейяни: «Издательство «РОСМЕН-ПРЕСС»,2004

6. Т.Тит Научные забавы. Физика: опыты, фокусы и развлечения: — М:АСТ:Астрель,2008

Электростатика

  • Участник: Маякин Артем Алексеевич
  • Руководитель: Гурьянова Галина Александровна

Цель работы: расширение кругозора, повышение эрудиции, развитие интереса к экспериментальной физике, умений демонстрировать и объяснять опыты, научиться работать самостоятельно.

Техника безопасности по теме «Электрические явления»

  1. При сборе электрической цепи провода располагайте аккуратно, а наконечники плотно соединяйте с клеммами.
  2. Следите, чтобы изоляция проводов была исправна, а на концах проводов были наконечники.
  3. Все изменения в электрической цепи и ее разборку можно проводить только при выключенном источнике электрического питания.
  4. Не включайте электрическую цепь без проверки ее учителем.
  5. Во всех случаях повреждения электрического оборудования, измерительных приборов и проводов необходимо отключать напряжение и сообщать об этом учителю.
  6. Категорически запрещается трогать что-либо на демонстрационном столе и электрораспределительный щит.
  7. Берегите оборудование и используйте его по назначению.
  8. При получении травмы обратитесь к учителю.
  9. Не касайтесь руками мест соединений.

Введение

В своей работе по теме «Электростатика» я проведу и объясню три эксперимента, описанные в учебнике Перышкина А.В. Физика. 8 класс (рис. 32, рис. 40,).

Цель работы: расширение кругозора, повышение эрудиции, развитие интереса к экспериментальной физике, умений демонстрировать и объяснять опыты, научиться работать самостоятельно.

Способность янтаря электризоваться была известна давно. Впервые исследованием этого явления занялся знаменитый философ древности Фалес Милетский. Вот как об этом рассказывает легенда.

Дочь Фалеса пряла шерсть янтарным веретеном, изделием финикийских мастеров. Как-то, уронив веретено в воду, девушка стала обтирать его краем своего шерстяного хитона и заметила, что к веретену пристало несколько шерстинок. Думая, что они прилипли к веретену, потому что оно еще влажно, она принялась вытирать его еще сильнее. И что же? Шерстинок налипало тем больше, чем сильнее натиралось веретено. Девушка обратилась за разъяснением этого явления к отцу. Фалес понял, что причина в веществе, из которого сделано веретено, и в первый же раз, как к пристани Милета подошел корабль финикийских купцов, он накупил различных янтарных изделий и убедился, что все они, будучи натерты шерстяной материей, притягивают легкие предметы, подобно тому, как магнит притягивает железо. Наблюдаемые явления были названы электрическими (от греч. слова электрон – янтарь).

Опыт первый. Электризация гильзы

Цель опыта проверить выдвигаемую гипотезу: электризация тел может происходить не только при трении. Я считаю, что разноименно заряженные тела притягиваются, а одноименно заряженные отталкиваются. Докажу это при помощи металлической гильзы, подвешенной на нити к штативу, эбонитовой палочки и стеклянной палочки.

Наэлектризую эбонитовую палочку о шелк. Она получит отрицательный заряд. Поднесу её к гильзе, изготовленной из металлической фольги и висящей на шелковой нити на штативе. Подожду некоторое время. Гильза сначала притянется к палочке, затем оттолкнется от нее. Очевидно, гильза, коснувшись палочки, получила от нее отрицательный заряд. Это предположение можно проверить, если к уже заряженной гильзе поднести наэлектизованную стеклянную палочку. Гильза, которая только что оттолкнулась от эбонитовой палочки, притягивается к стеклянной. Что и требовалось доказать.

Знания об электроне и о строении атома позволяют объяснить притяжения не наэлектризованных тел к наэлектризованным. Дело в том, что в гильзе есть свободные электроны. Как только гильза будет внесена в электрическое поле отрицательно заряженной палочки, электроны придут в движение под действием сил поля. Они перейдут на дальнюю сторону гильзы. Дальний конец зарядится отрицательно. На ближайшей стороне гильзы будет недостаток электронов, и этот конец окажется заряженным положительно. Поэтому гильза притянется к палочке.

Вывод из первого опыта: электризация тел может происходить не только при трении. Разноименно заряженные тела притягиваются, а одноименно заряженные отталкиваются.

При расчесывании, волосы начинают прилипать к расческе, при трении воздушного шара о шерсть, шелк и т.п. материалы, он прилипает к телу или волосы притягиваются к нему.

Научное исследование электрических и магнитных явлений началось с книги Гильберта, которому принадлежит и термин «электричество», произведенный от греческого названия янтаря. Гильберт кропотливо исследовал множество самых различных тел и построил для этой цели специальный электрический указатель, который он описывает таким образом: «Сделай себе из любого металла стрелку длиной в три или четыре дюйма, достаточно подвижную на своей игле, наподобие магнитного указателя». С помощью этого указателя, прототипа современных электроскопов, Гильберт установил, что способностью притягивать обладают многие тела, «не только созданные природой, но и искусственно приготовленные». Однако он нашел также, что многие тела «не притягивают и не возбуждаются никакими натираниями». К числу их относится ряд, драгоценных камней и металлы: «серебро, золото, медь, железо, также любой магнит». Тела, обнаруживающие способность притяжения, Гильберт назвал электрическими, тела, не обладающие такой способностью, — неэлектрическими.

Электрические явления, по Гильберту, коренным образом отличаются от магнитных. Гильберт указывает, как производится электризация тел трением: «Их натирают телами, которые не портят их поверхности и наводят блеск, например жестким шелком, грубым немарким сукном и сухой ладонью. Трут также янтарь о янтарь, об алмаз, о стекло и многое другое. Так обрабатываются электрические тела».

В сочинении Гильберта много интересных наблюдений и догадок, смешанных с фантастическими объяснениями в духе средневековых алхимиков. Но главное значение его труда в том, что он положил твердое основание изучению электрических и магнитных явлений, и на этом основании началось интенсивное развитие этого важного раздела науки и техники. Электрическими опытами занимался и Ньютон, который наблюдал электрическую пляску кусочков бумаги, помещенных под стеклом, положенным на металлическое кольцо. При натирании стекла бумажки притягивались к нему, затем отскакивали, вновь притягивались, и т. д. Эти опыты Ньютон производил еще в 1675 г.

Эксперименты по электричеству проводили и другие члены Лондонского Королевского общества. Бойль, повторив опыты Герике с шаром, установил, что наэлектризованное тело не только притягивает не наэлектризованное, но и, в свою очередь, притягивается последним. Он показал, что электрические взаимодействия наблюдаются и в вакууме.

В 1700 г. доктор Уолл извлек из натертого большого куска янтаря электрическую искру, проскочившую с треском в палец руки экспериментатора. Электрическую искру получил в 1705 г Хауксби, заменивший серный шар Герике стеклянным. Ньютон в 1716 г. наблюдал искровой разряд между острием иголки и наэлектризованным телом. «Искра напомнила мне о молнии в малых, очень малых размерах», — писал Ньютон. Наконец, Стефан Грей (1670-1736), также член Лондонского Королевского общества, в 1729 г. открыл явление электропроводимости тел и показал, что для сохранения электричества тело должно быть изолировано. Он наэлектризовал ребенка, сначала по две сив его на шнурах, сплетенных из волос, а затем поставив его на смоляной диск.

Опыты Грея, опубликованные в 1731 и 1732 гг., обратили на себя внимание французского естествоиспытателя Шарля Дюфэ (1698—1739), создавшего первую теорию электрических явлений. Повторяя опыты Грея по электризации изолированного человеческого тела, он сам ложился на шелковые шнурки, и его электризовали настолько сильно, что из тела при приближении руки другого человека выскакивали искры.

Дюфэ установил два рода электрических взаимодействий: притяжение и отталкивание. Сначала он установил, что «наэлектризованные тела притягивают не наэлектризованные и сейчас же их отталкивают, как только они наэлектризуются вследствие соседства или соприкосновения с наэлектризованными телами». В дальнейшем он открыл «другой принцип, более общий и более замечательный, чем предыдущие». «Этот принцип, — продолжает Дюфэ, — со стоит в том, что существует электричество двух родов, в высокой степени отличных один от другого: один род я называю «стеклянным» электричеством, другой— «смоляным»… Особенность этих двух родов электричества: отталкивать однородное с ним и притягивать противоположное. Так, например, тело, наэлектризованное стеклянным электричеством, отталкивает все тела со стеклянным электричеством, и, обратно, оно притягивает тела со смоляным электричеством. Точно так же смоляное отталкивает смоляное и притягивает стеклянное».

Опыт второй. Делимость электрического заряда

Заряжу электрометр при помощи эбонитовой палочки, т.е. отрицательно. Второй электрометр будет не заряженный. При помощи проводника – металлического стержня – соединю не наэлектризованный электрометр с наэлектризованным. Именно в этой последовательности, так как заряд может просто уйти в проводник. Свободные электроны стержня окажутся в электрическом поле и придут в движение по направлению к не заряженному электрометру, и он зарядится отрицательно. Заряд поделился поровну.

Такие опыты проводили советский учёный Абрам Фёдорович Иоффе и американский учёный Роберт Милликен. В своих опытах они электризовали мелкие пылинки цинка. Заряд пылинок меняли и вычисляли. Так поступали несколько раз. При этом заряд оказывался каждый раз другим. Но все его изменения были в целое число раз (т. е. в 2, 3, 4 и т. д.) больше некоторого определённого наименьшего заряда. Этот результат можно объяснить только так. К пылинке цинка присоединяется или от неё отделяется только наименьший заряд (или целое число таких зарядов). Этот заряд дальше уже не делится. Частицу, имеющую самый маленький заряд, назвали электроном.

Электрон очень мал. Масса электрона равна 9,1 · 10–31 кг. Эта масса примерно в 3700 раз меньше массы молекулы водорода, которая является наименьшей из всех молекул.

Электрический заряд — это одно из основных свойств электрона. Нельзя представить, что заряд можно снять с электрона. Они неотделимы друг от друга.

Электрический заряд — это физическая величина. Она обозначается буквой q. За единицу электрического заряда принят кулон (Кл). Эта единица названа в честь французского физика Шарля Кулона.

Электрон — частица с наименьшим отрицательным зарядом. Его заряд равен –1,6 · 10–19 Кл.

Если коснуться заряженного предмета (например, шара электрометра) рукой, то этот предмет разрядится. Через руку электрический заряд уйдет в наше тело и распределится по его поверхности. То же самое произойдет и в том случае, если мы дотронемся до шара электрометра не рукой, а металлической линейкой.

Вывод из второго опыта: заряд можно делить до определенной величины. Существует заряженная частица, которая имеет самый маленький заряд, который разделить нельзя. Частицу, имеющую самый маленький заряд, назвали электроном.

Чем больше тело, которому передают заряд, тем большая часть заряда на него перейдет. На этом основано заземление – передача заряда земле. Земной шар велик по сравнению с телами, находящимися на нем. Поэтому при соприкосновении с землей заряженное тело отдает ей почти весь свой заряд и практически становится электрически нейтральным.

Опыт третий. Взаимодействие султанов

Два султана соединю длинными проводами с разными индукторами электрофорной машины. Один султан зарядится положительно, другой отрицательно. По лепесткам султанов видно, что одноименные заряды отталкиваются. Указкой буду сближать султаны. Между собой они будут притягиваться, т. к. заряжены разными знаками.

Вывод из третьего опыта: тела, имеющие электрические заряды одинакового знака, взаимно отталкиваются, а тела, имеющие заряды противоположного знака, взаимно притягиваются. Электризация тел происходит при их соприкосновении.

На явлении электризации тел при соприкосновении основан принцип работы ксероксов.

Ссылка на видеоролик: https://yadi.sk/i/EAXOeVg03Jh2vz

Изобретение лейденской банки

Используя открытия Отто фон Герике в области электричества, и другие исследователи смогли заметить новые, ранее никогда не наблюдавшиеся свойства электричества.

Один из интересных случаев произошел в 1745 году в Лейдене. Богач Кюнеус, ученик Питера ван Мушенбрека, использовал машину Герике для того, чтобы «зарядить электричеством» воду в стеклянной колбе, которую держал в ладонях. Зарядка осуществлялась при помощи цепочки, подсоединенной к машине. Цепочка спускалась через горлышко колбы в воду. Когда, по мнению Кюнеуса, зарядка была окончена, он решил убрать цепочку – вынуть ее рукой из сосуда. И тут он получил такой страшный электрический удар, что чуть не скончался.

Немецкий ученый Клейст в 1745 году доложил Берлинской академии наук о своих опытах с «медицинской банкой». Но вот какая историческая несправедливость: Клейста все забыли, а открывателями «лейденской банки» считаются Кюнеус и Мушенбрек.

Лейденский профессор Питер ван Мушенбрук, который оспаривает честь открытия лейденской банки у своего студента, пишет об аналогичном ощущении так: «Хочу сообщить вам новый и страшный опыт, который никак не советую повторять. Я делал некоторые исследования над электрической силой и для этой цели повесил на двух шнурах из голубого шелка железный ствол, получавший через сообщение электричество от стеклянного шара, который приводился в быстрое вращение и натирался прикосновениями рук.

На другом конце свободно висела медная проволока, конец которой был погружен в круглый стеклянный сосуд, отчасти наполненный водой, который я держал в правой руке, другой же рукой я пробовал извлечь искры из наэлектризованного ствола. Вдруг моя правая рука была поражена с такой силой, что все тело содрогнулось, как от удара молнии. Сосуд, хотя и из тонкого стекла, обыкновенно сотрясением этим не разбивается, но рука и все тело поражаются столь страшным образом, что и сказать не могу, одним словом, я думал, что пришел конец… «

Выяснилось, что в сосудах того типа, о котором пишет Мушенбрук, электричество может накапливаться в весьма значительных количествах.
Так была открыта прославленная впоследствии «лейденская банка» – простейший конденсатор.

Новость о лейденской банке с большой скоростью распространилась по Европе. Мушенбрук, и до того известный, стал лейденской достопримечательностью. С ним, в частности, познакомился Петр Великий, когда работал на верфях в Голландии. Позже Петр Первый приказал для новой Академии наук различные приборы именно Мушенбруку «сделать повелеть». Однако Мушенбрук не был ученым высокого класса. Его представления о мире можно проследить по его курсу физики. Курс был составлен из 42 разделов, самых разнокалиберных: о фонтанах, о зрении, о метеорах, о ветрах. Ему не хватало широты взглядов, способности к обобщению. Может быть, этим можно объяснить, что он вошел в историю не как великий физик, а как человек, один из первых испытавший на себе электрический удар лейденской банки: «…ради французской короны я не согласился бы еще раз подвергнуться столь жуткому сотрясению… «

Итак, новость о лейденской банке с быстротой электрического удара начала распространяться по Европе и не слишком просвещенной тогда Америке. В лабораториях, аристократических салонах, на ярмарках ставились удивительнее опыты, неприятные, забавные и волнующие одновременно.
Французская столица, разумеется, не могла остаться в стороне от «лейденского поветрия». 700 парижских монахов, взявшись за руки, провели лейденский эксперимент. В тот момент, когда первый монах прикоснулся к головке банки, все 700 монахов, сведенные одной судорогой, вскрикнули с ужасом.

180 королевских мушкетеров тоже провели перед королем подобный опыт в Версале. Даже гвардейская дисциплина оказалась бессильной перед ударом лейденской банки: «Первый держал в свободной руке банку, а последний извлекал искру; удар почувствовался всеми в один момент. Было очень курьезно видеть разнообразие жестов и слышать мгновенный вскрик, исторгаемый неожиданностью у большей части получающих удар».

Провел этот эксперимент придворный «электрик» короля, специально ведавший различными электрическими увеселениями, аббат Нолле.
Несмотря на неприятное ощущение, тысячи и тысячи людей хотели подвергнуться эксперименту.
Изготавливались новые банки, все более мощные. Лейденская банка стала непременным атрибутом электрических исследований. С ее помощью получали крупные электрические искры – иной раз до нескольких сантиметров. Электрические опыты приобрели необыкновенную популярность. Они стали одним из изысканнейших развлечений. Целые представления, занимательные, чуть не театральные зрелища разыгрывались перед восторженными зрителями.
Лекторы, а может быть, вовсе не лекторы, а послы новой эпохи, искусители душ, воспламенители сердец глашатаями новых открытий разъезжали по свету, оставляя повсюду яркие воспоминания о необычных опытах и, как модно теперь говорить, «ощущение интеллектуального дискомфорта».
Зрители уходили с представлений взволнованные.

Несомненно, рано или поздно среди них должен был оказаться человек, на которого опыты произведут более глубокое впечатление, чьи скрытые дотоле силы будут разбужены вдруг неприятным ударом лейденской банки, кому суждено увидеть больше, чем другим…
Этого не произошло ни в Лейдене, ни в Санкт-Петербурге, ни в Париже, ни в Женеве, ни в Лондоне. Это произошло в далекой Америке. Но об этом дальше …

Источник: из книги В. Карцева » Приключения великих уравнений»

Следующая страница «Изобретатель громоотвода Бенджамин Франклин»
Назад в раздел «Электричество»

Лейден баночка — Leyden jar

Ранняя заполненная вода Лейден банки, состоящая из бутылки с металлическим шипом через пробку, чтобы вступить в контакт с водойПозже более распространенным типом с помощью металлической фольги, 1919

Лейден банка (или Лейден банка ) является античным электрическим компонентом , который хранит высоковольтный электрический заряд (от внешнего источника) между электрическими проводниками на внутреннем и внешние стеклянную банку. Это , как правило , состоит из стеклянной банки с металлической фольгой , цементированной с внутренним и внешними поверхностями, и металлическая клемма выступающей вертикально через крышку банки , чтобы вступить в контакт с внутренней фольгой. Это была оригинальная форма конденсатора (также называемый конденсатором ).

Его изобретение было открытие , сделанное независимо немецким священнослужителя Эвальда Георга фон Клейста на 11 октября 1745 года и голландский ученый Мушенбрук из Лейдена (Лейден) в 1745-1746. Изобретение было названо в честь города.

Лейденская банка была использована для проведения многих ранних экспериментов в электроэнергии, и ее открытие имело фундаментальное значение при изучении электростатики . Это было первым средством накопления и сохранения электрического заряда в больших количествах , которые могли бы быть выписаны по собственному желанию экспериментатора, преодолевая таким образом , значительное ограничение на ранние исследования в электрическую проводимость. Лейден банка по — прежнему используется в образовании , чтобы продемонстрировать принципы электростатики.

Лейденская банка. Виды и устройство. Работа и применение

Лейденская банка – это первый в своем роде электрический конденсатор, который появился на свет благодаря стараниям немецких и голландских ученых. В 1745 году подобную банку смастерил Эвальд Георг фон Клейст. Через год подобное устройство, но с некоторыми отличиями, создали в Лейденском университете. Этим устройством заинтересовался аббат Нолле из Франции, который продемонстрировал его королю. Именно благодаря демонстрации первая конструкция электрического конденсатора получила название банка из Лейдена.

До изобретения этой банки ученые вырабатывали электричество с помощью диэлектриков в виде стекла или янтаря, а также электростатических генераторов. Клейст решил провести эксперимент, зарядив электрическим зарядом воду в банке посредством штыря из железа. В то же время банка находилась на металлической тарелке. Проведя опыты, он понял, что в банке конденсируется электрический ток.

Виды
Лейденская банка почти всегда имела одно и то же строение. Однако конструкция банки с течением времени усовершенствовалась:
  • Изначально вода в ней была заменена на дробь.
  • Затем в качестве наружной поверхности стали использоваться тонкие пластины из свинца.
  • В последующем вместо пластин из свинца стали применяться листы из оловянной фольги.

Одним из вариантов устройства была батарейка лейденских бутылок, которые имели проводящую жидкость. В них были вставлены стержневые выводы, которые соединялись между собой. Сосуды соединяются с помощью общего вывода, вследствие чего получался большой конденсатор. Это устройство было изобретено Павлом Николаевичем Яблочковым. Указанные блоки можно было соединять последовательно либо параллельно. Конструкция в виде блоков в итоге получила довольно обширное применение в различных отраслях промышленности.

Устройство

Это сосуд из стекла, внутри и снаружи покрытый фольгированным листом. Посредством пробки из резины в сосуд вставляется стержень из металла таким образом, что он касается фольги, расположенной внутри банки. В результате листы фольги, расположенные внутри и снаружи, играют роль электродов при подсоединении их к наружному источнику электроэнергии. Для этого может быть использована батарейка, какой-нибудь аккумулятор, либо палка из эбонита, которую заранее потерли о мех.

Лейденская банка напоминала закрутку. Сверху накручивалась крышка из металла, которая входила в электрод. Через некоторое время банки объединялись с батареями, после чего их помещали в один ящик.

Эти устройства применялись порядка 150 лет. Так как везде был распространен постоянный ток, то не было необходимости изобретать что-то еще. Поэтому в основном довольствовались банками, чтобы обеспечить работу применявшихся в то время телеграфов.

Принцип действия

Лейденская банка имеет принцип действия, свойственный обычному электрическому конденсатору. Основное достоинство банки перед конденсаторами пластинчатого вида кроется в довольно большой поверхности, а также в наличии замкнутого контура при разных и одинаковых параметрах. В качестве источника заряда для банки может применяться батарея, аккумулятор либо другое устройство. Электрический заряд способна выдавать и палочка из эбонита, которая заранее была потерта о шерстяной материал. Она имеет свободные электроны.

При соприкосновении стержня из металла с крышкой сосуда электроны перемещаются от палочки на поверхность внутреннего электрода. В результате отрицательные заряды накапливаются на внутреннем электроде, так как банка имеет ограниченную способность к накоплению зарядов. В виду взаимного отталкивания не весь электрический заряд может перейти на электрод. Возможность накапливания или удерживания заряда как раз и зовется емкостью.

Емкость увеличивается благодаря присутствию второго электрода, который расположен на внешних стенках банки. При заземлении этого электрода, заряд который накапливается внутри, может притягивать с поверхности земли плюсовой заряд, равный такой же величине. Плюсовой заряд на электроде внутри банки притягивает отрицательные электроны, что приводит к частичному сдерживанию сил отталкивания. В результате можно несколько увеличить емкость банки.

Емкость может быть увеличена двумя способами:
  1. Повышение площади электродов, что позволит рассредоточить заряды, а также снизить взаимно отталкивающие силы.
  2. Можно также снизить толщину стенки банки. Однако необходимо понимать, что если оставить излишне тонкое стекло, то заряды будут рассеиваться.

Другим способом является подбор изоляционных материалов.

Применение

Лейденская банка считается одним из самых важных изобретений, что дало толчок к дальнейшему изучению электричества. Благодаря этому стали изучаться электропроводящие свойства многих материалов. Именно при помощи этой банки была получена электрическая искра искусственным путем. Сегодня банка в большинстве случаев используется лишь для демонстраций в виде элемента электрофорной машины. Ее заменили устройства в виде современных конденсаторов, которые отличаются большей емкостью и удобством использования.

Тем не менее, использование данного вида конденсатора позволяет наглядно продемонстрировать, как работает это устройство. Но банка имеет определенные ограничения по хранению электронов. Вызвано это не идеальностью применяемых изоляционных материалов. В то же время электроэнергия в такой банке может храниться достаточно долгое время, если отключить ее от цепи.

Благодаря изобретению банки удалось установить влияние элктроразрядов на человека. В результате появилась электромедицина. Именно в этой области стали широко применяться банки для проведения экспериментов и лечения человека. Банки использовались для телеграфов, ведь они давали необходимый сигнал. Устройство заряжалось вручную. Выяснилось, что устройства большего объема могли обеспечивать более сильный разряд.

При этом имелась и определенная зависимость от толщины стекла. При применении банок с тонкими стеклами можно было получать разряд на порядок сильнее, чем с толстыми стеклами. Именно благодаря изучению силы электрического удара появились плоские конденсаторы.

Лейденская банка своими руками

Сегодня подобную банку можно смастерить самостоятельно и в довольно короткие сроки. Для этого потребуется банка из пластмассы, пластина из жести, которой припаивается изолированный провод, фильтровальная бумага, уголь активированный, соленая вода, а также крышка с выводом-контактом. Пластина помещается на дно банки, конец провода выводится наверх. Закрывается бумагой и слоем угля. Наливается вода, а банка закрывается крышкой с выводом. В результате банка будет иметь два изолированных провода. При подведении напряжения появится эффект конденсации.

Простейшую лейденскую банку можно сделать из бросовых материалов своими руками, а в качестве материала будут выступать алюминиевые банки из под напитков. На видео экспериментально показано, что мощности устройства достаточно для воспламенения горючей жидкости.

В данной публикации показан способ изготовления высоковольтного конденсатора из двух банок из под Колы. Одна баночка нужна на 330 миллилитров, вторая на 250. Также нужен скотч и канцелярский нож.

Берем банку с большим объемом и срезаем с нее горловину. Края выровняем нехитрым способом. Скотчем обмотаем вторую банку. Таким образом будет создана изоляция. Из верха первой баночки возьмем ушко для открывания и закрепим ее на ней же. Заново обмотаем все скотчем. Конденсатор для аккумулирования статического электричества готов. Зарядить его можно при помощи расчески и шерсти.

После зарядки самодельной лейденской банки можно разряжать и наблюдать эффекты, в том числе и воспламенение спирта. Опыты с данным устройством могут продемонстрировать пожароопасность статического электричества, поэтому могут быть полезны для наглядного представления физических его физических свойств.

обсуждение

Артем мингалеев
это вызывает у меня большое сомнение! Я конечно понимаю, можно сделать кучу таких банок, но гораздо компактнее будет такая же огромная емкость по современным технологиям размером с комнату! И то любой прибор даже минуты не проработает, напряжение на конденсаторе быстро упадет ниже нормы, и придется опять целые сутки заряжать этот конденсатор от статического электричества!

Дмитрий морозов
рулон скотча, и фольгу пищевую все склеить и внутрь. Коту на лапу провод подсоединить к аноду. Зарядка: кот на резиновом ковре на руках пакеты, активно растираем зверюгу об окончании заряда будет свидетельствовать не только равномерно торчащая шерсть, усы, главная индикация хвост (руками не сгибается). Будьте осторожны при отсоединении зарядного устройства! Очень высокое напряжение электрическое и психическое кошачье. В таком варианте это шокер.

3d-format
+дмитрий морозов а можно альтернативный высоковольтный генератор.: -) с пол ста таких банок, 2 обруча оргстекло для каркаса колеса, пара подшипников, собираем колесо из банок обручей стекла и подшипников, банки располагаем по диаметру колеса, внешний слой банок конденсаторов не изолируем, устанавливаем на крепление, садим в колесо белку или другую лохматую породу с большой скоростью бега, электро энергию с банок снимаем щётками через воздушный зазор 1мм с контактов банок конденсаторов. Альтернативный генератор готов к работе, высоковольтные импульсы проводами подаем на понижающий трансформатор.

Vadim ivanov
+михаил фельдман иначе не интересно. Открыл человек, в 30 с лишним лет например, лейденскую банку в банке из под колы и сразу почувствовал прилив сил и дикое желание изобрести ещё какое-нибудь хау-ноу. Так, глядишь, годам к шестидесяти, в школу походить захочется если вспомнит -за чем?.

Вселенский разум
в лейденской банке был электролит. А как конденсатор эта алюминиевая конструкция работать не будет площади мало. Я думаю это сделано специально дабы сбить искателей энергии с толку, так сказать дезинформация.

Михаил фельдман
+виталий ковалёв виталя, включи извилины: за последнюю сотню лет много миллиардов вложено в разработку батарей и аккумуляторов перепробованы миллионы вариантов. Причем этим занимаются специалисты. А тут полуграмотный мужик берет консервную банку и изготавливает из нее что-то дельное? Не верю.

artspirit9
+геннадий так называемое “статическое” электричество, и есть обычное электричество, особенностью которого в бытовых условиях, является высокое напряжение с низкой ёмкостью заряда, а следовательно микроскопическая сила тока при нагрузке. Условно говоря пикофарады с высоким напряжением, а для питания техники, в основном используются микрофарады с низким напряжением. И как заметил верно сергей, после зарядки конденсатора, уже не “статика”. И может быть трансформирован для зарядки того же аккумулятора.

Ya moya
школота нынче не та. Эх, не та и школа. Я учился в средней образовательной школе, и знаю разницу между “статическим” электричеством, и прочими. А также отличие киловольт от микрофарад. Еще я знаю слово “чушь”, её здесь много.

Artspirit9
особенность школотыв том, что она может становиться бородатой, ограничивать себя школьной программой, отбрасывать логику, аргументацию и не обременяя себя мозговыми потугами, оперировать словами: бред, чушь и т.д.
Очевидно некоторые думают, что есть прочие электричества, а у атомов имеются разные электроны. Забавно.

Artspirit9
+александр нестеров наверно о факте проницаемости воздушной среды при средней влажности 45%, а не ионизированного воздуха за счёт скопления электрического потенциала на острие носителя заряда. Молния тоже не сразу пробивает зазор между потенциалами, а предварительно формирует ионизированный канал.

Луч света
человек из мусора сделал вещь, на первый взгляд бесполезную, но очень поучительную! Во первых дело не в этой безделушке, а в идее. Если кто либо задумывался о получении электричества из ничего, точнее от окружающей среды, тому будет интересно увидеть сколько количества электричества накапливает объем всего с баночку coca cola. Если взять батарею из таких или более усовершенствованных конденсаторов, можно получить большую энергию, которую можно накапливать из окружающей среды, к примеру от атмосферы с возможностью ее практического применения. После несложного преобразования можно сделать зарядку для аккумулятора, от последнего область применения последствий этого эксперимента безгранична.

Игорь афанасьев
если ты возьмёшь кошака одной рукой за передние лапы, а другой за задние и повозишь спиной кошака по ламинату в своей хате или по линолеуму, то, уверяю тебя, этим кошаком можно будет отбиваться от всяких нехороших лихих людей. Которые проникнут в твою недвижимую собственность, которой является твоя хата. Просто резко прикасаешься кошаком к личности неприятеля, отчего он падает замертво (больше, конечно, от неожиданности) на пол. В этот момент ты можешь добавить от себя мощнейшим ударом ноги по почкам неприятеля и он на некоторое время будет выведен из жизненного пространства. Это всё зависит от мощности удара. Желательно иметь ногу с тяжёлым башмаком не меньше 46 размера. Так будет надёжней.

lexor
лучше взять пластиковую бутылку, причем желательно поискать ту, у которой стенки потоньше, чем больше объем бутылки – тем больше емкость, следовательно более мощный заряд накопит конденсатор. Плотно обмотать бутылку алюминиевой фольгой, не доходя несколько сантиметров до горлышка, поверх фольги можно скотч для прочности. Внутрь тоже побольше фольги, но что бы кусочек выходил наружу. Залить бутылку крепко соленой водой. Это будет более серьезный конденсатор. Напряжение пробоя стенок бутылки очень высокое, заряжая от расчески точно такого не достичь, а вода уменьшит расстояние между обкладками конденсатора до толщины этих стенок. А как известно емкость прямо пропорциональна площади обкладок и обратно пропорциональна расстоянию между ними. А в видео расстояние далеко не оптимальное.

admin

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Наверх