молнии, электрическое поле Земли. Курсы по физике

Тестирование онлайн

Электрическое поле Земли

У поверхности Земли существует электрическое поле. Наша планета обладает некоторым электрическим зарядом. Исследования этого поля показало, что Земля обладает отрицательным зарядом q=-450000 Кл, который вблизи поверхности создает вертикальное электрическое поле напряженностью E=130 В/м. На высоте 50 км над поверхностью Земли поле практически исчезает.

Мы живем в постоянном электрическом поле значительной напряженности. Если сравнить потенциалы на высоте макушки и пяток человека, получим разность потенциалов 200 В. Почему же по телу не проходит электрический ток? Потому что наше тело является проводником. И реальный наш потенциал становится равным потенциалу Земли.

Где же начинаются силовые линии поля, заканчивающиеся на Земле. Исследования атмосферы показали, что на высоте нескольких десятков километров над поверхностью Земли существует слой положительно заряженных (ионизованных) молекул, называемый ионосферой.

Различные атмосферные явления приводят к обмену зарядами между ионосферой и Землей.

Электрические явления

Молния — природное явление, которое приводит к обмену зарядами между ионосферой и Землей. Ток в разряде молнии достигает 10—100 тысяч ампер, напряжение — миллионов вольт (иногда достигает 50 млн. вольт), тем не менее, погибает после удара молнией лишь 47,3 % людей.

На земном шаре ежегодно происходит до 16-и миллионов гроз, то есть около 44 тысяч за день. Прямой удар молнии очень опасен для здоровья людей, нередки случаи смертельного исхода. Для зданий и сооружений угрозами, вследствие непосредственного контакта канала молнии с поражаемыми объектами, являются возможность возгорания либо разрушения. Для электронных устройств представляет опасность также и электромагнитный импульс, создаваемый молнией.

Грозовые тучи постоянно обмениваются разрядами. При этом сила тока в 1 млн раз слабее силы тока в молнии.

В верхней атмосфере обнаружены другие виды молний — эльфы, джеты, спрайты.

Шаровая молния — светящийся плавающий в воздухе шар, уникально редкое природное явление. Существование шаровой молнии не подтверждено официальной наукой, до сих пор она не была зарегистрирована научной аппаратурой (магнитометрами, тепловизорами или качественной видеоаппаратурой). Единой физической теории возникновения и протекания этого явления к настоящему времени также не представлено. Существуют около 400 теорий, объясняющих явление, но ни одна из них не получила абсолютного признания в академической среде.

Во время грозы на Земле появляются большие индуцированные заряды и у поверхности Земли возникает сильное электрическое поле. Напряжённость поля особенно велика возле острых проводников, и поэтому на конце молниеотвода зажигается коронный разряд. Вследствие этого индуцированные заряды не могут накапливаться на здании и молнии не происходит. В тех же случаях, когда молния всё же возникает (такие случаи очень редки), она ударяет в молниеотвод и заряды уходят в Землю, не причиняя разрушений.

Это природное явление, возникающее над местом впадения реки Кататумбо в озеро Маракайбо (Южная Америка). Феномен выражается в возникновении свечения на высоте около пяти километров без сопровождающих акустических эффектов. Молнии появляются ночью (140—160 раз в год) и разряды длятся около 10 часов. В сумме получается около 1,2 миллиона разрядов в год.

Молнии видно с расстояния до 400 километров. Их даже использовали для навигации, из-за чего явление также известно под названием «Маяк Маракайбо».

Исследовательская работа по физике «Электрические явления в быту»

Введение

Физика является неотъемлемой частью нашей жизни. Наш дом – настоящая физическая лаборатория, в которой человек может быть активным наблюдателем, способным объяснить наблюдаемые им физические явления. Слова «электричество» и «электрический ток» знакомы сейчас каждому человеку. Электрический ток используется на транспорте, в наших домах, на заводах, фабриках, в сельском хозяйстве и т. д. Недавно мы начали изучать электрические явления. На уроке учитель показала несколько опытов с эбонитовой и стеклянной палочками, гильзами, электрическими султанами. Я и сама часто замечала, как электризуются пластмассовая расчёска, ручка, пластиковая бутылка, появляются треск и искры, когда я снимаю одежду. Мне это всегда было интересно наблюдать, и я решила изучить данные явления и провести опыты по электрическим явлениям в домашних условиях.

Данная тема показалась мне довольно интересной и новаторской. Дом является замечательным местом для наблюдения физических явлений и проведения самостоятельных экспериментов. Главной особенностью выбранной темы является доступность оборудования и исследуемых материалов.

Гипотеза: большинство процессов, происходящих в быту, являются доказательством физических явлений и законов.

Цель работы: исследовать электрические явления, происходящие в быту и выявить их взаимосвязь с физическими явлениями и законами.

Задачи:

• Изучить и проанализировать теоретический материал по данной теме.
• На базе домашней лаборатории провести экспериментальные исследования, доказывающие взаимосвязь электрических явлений, происходящих в быту с физическими явлениями и законами.
• Составить рекомендации по проведению опытов в домашней лаборатории.

Объект исследования: предметы, принадлежности, находящиеся в моём доме.

Предмет исследования:

электрические  явления, происходящие в быту,

Методы исследования: наблюдения, теоретические и экспериментальные исследования.

Актуальность и практическая значимость:

• Интерес  к экспериментальной физике.
• Применение полученных знаний на практике, в жизни.>
• Создание дидактического материала к урокам физики (компьютерные слайды, видеофрагменты, таблицыи др.).
• Данный  материал можно использовать на уроках физики, элективных курсах по физике и биологии т. к. он расширяет и углубляет знания учащихся.

5. Практическая значимость работы заключается в том, что изготовленный мной дидактический материал можно применять на уроках физики, на занятиях по внеурочной деятельности, а также для создания учебных проектов.

Новизна работы состоит в том, что создана работа, в которой разработаны рекомендации по осуществлению домашнего эксперимента по изучению электрических явлений, встречающиеся в быту, с помощьюдоступного оборудования и материалов.

Теоретические исследования

История развития электричества.

Древнегреческий ученый Фалес (VII—VI вв. до н. э.) заметил, что натертый шерстью янтарь начинает притягивать к себе легкие кусочки других материалов: соломинки, шерстинки и т. п. Янтарь представляет собой затвердевшую смолу хвойных деревьев, которые росли на Земле около 50 миллионов лет назад. Через две тысячи лет английский физик У.

Гильберт (1544—1603) обнаружил, что аналогичной способностью обладает не только натертый янтарь, но и алмаз, сапфир, стекло и некоторые другие материалы. Все эти вещества он назвал электрическими, т.е. подобными янтарю ( греческое слово «электрон» означает «янтарь»). Существует несколько способов электризации.

Одним из этапов развития учения об электричестве были опыты немецкого ученого Отто фон Герике (1602—1686). Он построил первую электростатическую машину, основанную на трении. Это был шар из плавленой серы, который приводился во вращение специальным приводом. Вращая шар и натирая его ладонями, Герике тем самым электризовал его. Наэлектризованный шар притягивал листочки золота, серебра, бумаги. С помощью этого прибора Герике обнаружил, что, кроме притяжения, существует электрическое отталкивание. В 1733 г французский ученый Шарль Франсуа Дюфе, живший в 1698—1739 гг., обнаружил, что существуют два рода электричества: «стеклянное» (положительное) и «смоляное» (отрицательное).

Представление о положительном и отрицательном зарядах, было введено в 1747 году Франклином. Эбонитовая палочка от электризации о шерсть и мех заряжается отрицательно, потому что отрицательным назвал заряд, образующийся на каучуковой палочке В.Франклин. А эбонит это каучук с большой примесью серы. Заряд, который образуется на стеклянной палочке, потертой о шелк, Франклин назвал положительным. Но во времена Франклина существовал только натуральный шелк и натуральный мех. Сегодня порой трудно бывает отличить натуральный шелк и мех от искусственного. Даже разные сорта бумаги электризуют эбонит по-разному. Эбонит приобретает отрицательный заряд от соприкосновения с шерстью (мехом) и капроном, но положительный от соприкосновения с полиэтиленом. Условились обозначать положительный заряд “+”, а отрицательный “-”.  В последствии было установлено, что все вещества можно расположить в так называемый ряд, в котором предыдущее тело электризуется при трении о последующее положительно, а последнее отрицательно.

Электрическое взаимодействие.

Тела, которые действуют на окружающие предметы электрическими силами, мы называем наэлектризованными, или заряженными,  и говорим, что в этих телах находятся электрические заряды.  Процесс сообщения телу электрического заряда  называют электризацией.  Физическую величину, называемую электрическим зарядом, обозначают буквой q: q — электрический заряд.

Единица электрического заряда в СИ называется кулоном (1 Кл) в честь французского физика Ш. Кулона (1736—1806). Тело, у которого q ≠ 0, называют заряженным, а тело, у которого q = 0,— нейтральным (незаряженным).

На явлении электрического отталкивания заряженных тел основано устройство электроскопа – прибора для обнаружения электрических зарядов. Когда к электроскопу подносят заряженное тело, заряд по стержню передается лепесткам. Лепестки оказываются заряженными одним зарядом, поэтому они отталкиваются друг от друга. Электрические силы, обуславливающие отклонение лепестков электроскопа, могут быть и больше и меньше, а, следовательно, и заряд на нем может быть больше или меньше. Заряд – это некоторая количественная мера, характеризующая электрические природные явления.

 Проводники и диэлектрики.

Электрические заряды могут не только переходить с одного тела на другое, но и перемещаться по телу. Так, например, когда мы заряжаем электроскоп, мы касаемся стеклянной палочкой верхней части металлического стержня. Тем не мене, и  нижний конец стержня, и листочек, прикреплённый к этой части стержня, оказываются заряженными; а это значит, что заряды перемещаются вдоль всего стержня. Однако перемещения зарядов по различным телам происходит различно. Вещества, по которым электрические заряды легко перемещаются, мы называем проводниками. Вещества, не обладающие этим свойством, называются изоляторами, или диэлектриками. Хорошими проводниками являются металлы, водные растворы солей и кислот, почва, уголь  и многие др. вещества. Хорошей проводимостью обладают также раскалённые газы. Проводником, хотя и не очень хорошим, является также человеческое тело. Если прикоснуться к заряженному электроскопу рукой, он разряжается. Заряд электроскопа через наше тело «уходит в землю». Примерами хороших диэлектриков являются янтарь, фарфор, стекло, эбонит, резина, шёлк и газы при комнатных температурах. Многие твёрдые изоляторы, например, стекло, хорошо изолируют только в сухом воздухе и делаются плохими изоляторами, если влажность воздуха велика. Это объясняется тем, что во влажном воздухе на поверхности изоляторов может образоваться проводящая плёнка воды. Осторожным нагреванием эту плёнку можно удалить, после чего изолирующая способность снова восстанавливается. Когда в каком-либо теле происходит перемещение зарядов, мы говорим, что в теле имеется электрический ток.

Разделение веществ на проводники и диэлектрики условно.Тщательные наблюдения показали, что через диэлектрики (например, стекло) могут проходить электрические заряды. Однако, при одних и тех же условиях через диэлектрики проходит за тот же срок несравненно меньший электрический заряд, чем через проводник тех же размеров и формы. Изолирующие свойства вещества зависят от его состояния и могут сильно изменяться.

Положительные и отрицательные заряды.

В природе существую два разных рода электрических зарядов: положительный и отрицательный. Положительно заряженными называют тела, которые действуют на другие заряженные предметы так же, как стекло, наэлектризованное трением о шёлк. Отрицательно заряженными называют тела, которые действуют так же, как сургуч, наэлектризованный трением о шерсть. Одноимённые заряды отталкиваются, разноимённые – притягиваются.

Что происходит при электризации?

Электризация сводится к тому, что положительные и отрицательные заряды каким-то образом разделяются так, что на одном веществе (сукно) оказывается избыток положительных зарядов, а на другом (эбонит) – такой же избыток отрицательных зарядов. Поэтому хотя каждое из веществ заряжено, но общая сумма положительных и отрицательных зарядов по-прежнему равняется нулю.

Отрицательное электричество существует в природе в виде мельчайших частичек – электронов. В состав любого атома входит определённое количество электронов. Такой атом в естественном состоянии не кажется нам заряженным, так как внутри него имеется ещё и положительно заряженная часть – атомное ядро, представляющее основу всякого атома. При этом сумма отрицательных зарядов всех электронов по величине в точности равна положительному заряду ядра. Если тем или иным способом мы удалим из атома один или несколько электронов, то у атома окажется избыток положительного заряда; он будет заряжен положительно. Атом в таком состоянии называется положительным ионом. Точно так же, если в атом попадут избыточные электроны, мы получим отрицательно заряженный атом, или отрицательный ион.

Процесс электризации – это, либо отделение, либо перенесение на тело электронов или ионов. Процесс возникновения и накопления электрических зарядов в веществах называется электризацией. Статическое электричество возникает в результате сложных процессов, связанных с перераспределением электронов и ионов при соприкосновении двух поверхностей неоднородных жидких или твердых веществ. На поверхности соприкосновения образуется двойной электрический слой, представляющий собой расположенные определенным образом электрические заряды с противоположными знаками. В зависимости от природы образования двойного электрического слоя различают электрическую, адсорбционную, контактную, пьезоэлектрическую и индуктивную электризацию. В реальных условиях формирование двойного слоя нередко обусловлено одновременным действием нескольких факторов.

Электронная теория.

Теория, объясняющая различные электрические свойства тел присутствием в них электронов и их движением, носит название электронной теории. Согласно этой теории, в проводниках имеются свободные электроны, которые могут свободно  перемещаться. Поэтому, они хорошие проводники электричества. Внутри изоляторов перемещение электрических частиц от одного места к другому весьма затруднено. В хорошо проводящих растворах, например растворах поваренной соли, легко перемещаются как положительные, так и отрицательные ионы. Явление зарядки и разрядки тел сводится к перераспределению электронов без изменения общего числа их. При соединении заряженного проводника с незаряженным  заряд распределяется между обоими телами. Если первое тело заряжено отрицательно, то электроны под действием взаимного отталкивания переходят на второе тело. Если же тело заряжено положительно, то оно притягивает к себе электроны второго тела. В обоих случаях заряд будет уменьшаться на первом теле и увеличиваться на втором до тех пор, пока вновь не наступит равновесие.

Соединяя два проводника, в одном из которых не хватает стольких же электронов, сколько их содержится в избытке в другом, мы получим нормальное число электронов в каждом из проводников, т.е. каждый из проводников окажется незаряженным.

Электризация трением.

Рис. 1

Основной причиной явления, которое мы называем «электризацией трением» (рис.1), является тот факт, что при тесном соприкосновении двух различных тел часть электронов переходит с одного тела на другое (рис. 2).

В результате этого на поверхности первого тела оказывается положительный заряд, а на поверхности второго – отрицательный. Смещение электронов при этом очень мало. Поэтому возникший на границе тел двойной электрический слой ничем не проявляет себя во внешнем пространстве. Но если мы тела раздвинем, то на каждом из них окажется заряд того или иного знака (рис.3).

Говоря о «тесном соприкосновении» двух тел, мы имели в виду такое сближение их, при котором расстояние между частицами разных тел становится примерно таким же, как расстояние между атомами и молекулами одного и того же тела. Только при этих условиях возможен «захват одним телом электронов другого тела и возникновения двойного электрического слоя. Но тела, с которыми мы имеем дело, никогда не бывают идеально гладкими. Поэтому,  даже тогда, когда мы прижимаем два тела вплотную друг к другу, действительно тесное соприкосновение их в указанном смысле слова имеет место не на всей поверхности тел, а только в отдельных небольших участках. Когда мы трём тела друг о друга, мы увеличиваем число таких участков тесного соприкосновения, в которых происходит электризация, и тем самым увеличиваем общий заряд, который окажется на каждом из тел, когда мы их раздвинем. Только в этом и заключается роль трения, обычные же силы трения никакого участия в процессе «электризации трением» не играют. «Электризация трением» — это название, имеющее только историческое происхождение. Разделение зарядов и возникновение двойного электрического слоя имеет место при соприкосновении всяких двух различных тел: изоляторов и проводников, твёрдых тел, жидкостей или газов.

Электризация через влияние.

Проводник заряжается не только при контакте с заряженным телом, но даже и в том случае, когда оно находится на некотором расстоянии. Явление получило название «электризация через влияние», или «электрическая индукция» (от лат. «индукцио» – наведение, возникновение). Заряды, полученные посредством электрической индукции, называют наведёнными, или индуцированными.

При поднесении к проводнику положительного заряда электроны к нему притягиваются и накапливаются на ближайшем конце проводника. На нём оказывается некоторое количество «избыточных» электронов, и эта часть проводника заряжается отрицательно. На удалённом конце образуется недостаток электронов и, следовательно, избыток положительных ионов: здесь появляется положительный заряд (рис.4а,б).

При поднесении к проводнику отрицательно заряженного тела электроны накапливаются на удалённом конце, а на ближнем конце получается избыток положительных ионов. После удаления заряда, вызывающего перемещение электронов, они вновь распределяются по проводнику, так что все участки его оказываются по-прежнему не заряженными. Перемещение зарядов по проводнику и их накопление на концах его будет продолжаться до тех пор, пока взаимное притяжение избыточных зарядов на концах проводника не уравновесит те исходящие их тела электрические силы, под влиянием которых происходит перераспределение электронов.

Индуцированные заряды можно закрепить в соответствующих частях тела, «уловить», если в присутствии заряженного тела разделить проводник на части (рис. 4 в,г). Итак, электризация индукцией объясняется перераспределением электронов между телами (или частями тела), в результате чего тела (или части тела) заряжаются разноимённо.

Электризация тел в быту.

Электричество может быть нашим хорошим помощником. Но для этого следует досконально знать его особенности и умело использовать их в нужном направлении. В технике применяют различные способы, которые основываются на следующих особенностях. Когда маленькие твёрдые либо жидкие частицы веществ попадают под воздействие электрического поля, то они притягивают ионы и электроны. Происходит накапливание заряда. Их движение продолжается уже под воздействием электрического поля. В зависимости от того, какое использовать оборудование, можно при помощи этого поля осуществлять различное управление движением данных частиц. Всё зависит от процесса. Такая технология стала часто применяться в народном хозяйстве.

Покраска

Окрашиваемые детали, которые перемещаются на контейнере, например, детали машины, заряжают положительно, а частицы краски – отрицательно. Это способствует быстрому их стремлению к деталям. В результате такого технологического процесса формируется очень тонкий, равномерный и достаточно плотный слой краски на поверхности предмета.

Частицы, которые были разогнаны электрическим полем, с большим усилием ударяются о поверхность изделия. Благодаря этому достигается высокая насыщенность красочного слоя. При этом расход самой краски существенно уменьшается. Она остаётся только на самом изделии.

Электрокопчение

Копчение представляет собой пропитку продукта с помощью «древесного дыма». Благодаря его частичкам, продукт получается очень вкусным. Это помогает предотвратить и его быструю порчу. Электрокопчение основывается на следующем: частички «коптильного дыма» заряжают положительными зарядами. В качестве отрицательного электрода выступает, как вариант, туша рыбы. Эти частицы дыма опускаются на неё, где происходит их частичное поглощение. Данный процесс длится всего лишь считанные минуты. А обычное копчение – это очень длительный процесс. Так что выгода очевидна.

Создание ворса

Для того чтобы в электрическом поле образовался ворсяной слой на любом виде материала, его заземляют, а на поверхность наносят слой клея. Потом сквозь специальную заряженную сетку из металла, которая располагается над данной плоскостью, начинают пропускать ворсинки. Они очень быстро ориентируются в данном электрическом поле, что способствует их равномерному распределению. Ворсинки опускаются на клей чётко перпендикулярно плоскости материала. При помощи такой уникальной технологии удаётся получить различные покрытия, схожие с замшей или даже бархатом. Такая методика позволяет получить различные разноцветные рисунки. Для этого используют ворс разной окраски и специальные шаблоны, помогающие создать определенный узор. Во время самого процесса их прикладывают поочерёдно на отдельные участки самой детали. Таким способом очень легко получить разноцветные ковры.

Сбор пыли

В чистоте воздуха нуждается не только сам человек, но ещё и очень точные технологические процессы. Из-за наличия большого количества пыли всё оборудование приходит в негодность раньше своего срока. Например, засоряется система охлаждения. Улетающая пыль с газами – это очень ценный материал. Обусловлено это тем, что очистка различных промышленных газов сегодня крайне необходима. Сейчас данную проблему очень легко решает электрическое поле.

Как это работает? Внутри трубы из металла находится специальная проволока, играющая роль первого электрода. Вторым электродом служат её стенки. Благодаря электрическому полю, газ в нём начинает ионизироваться. Ионы, заряженные отрицательно, начинают присоединяться к частицам дыма, который поступает вместе с самим газом. Таким образом, происходит их заряд. Поле способствует их движению и оседанию на стенках трубы. После очищения газ движется на выход. На крупномасштабных ТЭС удаётся уловить 99 процентов золы, которая содержится в выходящих газах.Если провести дома уборку: стереть тряпкой пыль с экрана телевизора, с полированной мебели. Пыль очень быстро вновь осядет на эти поверхности. Причина  все та же — электризация поверхности и притяжение к ней легких пылинок.

Полы, покрытые линолеумом, очень быстро пылятся. Когда мы ходим по полу, то электризуем его, поэтому пыль активно на нем оседает. Кроме того, статическое электричество долго сохраняется на линолеуме. На деревянных полах такого количества пыли не оседает, т.к. дерево слабо электризуется.

Смешивание

Благодаря отрицательному либо положительному заряду мелких частиц, получается их соединение. Частички при этом распределены очень равномерно. К примеру, при производстве хлеба не нужно совершать трудоёмкие механические процессы, чтобы замесить тесто. Крупинки муки, которые предварительно заряжают положительным зарядом, поступают при помощи воздуха в специально предназначенную камеру.

Там происходит их взаимодействие с водными каплями, заряженными отрицательно и уже содержащими дрожжи. Они притягиваются. В результате получается однородное тесто.

Статическое электричество может приносить и вред. Электрические разряды часто являются причиной пожаров и взрывов. Кроме того, из-за статического электричества снижается точность показаний электрических приборов и приборов автоматики. Статическое электричество в быту очень пагубно может воздействовать на оборудование. Поэтому защита от статического электричества имеет очень большое значение.Предотвращение опасности электростатических зарядов достигается заземлением оборудования, повышением поверхностной проводимости диэлектриков, ионизацией среды. Заземление является основным способом защиты для металлического оборудования, если его поверхность не покрыта эмалью. Поверхностную проводимость диэлектриков повышают увеличением относительной влажности воздуха и применением антистатических примесей. При относительной влажности воздуха более 70 % на поверхности материалов адсорбируется пленка влаги с некоторым количеством примеси, которая повышает поверхностную проводимость веществ. Для повышения влажности воздуха используют кондиционеры, разбрызгивающие сопла и т.д. Ионизация воздуха заключается в нейтрализации поверхностных электростатических зарядов ионами противоположного знака. Оно осуществляется нейтрализаторами.

По принципу действия нейтрализаторы подразделяются на индукционные, высоковольтные, высокочастотные, радиоактивные и комбинированные.К источникам электризации относятся полы, коврики и дорожки из синтетических материалов, обувь на подошве из материалов с большим сопротивлением, одежда из синтетических материалов и т.д. Для защиты людей от статического электричества необходимо иметь электропроводящие полы в помещениях и обувь с электропроводящей подошвой. Обычно статическое электричество мы можем замечать зимой. А все дело в том, что зимой воздух сухой, поэтому человек может накапливать в себе определенные заряды.

Статическое электричество возникает во время трения двух предметов. Это может быть шапка  на нашей голове и волосы. В таком случае наши волосы, накопив заряженных частичек, после снятия шапки, встают «дыбом». Каждый волосок накапливает в себе одноименный заряд и отталкивается друг от друга.

Очень часто предметы нас бьют током. А все почему? Потому что, из-за сухости воздуха и трения (например, ногами о ковер) мы накапливаем в себе заряженные частички одного типа, а дотрагиваясь к предметам с противоположным зарядом (металлическая дверная ручка или холодильник) происходит обмен зарядами, которые соприкасаются и получается разряд.

Вреда от такой шалости нашего организма можно получить достаточно много, так как у каждого человека свое магнитное поле, которое разрушается и изменяется во время накопления таких вот заряженных частиц. Первой что с нами будет — это ухудшение нашего здоровья, а про остальное можно почитать в специализированных изданиях, так как существует много мнений по этому поводу.

Способы защиты от статического электричества в быту.

1. Увлажнение воздуха в доме до 70%. Это мероприятие способно избавить нас от накопления заряженных частиц. Влажный воздух — больший проводник, а значит, обмен заряженными частичками будет происходить незаметно для нашего организма.

2. Ионизировать воздух с помощью ионизаторов.

3. Использовать специальные материалы для помещения.

4. Защитное заземление оборудования.

5. Стирать белье, используя кондиционер с антистатиком.

6. Использовать спрей-антистатик для одежды.

7. Носить одежду из натурального материала (особенно зимой).

8. Посадить пару горшочков цветов. Растения смогут немного увлажнить воздух, а значит, наш организм не сможет накапливать заряды в таком количестве, как  во время сухого воздуха.

9. Чтобы сохранить укладку волос, зимой нужно пользоваться спреем-антистатиком для волос или делать укладку, используя фены с потоком  воздуха негативно заряженных частиц.

10. Протирать электризующие поверхности раствором глицерина.

11. Самым простым и эффективным способом борьбы со статическим электричеством является влажная уборка помещения. Она позволит удалить наэлектризованные частички пыли.

Эти действия помогут нам в разы увеличить защиту нашего дома от статического разряда.

А бесперебойную работу оборудования нам сможет гарантировать только периодическое их обслуживание специальными службами.

Воздействие статического электричества на организм человека

Статическое электричество — это совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и релаксацией свободного электрического заряда на поверхности или в объеме диэлектриков или на изолированных проводниках.

Иными словами, электризация диэлектриков происходит в результате трения двух различных по строению веществ. При этом одна сторона накапливает заряд со знаком минус, вторая с плюсом. Например, при ходьбе по шерстяному ковру, лежащему на полу, голыми ногами шерстяной ковер будет накапливать минусовой заряд, а тело человека плюсовой. При этом напряжение заряда будет составлять несколько тысяч вольт, а ток будет ничтожно мал. Именно из-за малого тока мы либо не ощутим разряд совсем, либо почувствуем его только слегка. Когда мы снимаем с себя синтетическую одежду, то можем  услышать легкий треск, напоминающий разряды. Целый день одежда терлась о наше тело – электризовалась, при этом электризовалось и наше тело. Тело получило заряд одного знака, одежда – другого. При разъединении мы слышим  характерный треск и ощущаем некоторое покалывание. В темноте можно даже увидеть крошечные молнии. Если мы носим синтетическую шубу, то, прикасаясь к металлическим предметам, ощущаем достаточно сильный электрический разряд. В одежде из хлопка и натуральных волокон этого не происходит. Ученые определили, что для клеток живого организма вредно находиться в заряженном состоянии. Отсюда вывод: несмотря на удобство и относительную дешевизну синтетической одежды, не стоит ею увлекаться.

Статическое электричество оказывает вредное воздействие на организм человека не только при непосредственном контакте с зарядом, но и за счет действия электрического поля, возникающего вокруг заряженных поверхностей. Систематическое воздействие электрических зарядов на человека вызывает головную боль, раздражительность, боли в области сердца. Установлено также, что отрицательно заряженные частицы пыли глубже проникают в дыхательные пути человека, чем незаряженные или заряженные положительно. Поэтому при длительном пребывании людей в сфере действия электрического поля при значительной запыленности воздуха наблюдается резкое увеличение заболеваний дыхательных путей.

Лимонная батарейка.

Электризация трением и электризация через влияние не являются единственными способами заряжения тел. Познакомимся с получением зарядов с помощью гальванического элемента.  Об электричестве люди знали уже давно, но добывать его в гигантских масштабах научились только 100 лет назад. Его добывали из тепла, силы воды, внутренней энергии атома, силы ветра.

Первый химический источник электрического тока был изобретен случайно, в конце 17 века итальянским ученым Луиджи Гальвани, который исследовал  реакцию подопытных животных на разные внешние воздействия. Явление возникновения и протекания тока было обнаружено при присоединении полосок из двух разных металлов к мышце лягушачьей лапки.

Опыты  Гальвани стали основой исследований другого итальянского ученого – Алессандро Вольта. 200 лет назад он  сформулировал главную идею изобретения. Причиной возникновения электрического тока является химическая реакция, в которой принимают участие пластинки металлов. Вольта  создал нехитрое устройство из двух пластин металла (цинк и медь) и кожаной прокладки между ними, пропитанной лимонным соком. Алессандро Вольта выявил, что между пластинами возникает напряжение. Именем этого ученого назвали единицу измерения напряжения, а его фруктовый источник энергии стал прародителем всех нынешних батареек, которые  в честь ЛуиджиГальвани называют теперь гальваническими элементами.

Как работает «лимонная» батарейка?

Когда оцинкованный гвоздь контактирует с лимонной кислотой, начинаются две химические реакции.

Одна реакция – окисление: кислота начинает забирать атомы цинка с поверхности гвоздя. Два электрона уходят с каждого атома цинка, придавая атому положительный заряд.

Ионы цинка, остаются в лимоне.

Другая реакция – восстановление, в ней задействованы положительно заряженные атомы водорода – ионы водорода в лимонной кислоте около гвоздя. Ионы принимают электроны, высвобождаемые в ходе окислительной реакции с образованием водорода, который можно увидеть в виде пузырьков около гвоздя. Ионы водорода называют окислителями, потому что они отнимают электроны цинка.

Медная пластина – тоже окислитель. В действительности, она даже больший окислитель, чем ионы водорода в лимонной кислоте. То есть медь может притягивать многие свободные электроны, испускаемые цинком. Когда между электродами устанавливается электрическая связь (провод), то медь притягивает электроны из гвоздя и возвращает их через цепь.

Движение электронов по цепи – электрический ток. Цинк (источник электронов) – отрицательный полюс в лимонной батарейке, а медь – положительный. Напряжение лимонной батарейки вызывается разницей между способностью цинка и меди отдавать электроны. Электрический ток, выдаваемый батарейкой, среди всего прочего, зависит от количества электронов, испускаемых химической реакцией. И так, в основе принципа работы электробатарейки лежит  взаимодействие кислоты с металлом. Также кислота содержится в достаточном количестве в картофеле, в апельсинах, в соленых огурцах, в лимоне и  других овощах и фруктах.

Экспериментальные исследования.

Список используемых источников информации.

1. Билимович Б.Ф.  Физические викторины в средней школе. – М., 1977.
2. Елькин В.И. Необычные учебные материалы по физике. Москва. Школа-Пресс, 2000.
3. Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики. Том II.Электричество и магнетизм.- М.:Наука, 1985.
4. Пёрышкин А.В. Физика 8 кл.: Учеб.дляобщеобразоват. учеб. заведений – М.: Дрофа, 2010.
5. Туркина Г.Ф. Опыты по электростатике. Физика. 2002 № 19.
6. Физический энциклопедический словарь. – М.: Советская Энциклопедия, 1984, с. 862.
7.  Интернет-ресурсы:
   1. http://energiatrend.ru/news/staticheskoe-jelektrichestvo-v-bytu-i-na-proizvodstve
   2. http://energ2010.ru/Fizika/Fizika_Krivchenko/83_Obyasnenie_elektrizacii.html
   3. http://temperatures.ru/articles/effect_mpembi

Презентация урока-игры «Электрические явления»

Повторительно- обобщающий урок- игра « Электрические явления »

Цели урока : обучающие — повторить понятия темы «Электрические явления» , продолжить развитие умений наблюдать физические явления, проверить теоретические положения с помощью эксперимента, проверить уровень знаний и умений учащихся в увлекательной форме; развивающие – развить познавательный интерес учащихся , фантазию, умение самостоятельно работать, творчески мыслить, принимать решения; воспитывающие – привить интерес к физике, воспитать чувство коллективизма. Ход урока. 1.1 этап – Морское путешествие ( учащимся предлагается ответить на вопросы при просмотре слайдов ). 2. 2 этап – экспериментальный ( учащимся предлагается провести эксперимент и проверить с его помощью теоретические положения ). 3. 3 этап – ассоциации ( учащимся предлагается найти ассоциацию физическому понятию ). 4. 4 этап – физика в ребусах ( учащимся предлагается разгадать зашифрованное понятие и сформулировать определение этого понятия ) . 5. Рефлексия урока. Д / з .

Дорогие ребята! Сегодня у нас необычный урок – игра «Электрические явления» Наш урок состоит из нескольких этапов. На первом этапе мы совершим с вами путешествие на собственной шхуне в мир компьютерной графики. Обычно, в мореплавание берут запасы еды, воды, а мы возьмём тот багаж знаний, который вы приобрели на уроках физики . Счастливого пути !

Морское путешествие Попутный северо – западный ветер наполнил паруса вашей шхуны , но будет ли удачным ваше плавание зависит от того , правильно ли вы определите направление тока в цепи (на доске изображается схема электрической цепи) 1ЭТАП

На горизонте появился пиратский корабль. Вы спасётесь , если назовёте причину сопротивления проводника и его зависимость от других величин.

Ваша шхуна налетела на скалы. Если вы не назовёте закон, связывающий три величины и прямую и обратную зависимости между ними, то разобьётесь.

Вы высадились в поисках пресной воды и пищевых запасов на остров . На нём проживает племя индейцев . Вы уйдёте от преследований, если назовёте законы последовательного соединения проводников .

Ясный солнечный день. Отдых. Рыбалка. Купание. Всё пройдёт великолепно , если вы определите напряжение на полюсах аккумулятора при силе тока в цепи – 0,5А и сопротивлении проволоки включенной в цепь – 2 Ом.

Вы решили исследовать морские пучины . Нашли пещеру , вошли в неё и увидели гигантского осьминога. Определите силу тока в цепи при параллельном соединении зная , что сила тока на каждом из разветвлённых участков равна 2,5 А. Осьминог вас проглотит, если задание не будет выполнено.

В этом месте затонул корабль , перевозивший золото и бриллианты. Морские сокровища будут ваши, если ответите какими приборами измеряются сила тока, напряжение и мощность.

Ваша шхуна вошла в бухту наслаждений. На деревьях растут фрукты, в море течёт шоколад. Вы потеряете зубы и приобретёте кариес, если не сформулируете определение работы и мощности тока.

Виден родной берег. Красота морского дна очаровывает вас. Вы пойдёте ко дну , если не определите мощность тока при напряжении 100 В и силе тока 0,5 А.

2 ЭТАП Экспериментальный Материалы : полиэтиленовые плёнки, бумажная полоска . 1.Положите 2 плёнки рядом на стол ( параллельно друг другу ) и проведите по ним один раз рукой . Поднимите плёнки за концы , разведите их и ,медленно сближая , наблюдайте за их поведением . 2.Проделайте аналогичный опыт с плёнкой и бумажной полоской ( полоски натрите рукой по отдельности ). 3. Объясните результаты опытов . Материалы : 2 воздушных шарика, газета. 1. Наэлектризуйте шарики трением о газету. 2. Наблюдайте за поведением шаров . 3. Объясните наблюдаемое явление . 4. Подумайте , как , имея стеклянную палочку и кусочек бумаги , определить знак заряда на шарике . Материалы : стеклянная банка, крышка, гвоздь, фольга , ручка, бумага . 1. Из подручного материала изготовьте прибор для демонстрации электрических явлений . 2. Продемонстрируйте его действие .

3 ЭТАП Ассоциации Направленное движение заряженных частиц Французский учёный , единица электричества Гальванический элемент, аккумулятор Электрическая цепь Кулон Электронагревательные приборы Электрическая плита , чайник, утюг Французский учёный ,единица силы тока Тепловое , химическое, магнитное Амперметр Источник тока,приёмники,замыкающее устройство Вольтметр Ампер Электрический ток 1Дж/с Джоуль 1ВАс Источник питания Включается последовательно Действия тока Включается параллельно Напряжение Стеклянная палочка , кусочек шёлка Положительно заряженные тела 220 В Между силой тока и напряжением Эбонитовая палочка , кусочек шерсти Отрицательно заряженные тела Прямая пропорциональность Ватт

ЯД —БА— 4 ЭТАП Физика в ребусах

Ответ : заряд .

—д— щн —Т—

Ответ : мощность.

—д— —ль— —р—

Ответ : реостат .

Кляйн Р.Я. Физические явления в электрических аппаратах

Кляйн Р.Я. Физические явления в электрических аппаратах

Первая часть учебного пособия посвящена основам теории Электрических аппаратов, в которой рассматриваются физические явления при коммутации электрических цепей, процессы нагрева аппаратов в различных режимах работы, динамика электромагнитов, а также методы расчета основных элементов электрических аппаратов.

Скачать книгу    Оглавление

ВВЕДЕНИЕ

В1. Определение. Электрический аппарат — это электротехническое устройство, которое используется для включения и отключения электрических цепей, контроля, измерения, защиты, управления и регулирования установок, предназначенных для передачи, преобразования, распределения и потребления электроэнергии.

Под электрическим аппаратом понимается широкий круг всевозможных устройств, применяемых в быту, промышленности и энергетике.

Таким образом, учитывая многофункциональное назначение электрических аппаратов объективно можно определить, что электрические аппараты — это средства для управления потоком электрической энергии.

В2. Функции электрических аппаратов.

Функции управления током включают в себя следующие разновидности: коммутацию, стабилизацию, регулирование, преобразование, контроль и защита.

Коммутация (от латинского commutatio — изменение) может быть дискретной (ступенчатой) или плавной (непрерывной) (рис.1). Пример дискретной коммутации — включение или отключение электрической цепи контактами аппарата. Такую коммутацию осуществляют, например, выключатели, контакторы, реле и др. Плавную коммутацию тока в цепи осуществляют, например, различные усилители, работающие в усилительном режиме: плавные изменения входного параметра вызывают плавные изменения выходного параметра.

Стабилизация (от латинского stabilis — устойчивый) приведение какого-либо параметра или нагрузки работающего оборудования в устойчивое состояние. Эту функцию выполняют такие аппараты как стабилизаторы (феррорезонансные или полупроводниковые).

Регулирование (от латинского regulare) автоматическое поддержание заданного режима работы какой-либо установки или автоматическое поддержание на определенном уровне того или иного технического параметра работающего оборудования (электрическое напряжение, частота вращения, температура и т.п.).

Преобразование — изменение величины какого либо параметра, например, напряжения одного уровня в напряжение другого уровня, частоты, мощности, температуры и т.д. Эту функцию выполняют трансформаторы, преобразователи и др.

Контроль — наблюдение за изменением какого-либо параметра, его измерение, выдача информации о состоянии контролируемой величины. Эту функцию выполняют датчики.

За щ и т а электротехнического оборудования от аварийных режимов (короткого замыкания, перегрузки, изменения частоты тока, перенапряжения, изменения направления потоков электроэнергии и др.).

В3. Классификация электрических аппаратов. Классификация электрических аппаратов может быть проведена по ряду признаков: назначению, области применения, принципу действия, роду тока, исполнению защиты от воздействий окружающей среды, конструктивным особенностям и др.

В3.1. По назначению: Коммутационные аппараты распределительных устройств, служащие для включения и отключения электрических цепей. К этой группе относятся рубильники, пакетные выключатели, выключатели нагрузки, выключатели высокого напряжения, разъединители, отделители, короткозамыкатели, автоматические выключатели, предохранители. Для аппаратов этой группы характерно относительно редкое их включениеи отключение.

Ограничивающие аппараты, предназначенные для ограничения токов короткого замыкания (реакторы) и перенапряжений (разрядники). Режимы короткого замыкания и перенапряжений являются аварийными, и эти аппараты редко подвергаются наибольшим перегрузкам.

Пускорегулирующие аппараты, предназначенные для пуска, регулирования частоты вращения, напряжения и тока электрических машин или каких-либо других потребителей электрической энергии. К этой группе относятся контроллеры, командоконтроллеры, контакторы, пускатели, резисторы и реостаты. Для аппаратов этой группы характерны частые включения и отключения, число которых достигает 3600 в час и более.

Аппараты для контроля заданных электрических или неэлектрических параметров. К этой группе относятся реле и датчики. Для реле характерно плавное изменение входной (контролируемой) величины, вызывающее скачкообразное изменение выходного сигнала. Выходной сигнал обычно воздействует на схему автоматики. В датчиках непрерывное изменение входной величины преобразуется в изменение какой-либо электрической величины, являющейся выходной. Это изменение выходной величины может бить как плавным (измерительные датчики), так и скачкообразным (реле-датчики). С помощью датчиков могут контролироваться как электрические, так и неэлектрические величины.

Аппараты для измерений. С помощью этих аппаратов цепи первичной коммутации (главного тока) изолируются от цепей измерительных и защитных приборов, а измеряемая величина приобретает стандартное значение, удобное для измерений. К ним относятся трансформаторы тока, напряжения, емкостные делители напряжения.

Электрические регуляторы. Предназначены для регулирования заданного параметра по определенному закону. В частности, такие аппараты служат для поддержания на неизменном уровне напряжения, тока, частоты вращения и других величин.

В3.2. По областям применения: Аппараты электрических систем и электроснабжения. Сюда относятся в основном электрические аппараты распределительных устройств низкого и высокого напряжений и ограничивающие аппараты.

Аппараты управления. К этой группе относятся в основном пускорегулирующие аппараты.

Аппараты автоматики. Группа включает в себя аппараты контролирующих функций.

В3.3. По номинальному напряжению: Электрические аппараты разделяются на аппараты низкого напряжения (с номинальным напряжением до 1000 В) и высокого напряжения (с номинальным напряжением более 1000 В).

В3.4. По исполнению защиты электрические аппараты разделяются на аппараты открытого исполнения, защищенного исполнения, герметичного исполнения и взрывобезопасного исполнения.

Физические явления — презентация онлайн

1. «Физические явления»

«ФИЗИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ»
Выполнила: студентка 1 курса группы ЛА-19
Самоявцева Юлия Романовна
Преподаватель: Третьякова Наталья Дмитриевна

2. Физические явления – это изменения, происходящие с физическими телами.

ФИЗИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ – ЭТО
ИЗМЕНЕНИЯ, ПРОИСХОДЯЩИЕ С
ФИЗИЧЕСКИМИ ТЕЛАМИ.

3. ФИЗИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

Механические
Электрические
Магнитные
Световые
Тепловые
Звуковые(акустические)
Атомные

4. Механические явления — это явления, происходящие с физическими телами при их движении относительно друг друга (обращение Земли

МЕХАНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ — ЭТО ЯВЛЕНИЯ, ПРОИСХОДЯЩИЕ
С ФИЗИЧЕСКИМИ ТЕЛАМИ ПРИ ИХ ДВИЖЕНИИ
ОТНОСИТЕЛЬНО ДРУГ ДРУГА (ОБРАЩЕНИЕ ЗЕМЛИ ВОКРУГ
СОЛНЦА, ДВИЖЕНИЕ АВТОМОБИЛЕЙ, КАЧАНИЕ МАЯТНИКА).
Магнитные явления — это явления,
связанные с возникновением у физических
тел магнитных свойств (притяжение
магнитом железных предметов, поворот
стрелки компаса на север).

5. Оптические явления — это явления, возникающие при распространении, преломлении и отражении света (отражение света от зеркала,

ОПТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ — ЭТО ЯВЛЕНИЯ, ВОЗНИКАЮЩИЕ ПРИ
РАСПРОСТРАНЕНИИ, ПРЕЛОМЛЕНИИ И ОТРАЖЕНИИ СВЕТА
(ОТРАЖЕНИЕ СВЕТА ОТ ЗЕРКАЛА, МИРАЖИ, ПОЯВЛЕНИЕ ТЕНИ).
Тепловые явления — это явления, связанные с
нагреванием и охлаждением физических тел (кипение
чайника, образование тумана, превращение воды в
лед).
Атомные явления — это явления, возникающие
при изменении внутреннего строения вещества
физических тел (свечение Солнца и звезд,
атомный взрыв).

6. Электрические явления — атмосферные явления, связанные со световым и звуковым проявлением атмосферного электричества.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ — АТМОСФЕРНЫЕ ЯВЛЕНИЯ,
СВЯЗАННЫЕ СО СВЕТОВЫМ И ЗВУКОВЫМ ПРОЯВЛЕНИЕМ
АТМОСФЕРНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА.

7. Простейшие электрические и магнитные явления известны ещё с глубокой древности. Были найдены минералы, притягивающие кусочки

Историческая справка .
ПРОСТЕЙШИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ ИЗВЕСТНЫ ЕЩЁ С
ГЛУБОКОЙ ДРЕВНОСТИ. БЫЛИ НАЙДЕНЫ МИНЕРАЛЫ, ПРИТЯГИВАЮЩИЕ
КУСОЧКИ ЖЕЛЕЗА, А ТАКЖЕ ОБНАРУЖЕНО, ЧТО ЯНТАРЬ( ОТ
ГРЕЧЕСКОГО ЭЛЕКТРОН, ОТСЮДА ТЕРМИН ЭЛЕКТРИЧЕСТВА), ПОТЕРТЫЙ
О ШЕРСТЬ, ПРИТЯГИВАЕТ ЛЕГКИЕ ПРЕДМЕТЫ (ЭЛЕКТРИЗАЦИЯ ТРЕНИЕМ).
ОДНАКО ЛИШЬ В 1600 У. ГИЛЬБЕРТ ВПЕРВЫЕ УСТАНОВИЛ РАЗЛИЧИЯ
МЕЖДУ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ И МАГНИТНЫМИ ЯВЛЕНИЯМИ, ОН ОТКРЫЛ
СУЩЕСТВОВАНИЕ МАГНИТНЫХ ПОЛЮСОВ И НЕОТДЕЛИМОСТЬ ИХ ДРУГ
ОТ ДРУГА, А ТАКЖЕ УСТАНОВИЛ, ЧТО ЗЕМНОЙ ШАР – ГИГАНТСКИЙ
МАГНИТ.

8. К электрическим атмосферным явлениям относятся :Гроза — мощные разряды атмосферного электричества (происходят между облаками и

К ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ АТМОСФЕРНЫМ ЯВЛЕНИЯМ
ОТНОСЯТСЯ :ГРОЗА — МОЩНЫЕ РАЗРЯДЫ
АТМОСФЕРНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА (ПРОИСХОДЯТ
МЕЖДУ ОБЛАКАМИ И ЗЕМЛЁЙ).ЗАРНИЦА — КОРОТКИЕ
ВСПЫШКИ СВЕТА, ОСВЕЩАЮЩИЕ НЕБО. СВЯЗАНЫ С
ДАЛЬНИМИ ГРОЗАМИ .ПОЛЯРНОЕ СИЯНИЕ—
ГОЛУБОВАТОЕ ИЛИ ЖЕЛТОВАТОЕ СВЕЧЕНИЕ НОЧНОГО
НЕБА В ВИДЕ ОБШИРНЫХ ПРИЧУДЛИВЫХ ПЯТЕН,
ВОЗНИКАЮЩЕЕ В ИОНОСФЕРЕ ПРИ ЗНАЧИТЕЛЬНЫХ
КОЛЕБАНИЯХ ЗЕМНОГО МАГНИТНОГО
ПОЛЯ. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ СВЯЗАНЫ С
НАЛИЧИЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЗАРЯДОВ. ЗАРЯДЫ САМИ
ПО СЕБЕ НЕ СУЩЕСТВУЮТ, НО СУЩЕСТВУЮТ
ЗАРЯЖЕННЫЕ ЧАСТИЦЫ: ЭЛЕКТРОНЫ, ПРОТОНЫ, ИОНЫ.

9. 10 необычных электрических явлений, существующих в природе

10 НЕОБЫЧНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
ЯВЛЕНИЙ, СУЩЕСТВУЮЩИХ В ПРИРОДЕ
1. Вистлеры (свистовые волны)
Вистлеры ещё называют свистящими
атмосфериками или
электромагнитным хором рассвета
за то, что звуки, которые они
производят, напоминают пение птиц
ранним утром.

10. 2. Молнии Кататумбо

2. МОЛНИИ КАТАТУМБО
Молнии Кататумбо являются самым
длительным грозовым явлением на Земле.
Они зафиксированы в устье реки
Кататумбо (Венесуэла), а их многочасовое
свечение породило немало легенд и мифов
среди коренного населения.
3. Грязные грозы
«Грязная гроза» – это мощное
электрическое грозовое явление,
формирующееся в шлейфе вулканического
извержения.

11. 4. Визуальный феномен космических лучей

4. ВИЗУАЛЬНЫЙ ФЕНОМЕН КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ
Космические лучи зарождаются в глубоком
космосе, они путешествуют в течение
миллионов лет и, в конце концов, попадают
на нашу планету.
5. Триболюминесценция
Триболюминесценции – световое явление,
излучаемое из кристаллического вещества
при его разрушении. На сегодняшний день
считается, что через это вещество
проходит электрический ток и заставляет
молекулы газа, находящиеся внутри
кристалла, светиться.

12. 6. Сонолюминесценция

6. СОНОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ
Сонолюминесценция, то есть выработка
света звуковыми волнами, была
обнаружена в 1930-е годы. Ученые впервые
столкнулись с загадочными огнями,
исследуя морские гидролокаторы.
7. Спрайты
Спрайты – это мощные, яркие
вспышки обычно красного цвета,
возникающие высоко в атмосфере,
выше грозовых туч, на высоте от 80
км.

13. 8. Шаровая молния

8. ШАРОВАЯ МОЛНИЯ
Оказывается, что шаровые молнии как явление
стали восприниматься всерьез только в 60-х
годах, хотя их появление фиксировалось
постоянно в течение многих столетий.
9. Огни святого Эльма
10. Северное сияние
Еще во времена Колумба Огни святого
Эльма считались сверхъестественным
явлением. Моряки часто рассказывали о
ярко-синем или фиолетовом свечении
вокруг корабля.
Полярные (северные) сияния – это
изумительные световые явления,
возникающие в ночном небе.

14. Вывод:

ВЫВОД:
Из-за трения восходящих и нисходящих
воздушных потоков частички воздуха
электризуются, а когда они сталкиваются с
капельками воды в облаках, то отдают им
свой заряд. Таким образом, на облаках с
течением времени скапливаются большие
заряды и между ними возникает сильное
электрическое поле.

15. Источники:

ИСТОЧНИКИ:
• Источник: https://rosuchebnik.ru/material/urok-issledovanie-obyasnenieelektricheskikh-yavleniy-7410/
• http://yandex.ru/clck/jsredir?bu=izbv35&from=yandex.ru%3Bsearch%2F%3Bw
eb%3B%3B&text=&
• http://yandex.ru/clck/jsredir?bu=btzk3m&from=yandex.ru%3Bsearch%2F%3B
web%3B%3B&text=&

Физические явления

Всё, что нас окружает: и живая, и неживая природа, находится в постоянном движении и непрерывно изменяется: движутся планеты и звёзды, идут дожди, растут деревья. И человек, как известно из биологии, постоянно проходит какие-либо стадии развития. Перемалывание зёрен в муку, падение камня, кипение воды, молния, свечение лампочки, растворение сахара в чае, движение транспортных средств, молнии, радуги – это примеры физических явлений.

И с веществами (железо, вода, воздух, соль и др.) происходят разнообразные изменения, или явления. Вещество может быть кристаллизировано, расплавлено, измельчено, растворено и вновь выделено из раствора. При этом его состав останется тем же.

Так, сахарный песок можно измельчить в порошок настолько мелкий, что от малейшего дуновения он будет подниматься в воздух, как пыль. Сахарные пылинки можно разглядеть лишь под микроскопом. Сахар можно разделить ещё на более мелкие части, растворив его в воде. Если же выпарить из раствора сахара воду,  молекулы сахара снова соединяться друг с другом в кристаллы. Но и растворении в воде, и при измельчении сахар остаётся сахаром.

В природе вода образует реки и моря, облака и ледники. При испарении вода переходит в пар. Водяной пар – это вода в газообразном состоянии. При воздействии низких температур (ниже 0˚С) вода переходит в твёрдое состояние – превращается в лёд. Мельчайшая частичка воды – это молекула воды. Молекула воды  является и  мельчайшей частичкой пара или льда. Вода, лёд и пар не разные вещества, а одно и то же вещество (вода) в разных агрегатных состояниях.

Подобно воде, и другие вещества можно переводить из одного агрегатного состояния в другое.

Характеризуя то или другое вещество как газ, жидкость или твёрдое вещество, имеют в виду состояние вещества  в обычных условиях. Любой металл можно не только расплавить (перевести в жидкое состояние), но и превратить в газ. Но для этого необходимы очень высокие температуры. Во внешней оболочке Солнца металлы находятся в газообразном состоянии, потому что температура там составляет 6000˚С. А, например, углекислый газ путём охлаждения можно превратить в «сухой лёд».

Явления, при которых не происходит превращений одних веществ в другие, относят к физическим явлениям. Физические явления могут привести к изменению, например, агрегатного состояния или температуры, но состав веществ останется  тем же.

Все физические явления можно разделить на несколько групп.

Механические явления – это явления, которые происходят с физическими телами при их движении относительно друг друга (обращение Земли вокруг Солнца, движение автомобилей, полёт парашютиста).

Электрические явления – это явления, которые возникают при появлении, существовании, движении и взаимодействии электрических зарядов (электрический ток, телеграфирование, молния при грозе).

Магнитные явления – это явления, связанные с возникновением у физических тел магнитных свойств (притяжение магнитом железных предметов, поворот стрелки компаса на север).

Оптические явления – это явления, которые происходят при распространении, преломлении и отражении света (радуга, миражи, отражение света от зеркала, появление тени).

Тепловые явления – это явления, которые происходят при нагревании и охлаждении физических тел (таяние снега, кипение воды, туман,  замерзание воды).

Атомные явления – это явления, которые возникают при изменении внутреннего строения вещества физических тел (свечение Солнца и звезд, атомный взрыв).

© blog.tutoronline.ru, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.

Электрические явления — обзор

2.1 Детство и образование

Райнхольд Рюденберг родился 4 февраля 1883 года в Ганновере, Германия. Его мать, Эльсбет (1858–1947), была четвертой из восьми детей Леви Херцфельда (1810–1884), главного раввина соседнего герцогства Брауншвейг ( Braunschweig ). Его отец, Георг Рюденберг (1837–1918), владел фабрикой по переработке пуховых изделий, расположенной в Вюльфеле, небольшом приятном пригороде в нескольких милях к югу от Ганновера, недалеко от спокойной реки Лейне.Сто двадцать лет спустя город Ганновер вырос настолько, что почти поглотил эту некогда сельскую деревню.

Десятилетие 1888–98 гг. Было захватывающим периодом для мальчика, интересовавшегося всем, что связано с электричеством. В то время местные газеты писали много таких открытий в популярных сообщениях. В течение одного десятилетия каждое открытие в физике или электричестве следовало за другим почти каждый год: волны Герца в 1888 году; Когерер Бранли для их обнаружения в 1890 году; Радиопередачи Маркони на все большие расстояния, начиная с 1894 года; Открытие Рентгеном рентгеновских лучей в 1895 году; установление характера электрона Вихертом и Томсоном 1896–97; Изобретение Брауном электронно-лучевой трубки для отображения электрических сигналов, также в 1897 году; Открытие Беккерелем в 1896 году радиоактивности; и подробные исследования радиоактивности Мари и Пьера Кюри в 1898 году.

Рюденберг с удовольствием читал рассказы и журнальные статьи о таких электрических и физических явлениях и часто сам пробовал проводить соответствующие эксперименты. Учитель естествознания Рюденберга в гимназии Лейбница, г-н Мюллер, который стал и наставником, и другом, понял, что его ученик уже прочитал многое из того, что он преподавал. Следовательно, во время последнего года обучения Рюденбергу в средней школе его учитель разрешал ему сидеть в задней части класса и читать текущие журналы по физике во время урока.В юности он намотал вручную большой индуктор и с его помощью построил индукционную катушку Рюмкорфа. ³ Он использовал это для генерации и экспериментов с волнами Герца, а также для обеспечения высокого напряжения для питания рентгеновской трубки — его первый эксперимент в возрасте 16 лет с электронно-лучевым устройством.

Рюденберг преуспел в изучении электротехники в Техническом университете Ганновера (тогдашняя Высшая школа Ганновера) с 1901 по 1906 год. Еще будучи студентом Ганновера, он подал заявку на свой первый патент на радиогенератор, который был выдан в 1905 году.Он также опубликовал первую из более чем сотни технических статей, продемонстрировав раннюю склонность к ясному и лаконичному техническому изложению. Его учеба чередовалась с несколькими периодами практической работы на близлежащих машиностроительных заводах и в электрических компаниях. Это было как для получения полевого опыта, так и для заработка денег на обучение, а также для удовлетворения чрезвычайно ограниченного домашнего бюджета его семьи.

В конце того века электротехника была совершенно новой областью, и большинство учителей были привлечены к этой молодой области из других, родственных профессий.Одним из его профессоров, а также его научным руководителем в Ганновере, был Вильгельм Кольрауш (1855–1936), получивший образование физика. Таким образом, Кольрауш преподавал электротехнику с точки зрения физических основ и часто проводил теоретический анализ своих тем. Этот подход одновременно соответствовал точке зрения Рюденберга и дал ему начало его собственного пожизненного подхода к инженерным проблемам, заключающегося в первом анализе применимых фундаментальных взаимосвязей.

Рейнхольд Рюденберг уже защитил докторскую диссертацию (Rüdenberg, 1906) к тому времени, когда он закончил учебу в бакалавриате.Он представил эту диссертацию в день получения степени бакалавра в области электротехники. После небольшой задержки из-за такой необычно ранней подачи, факультет принял его диссертацию, и он получил докторскую степень. (докторская степень в области инженерии) с отличием в 1906.

Как только Рюденберг закончил учебу в Ганновере, профессор Луи (Людвиг) Прандтль, специалист по аэродинамике, попросил Рюденберга поработать у него в Геттингенском университете в качестве ассистента и преподавателя кафедры. Прикладная механика.В Ганновере Прандтль был профессором Рюденберга на курсах механики и гидродинамики. Когда Прандтля вызвали в Геттингенский университет в 1904 году, он вспомнил своего бывшего студента. Рюденберг с радостью принял эту должность в Институте прикладной механики, которым руководил Прандтль, и провел следующие два года там в качестве лектора и лаборанта. Он также помог своему профессору проводить исследования в области гидравлики и аэродинамики и участвовал в создании и эксплуатации оптических и других приборов для аэродинамической трубы Прандтля, первой в своем роде.

Рюденберг использовал эту возможность, чтобы пройти курсы продвинутой физики, предлагаемые в Геттингенском университете, где он учился вместе с Бушем и Баркхаузеном. В 1907 году Рюденберг прослушал знаменитый курс «Продвинутая электродинамика», который преподавал профессор Эмиль Вихерт (Wiechert, 1896, 1897). ⁴ С момента установления характера электрона десятью годами ранее многие профессора и аспиранты в Геттингене проводили теоретические или экспериментальные исследования свойств этой недавно признанной частицы (Pyenson, 1979; Rudenberg and Rudenberg, 1994).Рюденберг также изучал у астронома Карла Шварцшильда ⁵ и теорию электронов у Макса Абрахама ⁶ .

Рюденберг провел два года в университетской академической культуре, ориентированной на приложения, созданной математиком Феликсом Кляйном (Klein and Riecke, 1900). Во многих отношениях как курсы, так и дружеские отношения, которые он установил с профессорами, коллегами-преподавателями и студентами-исследователями в дружественной академической атмосфере, царящей в Геттингене, оказали глубокое влияние на его последующую профессиональную жизнь (рис. 2).Неудивительно, что он использовал этот богатый опыт для развития своих идей в направлении изобретения электронного микроскопа.

Рис. 2. Akademischer Mittagstisch, Göttingen, 1907. Согласно рукописной записи, слева направо: 2-й, Рейнхольд Рюденберг; 4-е место — Генрих Баркгаузен; 5-е место, Карл Шварцшильд. Справа налево: второй Людвиг Прандтль; 4-е место — Адольф Бестельмейер; Пятый, предположительно Ганс Буш.

Как работает статическое электричество?

Ответ

Нарушение баланса между отрицательными и положительными зарядами в объектах.

Две девочки «наэлектризованы» во время эксперимента в Центре науки о свободе «Camp-in», 5 февраля 2002 г. «История Америки», Библиотека Конгресса.

Вы когда-нибудь шли через комнату, чтобы погладить свою собаку, но вместо этого получали шок? Возможно, вы сняли шляпу в засушливый зимний день и испытали на себе «волосы дыбом»! Или, может быть, вы прилепили воздушный шарик к стене после того, как потерлись им о свою одежду?

Почему это происходит? Это волшебство? Нет, это не волшебство; это статическое электричество!

Прежде чем понять статическое электричество, нам сначала нужно понять основы атомов и магнетизма.

Молодой человек сидит рядом с машиной электростатического воздействия Хольца, Колледж Дикинсона, 1889 год. Каталог эстампов и фотографий, Библиотека Конгресса.

Все физические объекты состоят из атомов. Внутри атома находятся протоны, электроны и нейтроны. Протоны заряжены положительно, электроны заряжены отрицательно, а нейтроны нейтральны.

Следовательно, все состоит из зарядов. Противоположные заряды притягиваются друг к другу (от отрицательного к положительному).Одинаковые заряды отталкиваются друг от друга (от положительного к положительному или от отрицательного к отрицательному). В большинстве случаев положительный и отрицательный заряды уравновешиваются в объекте, что делает его нейтральным.

Статическое электричество является результатом дисбаланса между отрицательными и положительными зарядами в объекте. Эти заряды могут накапливаться на поверхности объекта, пока не найдут способ высвободиться или разрядиться. Один из способов разрядить их — через цепь.

Группа молодых женщин, изучающих статическое электричество в обычной школе, Вашингтон, округ Колумбия.К. Фрэнсис Бенджамин Джонстон, фотограф, около 1899 г. Отдел эстампов и фотографий, Библиотека Конгресса

При трении некоторых материалов друг о друга могут передаваться отрицательные заряды или электроны. Например, если вы потереть обувь о ковер, ваше тело собирает лишние электроны. Электроны цепляются за ваше тело до тех пор, пока их не освободят. Когда вы дотрагиваетесь до своего пушистого друга, вы испытываете шок. Не волнуйтесь, это только избыточные электроны, которые вы передаете своему ничего не подозревающему питомцу.

А как насчет того опыта «пробуждения волос»? Когда вы снимаете шляпу, электроны переходят от шляпы к волосам, создавая интересную прическу! Помните, объекты с одинаковым зарядом отталкиваются друг от друга. Поскольку у них одинаковый заряд, у вас волосы встанут дыбом. Ваши волосы просто пытаются уйти как можно дальше друг от друга!

Морской пехотинец использует жезл статического разряда для снятия избыточного статического электричества перед тем, как прикрепить гаубицу M777 к вертолету CH-53E Super Stallion во время комплексной тренировки с перегрузкой в ​​базовом лагере морской пехоты в Пендлтоне, 12 апреля 2017 года.Капрал Фрэнк Кордова, фотограф. Галерея изображений Министерства обороны США

Когда вы трете воздушный шар о свою одежду, и он прилипает к стене, вы добавляете избыток электронов (отрицательные заряды) на поверхность воздушного шара. Стена теперь заряжена более положительно, чем воздушный шар. Когда они соприкасаются, воздушный шар будет прилипать из-за правила притяжения противоположностей (от положительного к отрицательному).

Дополнительную информацию о статическом электричестве и экспериментах см. В разделах «Интернет-ресурсы» и «Дополнительная литература».

ВМС США выпускают пороховые фляги из латуни для предотвращения случайного воспламенения пороха из-за искр или статического электричества. Поле битвы в Уилсон-Крик, 2010 г. Служба национальных парков США, NP Gallery

Опубликовано: 19.11.2019. Автор: Справочная секция по науке, Библиотека Конгресса

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки вашего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Исследователи показывают, что кремний может воспроизводить физические явления, используемые в высокотехнологичных телекоммуникационных устройствах

«Теперь у нас есть возможность иметь нелинейность второго порядка в кремнии, и это первая реальная демонстрация этого, — говорит Майкл Уоттс, доцент кафедры электротехники и информатики Массачусетского технологического института.Предоставлено: Массачусетский технологический институт.

Ассоциация полупроводниковой промышленности подсчитала, что при нынешних темпах роста потребности компьютеров в энергии к 2040 году превысят общую выходную мощность в мире.

Использование света, а не электричества для передачи данных резко снизило бы потребление энергии компьютерными микросхемами, и за последние 20 лет был замечен значительный прогресс в развитии кремниевой фотоники или оптических устройств, которые сделаны из кремния, чтобы их можно было легко интегрировать с электроника на кремниевых чипах.

Но существующие кремниевые фотонные устройства полагаются на другие физические механизмы, чем оптоэлектронные компоненты высшего класса в телекоммуникационных сетях. В телекоммуникационных устройствах используются так называемые нелинейности второго порядка, которые делают обработку оптических сигналов более эффективной и надежной.

В последнем выпуске журнала Nature Photonics исследователи Массачусетского технологического института представляют практический способ введения нелинейностей второго порядка в кремниевую фотонику. Они также сообщают о прототипах двух различных кремниевых устройств, которые используют эти нелинейности: модулятора, который кодирует данные в оптическом луче, и удвоителя частоты, компонента, жизненно важного для разработки лазеров, которые можно точно настраивать на диапазон различных частот.

В оптике линейная система — это система, выходы которой всегда находятся на тех же частотах, что и входные. Так, например, удвоитель частоты — это по своей сути нелинейное устройство.

«Теперь у нас есть возможность иметь нелинейность второго порядка в кремнии, и это первая реальная демонстрация этого», — говорит Майкл Уоттс, доцент кафедры электротехники и информатики Массачусетского технологического института и старший автор новой статьи. .

«Теперь вы можете построить фазовый модулятор, который не зависит от эффекта свободных носителей в кремнии.Преимущество заключается в том, что эффект свободных носителей в кремнии всегда связан по фазе и амплитуде. Таким образом, всякий раз, когда вы меняете концентрацию носителей, вы меняете как фазу, так и амплитуду волны, которая проходит через нее. При нелинейности второго порядка вы нарушаете эту связь, так что вы можете получить чисто фазовый модулятор. Это важно для многих приложений. Конечно, в сфере связи это важно ».

Первым автором новой статьи стал Эрман Тимурдоган, который в прошлом году защитил докторскую диссертацию в Массачусетском технологическом институте и сейчас работает в компании Analog Photonics, производящей кремниевую фотонику.К нему и Уоттсу присоединились Мэтью Берд, аспирант Массачусетского технологического института в области электротехники и информатики, и Кристофер Поултон, который получил степень магистра в группе Уоттса и теперь также работает в Analog Photonics.

Dopey Solutions

Если электромагнитную волну можно представить себе как шаблон регулярных волнистых линий вверх и вниз, то цифровой модулятор изменяет этот шаблон фиксированным образом, представляя цепочки нулей и единиц. В кремниевом модуляторе путь, по которому проходит световая волна, определяется волноводом, который скорее похож на рельс, идущий вдоль верхней части модулятора.

Существующие кремниевые модуляторы легированы, что означает, что в них были добавлены примеси с помощью стандартного процесса, используемого при производстве транзисторов. Некоторые легирующие материалы дают кремний p-типа, где «p» означает «положительный», а некоторые — кремний n-типа, где «n» означает «отрицательный». В присутствии электрического поля свободные носители — электроны, не связанные с конкретными атомами кремния — имеют тенденцию концентрироваться в кремнии n-типа и рассеиваться в кремнии p-типа.

Обычный кремниевый модулятор представляет собой кремний наполовину p-типа и наполовину n-типа; даже волновод разделен пополам.По обе стороны от волновода расположены электроды, и изменение напряжения на модуляторе поочередно концентрирует и рассеивает свободные носители в волноводе, чтобы модулировать проходящий через него оптический сигнал.

Устройство исследователей Массачусетского технологического института похоже, за исключением того, что центр модулятора, включая волновод, который проходит вдоль его вершины, не легирован. Когда подается напряжение, свободные носители не собираются в центре устройства; вместо этого они накапливаются на границе между кремнием n-типа и нелегированным кремнием.Соответствующий положительный заряд накапливается на границе с кремнием p-типа, создавая электрическое поле, которое модулирует оптический сигнал.

Поскольку свободные носители в центре обычного кремниевого модулятора могут поглощать световые частицы или фотоны, проходящие через волновод, они уменьшают силу оптического сигнала; модуляторы, использующие нелинейности второго порядка, не сталкиваются с этой проблемой.

Скорость приема

В принципе, они также могут модулировать сигнал быстрее, чем это делают существующие кремниевые модуляторы.Это связано с тем, что для перемещения свободных носителей в волновод и из него требуется больше времени, чем для их концентрации и высвобождения на границах с нелегированным кремнием. В настоящей статье просто описывается явление нелинейной модуляции, но Тимурдоган говорит, что с тех пор команда проверила
прототипа модулятора, скорость которого не уступает скорости нелинейных модуляторов, используемых в телекоммуникационных сетях.

Удвоитель частоты, который продемонстрировали исследователи, имеет аналогичную конструкцию, за исключением того, что области p- и n-легированного кремния, которые фланкируют центральную область нелегированного кремния, расположены в регулярно расположенных полосах, перпендикулярных волноводу.Расстояния между полосами калибруются по определенной длине волны света, и когда на них подается напряжение, они удваивают частоту оптического сигнала, проходящего через волновод, объединяя пары фотонов в одиночные фотоны с удвоенной энергией.

Удвоители частоты могут использоваться для создания чрезвычайно точных встроенных в кристалл оптических часов, оптических усилителей и источников терагерцового излучения, что имеет многообещающие применения в сфере безопасности.

«Кремний пережил огромный ренессанс в области оптических коммуникаций для множества приложений», — говорит Джейсон Оркатт, исследователь из отдела физических наук в IBM Thomas J.Исследовательский центр Уотсона. «Тем не менее, все еще остаются области применения — от микроволновой фотоники до квантовой оптики — где отсутствие нелинейных эффектов второго порядка в кремнии препятствует прогрессу. Это важный шаг на пути к более широкому кругу приложений в зрелой кремниевой фотонике. платформы по всему миру «.

«На сегодняшний день усилия по достижению нелинейных эффектов второго порядка в кремнии сосредоточены на серьезных проблемах материаловедения», — добавляет Оркатт. «Команда [MIT] поступила чрезвычайно умно, напомнив физическому сообществу о том, что мы не должны были забывать.Приложение простого электрического поля создает тот же базовый вектор поляризации кристалла, над созданием которого другие исследователи упорно трудились гораздо более сложными способами ».

---

Фотоника: создание беспроводных сетей нового поколения

---

Предоставлено Массачусетский Институт Технологий

Этот рассказ переиздан любезно предоставлен MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), популярный сайт, на котором освещаются новости об исследованиях, инновациях и обучении Массачусетского технологического института.

Ссылка : Исследователи показывают, что кремний может воспроизводить физические явления, используемые высокотехнологичными телекоммуникационными устройствами (2017, 21 февраля) получено 18 октября 2021 г. с https: // физ.org / news / 2017-02-Silicon-Physical-явлений-exploited-high-end.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

Электрические явления на интерфейсах и биоинтерфейсах: основы и приложения в нано-, био- и экологических науках

ПРЕДИСЛОВИЕ xi

УЧАСТНИКИ xiii

ЧАСТЬ I ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ 1

1 Потенциал и заряд твердой и мягкой частицы 3
Взаимодействие двух частиц Хироюки Ошима 2 9000 179
Hiroyuki Ohshima

3 Теория коллоидной стабильности Дерягина – Ландау – Вервея – Овербека (DLVO) 27
Hiroyuki Ohshima

4 Электрофоретическая подвижность 5 Электрофоретическая подвижность наночастиц золота 51
Кимико Макино и Хироюки Ошима

6 Электрофорез мягких частиц в замкнутом пространстве 61
Li-Hsien Yeh and Jyh-Ping Surface0004 9116 79010 Поверхность
Станислав С.Духин, Ральф Циммерманн и Карстен Вернер

8 Компьютерное моделирование заряженных коллоидов 127

1. Мезоскопическое моделирование
Ясуя Накаяма, Кан Ким и Риоичи Ямамото

Компьютерное моделирование заряженных коллоидов

2. Электрофорез и седиментация
Кан Ким, Ясуя Накаяма и Риичи Ямамото

10 Электростатическая и стерическая стабилизация коллоидных дисперсий 153

Тхарлоин Коллоидные частицы,
Tharloinet
Motoyoshi Kobayashi

12 Электроакустические теории и методы измерений 193
Shin-Ichi Takeda

13 Коллоидный потенциал вибрации и потенциал ионной вибрации в растворах сурфактанта 9011 Hiuki

shima

14 Межфазное натяжение водных растворов электролитов: безионный слой 223
Youichi Takata and Hiroyuki Ohshima

ЧАСТЬ II ПРИМЕНЕНИЯ В НАНО- И ЭКОЛОГИЧЕСКИХ НАУКАХ НАУКИ ЭЛЕКТРОКОПИИ Поляризация и ее масштабирование 243
Анатолий Сергей, Джошуа Р.Сангоро и Фридрих Кремер

16 Послойная сборка на микрогелях, реагирующих на стимулы 275
Джон Эрик Вонг и Уолтер Рихтеринг

17 Динамика полимеров и полиэлектролитов при последующей коллоидной границе 9013 и последующем коллоидном интерфейсе 9011 9011 Ясухиса Адачи

18 Обработка коллоидных частиц с использованием гетерокоагуляции 315
Хироши Сасаки, Чихару Токоро и Хироши Хаяси

19 Электрокинетическая связь под воздействием коллоидных матриц 9000 AC7

в коллоидных полях 9000 9109 AC7

20 Измерение распределения размеров мелких частиц с использованием их жемчужных цепочек в электрическом поле постоянного тока 351
Акира Оцуки, Джерги Додбиба и Тоёхиса Фуджита

21 Анализ функциональных групп на границах раздела жидкость / твердое тело с использованием поляризации Инфракрасная спектроскопия внешнего отражения 361
Hiroharu Yui

22 Изготовление жидкокристаллических дисплеев, содержащих закрытые наночастицы, и их электрооптические свойства 373
Юкихидэ Сираиси, Наото Нисида и Наото Нишида Упорядоченные наноразмерные структуры с использованием двумерных коллоидных монослоев. Клетки 423
Морихиро Сайто и Дзюн Кувано

26 Динамика и структура кластеров водных нанотрубок, ограниченных нанопористыми молекулярными кристаллами 441
Макото Тадокоро

27 Электрохимия поверхности nofi bers 469
Hidetoshi Matsumoto и Akihiko Tanioka

28 Профилирование бритья как наноразмерный метод трехмерной визуализации элементов 481
Masashi Nojima

9011 Электрохимические конденсаторы для хранения электролита Manacganese Charge 6 491
Шиничи Комаба, Наоаки Ябуучи и Томоя Цучикава

30 Функционализация поверхности алмазных электродов 509
Такеши Кондо

000 31 Квантовое электрохимическое исследование бензола 9116Электронное строение и оценка антиоксидантной активности аспирина и парацетамола
Казунака Эндо

32 Квантово-электрохимическое исследование производных бензола 541

2. Анализ рентгеновских фотоэлектронных расчетов с использованием электрохимических полихимических спектров. Модель Молекулы
Kazunaka Endo

33 Синтез и свойства раствора гибридных поверхностно-активных веществ фторуглерода и углеводорода 555
Yukishige Kondo

34 Электрохимический контроль 9013 с помощью самосборок Кодзи Цучия, Хирофуми Ядзима, Хидеки Сакаи и Масахико Абэ

35 Фотоиндуцированное манипулирование самоорганизованной наноструктурой блочных сополимеров 583
Кунихико Окано и Такаши Ямасита

Явления в мембранах и процессы мембранного разделения 599
Казухо Накамура

ЧАСТЬ III ПРИМЕНЕНИЕ В БИОЛОГИЧЕСКИХ НАУКАХ 617

37 Диэлектрическая дисперсия в коллоидных системах: применение в биологических науках 619
Рауль А.Рика и Анхель В. Дельгадо

38 Электрокинетические методы в биологических интерфейсах: возможности и ограничения 645
Анхель В. Дельгадо, Хулиан Лопес-Виота и Фернандо Гонсалес-Мембранный механизм мембраны

673
Шинпей Оки и Клаус Арнольд

40 Система доставки лекарств 709
Кимико Макино

41 Электрофорез клеток на чипе и оценка функций клеток 42 Характеристики поверхности и поведение прикрепления бактериальных клеток 737
Хисао Морисаки

43 Дизайн и изготовление стерически стабилизированных липосом, диспергированных в водных растворах, с использованием электростатических взаимодействий для использования в биомедицинских приложениях 755
ma

44 Регуляция клеток с помощью мембранных рафтов / кавеол 767
Йохей Сайто, Тошиюки Оваки и Фумио Фукаи

45 Оксидоредуктазы: асимметричное восстановление с использованием фотосинтетических организмов4 9117 46 Организация поверхности блок-сополимеров на основе поли (этиленгликоля) (PEG) для биомедицинских приложений 801
Hidenori Otsuka

47 ПЭГилированные наночастицы для биологических и фармацевтических приложений 815
Hidenori Otsuka

[PDF] Скачать Электричество Электричество — это совокупность связанных физических явлений

Скачать Скачать Электричество Электричество — это совокупность связанных физических явлений…

1 Электричество Электричество — это совокупность физических явлений, связанных с наличием и протеканием электрического заряда. Электричество дает широкий спектр хорошо известных эффектов, таких как молния, статическое электричество, электромагнитная индукция и электрический ток. Кроме того, электричество позволяет создавать и принимать электромагнитное излучение, такое как радиоволны. В электричестве заряды создают электромагнитные поля, которые действуют на другие заряды. Электричество возникает из-за нескольких типов физики: — электрический заряд: свойство некоторых субатомных частиц, которое определяет их электромагнитные взаимодействия.Электрически заряженная материя находится под влиянием электромагнитных полей и производит их. — электрическое поле: особенно простой тип электромагнитного поля, создаваемого электрическим зарядом, даже когда он не движется (т. е. отсутствует электрический ток). Электрическое поле создает силу для других зарядов, находящихся поблизости. — электрический потенциал: способность электрического поля выполнять работу с электрическим зарядом, обычно измеряемая в вольтах. — электрический ток: движение или поток электрически заряженных частиц, обычно измеряемый в амперах.- электромагниты: движущиеся заряды создают магнитное поле. Электрические токи генерируют магнитные поля, а изменяющиеся магнитные поля генерируют электрические токи. В электротехнике электричество используется для: электроэнергии, когда электрический ток используется для питания оборудования; электроника, которая имеет дело с электрическими цепями, которые включают активные электрические компоненты, такие как вакуумные лампы, транзисторы, диоды и интегральные схемы, а также связанные с ними технологии пассивных соединений. Электрические явления изучались с древних времен, хотя прогресс в теоретическом понимании оставался медленным до семнадцатого и восемнадцатого веков.Даже тогда практическое применение электричества было ограниченным, и только в конце девятнадцатого века инженеры смогли применить его в промышленности и в жилых помещениях. Быстрое развитие электрических технологий в это время изменило промышленность и общество. Необычайная универсальность электричества означает, что его можно использовать в практически неограниченном наборе приложений, включая транспорт, отопление, освещение, связь и вычисления. Электроэнергия сейчас является основой современного индустриального общества.Электрический заряд Наличие заряда вызывает электростатическую силу: заряды действуют друг на друга, эффект, который был известен, хотя и не понят, в древности. Исследование показало, что заряд происходит от определенных типов субатомных частиц, которые обладают свойством электрического заряда. Электрический заряд порождает и взаимодействует с электромагнитной силой, одной из четырех фундаментальных сил природы. Наиболее известные переносчики электрического заряда — электрон и протон.Эксперимент показал, что заряд является постоянной величиной, то есть чистый заряд в изолированной системе всегда будет оставаться постоянным, независимо от любых изменений, происходящих в этой системе. Заряд электронов и протонов противоположен по знаку, поэтому величина заряда может быть выражена как отрицательная или положительная. Электрический ток Движение электрического заряда известно как электрический ток, сила которого обычно измеряется в амперах. Ток может состоять из любых движущихся заряженных частиц; чаще всего это электроны, но любой движущийся заряд представляет собой ток.Процесс, посредством которого электрический ток проходит через материал, называется электрической проводимостью, и его природа зависит от заряженных частиц и материала, через который они проходят. Примеры электрических токов включают металлическую проводимость, когда электроны проходят через проводник, такой как металл, и электролиз

2, когда ионы (заряженные атомы) проходят через жидкости, или через плазму, такую ​​как электрические искры. В инженерных или бытовых приложениях ток часто описывается как постоянный (DC) или переменный (AC) ток.Эти термины относятся к тому, как ток изменяется во времени. Постоянный ток, вырабатываемый, например, батареей и требуемый большинством электронных устройств, представляет собой однонаправленный поток от положительной части цепи к отрицательной. Если, как это обычно бывает, этот поток переносится электронами, они будут двигаться в противоположном направлении. Переменный ток — это любой ток, который неоднократно меняет направление; почти всегда это принимает форму синусоиды. Таким образом, переменный ток пульсирует вперед и назад внутри проводника, при этом заряд не перемещается на какое-либо расстояние с течением времени.Усредненное по времени значение переменного тока равно нулю, но он передает энергию сначала в одном направлении, а затем в обратном. На переменный ток влияют электрические свойства, которые не наблюдаются при установившемся постоянном токе, такие как индуктивность и емкость. Электрические цепи Электрическая цепь — это соединение электрических компонентов таким образом, что электрический заряд движется по замкнутому пути (цепи), обычно для выполнения некоторой полезной задачи. Компоненты в электрической цепи могут иметь множество форм, которые могут включать в себя такие элементы, как резисторы, конденсаторы, переключатели, трансформаторы и электронику.Электронные схемы содержат активные компоненты, обычно полупроводники, и обычно демонстрируют нелинейное поведение, требующее сложного анализа. Простейшими электрическими компонентами являются те, которые называются пассивными и линейными: хотя они могут временно накапливать энергию, они не содержат ее источников и демонстрируют линейные реакции на стимулы. Резистор, возможно, является самым простым из пассивных элементов схемы: как следует из названия, он сопротивляется проходящему через него току, рассеивая свою энергию в виде тепла. Основы электроэнергетики. Электроэнергия — это математическое произведение двух величин: тока и напряжения.Эти две величины могут изменяться во времени (мощность переменного тока) или могут поддерживаться на постоянном уровне (мощность постоянного тока). Большинство холодильников, кондиционеров, насосов и промышленного оборудования используют питание переменного тока, тогда как компьютеры и цифровое оборудование используют питание постоянного тока (цифровые устройства, которые вы подключаете к сети, обычно имеют внутренний или внешний адаптер питания для преобразования переменного тока в постоянный). Преимущество переменного тока состоит в том, что его легко преобразовывать между напряжениями, и он может генерироваться и использоваться бесщеточным оборудованием.Электропитание постоянного тока остается единственным практическим выбором в цифровых системах и может быть более экономичным для передачи на большие расстояния при очень высоких напряжениях. Возможность легко преобразовывать напряжение переменного тока важна по двум причинам: во-первых, мощность может передаваться на большие расстояния с меньшими потерями при более высоких напряжениях. Таким образом, в электрических сетях, где генерация удалена от нагрузки, желательно повысить напряжение мощности в точке генерации, а затем понизить напряжение около нагрузки.Во-вторых, зачастую более экономично устанавливать турбины, которые производят более высокие напряжения, чем те, которые используются в большинстве приборов, поэтому возможность легко преобразовывать напряжения означает, что этим несоответствием между напряжениями можно легко управлять. Твердотельные устройства, являющиеся продуктами революции в области полупроводников, позволяют преобразовывать мощность постоянного тока в различные напряжения, создавать бесщеточные машины постоянного тока и преобразовывать мощность переменного и постоянного тока. Тем не менее, устройства, использующие твердотельную технологию, часто бывают более дорогими, чем их традиционные аналоги, поэтому питание переменного тока остается широко распространенным.

Электричество — Энциклопедия Нового Света

Электромагнетизм

Электричество · Магнетизм Магнитостатика Закон Ампера · Электрический ток · Магнитное поле · Магнитный поток · Закон Био – Савара · Магнитный дипольный момент · Закон Гаусса для магнетизма · Электродинамика Свободное пространство · Закон силы Лоренца · ЭДС · Электромагнитная индукция · Закон Фарадея · Ток смещения · Уравнения Максвелла · ЭМ поле · Электромагнитное излучение -Потенциалы Вихерта · Тензор Максвелла · Вихретоковый · Ковариантный состав Электромагнитный тензор · EM Тензор энергии-напряжения · Четырехтоковый · Четырехпотенциальный ·

Электричество (от греческого ήλεκτρον (электрон) «янтарь» ) — это общий термин, обозначающий множество явлений, возникающих в результате наличия и протекания электрического заряда.Вместе с магнетизмом он составляет фундаментальное взаимодействие, известное как электромагнетизм. Он включает в себя несколько хорошо известных физических явлений, таких как молния, электрические поля и электрические токи. Электричество требует создания цепи между положительно заряженными и отрицательно заряженными полюсами. Таким образом, это яркий пример общего принципа, согласно которому энергия любого вида основывается на отношениях между субъектными и объектными сущностями.

Способность человека использовать электричество — один из ключей к созданию современного технологического общества.Таким образом, электричество используется для освещения, связи, транспорта, промышленного оборудования, электроинструментов, бытовой техники, лифтов, компьютеров и расширяющегося разнообразия электронных товаров.

Удары молнии во время ночной грозы. Когда через атмосферу Земли протекают мощные электрические токи, энергия излучается в виде света.

История электричества

Древние греки и парфяне знали о статическом электричестве, возникающем при трении предметов о мех. Древние вавилоняне, возможно, имели некоторое представление о гальванике, основываясь на открытии Багдадской батареи, ^[1] , которая напоминает гальванический элемент.

Мемориальная доска с воздушным змеем Франклина в церкви Святого Стефана, Филадельфия

Итальянскому врачу Джироламо Кардано в работе De Subtilitate (1550 г.) приписывают различение, возможно, впервые, между электрическими и магнитными силами. В 1600 году английский ученый Уильям Гилберт в De Magnete, расширил работу Кардано и ввел новое латинское слово electricus из ἤλεκτρον (электрон) , греческого слова, означающего «янтарь».»Первое использование слова электричество приписывается сэру Томасу Брауну в его работе 1646 года, Pseudodoxia Epidemica .

За Гильбертом в 1660 году последовал Отто фон Герике, который изобрел первый электростатический генератор. Другими пионерами были Роберт Бойль, который в 1675 году заявил, что электрическое притяжение и отталкивание могут действовать через вакуум; Стивен Грей, который в 1729 году классифицировал материалы как проводники и изоляторы; и К.Ф. Дю Фэй, который первым определил два типа электричества, которые позже будут называть положительным и отрицательным .

Лейденская банка, тип конденсатора для большой электрической энергии, была изобретена в Лейденском университете Питером ван Мушенбруком в 1745 году. Уильям Уотсон, экспериментируя с лейденской банкой, обнаружил в 1747 году, что разряд статического электричества эквивалентен разряду статического электричества. электрическому току.

В июне 1752 года Бенджамин Франклин продвигал свои исследования электричества и теорий посредством знаменитого, хотя и чрезвычайно опасного эксперимента по запуску воздушного змея во время грозы.После этих экспериментов он изобрел громоотвод и установил связь между молнией и электричеством. Если Франклин действительно запустил воздушного змея во время шторма, он сделал бы это не так, как это часто описывают (так как это было бы драматично, но смертельно). Либо Франклин (чаще), либо Эбенезер Киннерсли из Филадельфии (реже) считается ответственным за установление соглашения о положительном и отрицательном электричестве.

Наблюдения Франклина помогли более поздним ученым, таким как Майкл Фарадей, Луиджи Гальвани, Алессандро Вольта, Андре-Мари Ампер и Георг Симон Ом, чьи работы легли в основу современной электротехники.Общество чтит работы Фарадея, Вольта, Ампера и Ома, поскольку в их честь названы фундаментальные единицы измерения электричества.

Вольта обнаружил, что химические реакции могут быть использованы для создания положительно заряженных анодов и отрицательно заряженных катодов. Когда между ними был прикреплен проводник, разница в электрическом потенциале (также известном как напряжение) пропускала ток между ними через проводник. Разница потенциалов между двумя точками измеряется в вольтах в знак признания работы Вольты.

В 1800 году Вольта сконструировал первое устройство для выработки большого электрического тока, позже известное как электрическая батарея. Наполеон, узнав о его работах, вызвал его в 1801 году для командного выполнения своих экспериментов. Он получил множество медалей и наград, в том числе ордена Почетного легиона.

К концу девятнадцатого века электротехника стала отдельной профессиональной дисциплиной, и инженеры-электрики считались отдельными от физиков и изобретателей.Они создали компании, которые исследовали, разработали и усовершенствовали методы передачи электроэнергии, и заручились поддержкой правительств всего мира для создания первой всемирной сети электросвязи — телеграфной сети. Пионерами в этой области были Вернер фон Сименс, основатель Siemens AG в 1847 году, и Джон Пендер, основатель Cable & Wireless.

Конец девятнадцатого и начало двадцатого века породили таких гигантов электротехники, как Никола Тесла, изобретатель многофазного асинхронного двигателя; Сэмюэл Морс, изобретатель дальнего телеграфа; Антонио Меуччи, изобретатель телефона; Томас Эдисон, изобретатель первой коммерческой распределительной сети электроэнергии; Джордж Вестингауз, изобретатель электровоза; Чарльз Стейнмец, теоретик переменного тока; Александр Грэм Белл, еще один изобретатель телефона и основатель успешного телефонного бизнеса.

Быстрое развитие электрических технологий в конце девятнадцатого и начале двадцатого веков привело к коммерческому соперничеству, например, так называемой «войне токов» между системой постоянного (DC) Эдисона и системой переменного тока Westinghouse. метод.

Коротко о концепциях

Термин электричество включает несколько связанных понятий, определение которых дано ниже.

• Электрический заряд: Фундаментальное сохраняющееся свойство некоторых субатомных частиц, которое определяет их электромагнитные взаимодействия.Электрически заряженная материя находится под влиянием электромагнитных полей и производит их
• Электрическое поле: Эффект, создаваемый электрическим зарядом, который воздействует на заряженные объекты поблизости
• Электрический ток: Движение или поток электрически заряженных частиц
• Электрический потенциал (часто называемый напряжением ): потенциальная энергия на единицу заряда, связанная со статическим электрическим полем
• Электрическое сопротивление: Мера степени, в которой объект препятствует прохождению электрического тока.Единица измерения электрического сопротивления в системе СИ —
Ом.
• Электропроводность: Величина, обратная электрическому сопротивлению, измеряется в сименсах
.
• Электрическая энергия: Энергия, доступная в результате прохождения электрического заряда через электрический проводник
• Электроэнергия: Скорость, с которой электрическая энергия преобразуется в другую форму энергии или из другой формы энергии, такой как свет, тепло или механическая энергия
• Электрический проводник: Любой материал, по которому легко протекает электрический ток
• электрический изолятор: Любой материал, препятствующий прохождению электрического тока

Подробное описание концепции

Электрический заряд

Электрический заряд — это свойство некоторых субатомных частиц (например, электронов и протонов), которое взаимодействует с электромагнитными полями и вызывает между ними силы притяжения и отталкивания.Электрический заряд порождает одну из четырех фундаментальных сил природы и является сохраняемым свойством материи, которое можно измерить. В этом смысле фраза «количество электричества» используется как синонимы фраз «заряд электричества» и «количество заряда». Есть два типа заряда: положительный и отрицательный. Экспериментируя, можно обнаружить, что объекты с одинаковым зарядом отталкиваются, а объекты с противоположным зарядом притягиваются друг к другу. Величина силы притяжения или отталкивания определяется законом Кулона.

Электрическое поле

Пространство, окружающее электрический заряд, обладает свойством, называемым электрическим полем. Это электрическое поле действует на другие электрически заряженные объекты. Концепция электрических полей была введена Майклом Фарадеем.

Электрическое поле — это вектор с единицами СИ в ньютонах на кулон (N C ^-1 ) или, что то же самое, в вольтах на метр (В · м ^-1 ). Направление поля в точке определяется направлением электрической силы, действующей на положительный испытательный заряд, помещенный в эту точку.Напряженность поля определяется отношением электрической силы, действующей на заряд в точке, к величине заряда, помещенного в эту точку. Электрические поля содержат электрическую энергию с плотностью энергии, пропорциональной квадрату напряженности поля. Электрическое поле должно заряжаться так же, как ускорение относится к массе, а плотность силы — к объему.

Сила электрического поля действует между двумя зарядами так же, как сила гравитационного поля действует между двумя массами. Однако электрическое поле немного другое.Гравитационная сила зависит от масс двух тел, тогда как электрическая сила зависит от величины электрических зарядов двух тел. В то время как гравитация может сблизить только две массы, электрическая сила может быть силой отталкивания или притяжения. Если оба заряда имеют одинаковый знак (например, оба положительные), между ними будет сила отталкивания. Если заряды противоположны, между двумя телами будет сила притяжения. Величина силы обратно пропорциональна квадрату расстояния между двумя телами, а также пропорциональна произведению беззнаковых величин двух зарядов.

Электрический потенциал (напряжение)

Международный знак безопасности «Осторожно, опасность поражения электрическим током» (ISO 3864), в просторечии известный как символ высокого напряжения

Разность электрических потенциалов между двумя точками называется напряжением . Это мера способности электрического поля вызывать прохождение электрического тока через электрический проводник.

Разница в электрическом потенциале определяется как работа, совершаемая на единицу заряда (против электрических сил) при медленном перемещении положительного точечного заряда между двумя точками.Если одна из точек считается опорной точкой с нулевым потенциалом, то электрический потенциал в любой точке может быть определен в терминах работы, совершаемой на единицу заряда при перемещении положительного точечного заряда из этой опорной точки в точку, в которой потенциал подлежит определению. Для изолированных зарядов за точку отсчета обычно берется бесконечность. Напряжение измеряется в вольтах (1 вольт = 1 джоуль / кулон).

Электрический потенциал аналогичен температуре: в каждой точке пространства существует разная температура, а температурный градиент указывает направление и величину движущей силы за тепловым потоком.Точно так же в каждой точке пространства есть электрический потенциал, и его градиент указывает направление и величину движущей силы, стоящей за движением заряда.

Электрический ток

Электрический ток — это поток электрического заряда, который измеряется в амперах. Примеры электрических токов включают металлическую проводимость, когда электроны протекают через проводник или проводники, такие как металлический провод, и электролиз, когда ионы (заряженные атомы) протекают через жидкости. Сами частицы часто движутся довольно медленно, а движущее их электрическое поле распространяется со скоростью, близкой к скорости света.

Постоянный ток (DC) — это однонаправленный поток, в то время как переменный ток (AC) неоднократно меняет направление на обратное. Среднее время переменного тока равно нулю, но его энергетическая способность (среднеквадратичное значение) не равна нулю.

Закон Ома — это важное соотношение, описывающее поведение электрических токов, связывающее их с напряжением.

По историческим причинам считается, что электрический ток течет от наиболее положительной части цепи к наиболее отрицательной. Определенный таким образом электрический ток называется условным током .Теперь известно, что в зависимости от условий электрический ток может состоять из потока заряженных частиц в любом направлении или даже в обоих направлениях одновременно. Для упрощения этой ситуации широко используется переход от положительного к отрицательному. Однако, если используется другое определение, например «электронный ток», его следует указать явно.

Электрическое сопротивление

Электрическое сопротивление представляет собой степень, с которой устройство в электрической цепи препятствует прохождению электрического тока.Для любого заданного напряжения, приложенного к электрической цепи, величина сопротивления в цепи определяет количество тока, протекающего по цепи. Связь между напряжением, током и сопротивлением в электрической цепи можно записать в виде уравнения, известного как закон Ома, приведенного ниже.

Для самых разных материалов и условий электрическое сопротивление не зависит от величины протекающего тока или величины приложенного напряжения.

Его величина, обратная электрическому сопротивлению, — это электрическая проводимость.Единицей измерения электрического сопротивления в системе СИ является ом.

Электроэнергия

Электрическая энергия — это энергия, накопленная в электрическом поле или переносимая электрическим током. Энергия определяется как способность выполнять работу, а электрическая энергия — это просто один из многих видов энергии. Примеры электрической энергии включают:

• Энергия, которая постоянно накапливается в атмосфере Земли и частично выделяется во время грозы в виде молнии
• Энергия, которая накапливается в катушках электрического генератора на электростанции и затем передается по проводам потребителю; затем потребитель платит за каждую полученную единицу энергии
• Энергия, которая хранится в конденсаторе и может быть высвобождена для возбуждения тока через электрическую цепь

Электроэнергия

Электрическая мощность — это скорость производства или потребления электроэнергии, измеряемая в ваттах (Вт).

Электростанция, работающая на ископаемом топливе или атомная электростанция, преобразует тепло в электрическую энергию, и чем быстрее станция сжигает топливо, при условии постоянной эффективности преобразования, тем выше ее выходная мощность. Мощность электростанции обычно указывается в мегаваттах (миллионах ватт). Затем электрическая энергия передается по линиям электропередачи к потребителям.

Каждый потребитель использует приборы, которые преобразуют электрическую энергию в другие формы энергии, такие как тепло (в электродуговых печах и электрических нагревателях), свет (в лампах и люминесцентных лампах) или движение, то есть кинетическая энергия (в электродвигатели).Как и электростанция, каждое устройство также имеет мощность в ваттах, в зависимости от скорости, с которой он преобразует электрическую энергию в другую форму. Электростанция должна производить электрическую энергию с той же скоростью, с какой ее потребляют все подключенные к ней приборы.

Неядерная электроэнергия подразделяется на «зеленую» или «коричневую» электроэнергию. Зеленая энергия является более чистым альтернативным источником энергии по сравнению с традиционными источниками, и ее получают из возобновляемых источников энергии, которые не образуют ядерных отходов; Примеры включают энергию, произведенную из ветра, воды, солнца, тепла, воды, горючих возобновляемых источников энергии и отходов.Электроэнергия из угля, нефти и природного газа известна как традиционная энергия или «коричневое» электричество.

Закон Ома

Источник напряжения, В, управляет электрическим током, I, через резистор, R . Эти три величины подчиняются закону Ома: V = IR

Закон Ома гласит, что в электрической цепи ток, проходящий через проводник от одной точки вывода на проводе к другой, прямо пропорционален разности потенциалов (то есть падению напряжения или напряжению) на двух точках вывода. и обратно пропорционально сопротивлению проводника между двумя точками.

Математически это записывается как:

I = VR {\ displaystyle I = {\ frac {V} {R}}}

, где I — ток, V — разность потенциалов, а R — постоянная, называемая сопротивлением. . Разность потенциалов также известна как падение напряжения и иногда обозначается E вместо V . Этот закон обычно действует в большом диапазоне значений тока и напряжения, но он нарушается, если условия (например, температура) изменяются чрезмерно.

В системе СИ единицей тока является ампер; разность потенциалов — вольт; а сопротивление — Ом. Один ом равен одному вольту на ампер. Закон назван в честь физика Георга Ома, который опубликовал его в несколько более сложной форме в 1826 году. Вышеупомянутое уравнение не могло существовать до тех пор, пока не была определена единица сопротивления Ом (1861, 1864).

Электрические явления в природе

• Материя: атомы и молекулы удерживаются вместе электрическими силами между заряженными частицами.
• Молния: электрические разряды в атмосфере.
• Магнитное поле Земли: создается электрическими токами, циркулирующими в ядре планеты.
• Иногда из-за солнечных вспышек может возникнуть явление, известное как скачок напряжения.
• Пьезоэлектричество: способность некоторых кристаллов генерировать напряжение в ответ на приложенное механическое напряжение.
• Трибоэлектричество: Электрический заряд, возникающий при контакте или трении между двумя разными материалами.
• Биоэлектромагнетизм: электрические явления в живых организмах.
  • Биоэлектричество: Многие животные чувствительны к электрическим полям, некоторые (например, акулы) больше, чем другие (например, люди). Большинство из них также генерируют собственные электрические поля.
    • Gymnotiformes, такие как электрический угорь, намеренно создают сильные поля, чтобы обнаружить или оглушить свою добычу.
    • Нейроны нервной системы передают информацию с помощью электрических импульсов, известных как потенциалы действия.

Использование электроэнергии

Сегодня электричество используется во многих наших бытовых приборах и инструментах.Примеры включают в себя освещение, связь, промышленное оборудование, электроинструменты, транспортные средства, компьютеры, бытовую технику, лифты и многие другие электронные товары. Электричество так широко используется из-за его относительной простоты передачи и легкости, с которой переносимая им энергия может быть использована для выполнения полезной работы.

Единицы СИ для электричества и магнетизма

Блоки электромагнетизма СИ

Символ	Наименование количества	Производные единицы	Единица	Базовые единицы
Я	Текущий	ампер (базовая единица СИ)	А	А = Вт / В = Ц / с
q	Электрический заряд, Количество электроэнергии	кулон	С	А · с
В	Разница потенциалов	вольт	В	Дж / C = кг · м 2 · с −3 · A −1
R, Z, X	Сопротивление, Импеданс, Реактивное сопротивление	Ом	Ом	В / А = кг · м 2 · с −3 · А −2
ρ	Удельное сопротивление	омметр	Ом · м	кг · м 3 · с −3 · A −2
P	Power, Electrical	ватт	Вт	В · A = кг · м 2 · с −3
C	Емкость	фарад	F	C / V = ​​кг −1 · м −2 · A 2 · с 4
	Эластичность	обратных фарадов	Ф -1	В / C = кг · м 2 · A −2 · с −4
ε	разрешающая способность	фарад на метр	Ф / м	кг −1 · м −3 · A 2 · с 4
χ e	Электрическая восприимчивость	(безразмерный)	—	—
G, Y, B	Поведение, допуск, отстранение	сименс	S	Ом −1 = кг −1 · м −2 · с 3 · A 2
σ	Электропроводность	сименс на метр	См / м	кг −1 · м −3 · с 3 · A 2
H	Дополнительное магнитное поле, напряженность магнитного поля	ампер на метр	А / м	А · м -1
Φ м	Магнитный поток	Вебер	Вт	В · с = кг · м 2 · с −2 · A −1
B	Магнитное поле, плотность магнитного потока, магнитная индукция, напряженность магнитного поля	тесла	т	Вт / м 2 = кг · с −2 · A −1
	Сопротивление	ампер-витков на Weber	A / Wb	кг −1 · м −2 · с 2 · A 2
L	Индуктивность	генри	H	Вт / А = В · с / А = кг · м 2 · с −2 · A −2
мкм	Проницаемость	генри на метр	Г / м	кг · м · с −2 · A −2
χ м	Магнитная восприимчивость	(безразмерный)	—	—

См. Также

Банкноты

Список литературы

• Каллистер, Уильям Д.2006. Материаловедение и инженерия: Введение. Нью-Йорк: Уайли и сыновья. ISBN 0471736961.
• Гибилиско, Стан. 2005. Демистификация электричества. Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. ISBN 0071439250.
• Саслоу, Уэйн и Лейн Х. Сили. 2006. Электричество, магнетизм и свет. Американский журнал физики 74 (4): 365.
• Янг, Хью Д. и Роджер А. Фридман. 2003. Физика для ученых и инженеров, , 11-е издание. Сан-Франциско: Пирсон.ISBN 080538684X.

Внешние ссылки

Все ссылки получены 18 сентября 2017 г.

Кредиты

Энциклопедия Нового Света Писатели и редакторы переписали и завершили статью Википедия в соответствии со стандартами New World Encyclopedia . Эта статья соответствует условиям лицензии Creative Commons CC-by-sa 3.0 (CC-by-sa), которая может использоваться и распространяться с указанием авторства. Кредит предоставляется в соответствии с условиями этой лицензии, которая может ссылаться как на участников New World Encyclopedia, , так и на самоотверженных добровольцев Фонда Викимедиа.Чтобы процитировать эту статью, щелкните здесь, чтобы просмотреть список допустимых форматов цитирования. История более ранних публикаций википедистов доступна исследователям здесь:

История этой статьи с момента ее импорта в New World Encyclopedia :

Примечание. Некоторые ограничения могут применяться к использованию отдельных изображений, на которые распространяется отдельная лицензия.

.