Учебник Физика 8 класс Божинова Ненашев Кирюхина

※ Download: olvatalbo.skyrimvr.ru?dl&keyword=%d1%84%d0%b8%d0%b7%d0%b8%d0%ba%d0%b0+7+%d0%ba%d0%bb%d0%b0%d1%81%d1%81+%d0%b1%d0%be%d0%b6%d0%b8%d0%bd%d0%be%d0%b2%d0%b0+%d0%ba%d0%b8%d1%80%d1%8e%d1%85%d0%b8%d0%bd+%d0%ba%d0%b8%d1%80%d1%8e%d1%85%d0%b8%d0%bd%d0%b0+%d0%b3%d0%b4%d0%b7&source=bandcamp.com


Затем слепок помещают в ванну с электролитом. Оборудование: игрушечной автомобиль с под вижными колесами, секундомер, мел. Какие виды насосов вы анаете? Человек, стоя в практически неподвижной лодке на озере, бросил в направлении берега тяжелый рюкзак.

И Подводим итоги Тела, долгое время сохраняющие свои магнитные свойства, называют постоянными магнитами. Ждем Вас на нашем сайте! Портал школьных учебников онлайн.

Учебник Физика 9 класс Божинова Кирюхин Кирюхина

Кирюхина ИЗИКА ИЗДАТЕЛЬСТВО РАНОК УДК371. Продажа разрешена Ответственные за подготовку учебника к изданию: Е. Хоменко, главный специалист МОН Украины; И. Юрчук, методист высшей категории Института инновационных технологий и содержания образования Независимые эксперты: B. Барьяхтар, директор Института магнетизма НАН Украины, доктор физ. Головко, заместитель директора Института педагогики AJIH Украины, канд. Евтушик, методист городского методического кабинета Ковельского городского управления образования; А. Хоренко, методист Киевского областного института педагогического образования педагогических кадров, учитель-методист Рецензенты: C. Крот, профессор кафедры физики Харьковского государственного технического университета строительства и архитектуры, канд. Ятвецкий, методист Одесского регионального центра оценивания качества образования; Л. Ятвецкая, заведующая научно-методической лабораторией естественных дисциплин Одесского областного института усовершенствования учителей Божинова Ф. ISBN 978-966-672-873-2 Предлагаемый учебник является составной частью учебно-методического комплекта «Физика-9», включающего также планы-конспекты всех уроков, сборник задач, тетрадь для лабораторных работ и комплексную тетрадь для контроля знаний. Основная цель учебника — содействовать формированию базовых физических знаний, показать их необходимость для понимания окружающего мира. Кирюхина, 2009 © В. Смиян, перевод, 2009 © ООО Издательство «Ранок», 2009 Дорогие друзья! Вы изучаете физику уже третий год. Надеемся, вы сумели оценить достоинства этой удивительной науки о природе, более того, стараетесь, используя приобретенные знания, осознавать и объяснять процессы, происходящие вокруг. Кому-то из вас интереснее смотреть на мир глазами специалиста-оптика, кому-то - механика, кому-то - термодинамика. Однако, даже в совершенстве владея знаниями лишь об оптических, механических или тепловых явлениях, невозможно понять, например, принцип работы ксерокса или разобраться в электрической схеме простейшего фонарика, а тем более понять, что именно измеряют счетчиком Гейгера или как работает атомный реактор. Дело в том, что работа всех указанных устройств основывается или на законах электромагнетизма, или на законах ядерной физики. Именно с ними вы познакомитесь в курсе физики 9-го класса. Из раздела «Электрическое поле» вы узнаете о мире неподвижных частиц, имеющих электрический заряд. Изучением таких частиц занимается электростатика -наука о свойствах и взаимодействии неподвижных электрических зарядов. Направленное движение электрических зарядов вы будете изучать в разделе «Электрический ток». Вы узнаете, при каких условиях электрический ток существует, как он возникает, а главное - где его используют. Раздел «Магнитные явления» неразрывно связан с предыдущим, ведь магнитные явления возникают в результате движения заряженных частиц. В разделе «Атомное ядро. Ядерная энергетика» вы «заглянете» вглубь атомного ядра, узнаете, что такое радиоактивность, когда нужно бояться радиоактивного излучения, а когда оно полезно. Вы выясните, что служит «топливом» для атомных электростанций и как они работают. Конечно, без ваших усилий понять и полюбить физику не удастся. Учиться -это значит учить себя. Учитель и учебник только помогут вам в получении знаний: донесут необходимую информацию, расшифруют сложные понятия, укажут тропинку в хитросплетениях физических задач. Поэтому внимательно изучайте содержание каждого параграфа. Параграфы завершаются рубриками «Подводим итоги», «Контрольные вопросы», «Упражнение». Задачи этой рубрики по силам каждому, однако придется подумать и проявить сообразительность. Обязательно выполните их, и вы начнете лучше понимать и больше любить физику. В ходе подготовки к контрольным работам будет полезна рубрика «Задания для самопроверки к разделу», а рубрика «Подводим итоги раздела» поможет систематизировать полученные знания и «увидеть» весь материал раздела в целом. Те же из вас, кто хочет больше узнать о развитии физической науки и техники или планирует связать свое будущее с физикой, найдут немало поле ного и интересного в рубриках «Физика и техника в Украине» и «Энциклопедическая страница». Интересного путешествия в мир физики, удачи вам! ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ S 1. ЗАРЯД И ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ Из курса физики 7-го класса вы, возможно, помните о «таинственном» электромагнитном взаимодействии. Таинственном - поскольку тогда было сказано только то, что это взаимодействие определяет большинство процессов и явлений вокруг нас рис. Теперь вы будете знакомиться с электромагнитными явлениями подробнее. Для этого прежде всего нужно узнать, что такое электрический заряд кстати, свойства и взаимодействие неподвижных электрических зарядов изучает электростатика - отдельный раздел физики. Известно, что горные инженеры и военные называют зарядом взрывчатку; иногда слово «заряд» используют для определения «запаса чувств» заряд бодрости. А что же такое заряд в физике? Об этом вы узнаете из данного параграфа. D Знакомимся с электромагнитным взаимодействием Строение атома — элементарной составляющей любого вещества — вы уже изучали в курсах природоведения, физики, химии. Вспомним: атом любого вещества состоит из ядра, вокруг которого движутся электроны. Упрощенное строение атома представлено на рис. Понятно, что без взаимного притяжения электронов и ядра атом распался бы. Можно предположить, что такое притяжение обусловлено гравитационным взаимодействием. Однако это не так: электроны и ядро слишком легкие, а гравитационное взаимодействие ощутимо только в том случае, если хотя бы одно из взаимодействующих тел имеет большую массу, например, как звезда или планета. Атом не распадается благодаря взаимодействию другого типа. Это взаимодействие называют электромагнитным. Но ведь ядро и электроны, из которых состоит атом, открыты сравнительно недавно, менее 150 лет назад. Неужели ученые не знали о существовании электромагнитного взаимодействия раньше? Более двадцати пяти веков назад греческий философ Фалес ок. Из повседневной жизни вам хорошо известно, что после расчесывания сухих волос пластмассовой расческой последняя приобретает свойство притягивать к себе ворсинки, кусочки бумаги, волосинки и т. Аналогичное свойство приобретает эбонитовая палочка, потертая о шерсть, или палочка из оргстекла, потертая о шелк или бумагу рис. Некоторые из вас удивятся: а как связаны взаимодействие электрона и ядра с взаимодействием наэлектризованных расчески, палочки или янтаря и различных мелких предметов? Оказывается, что во всех случаях мы имеем дело с электромагнитным взаимодействием. Обратите внимание на то, что интенсивность электромагнитного взаимодействия, например, наэлектризованной палочки и воды может быть разной: в опыте, изображенном на рис. Электрический заряд - это физическая величина, характеризующая свойство частиц и тел вступать в электромагнитное взаимодействие. Единицей электрического заряда в СИ является кулон Кл ; она названа так в честь французского ученого Ш. Эта единица является производной от основных единиц СИ определение кулона будет дано в разделе 2 учебника. Обозначают электрический заряд символом q. Начертите схему соответствующей электрической цепи. Сравните полученное значение напряжения с суммой напряжений на обоих устройствах. ЗАКОН ОМА П Вспомните механический аналог электрической цепи, предложенный в § 8 см. А теперь представьте, что достаточно долго именно вы будете «черпальщиком», то есть должны будете поддерживать вращение вертушки. Как это сделать с наименьшими усилиями? Скорее всего, вы постараетесь сделать так, чтобы вода из трубки выливалась медленнее, и, видимо, для этого выберете очень тонкую трубку, а перепад уровней воды в сосудах сделаете по возможности меньшим. Вспомните: разница уровней воды - аналог напряжения, а количество воды, прошедшее через трубку за 1 с,- аналог силы тока. Следовательно, можно предположить, что сила тока на участке электрической цепи уменьшается при уменьшении напряжения и зависит от проводящих свойств проводника. Убеждаемся, что сила тока в проводнике зависит от напряжения на его концах Соберем электрическую цепь, потребителем в которой будет металлический проводник, а источником тока — устройство, на выходе которого можно изменять напряжение. Опыт показывает, что при увеличении напряжения на концах проводника в 2 раза сила тока в проводнике тоже возрастет в 2 раза рис. Таким образом, во сколько раз увеличится уменьшится напряжение на концах проводника, во столько же раз возрастет уменьшится в проводнике сила тока. Эту зависимость впервые экспериментально установил немецкий ученый Г. При одинаковом напряжении на концах проводников сила тока меньше в том проводнике, который обладает большим сопротивлением. Докажите, что проводник оказывает сопротивление электрическому току. Как до- казать, что сопротивление проводника прямо пропорционально его длине? Зависит ли сопротивление проводника от площади его поперечного сечения? Если зависит, то как? По какой формуле вычисляют сопротивление проводника? Что такое удельное сопротивление вещества? Какими свойствами вещества определяется возможность его использования для изготовления электропроводки? Какие виды реостатов вы знаете? Чем они отличаются друг от друга? Опишите устройство и принцип действия ползункового реостата. Как обозначают ползун-ковый реостат на схеме? Определите, из какого вещества изготовлен каждый проводник, если известно, что их сопротивления одинаковы. Вычислите сопротивление медного провода длиной 1 км, если площадь его поперечного сечения 0,68 см2. Изолированный провод сопротивлением 25 Ом разрезали пополам и половины свили. Как и во сколько раз изменилось сопротивление провода? Начертите схему электрической цепи, представленной на рис. По показаниям электроизмерительных приборов вычислите сопротивление включенной части реостата. Как изменятся полученное вами значение и показания приборов, если ползунок реостата передвинуть вправо? Какой длины должен быть нихромовый провод с поперечным сечением 0,2 мм2, чтобы при прохождении в нем тока силой 0,4 А напряжение на его концах составляло 4,4 В? При токе 15 А напряжение на концах медного провода длиной 10 м составляет 0,85 В. При прохождении электрического тока в алюминиевом проводе длиной 100 м напряжение на его концах составляет 1 В. Какова масса алюминиевого провода, если КГ сила тока в нем равна 15 А? Не забудьте указать диаметр и длину используемого провода. Измерение сопротивления проводника с помощью амперметра и вольтметра. Цель: научиться определять сопротивление проводника с помощью амперметра и вольтметра; убедиться на опыте, что сопротивление проводника не зависит от силы тока в нем и напряжения на его концах. Оборудование: источник тока, резистор, ползунковый реостат, амперметр, вольтметр, ключ, соединительные провода. Прежде чем приступить к выполнению работы, убедитесь, что вы знаете: 1 требования безопасности при работе с электрическими цепями; 2 правила, которые необходимо соблюдать, выполняя измерения с помощью амперметра и вольтметра. Определите цену деления шкал вольтметра и амперметра. Эксперимент Результаты измерений сразу заносите в таблицу. Соберите электрическую цепь по приведенной схеме: 2. Замкните цепь и измерьте напряжение на концах резистора и силу тока в нем. Плавно передвигая ползунок реостата, увеличьте силу тока в цепи. Запишите показания вольтметра и амперметра. Передвиньте ползунок реостата в противоположную сторону и еще раз измерьте напряжение и силу тока. Обработка результатов эксперимента 1. Вычислите сопротивление резистора для каждого случая. Результаты вычислений занесите в таблицу. По графику определите значение сопротивления резистора. Изучение зависимости электрического сопротивления проводника от его длины, площади поперечного сечения, вещества, из которого он изготовлен. Цель: выяснить, как зависит электрическое сопротивление проводника от его длины и площади поперечного сечения; доказать, что электрическое сопротивление проводника зависит от вещества, из которого он изготовлен. Оборудование: источник тока, вольтметр, амперметр, реостат, изоляционная панель, три провода, изготовленные из одного и того же вещества, одинаковые по длине и диаметру; три провода, изготовленные из разных веществ, одинаковые по длине и диаметру; соединительные провода; штангенциркуль или микрометр. УКАЗАНИЯ К РАБОТЕ Подготовка к экспери1иенту 1. Прежде чем приступить к выполнению работы, убедитесь, что вы знаете: 1 требования безопасности при работе с электрическими цепями; 2 правила, которые необходимо соблюдать, проводя измерения с помощью амперметра и вольтметра. Определите цену деления шкал амперметра и вольтметра. Исследуйте зависимость сопротивления проводника от его длины. Для этого выполните такие действия результаты измерений и вычислений сразу заносите в табл. Используйте три провода, изготовленные из одного и того же вещества, одинаковые по длине и диаметру. Считайте, что, когда к клеммам подключен один провод, площадь поперечного сечения проводника равна S, когда к той же паре клемм подключены два провода,— 2 S, а когда три провода — 3 S. Для каждого случая измерьте силу тока в проводнике, напряжение на нем и вычислите сопротивление проводника. Сделайте вывод о характере зависимости сопротивления проводника от площади его поперечного сечения. Номер сшыта 1 2 3 Напря-ясение и, В Сила тока L А Площадь поперечного сечения пр? Ватт — сравнительно небольшая единица мощности. Существуют также приборы для прямого измерения мощности электрического тока — ваттметры. Ваттметры подключают параллельно потребителю, мощность тока в котором нужно измерить. В паспорте электрического прибора обычно указывают не только его номинальную мощ;ность, но и напряжение, на которое прибор рассчитан. Однако напряжение в сети может немного измениться, например, увеличиться, соответственно увеличится и сила тока. То есть значения фактической и номинальной мощ;ностей потребителя могут отличаться. Завершая знакомство с мощ;ностью электрического тока, снова обратимся к рис. На счетчике указаны значения еще двух физических величин: 220 В; 15 А. Первая из них показывает, в цепь с каким напряжением следует включать счетчик, вторая — максимально допустимую силу тока в цепи. Участок электрической цепи состоит из трех одинаковых резисторов см. Определите общую мощность всех резисторов, если сопротивление каждого из них равно 5 Ом, а напряжение на участке 10 В. Анализ физической проблемы Решить задачу можно двумя способами: 1 вычислить мощность каждого резистора, а затем общую мощность всех резисторов; 2 определить общую силу тока на участке и, зная общее напряжение, вычислить общую мощность всех резисторов. Поскольку резисторы 2 и 3 соединены последовательно, то: Д2. Способ 2 Сначала найдем общее сопротивление R участка цепи. Поскольку резисторы 2 и 3 соединены последовательно, то 2? Проанализируем результат: решая задачу различными способами, мы получили одинаковое значение мощности, значит, задача решена правильно. Ответ: общая мощность всех резисторов равна 30 Вт. Задача 2, Определите КПД двигателя электровоза, если, двигаясь м равномерно со скоростью 16 —, он развивает силу тяги 300 кН. Напряже- с ние в электросети 3 кВ, сила тока, потребляемого двигателем, равна 2 кА. Анализ физической проблемы Для решения задачи необходимо выяснить, какую часть работы, которую выполняет ток, протекающий в обмотке электродвигателя, составляет полезная работа механическая работа по перемещению электровоза. Использовав формулы для расчета механической работы и работы тока, найдем искомую величину. Работа и мощность электрического тока. Эксперимент Результаты измерений сразу заносите в таблицу. Соберите электрическую цепь по начерченной вами схеме. Измерьте несколько раз силу тока в лампе и напряжение на ней, каждый раз меняя положение ползунка реостата. Обработка результатов эксперимента 1. Для каждого опыта вычислите фактическую мощ;ность лампы. Рассмотрите цоколь лампы и узнайте ее номинальную мощность. Результаты занесите в таблицу. Номер Сила тока Наиряже- Мощность лампы. Объясните причину возможного расхождения значений номинальной и фактической мощностей лампы. В каком случае и почему это расхождение было наибольшим? Творческое задание Проверьте на опыте, когда мощность двух ламп будет большей - в случае их параллельного соединения или последовательного. Начертите схемы соответствующих электрических цепей. Из собственного опыта вам хорошо известно, что при прохождении электрического тока спираль лампы накаливания нагревается настолько, что начинает излучать видимый свет. Благодаря действию электрического тока нагреваются утюг и электрическая плита, А вот нагревание работающих вентилятора и пылесоса незначительно. Не становятся слишком горячими {конечно, если все обстоит благополучно и подводящие провода. От чего же зависит тепловое действие тока? Рассуждаем о тепловом действии тока Ранее уже шла речь о том, что прохождение тока всегда сопровождается выделением теплоты. Этот факт нетрудно объяснить. В результате средняя скорость хаотического теплового движения частиц вещества увеличивается — проводник нагревается. Очевидно, что, чем чаще сталкиваются частицы, то есть чем больше сопротивление проводника, тем больше энергии передается проводнику и тем больше он нагревается. Ведь чем больше частиц проходит через поперечное сечение проводника в единицу времени, тем больше столкновений частиц происходит. Джеймс Прескотт Джоуль 1818-1889 — английский физик, один из основателей современной теории тепловых явлений. Независимо друг от друга они пришли к одному и тому же выводу, со временем получившему название закон Джоуля-Ленца. Попробуйте описать этот опыт самостоятельно. Закон Джоуля — Ленца был установлен экспериментально. Если на участке цепи, в котором течет ток, не выполняется механическая работа и не происходят химические реакции, то результатом работы электрического тока будет только нагревание проводника. Нагретый проводник путем теплопередачи отдает полученную энергию окружающим телам. В таких случаях при- R меняют сложные математические расчеты, учитывающие всю совокупность происходящих явлений. Учимся решать задачи Задача. Какой длины нужно взять нихромовую проволоку, чтобы изготовить нагреватель, которым можно за 5 мин довести до кипения 1,5 кг воды, взятой при температуре 20 °С? Площадь поперечного сечения проволоки 0,1 мм2. Напряжение в сети равно 220 В, КПД кипятильника составляет 90%. Значения удельного сопротивления р нихрома и удельной теплоемкости с воды найдем в соответствующих таблицах. Почему нагреваются проводники, в которых течет электрический ток? Сфор- мулируйте закон Джоуля-Ленца. Почему он имеет такое название? Как математически записывается закон Джоуля-Ленца? Какие формулы для расчета количества теплоты, выделяющегося при прохождении тока в проводнике, вы знаете? Всегда ли можно их использовать? Почему электрические провода, по которым подают напряжение к электри- ческой лампе накаливания, не нагреваются, а нить накала лампы нагревается и ярко светится? Сколько теплоты выделится за 10 мин в электрической плитке, включенной в сеть, если сопротивление нагревательного елемента плитки 30 Ом, а сила тока в нем 4 А? Ява проводника сопротивлениями 10 и 20 Ом включены в сеть напряжением ТОО В. Какое количество теплоты выделится за 5 с в каждом проводнике, если их соединить параллельно? Сколько времени будет нагреваться 1,5 л воды от 20 до 100°С в электрическом чайнике мощностью 600-Вт, если КПД чайника 80%? Электрокипятильник за 5 мин нагревает 0,2 кг воды от 14°С до кипения при условии, что по его обмотке протекает ток силой 2 А. Определите, на какое напряжение рассчитан электрокипятильник. Какой длины нихромовый провод нужно взять, чтобы изготовить электрический камин, работающий при напряжении 120 В и выделяющий 1 МДж теплоты в час? Диаметр провода 0,5 мм. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК § 17. Статистические данные говорят о том, что среди причин возникновения пожара второе место после неосторожного обращения с огнем занимает возгорание проводки в результате короткого замыкания. О том, что такое короткое замыкание и как обезопасить себя от воспламенения проводов, если замыкание все же произошло, вы узнаете из этого параграфа. Изучаем электронагревательные устройства Электрические нагревательные устройства широко применяют в сельском хозяйстве рис. Несмотря на внешнее многообразие, все электронагреватели имеют общие черты. Сила тока в подводящих проводах и нагревательном элементе одинакова. При этом подводящие провода нагреваются намного меньше, чем нагревательный элемент. А это значит, что их сопротивление во много раз меньше сопротивления элемента. Как правило, нагревательные элементы изготовляют § 17. Выясним, почему может резко увеличиться сила тока в электрической проводке обычной квартиры. Как известно, потребители в квартире соединены параллельно, поэтому если включить сразу несколько мощных потребителей, то общее сопротивление цепи существенно уменьшится, соответственно сила тока в цепи значительно увеличится. Так, короткое замыкание может возникнуть при нарушении изоляции проводов или при ремонте элементов электрической цепи, находящихся под напряжением напомним, что это смертельно опасно! Предохранители — это устройства, размыкающие цепь, если сила тока в ней превысит допустимое для этой цепи значение рис. Автоматический предохранитель в квартирном электросчетчике рассчитан на силу тока 10 А. Сработает ли предохранитель, если одновременно включить лампу мощностью 200 Вт, стиральную машину мощностью 800 Вт, электрический чайник мощностью 1200 Вт? Мощность тока найдем, зная напряжение в сети 220 В и максимальную силу тока, на которую рассчитан предохранитель. Сравнив значения полученных мощностей, видим, что нагрузка в цепи достигла максимально возможного значения. А поскольку еще существуют потери мощности на подводящих проводах, можно утверждать, что предохранитель сработает и цепь разомкнется. Ответ: предохранитель разомкнет цепь. «Подводим итоги Работа разнообразных электронагревательных устройств основана на тепловом действии тока. Во время работы электронагревательных устройств некоторое количество теплоты выделяется и в подводящих проводах. Предохранитель представляет собой устройство, размыкающее цепь, если сила тока в цепи превысит допустимое для этой цепи значение. Назовите электрические устройства, работа которых основана на тепловом действии тока. Какие преобразования энергии происходят в электронагревателе в случае включения его в цепь? Почему нагревательный элемент должен быть изолирован от корпуса нагревательного прибора? Что может стать причиной резкого увеличения силы тока в цепи? К чему это может привести? Что такое короткое замыкание? Для подключения сварочного аппарата, потребляющего ток силой 100 А, молодой рабочий решил воспользоваться осветительным шнуром. Почему вы, зная физику, никогда этого не сделаете? Какими свойствами должно обладать вещество, из которого изготовляют проволоку для плавкого предохранителя? Почему для предупреждения возгорания электропроводки особое внимание нужно уделять качественному соединению проводов друг с другом и с приборами, включенными в сеть? Какова максимально допустимая мощность тока в устройстве, если его плавкий предохранитель рассчитан на максимальный ток б А при напряжении 220 В? Экспериментальное задание По паспортам и инструкциям к различным потребителям тока в вашей квартире выясните их мощность. Узнайте у родителей, на какую силу тока рассчитаны предохранители, установленные в электросчетчике. Определите, сколько потребителей и какие именно можно включить одновременно в одном ответвлении проводки. Электрический ток могут проводить жидкости и твердые вещества, а при определенных условиях и газы. Изучение электрического тока в различных средах мы начнем с тока в металлах. Во-первых, потому, что все без исключения металлы хорошо проводят электрический ток, а во-вторых, именно с проводимостью металлов связано широкое применение электроэнергии в жизни человека. Выясняем природу электрического тока в металлах Из курса химии вам известно, что валентные электроны в металлах легко покидают свой атом и становятся свободными. В результате в узлах кристаллической решетки металла остаются положительные ионы. Если электрическое поле отсутствует, свободные электроны внутри проводника движутся хаотически — их движение напоминает движение молекул газа. Поэтому свободные электроны в металлах называют электронным газом рис. Если же в проводнике создано электрическое поле, то электроны, продолжая двигаться хаотически, начинают смещаться в сторону положительного полюса источника тока. Движение электронов становится направленным — в металле возникает электрический ток. Электрический ток в металлах представляет собой направленное движение свободных электронов. Впервые природа тока в металлах была экспериментально установлена российскими учеными Л. При постановке опытов ученые рассуждали примерно так. Если металлический проводник привести в быстрое движение, а затем резко остановить, то имеющиеся в нем свободные заряженные частицы будут двигаться по инерции аналогично тому, как в случае резкой остановки транспорта в нем продолжают движение незакрепленные предметы. В результате в проводнике возникнет кратковременный ток, который можно зафиксировать гальванометром рис. По направлению отклонения стрелки гальванометра можно выяснить знак заряда частиц, движение которых послужило причиной возникновения тока, а по отношению заряда частиц к их массе — установить, какие именно частицы создают ток. Убеждаемся, что сопротивление металлов зависит от температуры В опыте, о котором упоминалось в п. И это понятно, ведь проводник оказывает току сопротивление. Сопротивление металлического проводника зависит не только от его геометрических параметров и вещества, из которого он изготовлен, но и от температуры. Убедимся в этом с помощью опыта. Соединим стальную спираль с источником тока и начнем подогревать ее в пламени спиртовки рис. Напряжение будем поддерживать постоянным. Опыт показывает, что по мере нагревания спирали сила тока в ней уменьшается, следовательно, сопротивление спирали возрастает. Проведем этот же опыт с другими спиралями — такими же по размеру, что и стальная спираль, но изготовленными из других веществ, и убедимся, что при увеличении температуры сопротивление этих спиралей тоже увеличивается, однако его изменение каждый раз будет другим. Зная, как зависит сопротивление металлического проводника от температуры, можно, измерив сопротивление проводника, определить его температуру. Датчик — чаще всего платиновый провод — размещают в среде, температуру которой необходимо измерить. Сопротивление провода измеряется специальным прибором, и по известному сопротивлению определяют температуру среды. На практике шкалу данного прибора, как правило, градуируют в единицах температуры. Знакомимся с явлением сверхпроводимости В 1911 г. Похожее наблюдалось с оловом, свинцом и другими металлами. Это явление получило название сверхпроводимости рис. Сверхпроводимость невозможно объяснить с точки зрения электронной проводимости металлов. Боголюбовым 1902-1992 была разработана квантовая теория сверхпроводимости. В отсутствие электрического поля свободные электроны в металлах двигаются хаотически. Если же в металлическом проводнике создать электрическое поле, то свободные электроны, не прекращая своего хаотического движения, начинают двигаться направленно. Сопротивление металлических проводников зависит от температуры. Этот факт положен в основу работы термометров сопротивления. При уменьшении температуры некоторых металлов до температур, близких к абсолютному нулю -273 °С , их сопротивление резко падает до нуля. Это явление называют сверхпроводимостью. Опишите характер движения электронов в металлах при отсутствии электрического поля; при наличии электрического поля. Что представляет собой электрический ток в металлах? Опишите суть опыта по выявлению природы электрического тока в металлах. Какова причина сопротивления металлов? Зависит ли сопротивление металлов от температуры? Если зависит, то как? В чем заключается явление сверхпроводимости? Определите направление кратковременного электрического тока, возникающего после остановки катушки см. Металлическая нить накала электрической лампы постепенно утончается из-за испарения металла с ее поверхности; наконец в самом тонком месте нить перегорает. Объясните, почему лампа перегорает чаще всего именно в тот момент, когда ее включают. ФИЗИКА И ТЕХНИКА В УКРАИНЕ Институт металлофизики НАН Украины Киев Современную жизнь невозможно представить без применения металлов. К сожалению, природа не создала «идеального» металла. Так, одни из них например, титан имеют большую прочность, небольшую плотность, но слишком дороги, другие например, алюминий имеют малое электрическое сопротивление, но вместе с тем недостаточно прочны. Поэтому на протяжении столетий ученые стараются улучшить свойства конкретных металлов, сохраняя их «хорошие» качества и уменьшая «плохие». Квантовая физика XX ст. Процесс основан на изучении микроструктуры металлов с помощью различных методов. Институт металлофизики имеет для этого один из наибольших арсеналов современных приборов. Поэтому изобретение в конце XX ст. Научные разработки Института металлофизики направлены на создание материалов с уникальными свойствами, которые используются в новейших металлических конструкциях для авиационной и автомобильной промышленности, космической техники, изделий медицинского назначения и т. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ЖИДКОСТЯХ?! Дистиллированная вода - диэлектрик, так как в ней почти нет свободных заряженных частиц; диэлектриком является и поваренная соль. Однако если крупинку поваренной соли бросить в дистиллированную воду, то полученный раствор будет хорошо проводить ток. Откуда в растворе взялись свободные частицы, имеющие электрический заряд? Так, макромолекула поваренной соли NaCl состоит из положительных ионов Натрия Na+ и отрицательных ионов Хлора С1 рис. Если такие вещества растворить в воде, то притяжение между ионами станет намного слабее и молекулы веществ могут распасться на отдельные ионы. Из курса химии вы уже знаете, что распад молекул некоторых веществ на ионы под действием молекул растворителя называют электролитической диссоциацией от латин. В результате электролитической диссоциации в растворе появляются свободные заряженные частицы — положительные и отрицательные ионы, и раствор начинает проводить ток. Опыты показывают, что расщепление молекул на ионы может быть вызвано не только растворителем. Некоторые соли и оксиды металлов могут распадаться на отдельные ионы при значительном увеличении температуры. Поэтому расплавы таких веществ тоже проводят электрический ток. Опустим электроды в сосуд с электролитом, например, с водным раствором купрум хлорида СиС12 , и замкнем цепь. Таким образом, в растворе возникнет направленное движение свободных заряженных частиц — электрический ток. Электрический ток в электролитах представляет собой направленное движение свободных ионов. Следует обратить внимание на то, что ионный механизм проводимости имеют не только растворы и расплавы, но и некоторые твердые вещества, например натрий хлорид NaCl , калий хлорид КС1 , арген-тум нитрат AgN03 и др. М Даем определение электролиза Прохождение электрического тока через электролит в отличие от прохождения тока через металл характеризуется тем, что происходит перенос химических составляющих электролита и те выделяются на электродах — откладываются в виде твердого слоя или выделяются в газообразном состоянии. Например, если через водный раствор купрум хлорида в течение нескольких минут пропускать ток, то поверхность катода покроется тонким слоем меди рис. Наличие хлора можно обнаружить по характерному запаху или по обесцвечиванию цветной ткани если предварительно обернуть ею анод. Все это происходит потому, что при замыкании цепи свободные положительные ионы Ку-прума Си2+ направляются к катоду, а свободные отрицательные ионы Хлора С1- — к аноду. В результате этой реакции катион Купрума превращается в нейтральный атом; на поверхности катода оседает медь. Ас Кл Электрохимические эквиваленты к. Для определения электрохимического эквивалента меди через раствор купрум сульфата в течение 30 мин пропускали ток силой 0,5 А. Какое значение электрохимического эквивалента получили, если масса катода до начала опыта была 75,20 г, а после опыта — 75,47 г? Массу меди, выделившейся на катоде, найдем как разность масс катода после и до опыта. Поскольку в таблицах электрохимический эквивалент дан в миллиграммах на кулон, то массу удобно представить в миллиграммах. Кл 108 § 19. Электрический ток в жидкостях Проанализируем результат. Погрешность возникла из-за неточности измерения массы. Следовательно, задача решена правильно. Ответ: полученное в результате опыта значение электрохимического мг эквивалента меди равно 0,30. Распад молекул электролитов на ионы под действием растворителя называют электролитической диссоциацией. В результате диссоциации в растворе появляются свободные заряженные частицы — положительные и отрицательные ионы. Электролиты — это твердые и жидкие вещества, имеющие ионный характер проводимости. Электрический ток в электролитах — это направленное движение свободных ионов. При прохождении электрического тока Через электролит химические составляющие электролита осаждаются на электродах или выделяются в газообразном состоянии. Процесс выделения веществ на электродах, который связан с окислительно-восстановительными реакциями, происходящими на электродах во время прохождения тока через электролит, называют электролизом. Коэффициент пропорциональности к называют электрохимическим эквивалентом вещества. I' Контрольные вопросы 1, В чем заключается явление электролитической диссоциации? Что представляет собой электрический ток в растворах и расплавах электролитов? Каков физический смысл электрохимического эквивалента вещества? Дистиллированная вода не является проводником. Почему же водопроводная, речная и морская вода хорошо проводят электрический ток? З Почему раствор соли в воде хорошо проводит электрический ток, а раствор сахара в воде - плохо? За какое время в результате электролиза, при котором электролитом выступает раствор аргентум нитрата, на катоде выделится 25 г серебра? Сила тока постоянна - 0,5 А. Через раствор аргентум нитрата в течение 2 ч пропускали электрический ток. Определите массу серебра, образовавшегося при электролизе на катоде, если напряжение на электродах было 2 В, а сопротивление раствора - 0,4 Ом. Во время электролиза, при котором электролитом был раствор сульфатной кислоты, за 50 мин выделилось 3 г водорода. Сопротивление электролита 0,4 Ом. Определите мощность тока, затраченную на нагревание электролита. Существует легенда, что в конце XVNI в. Представьте, императрица была поражена таким ценным подарком! Дело в том, что в то время алюминий встречался чрезвычайно редко и стоил в несколько раз дороже золота. Со временем благодаря применению электролиза алюминий стал общедоступным и сравнительно недорогим. О том, как с помощью электролиза получают металлы и где еще применяют электролиз, пойдет речь в этом параграфе. Например, чтобы получить алюминий, в качестве электролита используют алюминий оксид А1203 , растворенный в расплавленном криолите Na3AlFg при температуре 950 °С. Раствор помещают в специальные электролитические ванны; катодом обычно служат дно и стенки ванны, выложенные графитом, а анодом — погруженные в электролит угольные блоки рис. В процессе пропускания тока через электролит на катоде выделяется алюминий. Так, в расплаве всегда содержатся соли и оксиды других металлов, которые тоже могут выделяться на катоде. Для очистки металлов от примесей можно снова использовать электролиз. В ванну с водным раствором купрум сульфата CuSO4 опускают два электрода. Анодом служит толстая пластинка неочищенной меди, а катодом — тонкая пластинка чистой меди рис. В растворе купрум сульфат распадается диссоциирует на сульфат-анионы SO42- и катионы Купрума Си2+. Сульфат-анионы движутся к аноду и постепенно растворяют его. А катионы Купрума направляются к катоду и оседают на нем. Таким образом, при пропускании тока чистая медь будет переноситься с анода на катод, а примеси осядут на дно или будут находиться в растворе. Знакомимся с гальваностегией С помощью электролиза можно наносить тонкий слой металла на поверхность другого металла — производить серебрение, золочение, никелирование, хромирование и т. Такой слой может защищать металл от коррозии, увеличивать его прочность или просто быть украшением изделия. Изделие, которое хотят покрыть тонким слоем металла, опускают в ванну с раствором электролита, в состав которого входит нужный металл. Покрываемое изделие выступает катодом, а пластинка металла, которым покрывают изделие,— анодом. Во время пропускания тока металл оседает на изделии катоде , а анодная пластинка постепенно растворяется рис. Предположим, что необходимо получить точную копию изделия сложной формы монеты, медали, скульптурного барельефа и т. Сначала из воска или другого пластического материала делают слепок рельефного предмета. Чтобы поверхность слепка проводила ток, ее покрывают тонким слоем графита. Затем слепок помещают в ванну с электролитом. Слепок будет служить катодом, а пластинка металла — анодом. Во время прохождения тока через раствор на слепке наращивается довольно толстый слой металла, заполняющий все неровности слепка. После прекращения электролиза восковой слепок отделяют от слоя металла и в результате получают точную копию изделия рис. Конечно, применение электролиза в современной технике не ограничивается рассмотренными примерами. С помощью электролиза можно отполировать поверхность анода; электролиз лежит в основе зарядки и разрядки кислотных и щелочных аккумуляторов и т. Однако происходящие при этом химические и физические процессы довольно сложны, и их подробное изучение выходит за рамки школьного курса физики. Предмет, который покрывают серебром кружка , является катодом, серебряная пластинка — анодом; ванна наполнена раствором аргентум нитрата РАЗДЕЛ 2. За какое время на изделие будет нанесен слой никеля толщиной 0,2 мм? Плотность Г никеля 9—г. Электрохимический эквивалент никеля найдем в соответствующей таблице. Решая задачу, плотность удобно представить в граммах на кубический сантиметр, толщину слоя — в сантиметрах, площадь поверхности — в квадратных сантиметрах, а электрохимический эквивалент — в граммах на кулон. Ответ: процесс никелирования будет продолжаться 4 ч 10 мин. С помощью электролиза из солей и оксидов получают многие металла: медь, никель, алюминий и др. Способ очистки металлов с помощью электролиза называют рафинированием. Путем электролиза можно наносить тонкий слой металла на поверхность изделия производить серебрение, золочение, никелирование, хромирование и т. Электролитический способ покрытия изделия тонким слоем металла называется гальваностегией, а получение с помощью электролиза точных копий рельефных изделий — гальванопластикой. Приведите примеры применения электролиза. Опишите процесс получения алю- миния с помощью электролиза. Как можно очистить металлы от примесей? Для чего поверхность металлов покрывают тонким слоем другого металла? По данным рисунка определите время, необходимое для образования на электроде слоя серебра массой 2,52 г. Какая энергия будет при этом затрачена, если напряжение на электродах равно 11 В? По данным рисунка вычислите толщину слоя цинка, образовавшегося на катоде в результате электролиза. Для серебрения ложек через раствор аргентум нитрата пропускали ток силой 1,8 А. Катодом служили 12 ложек, каждая из которых имела площадь поверхности 50 см2. Сколько времени длился электролиз, если на ложках осел слой серебра толщиной 58 мкм? Цель: экспериментально доказать, что масса вещества, которая выделяется на электроде в процессе электролиза, прямо пропорциональна заряду, который прошел через электролит. Оборудование: электролитическая ван- на; водный раствор купрум сульфата CuS04 ; электроды; источник постоянного тока; секундомер; амперметр; весы с разновесами; реостат; фильтровальная бумага; ключ; соединительные провода. Q Эксперимент Результаты измерений сразу заносите в таблицу. Выясните, как зависит масса меди, выделяющейся на электроде, от заряда, прошедшего через электролит. Для этого выполните следующие действия. Не забудьте, что взвешенный вами электрод является катодом, а значит, подключается к отрицательному полюсу источника тока. Во время опыта силу тока поддерживайте неизменной с помощью реостата. Установите в цепи силу тока 1-2 А. Через 7 мин разомкните цепь, катод аккуратно промокните фильтровальной бумагой, а затем определите массу т2 катода. Сделайте вывод, в котором укажите, как зависит масса вещества, выделившегося на электроде, от заряда, прошедшего через электролит. Укажите факторы, которые могли повлиять на точность результатов. F' j Творческое задание Р-Уа Постройте график зависимости массы меди, выделившейся на катоде, от заряда, прошедшего через электролит. Воспользовавшись графиком, определите электрохимический эквивалент меди. Сравните полученный результат с табличным, объясните причину расхождения. Тогда, о каком электрическом токе в газах может идти речь? Замечание вполне резонное, но речь шла о том, что газы являются диэлектриками при нормальных условиях. Однако есть условия, при которых газы могут становиться проводниками. О том, когда это происходит и что представляет собой электрический ток в газах, вы узнаете из материала этого параграфа. Проводим эксперимент Соберем электрическую цепь из мощного источника тока, гальванометра и двух металлических пластин, разделенных воздушным промежутком рис. Замкнув цепь, увидим, что стрелка гальванометра не отклоняется. А это означает, что в цепи нет электрического тока или ток такой слабый, что даже чувствительный гальванометр его не регистрирует. Поместим между металлическими пластинами зажженную спиртовку — стрелка гальванометра отклонится рис. Это значит, что в воздухе появились свободные заряженные частицы и он начал проводить электрический ток. Выясним, что это за частицы, откуда и как они появились. Знакомимся с механизмом проводимости газов В отличие от металлов и электролитов газы состоят из электронейтральных атомов и молекул и в нормальных условиях не содержат свободных носителей тока. Поэтому при нормальных условиях воздух является изолятором. Потеряв электрон, молекула или атом становится положительным ионом рис. Совершая тепловое движение, электрон может столкнуться с нейтральными молекулой или атомом и «прилипнуть» к ним — образуется свободный отрицательный ион рис. Процесс образования свободных электронов, положительных и отрицательных ионов из молекул атомов газа называют ионизацией. В пространстве между пластинами возникнет направленное движение свободных заряженных частиц — электрический ток. Электрический ток в газах представляет собой направленное движение свободных электронов, положительных и отрицательных ионов. Следует обратить внимание на тот факт, что газ может стать ионизированным не только в результате повышения его температуры, но и вследствие влияния других факторов. Например, верхние слои атмосферы Земли ионизируются под действием космических лучей; сильное ионизирующее влияние на газ оказывают рентгеновские лучи и т. Газовый разряд, который происходит только при наличии внешнего ионизатора, называют несамостоятельным газовым разрядом. Выясним, почему после прекращения действия ионизатора прекращается газовый разряд. Вследствие рекомбинации количество свободных заряженных частиц в воздушном промежутке между пластинами уменьшается. Схема рекомбинации восстановления молекул газа Во-вторых, положительный ион, достигнув отрицательного электрода катода , «забирает» у него электрон и становится нейтральной молекулой атомом ; отрицательный ион, достигнув положительного электрода анода , отдает ему лишний электрон и тоже становится нейтральной молекулой атомом. Нейтральные молекула: атомы снова возвращаются в газ; свободные электроны притягиваются к аноду и поглощаются им. Таким образом, после прекращения действия ионизатора количество свободных заряженных частиц в газе быстро уменьшается и газ перестает быть проводником электричества. РМ Узнаем об моиюзации злектронным ударом При определенных условиях газ может проводить электрический ток и после прекращения действия ионизатора. Газовый разряд, происходящий без действия внешнего ионизатора, называют самостоятельным газовым разрядом. Рассмотрим, как происходит самостоятельный газовый разряд. В нормальных условиях газ является диэлектриком, при этом в нем всегда присутствует ничтожное количество свободных электронов. Рассмотрим поведение одного такого электрона, который под действием электрического поля движется в направлении от катода к аноду. Во время движения скорость электрона постепенно увеличивается. Однако это увеличение не может происходить бесконечно, поскольку электрон сталкивается с частицами газа атомами, молекулами, ионами. Если на промежутке между столкновениями электрон успеет приобрести довольно большую скорость, а следовательно, достаточную кинетическую энергию, то, столкнувшись с нейтральными атомом или молекулой, он может выбить из них электрон, другими словами, может их ионизировать. Таким образом, в результате ионизации атома или молекулы образуются положительный ион и еще один свободный электрон. Свободные электроны, возникшие вследствие ударной ионизации, направляются к аноду и в конце концов поглощаются им. Однако газовый разряд не прекратится, если в нем будут появляться новые свободные электроны. Одним из источников свободных электронов может быть поверхность катода. Дело в том, что образовавшиеся вследствие ударной ионизации положительные ионы направляются к катоду и выбивают из него новые электроны. Другими словами, вследствие бомбардировки катода положительными ионами происходит эмиссия испускание электронов с поверхности катода. Таким образом, самостоятельный газовый разряд поддерживается за счет эмиссии электронов с поверхности катода и ударной ионизации. Произойти это может в двух случаях: если электрон будет долго разгоняться или если будет быстро разгоняться. Я Подводим итоги При нормальных условиях газ практически не содержит свободных заряженных частиц, поэтому не проводит электрический ток. Чтобы газ начал проводить ток, его необходимо ионизировать. Ионизацией газа называют процесс образования свободных электронов, положительных и отрицательных ионов из электрически нейтральных атомов и молекул. Электрический ток в газах представляет собой направленное движение свободных электронов, положительных и отрицательных ионов. Газовый разряд, происходящий только при наличии внешнего ионизатора, называют несамостоятельным газовым разрядом. Разряд в газе, происходящий без действия внешнего ионизатора, называют самостоятельным газовым разрядом — он возможен благодаря ионизации электронным ударом и эмиссии электронов из катода. Почему при нормальных условиях газ не проводит электрический ток? Какой газ называют ионизированным? Опишите механизм ионизации газа. Какой разряд в газе называют несамостоятельным? Почему после прекращения действия ионизатора несамостоятельный газовый разряд быстро прекращается? Дайте определение самостоятельного газового разряда. Как еще, кроме ионизации электронным ударом, восполняется число свободных электронов в случае самостоятельного газового разряда? Когда возникает тот или иной вид самостоятельного разряда, вы узнаете из этого параграфа. » Знакомимся с искровым газовым разрядом При атмосферном давлении и большом напряжении между электродами возникает искровой газовый разряд. Искорки, появляющиеся, когда вы снимаете синтетический свитер; молния во время грозы; искра, проскакивающая между заряженными кондукторами электрофорной машины рис. Искровой разряд выглядит как яркие разветвляющиеся зигзагообразные полоски рис. Он длится всего несколько десятков микросекунд и обычно сопровождается характерными звуковыми эффектами потрескивание, треск, гром и т. Дело в том, что температура газа, а следовательно, и давление в области разряда резко повышаются, в результате чего воздух быстро расширяется и возникают звуковые волны. В технике искровой разряд используют в свечах зажигания бензиновых двигателей рис. Пример грандиозного искрового разряда в природе — молния. Благодаря научным исследованиям было установлено, что во время грозы происходит перераспределение зарядов в грозовой туче, и в результате разные части тучи заряжаются зарядами противоположных знаков. Напряжение между двумя тучами, обращенными друг к другу разноименно заряженными частями, или напряжение между тучей и Землей достигает нескольких сотен миллионов вольт. Благодаря ударной ионизации, а далее — ионизации излучением, которое сопровождает разряд, в электрическом поле между тучами появляются лавины Свободных ионов и электронов, то есть возникает кратковременный самостоятельный газо- вый разряд — молния. Сила тока в канале молнии достигает сотен тысяч ампер. Электрические свойства молнии первыми начали изучать независимо друг от друга российский ученый М. Удар молнии может вызвать лесные пожары, вывести из строя линии электропередачи и даже привести к гибели людей. Чтобы не стать жертвой удара молнии, нужно помнить, что молния чаще ударяет в относительно высокие предметы, поэтому необходимо соблюдать следующие правила. При этом заряды пройдут через руку и тело человека в землю. Кстати, именно так во время эксперимента погиб друг и коллега М. Ломоносова российский ученый Г. В Знакомимся с коронным газовым разрядом Перед грозой или во время грозы рядом с острыми выступами предметов иногда можно наблюдать слабое фиолетовое свечение в виде короны, окружающей острие. Выясним возникает коронный газовый разряд. На поверхности Земли под действием электрического поля грозовой тучи накапливаются индуцируются заряды, по знаку противоположные заряду тучи. Особенно плотно такие заряды расположены газовый разряд, почему и как на острых частях предметов см, рис. В результате электрическое поле возле острия оказывается настолько сильным, что заряд стекает с заостренного предмета, ионизируя окружающий воздух. Поле является довольно сильным только вокруг острия, поэтому коронные разряды наблюдаются лишь возле острых частей предметов. Молниеотвод представляет собой заостренный металлический стержень, соединенный толстым проводником с металлическим предметом рис. Стержень устанавливают выше самой высокой точки здания, которое хотят защитить, а металлический предмет закапывают глубоко в землю на уровне грунтовых вод. Во время грозы на конце молниеотвода возникает коронный разряд. В результате заряд не накапливается на здании, а стекает с острия молниеотвода. Он подключил два угольных электрода к полюсам большой электрической батареи, соединил электроды друг с другом, а затем немного их раздвинул. Какова же причина его возникновения? В месте соединения сопротивление цепи наибольшее, следовательно, именно здесь, согласно закону Джоуля — Ленца, выделяется наибольшее количество теплоты. Концы электродов накаляются до 30004000 °С, и с поверхности катода начинают «испаряться» электроны. Именно поэтому, даже если электроды развести, через газовый промежуток между ними будет идти ток, так как в промежутке окажется достаточное количество свободных заряженных частиц свободные электроны, «испарившиеся» с катода, а также свободные электроны и ионы, появившиеся в результате ионизации газа из-за высокой температуры. В дальнейшем высокая температура катода и анода поддерживается бомбардировкой электродов положительными и отрицательными ионами и электронами, ускоренными электрическим полем. Высокая температура ионизированного газа при дуговом разряде, а также излучение света, сопровождающее такой разряд, обеспечили широкое применение электрической дуги в науке, технике, промышленности. Электрическая дуга «работает» как мощный источник света в прожекторах. В металлургии широко применяют электропечи, в которых используют дуговой разряд; жаром электрической дуги сваривают металла: и т. Дело в том, что при таком низком давлении расстояние между молекулами настолько велико, что даже в слабом электрическом поле электроны успевают за время между ударами приобрести кинетическую энергию, достаточную для ударной ионизации. Тлеющий разряд используют в лампах дневного света люминесцентных трубках , квантовых источниках света — газовых лазерах. Тлеющий разряд применяют в цветных рекламных трубках: цвет свечения при тлеющем разряде определяется природой газа и, следовательно, может быть разным. При атмосферном давлении и большом напряжении между электродами возникает искровой газовый разряд, представляющий собой яркие разветвляющиеся зигзагообразные полоски. Примером гигантского искрового разряда является молния. Удар молнии может привести к смерти, поэтому во время грозы необходимо строго соблюдать правила безопасности. Самостоятельный газовый разряд, образующийся в сильном электрическом поле вблизи острых выступов предметов, называют коронным газовым разрядом. При высокой температуре между электродами, разведенными на небольшое расстояние, возникает газовый разряд, сопровождающийся очень ярким свечением в форме дуги,— дуговой газовый разряд. При низком давлении десятые и сотые доли миллиметра ртутного столба можно наблюдать свечение разреженного газа вследствие тлеющего разряда. Перечислите основные виды самостоятельных газовых разрядов. Приведите примеры искрового газового разряда. При каких условиях он возникает? Когда и почему она возникает? Назовите основные правила безопасности, которые нужно соблюдать во время грозы. Что представляет собой коронный разряд? Какие особенности дугового разряда обеспечили его широкое применение? Где применяют электрическую дугу? При каких условиях возникает тлеющий разряд? ФИЗИКА И ТЕХНИКА В УКРАИНЕ Институт электросварки им. Патона НАН Украины Киев Практически ежедневно мы сталкиваемся с дуговым газовым разрядом или результатами его действия. Это и маленькие «солнца», пылающие в руках рабочих на стройплощадках, и обычные петли, приваренные к входной двери. Именно благодаря сварке дуговой разряд нашел такое широкое применение. Бесспорный мировой авторитет Украины в этой области обеспечили работы ученых Института электросварки им. Во многих постсоветских странах сооружены монументы с танком Т-34 - лучшим танком Второй мировой войны. Такое признание он получил во многом благодаря новейшей по тем временам технологии сварки брони, разработанной основателем и первым директором института академиком Евгением Оскаровичем Патоном. На фото - известный цельносварный мост Патона в Киеве. Этот мост Американское сварочное общество признало выдающейся сварной конструкцией XX в. Президент НАНУ академик Борис Евгеньевич Патон, который сейчас возглавляет институт, достойно продолжил дело своего отца. Под его руководством разработаны не только «обычные» способы сварки для промышленности,- новейшие технологии применяются в космосе и даже для сварки живых тканей. Когда вы смотрите телевизор, считаете на микрокалькуляторе, работаете за компьютером или разговариваете по мобильному телефону, то вряд ли задумываетесь, как они устроены. Все эти обычные в наше время устройства не были бы созданы, если бы ученые не исследовали, а техники не научились использовать полупроводники рис. Из этого параграфа вы узнаете об особенностях проводимости полупро- 23. Действие многих современных водников электрических устройств основано на ис- пользовании полупроводников Вспоминаем, что такое полупроводники Полупроводники, как это и следует из их названия, по своей проводимости занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками. С точки зрения микроструктуры вещества это значит, что концентрация свободных заряженных частиц в полупроводниках намного меньше, чем в проводниках, и намного больше, чем в диэлектриках. Например, очень распространенный в технике полупроводник германий при комнатной температуре имеет около Ю20 свободных заряженных частиц в 1 м3 вещества. Казалось бы, огромное количество. Но это в 10 млрд раз меньше, чем в металлах. В процессе изучения проводимости полупроводников было установлено, что у них зависимость проводимости от внешних факторов значительно отличается от той, что наблюдается у металлов. Во-первых, с повышением температуры сопротивление металлов увеличивается, а сопротивление полупроводников, наоборот, уменьшается. Во-вторых, сопротивление металлов практически не зависит от освещенности, тогда как сопротивление полупроводников с увеличением освещенности падает. В-третьих, при наличии примесей металла: хуже проводят ток, а введение примесей в полупроводники, наоборот, резко уменьшает сопротивление последних. Существуют и другие, не менее важные и интересные отличия, но о них вы узнаете позже. Знакомимся с особенностями внутреннего строения полупроводников Выясним, какие частицы являются носителями заряда в полупроводниках, при каких условиях концентрация этих частиц увеличивается и откуда они появляются. Для начала рассмотрим строение чистых без примесей полупроводников на примере кремния. Менделеева видим, что Силиций — это химический элемент, расположенный в IV группе. А это значит, что Силиций имеет четыре валентных электрона, которые «отвечают» за связь между соседними атомами. В твердом состоянии для кремния характерна кристаллическая решетка, в которой каждый атом имеет четырех ближайших «соседей». Атом Силиция как будто «дает взаймы» атомам-соседям по одному валентному электрону. Соседи в свою очередь «дают взаймы» ему свои валентные электроны «для общего пользования». Таким образом, между каждыми двумя атомами Силиция всегда существует электронная пара, на данный момент общая для обоих атомов. Если полупроводниковый кристалл поместить в электрическое поле, то свободные электроны начнут двигаться к положительному полюсу источника тока и в полупроводнике возникнет электрический ток. С увеличением температуры средняя кинетическая энергия электронов увеличивается и в результате все больше электронов становятся свободными. Поэтому, несмотря на то что вследствие колебательного движения ионы больше мешают движению свободных электронов, сопротивление полупроводника уменьшается. Когда электрон покидает ковалентную связь одного из атомов, точнее одной пары атомов, то эта связь в паре остается незанятой — свободной. Эту свободную связь принято называть дыркой. На вакантное место может «перепрыгнуть» электрон из соседней связи, и там в свою очередь образуется дырка. В результате последовательности таких «прыжков» дырка будто перемещается по кристаллу. На самом же деле рис. В чистом полупроводнике электрический ток создается одинаковым количеством свободных электронов и дырок. Однако если в чистый полупроводник добавить небольшое количество примеси, то картина несколько изменится. Например, если в чистый расплавленный кремний добавить немного мышьяка, то после кристаллизации образуется обычная кристаллическая решетка кремния, однако в ее некоторых узлах вместо атомов Силиция будут находиться атомы Арсена рис. Арсен, как известно, пятивалентный элемент. Четыре валентных электрона атома Арсена образуют парные электронные связи с соседними атомами Силиция. Пятому же валентному электрону связи не хватит, при этом он будет так слабо связан с атомом Арсена, что легко станет свободным. В результате каждый атом примеси даст один свободный электрон, а вакантное место дырка при этом не образуется. Примеси, атомы которых легко отдают электроны, называются донорными примесями от латин. Напомним, что кроме свободных электронов, появившихся благодаря наличию примесей, в полупроводниках есть электроны и дырки, наличие которых вызвано собственной проводимостью полупроводников. Следовательно, в полупроводниках с донорными примесями количество свободных электронов значительно больше, чем количество дырок. Таким образом, основными носителями зарядов в таких полупроводниках являются отрицательно заряженные частицы. Поэтому полупроводники с донорными примесями называют полупроводниками п-типа от латин. Если в кремний добавить небольшое количество трехвалентного элемента, например, Индия, то характер проводимости полупроводника изменится. Поскольку атом Индия имеет три валентных электрона, то он может образовать ковалентную связь только с тремя соседними атомами Силиция рис. Для образования связи с четвертым атомом электрона 127 не хватит, и этот отсутствующий электрон Индий «позаимствует» у соседних атомов Силиция. В результате каждый атом Индия создаст одну Дырку. Примеси такого рода называются акцепторными примесями от латин. В полупроводниках с акцепторными примесями основные носители заряда — дырки. Поскольку при наличии примесей количество свободных заряженных частиц увеличивается каждый атом примеси дает свободный электрон или дырку , то проводимость полупроводников с примесями намного выше, чем проводимость чистых полупроводников. Именно в этом месте наблюдается ряд интересных явлений, например через него электрический ток хорошо проходит в одном направлении и практически не проходит в противоположном. Свойства р-п-перехода используют для изготовления полупроводниковых диодов и транзисторов, без которых не обходится ни одно современное электронное устройство рис. Во-вторых, сопротивление полупроводников уменьшается с увеличением температуры, и наоборот. Это свойство используют в полупроводниковых приборах, которые называются фоторезисЖорами. Их применяют для измерения освещенности, контроля качества поверхности и т. Подводим итоги словлена движением свободных электронов электронная проводимость и движением дырок дырочная проводимость. В чистых полупроводниках электрический ток создает одинаковое количество свободных электронов и дырок. Такую проводимость называют собственной проводимостью полупроводников. При наличии примесей проводимость полупроводников резко увеличивается. В случае введения в полупроводник примеси с большей валентностью донорной примеси свободных электронов становится во много раз больше, чем дырок. Такие полупроводники называют полупроводниками п-типа. В случае введения в полупроводник примеси с меньшей валентностью акцепторной примеси дырок становится больше, чем свободных электронов. Полупроводники с преимущественно дырочной проводимостью называют полупроводниками р-типа. Полупроводники широко используют в технике, например, для изготовления полупроводниковых диодов и транзисторов, фотоэлементов, термисторов, фоторезисторов и т. Чем полупроводники отличаются от металлов? Какую связь называют ковалентной? Как в чистых полупроводниках появляются свободные электроны? Объясните механизм дырочной проводимости. Чем обусловлена собственная проводимость полупроводников? Почему сопротивление полупроводников сильно зависит от наличия примесей? Какая примесь называется донорной? Назовите основные носители зарядов в полупроводниках п-типа. Есть ли в полупроводниках п-типа дырки? Какую примесь нужно ввести, чтобы получить полупроводник р-типа? Какими факторами обусловлено широкое применение полупроводников? ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК ПОДВОДИМ итоги РАЗДЕЛА 2 «ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК» 1. Внутри источника тока осуществляется работа по разделению электрических зарядов, происходит преобразование различных видов энергии в энергию электрического поля. Вы изучили физические величины, которые используют для характеристики участка цепи, и проследили связь между ними. Вы научились составлять электрические цепи, познакомились с различными видами соединений потребителей в электрическую цепь и установили закономерности последовательного и параллельного соединений. Вы вспомнили, что изменение энергии всегда сопровождается выполнением работы, и узнали о формулах для определения работы и мощности тока, а также для расчета количества теплоты, всегда выделяющейся во время прохождения тока. Вы узнали, что все вещества делятся на проводники, полупроводники, диэлектрики; рассмотрели природу электрического тока в разных средах. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ К РАЗДЕЛУ 2 «ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК» Часть I. Последовательное и параллельное соединения проводнйков Задания 1-11 содержат только один правильный ответ. Ток какой силы проходит через вольтметр, если прибор показывает напряжение 12 В? Какой заряд проходит через поперечное сечение спирали за 0,5 мин? Каково сопротивление нити накала лампы во время свечения? Какое напряжение подано на лампу, если по ее спирали течет ток силой 0,3 А? Какова сила тока в цепи? Каково напряжение на обоих резисторах, если напряжение на первом равно 1,2 В? Напряжение на зажимах реостата равно 168 В. Определите показание вольтметра, а также общее напряжение на всем участке цепи, если амперметр показывает силу тока 1,5 А. Сопротивление резистора Rj равно 3 Ом, резистора R2 — 6 Ом, а резистора R3 — 2 Ом. Сопротивлением соединительных проводов пренебречь. Работа и мощность тока. Электрический ток в разных средах Задания 1-10 содержат только один правильный ответ 1. Длины проводов, а также площади их поперечных сечений одинаковы. В каком проводе выделяется наибольшее количество теплоты? Напряжение на концах проводника 4 В. Какое количество теплоты выделяется в нагревательном элементе за 5 мин? Какой приблизительно была сила тока во время серебрения? Сколько теплоты выделится в цепи за 2 с, если сила тока в первом резисторе равна 1 А, а сопротивление каждого резистора 2 Ом? Определите мощность электрического тока в каждом резисторе и на всем участке. Определите силу тока в электродвигателе транспортера, если напряжение сети 380 В, а КЦД транспортера — 60%. Чайник включили в электрическую сеть напряжением 220 В и через 0,5 мин выключили. Напряжение на зажимах батареи составляет 4 В, сопротивление каждого резистора равно 12 Ом. Определите мощность, потребляемую каждым резистором. Определите толщину слоя никеля, покрывшего пластину, если площадь поверхности пластины о. Затем эту сумму разделите на три. Например, изучая влияние электрического поля на разные объекты, английский ученый Майкл Фарадей сконструировал клетку в виде куба с ребром 4 м, покрыл ее стенки материалом, являющимся хорошим проводником, и изолировал клетку от земли. По мнению ученого, такая конструкция должна была стать надежной защитой от влияния электрического поля. Чтобы проверить эффективность устройства, ученый взял сверхчувствительный электроскоп и вошел с ним в клетку. Ассистенты, находившиеся снаружи, создавали мощные электрические разряды, однако электроскоп не зарегистрировал наличие электрического заряда в клетке. Устройство получило название клетка Фарадея и сейчас применяется для защиты от действия электромагнитных полей. Клеткой Фарадея «наоборот» пользуется большинство из нас, разогревая еду в микроволновой печи. Металлический корпус печи и сетка, нанесенная на стекло дверцы, «не выпускают» электромагнитные волны наружу. Электрический заряд и связанная с ним энергия имеют один очень большой недостаток — их тяжело накапливать. Так, автомобильный аккумулятор весит более десяти килограммов, причем это тяжелое устройство работает на полную мощность всего несколько секунд — когда нужно завести двигатель. Другие потребности электросистемы автомобиля удовлетворяет генератор о нем вы узнаете из раздела 3 учебника , а для питания ламп на парковке достаточно маленькой батарейки. Зачем же возить лишние килограммы? Таким вопросом задались и инженеры. Сегодня они уже изобрели способ существенно уменьшить размеры аккумулятора, применив современный аналог лейденской банки рис. Сравнив размеры и вес суперконденсатора и автомобильного аккумулятора, вы согласитесь, что разница впечатляющая. Лейденская банка, созданная в середине XVIII в. Лейденская банка представляет собой стеклянную банку, обклеенную изнутри и снаружи металлической фольгой. Соединение с внутренней оболочкой осуществляется с помощью металлического стержня, укрепленного внутри банки. Чтобы зарядить лейденскую банку, нужно коснуться стержня заряженным телом при этом банку следует держать в руке — так внешняя оболочка банки соединяется с землей. Проделав эту операцию несколько раз, в банке можно накопить значительный заряд рис. Принцип действия лейденской банки лег в основу конструкции, которая по имени изобретателя получила название генератор Ван де Граафа рис. Этот прибор работает следующим образом. Внутрь изолированного шара 7 , изготовленного из проводника, введена лента 2 транспортера, находящаяся в постоянном движении. Двигаясь, лента заряжается и передает заряд на шар. Генератор Ван де Граафа является «сердцем» некоторых современных ускорителей, использующихся для изучения микромира рис. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ § 24. ЛИНИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ Еще в глубокой древности было замечено, что некоторые железные руды притягивают к себе железные тела. Древние греки называли куски таких руд магнитными камнями, вероятно, по названию города Магнезия, из которого привозили такую руду. Сейчас их называют природными магнитами. Существуют также искусственные магниты. Из этого параграфа вы узнаете о некоторых свойствах магнитов. Изучаем свойства постоянных магнитов Тела, длительное время сохраняющие магнитные свойства, называют постоянными магнитами. Свойства постоянных магнитов первым досконально исследовал английский физик В. Приведем основные из них. Основные свойства постоянных магнитов 1. Чтобы подтвердить это, погрузим намагниченный стальной болт постоянный магнит в железные опилки. К концам болта притянется много опилок, а к середине — почти ничего. Отсюда и названия полюсов магнита. Северный полюс обозначают буквой N, южный — буквой S от голл. Если к магниту поднести компас, то северный полюс стрелки компаса притянется к южному полюсу магнита или наоборот. Например, если намагниченную с помощью постоянного магнита спицу перекусить кусачками на несколько частей, то каждая часть будет иметь два полюса: северный и южный рис. Сами постоянные магниты тоже изготовляют из магнитных материалов. Например, магниты для крепления плакатов делают из стали, в состав которой входит Феррум. Они хорошо держатся на стальной классной доске и совсем не держатся на деревянной или пластиковой. Температуру, при достижении которой постоянные магниты теряют магнитные свойства, называют точкой Кюри. Например, для железа точка Кюри равна 769 °С. В Знакомимся с магнитным полем При изучении электрических явлений мы говорили о том, что пространство вокруг заряженного тела изменяется — в нем образуется электрическое поле, действующее на другие заряженные тела с некоторой силой, и в результате одноименно заряженные тела отталкиваются, а разноименно заряженные — притягиваются. Изучая электрические явления, мы также обращали внимание на то, что незаряженное тело всегда притягивается к заряженному. Под действием электрического поля заряженного тела внутри незаряженного тела происходит перераспределение электрических зарядов, поэтому ближе к заряженному телу всегда оказываются заряды противоположного ему знака см. Под действием магнитного поля внутри тел тоже происходят определенные изменения. Так, железный гвоздь, помещенный в магнитное поле постоянного магнита, намагничивается рис. Причем конец гвоздя, расположенный ближе к северному полюсу магнита, становится южным полюсом, поэтому гвоздь притягивается к магниту. Расположим вокруг полосового магнита большое количество маленьких магнитных стрелок, укрепленных на подставках так, что они могут свободно поворачиваться. Стрелки установятся сориентируются упорядоченно — их оси как бы образуют линии. Это происходит потому, что на стрелки действует магнитное поле, созданное магнитом. С помощью магнитных линий удобно изображать магнитные поля графически. Договорились чертить магнитные линии таким образом, чтобы их густота отражала интенсивность магнитного поля: чем сильнее магнитное поле, тем чаще чертят линии. Глядя на изображение линий магнитного поля полосового магнита рис. Картину магнитных линий можно увидеть, воспользовавшись железными опилками. Возьмем подковообразный магнит, положим на него пластинку из оргстекла и через ситечко будем насыпать на пластинку желез- Линии магнитного поля называют еще линиями магнитной индукции. Подробнее об этом вы узнаете в старшей школе. Линии магнитного поля ные опилки. В магнитном поле каждый кусочек железа намагнитится и станет маленькой «магнитной стрелкой». Импровизированные «стрелки» сориентируются определенным образом. И Подводим итоги Тела, долгое время сохраняющие свои магнитные свойства, называют постоянными магнитами. Основные свойства магнитов: — магнитное действие магнита наиболее сильно проявляется вблизи его полюсов северный и южный полюса магнита обозначают буквами N и S соответственно ; — одноименные полюса магнитов отталкиваются, а разноименные притягиваются; — невозможно получить магнит только с одним полюсом; — магниты оказывают заметное магнитное действие только на тела, которые изготовлены из магнитных материалов; — в случае нагревания постоянного магнита до определенной температуры точка Кюри его магнитные свойства исчезают. Вокруг намагниченного тела существует магнитное поле. Условные линии, вдоль которых в магнитном поле устанавливаются оси маленьких магнитных стрелок, называют линиями магнитного поля или магнитными линиями. За направление магнитных линий принимают направление, на которое указывает северный полюс магнитной стрелки. Линии магнитного поля представляют собой замкнутые кривые. Вне магнита они выходят из его северного полюса и входят в южный. Что такое постоянный магнит? Что такое полюса магнита и какое название имеет каждый из них? Перечислите свойства постоянных магнитов. С помощью каких опытов можно выявить свойства постоянных магнитов? Как располагаются в магнитном поле магнитные стрелки? Что называют магнитными линиями? Какое направление принято за направление линий магнитного поля? Как можно увидеть спектр магнитного поля? Магнитную стрелку поместили возле полосового магнита рис. Определите, какой полюс магнита является южным, а какой - северным. Магнит южным полюсом подносят к подвешенному на нити железному шарику. Что в этом случае будет наблюдаться: притяжение шарика к магниту или отталкивание? Почему железные опилки, притянувшись к полюсам магнита, торчат в разные стороны см. Почему на постоянном магните можно получить цепочку железных предметов рис. Имеются две одинаковые стальные пластинки, одна из которых намагничена. Как, не используя другие предметы, определить, какая именно пластинка намагничена? Намагнитьте две стальные иглы, оставив их на некоторое время на постоянном магните. Убедитесь, что каждая игла имеет два полюса и что одноименные полюса игл отталкиваются, а разноименные - притягиваются. Возьмите несколько игл со вдетыми в их ушки нитями. Нити соедините в один пучок. Медленно поднесите снизу к иглам постоянный магнит рис. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ Для многих людей XXI в. Для этого достаточно воспользоваться спутниковой системой GPS. Но что делать, если соответствующего устройства нет? Конечно же, воспользоваться картой и компасом - устройством, известным людям с древних времен рис. А вот почему стрелка компаса одним концом указывает на север, а другим - на юг и всегда ли это так, вы узнаете из этого параграфа. Ш Доказываем» что Земля обладает магнитным полем То, что магнитная стрелка вблизи поверхности Земли всегда ориентируется определенным образом, доказывает, что планета Земля имеет магнитное поле. Стрелка же устанавливается вдоль магнитных линий этого поля. Магнитное поле Земли издавна помогало ориентироваться путешественникам, морякам, военным и не только им. Доказано, что рыбы, морские млекопитающие и птицы во время своих миграций ориентируются по магнитному полю Земли. Так же ориентируются, отыскивая путь домой, и некоторые животные, например кошки. Первые эксперименты по изучению земного магнетизма провел Вильям Гильберт. Он изготовил из постоянного магнита шар и убедился, что этот шар имеет два полюса: северный и южный. Расположив на шаре компас, Гильберт выяснил, что северный полюс магнитной стрелки всегда указывает на южный полюс шара. Дальнейшие исследования полностью подтвердили гипотезу Гильберта. Анализируя картину линий магнитного поля Земли рис. Если закрепить магнитную стрелку таким образом, чтобы она могла свободно вращаться как вокруг горизонтальной, так и вокруг вертикальной осей, то она установится под определенным углом к поверхности Земли рис. При приближении магнитному полюсу стрелка будет все больше склоняться к вертикали и на магнитном полюсе установится вертикально. Ось вращения Земли Рис. Схема расположения линий магнитного поля Земли Рис. Магнитная стрелка, которая может свободно поворачиваться вокруг вертикальной и горизонтальной осей, устанавливается под углом к поверхности Земли Узнаём о магнитных бурях и магнитных аномалиях Исследования показали, что в любой местности магнитное поле Земли не является постоянным. Установлено, что магнитная стрелка периодически, каждые сутки, немного отклоняется. Кроме того, наблюдаются небольшие ежегодные изменения магнитного поля Земли. Случаются, однако, и резкие его изменения. Замечено, что магнитные бури наблюдаются одновременно с ростом солнечной активности рис. Магнитные бури практически не ош;ущаются здоровыми людьми, а вот 7 тех, кто страдает сердечно-сосудистыми заболеваниями и заболеваниями нервной системы, вызывают ухудшение самочувствия. Во время магнитных 143 бурь магнитная стрелка ведет себя аномально, то есть не устанавливается в направлении «север — юг». Впрочем, на нашей планете есть определенные участки, где наблюдаются постоянные аномалии: направление, на которое указывает магнитная стрелка, постоянно не совпадает с направлением линий магнитного поля Земли. Такие участки называют магнитными аномалиями. Исследования некоторых магнитных аномалий позволяют обнаружить залежи полезных ископаемых, в первую очередь железной руды, а в комплексе с другими методами — определить глубину их залегания и количество запасов. Вблизи южного географического полюса Земли расположен ее северный магнитный полюс; вблизи северного географического полюса Земли — ее южный магнитный полюс. Обычно наблюдаются незначительные периодические изменения магнитного поля Земли, однако во время увеличения солнечной активности бывают и резкие изменения магнитного поля. Это явление получило название магнитных бурь. Участки на поверхности Земли, где направление, на которое указывает магнитная стрелка, постоянно не совпадает с направлением линий магнитного поля Земли, называют магнитными аномалиями. Докажите, что Земля имеет магнитное поле. Как расположены магнитные полюса Земли относительно географических? Чем можно объяснить возникновение магнитных бурь? Как они влияют на самочувствие человека? Что такое магнитная аномалия? В каком месте Земли магнитная стрелка обоими полюсами указывает на юг? Почему стальная оконная решетка со временем может намагнититься? Какому требованию должен соответствовать материал, использующийся для строительства научно-исследовательских судов, на которых ученые исследуют магнитное поле Земли? С помощью стрелки компаса определите направление магнитного поля Земли в вашей комнате. Будет ли ваш ответ правильным, если возле стрелки разместить стальной предмет? Объясните свое предположение и проверьте его экспериментально. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ПРОВОДНИКА С ТОКОМ?! Уже говорилось о том, что электрический ток может оказывать тепловое, химическое и магнитное действия. И если тепловое и химическое действия тока проявляются не всегда, то магнитное действие является общим свойством любого тока. Исходя из этого можно предположить, что вокруг проводника с током существует магнитное поле. Так ученый установил, что электрический ток оказывает определенное действие на магнитную стрелку. Французский математик и физик А. Z впервые услышал об опытах Эрстеда на заседании Французской академии наук 4 сентября 1820 г. Кроме того, Ампер показал, что катушки, по которым проходит ток, ведут себя как постоянные магниты рис. Проанализировав результаты опытов, Ампер сделал несколько выводов мы их сформулируем с учетом современных знаний о микромире. М изучаем MarHimiot non« катушки с током Смотаем изолированный провод в катушку и пропустим по нему ток. Если теперь вокруг катушки разместить магнитные стрелки, которые могут свободно вращаться, то к одному торцу катушки стрелки повернутся северным полюсом, а ко второму — южным рис. Следовательно, вокруг катушки с током существует магнитное поле. Как и полосовой магнит, катушка с током имеет два полюса — южный и северный. Понятно, что с изменением направления тока в катушке ее полюса меняются местами. Сравнивая спектры магнитных полей катушки с током рис. Исследование магнитного поля катушки с током с помощью магнитных стрелок Рис. Это происходит потому, что вокруг проводника с током существует магнитное поле. Магнитное поле — особая форма материи, которая существует вокруг движущихся заряженных частиц или тел и действует с некоторой силой на другие заряженные частицы или тела, движущиеся в этом поле. Направление линий магнитного поля проводника с током можно определить с помощью правила буравчика: если вкручивать буравчик по направлению тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика укажет направление линий магнитного поля тока. Их направление можно также определить с помощью правила правой руки. Катушка с током, как и постоянный магнит, имеет два полюса. Их можно определить с помощью правой руки: если четыре согнутых пальца правой руки расположить по направлению тока в катушке, то отогнутый на 90° большой палец укажет направление на ее северный полюс. В чем суть открытия X. Ампер объ- яснял наличие магнитного поля постоянных магнитов? Как определить направление линий магнитного поля проводника с током? Какой вид имеет спектр магнитного поля прямого проводника с током? Как определить магнитные полюса катушки с током? Как объяснить взаимодействие двух проводников с током? Нарисуйте линии магнитного поля катушки с током. Укажите направление этих линий. Над катушкой подвешен магнит рис. Как будет вести себя магнит, если замкнуть цепь? Определите полюса источника тока. Как расположится относительно магнита подвижная катушка рис. Экспериментальное задание Изготовьте электромагнитный компас. Для этого склейте бумажный цилиндр длиной 4-5 см. На каркас намотайте 20-30 витков тонкого гибкого изолированного провода. Полученную катушку закрепите на небольшой дощечке или пробке и соедините концы провода с батареей гальванических элементов. С помощью правой руки определите полюса катушки и обозначьте их на каркасе. Опустите дощечку в широкий сосуд с водой. Объясните, как он будет действовать. Что произойдет, если источник тока отключить? Вставьте внутрь катушки железный гвоздь. Будет ли ваш компас после этого правильно указывать направление «север - юг»? ЭЛЕКТРОМАГНИТЫ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ Электрический школьный звонок, электродвигатель, подъемный кран на складе металлолома, обогатитель железной руды... Как связаны эти, на первый взгляд совершенно разные, устройства? Человек, знающий физику, однозначно ответит, что в каждом используется электромагнит. Из этого параграфа вы узнаете, что такое электромагнит, и выясните, как он работает. Для оценки магнитного действия катушки с током воспользуемся железным цилиндром, который подвесим на динамометр, размещенный над катушкой рис. Если замкнуть цепь, то цилиндр намагнитится в магнитном поле катушки и притянется к ней, дополнительно растянув пружину динамометра. Понятно, что цилиндр будет притягиваться к катушке тем сильнее, чем сильнее ее магнитное действие. Заменив катушку другой, с большим числом витков, увидим, что при той же силе тока удлинение пружины динамометра будет больше. Включим ток — цилиндр устремится к катушке и «прилипнет» к сердечнику. Дело в том, что введенный в катушку сердечник, изготовленный из магнитного материала, намагничивается, то есть сам становится магнитом. При этом магнитное поле такого сердечника намного сильнее, чем магнитное поле самой катушки. Узнаём об устроиетее электромагиитов и сфере их itpHMeimitm Катушку с введенным внутрь сердечником из магнитного материала называют электромагнитом. Рассмотрим устройство электромагнита рис. Любой электромагнит имеет каркас 1 , изготовленный из диэлектрика. На каркас плотно намотан изолированный провод — это обмотка электромагнита 2. Концы обмотки подведены к специальным клеммам 3 , с помощью которых электромагнит подключают к источнику тока. Внутри каркаса размещен сердечник 4 , изготовленный из магнитного материала. Часто электромагниту придают подковообразную форму, поскольку в таком случае его магнитное действие значительно усиливается. Электромагниты получили широкое применение в технике прежде всего потому, что их магнитное действие легко регулировать, изменяя силу тока в обмотке. Кроме того, электромагниты можно изготовить любых форм и размеров. Электромагниты применяют в электродвигателях, электрических генераторах, электроизмерительных приборах, телефонах, электрических звонках, микрофонах и т. Замкнув цепь, увидим, что железные опилки притянулись к сердечнику электромагнита, следовательно, можно перенести их, например, на другой конец стола рис. Именно по такому принципу работают электромагнитные подъемные краны рис. И не нужны никакие крючки! Включили ток — железные предметы притянулись к электромагниту, их перенесли в нужное место; выключили ток — железные предметы прекратили притягиваться к магниту и остались там, куда были перенесены. Электромагниты используют также, когда возникает потребность в потребителях электроэнергии, сила тока в которых достаточно велика. А это представляет опасность для людей, работающих за пультом управления. На помощь приходят электромагнитные реле — устройства для управления электрической цепью рис. Обратите внимание: замыкающее устройство 1 , установленное на пульте управления, и электромагнит 2 подключены к источнику тока А. Катушку с введенным внутрь сердечником, изготовленным из магнитного материала, называют электромагнитом. Электромагниты получили широкое применение в технике. Это обусловлено тем, что магнитное действие электромагнита легко регулировать, изменяя силу тока в обмотке, а также тем, что электромагниты можно изготовить любых форм и размеров. От чего и как именно зависит магнитное действие катушки с током? Опишите опыт в подтверждение вашего ответа. Объясните принцип действия электромагнитного подъемного крана. Для чего предназначено электромагнитное реле? Опишите принцип его действия. Намотав на железный гвоздь изолированный провод и соединив концы обмотки с батареей гальванических элементов, получили простейший электромагнит рис. Определите полюса этого электромагнита. К каким зажимам электромагнитного реле рис. Назовите основные части этого устройства, объясните принцип его действия. Где целесообразно устанавливать такие автоматы? Как изменится подъемная сила электромагнита, если передвинуть ползунок реостата вправо рис. Экспериментальное задание Изготовьте простейший электромагнит: намотайте на железный гвоздь изолированный провод и соедините его концы с батареей гальванических элементов см. Разомкнув цепь, закрепите электромагнит горизонтально на некотором расстоянии от поверхности стола. Смешайте мелкие кусочки бумаги, зерна риса и мелкие железные предметы лучше опилки. Медленно просыпая смесь рядом со шляпкой гвоздя, отделите железные предметы. Подумайте, где можно использовать аналогичное устройство и как его усовершенствовать. Изготовление простейшего электромагнита и испытание его действия. Цель: научиться изготовлять простейший электромагнит и выяснить, от чего зависит его действие. Оборудование: штатив, медный провод, источник постоянного тока, одинаковые железные стержни или большие гвозди , пробник, железные опилки, реостат, ключ, амперметр, магнитная стрелка или компас, соединительные провода. УКАЗАНИЯ К РАБОТЕ «Теоретические сведения Для оценки магнитного действия электромагнита можно воспользоваться пробником рис. Он состоит из стальной пластинки 7 , закрепленной с помощью пружины 2 внутри пластмассового корпуса 3. Если поднести пробник к электромагниту, магнитное поле последнего будет действовать на пластинку пробника. Пластинка будет притягиваться к электромагниту тем сильнее, чем сильнее его магнитное действие. Значение силы притяжения определяют по шкале, нанесенной на стальную пластинку пробника. При отсутствии пробника магнитное действие электромагнита можно оценить с помощью динамометра и подвешенного к нему небольшого стального стержня. Изготовьте два электромагнита с разным количеством витков. Для этого возьмите два одинаковых железных стержня и намотайте на них различное число витков медного провода: на один стержень — 20 витков, на второй — 40. Взяв электромагнит с большим числом витков, соберите электрическую цепь по схеме, изображенной на рис. Замкните цепь и убедитесь, что электромагнит притягивает железные опилки, то есть проявляет магнитные свойства. С помощью магнитной стрелки определите полюса полученного электромагнита. Опишите, как вы это сделали. Выясните, от чего зависит магнитное действие электромагнита, результаты опытов запишите в тетрадь. Сравните магнитное действие электромагнита при различной силе тока в обмотке. Выясните, как влияет наличие сердечника на магнитное действие электромагнита. С помощью реостата установите в цепи ток силой 1,5 А. Определите, как уменьшение числа витков влияет на магнитное действие электромагнита. Чтобы установить природу а-частиц, Резерфорд использовал специальное устройство рис. Колба А была изготовлена из высококачественного и очень тонкого стекла его толщина была примерно равна диаметру человеческого волоса. Стекло с такими характеристиками, с одной стороны, давало возможность а-частицам «протиснуться» в колбу В, а с другой — было надежным препятствием для молекул радона. Сделав анализ вещества, которое со временем накопилось в колбе В, Резерфорд выяснил, что это гелий. Зная, что в колбу В могли попасть только а-частицы и что они имеют положительный заряд, ученый сделал вывод, что а-частицы — это положительные ионы Гелия. Для идентификации этих частиц были определены их заряд и масса. Важно, что в результате экспериментов с р-лучами были получены данные для построения квантовой механики, на которой основаны современные представления о структуре вещества. К тому же оказалось, что эти виды излучения можно рассматривать как поток нейтральных частиц, двигающихся в пространстве со скоростью света. Однако энергия частиц каждого типа излучения отличается по значению. Наименьшей энергией обладают частицы инфракрасного излучения; энергия частиц видимого света немного больше. Частицы ультрафиолетового излучения имеют уже достаточно большую энергию, чтобы начать разрушать поверхность, на которую они падают. Поэтому, например, облучать кожу ультрафиолетом можно только в течение короткого времени. Намного большую энергию, чем частицы ультрафиолетового света, имеют частицы рентгеновского излучения. Соответственно большими являются его проникающие и разрушительные свойства. Поэтому рентгеновское обследование, длящееся всего несколько секунд, не рекомендуют проводить чаще одного раза в год. Этим обстоятельством воспользовались конструкторы, создав устройства для просвечивания, например, автомобилей рис. Такие устройства используют пограничники и таможенники для обнаружения наркотиков, взрывчатки и др. ШШ Защищаемся от радиоактиамого и1Л гчения же У большинства людей слово «радиация» ассоциируется с опасностью. И это, безусловно, правильно. Радиоактивное излучение не фиксируется органами чувств человека, однако известно, что оно может привести к губительным последствиям. От влияния радиации можно защититься, если поставить на пути излучения препятствие. Проще всего защититься от а- иР -излучений. Как показали эксперименты, достаточно тонкого листа бумаги 0,1 мм , чтобы остановить а-частицы; Р-излучение полностью поглощается алюминиевой пластинкой толщиной 1 мм. В отдельных случаях для защиты от у-излучения необходимы бетонные стены толщиной несколько метров. Подаощ«м итоги Радиоактивное излучение было открыто в 1896 г. Значительный вклад в его изучение внесли также Э. Уран, Торий, Радий и ряд других элементов имеют природную радиоактивность. Ученые научились синтезировать радиоактивные изотопы. Для предупреждения вредного влияния различных видов радиоактивного излучения на организмы используют защитные препятствия разной толщины, изготовленные из разных материалов. Как было открыто явление радиоактивности? Какой вклад внесли П. Склодовская-Кюри в изучение радиоактивного излучения? Приведите примеры природных радиоактивных элементов. Опишите опыт по разделению радиоактивного излучения на составляющие. Какие виды радиоактивного излучения вы знаете? Какова физическая природа а-частиц? Резерфорда по выяснению природы а-излучения. Как защититься от радиоактивного излучения? ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИКА § 33. «Современная алхимия» - так назовет Э. Резерфорд свою книгу о преобразованиях атомных ядер. О том, как изменяется ядро во время радиоактивного излучения и каким законам подчиняется этот процесс, вы узнаете из данного параграфа. «Да1м «шр«д л м11 радиоактивности. Шучшш правила смвщания Рассматривая в § 32 радиоактивное излучение, мы оставили без внимания важный вопрос: что при этом происходит с атомами? На радиоактивный распад не влияют изменение давления и температуры, действие магнитного и электрического полей, химические реакции, уменьшение или увеличение освещенности и т. Радиоактивность — это способность ядер некоторых химических элементов произвольно превращаться в ядра других элементов с излучением микрочастиц. Поэтому в результате а-расгхада Радона образуется элемент, имеющий порядковый номер 84 расположенный на 2 клетки левее Радона ,— это Полоний: 2. А какое ядро окажется «долгожителем» и распадется последним? Физики утверждают, что узнать об этом невозможно: распад того или иного ядра радионуклида — событие случайное. В то же время поведение радиоактивного вещества в целом подчинено четко определенной закономерности. Эту закономерность можно проиллюстрировать с помощью такого примера. Если взять закрытую стеклянную колбу, содержащую некоторое количество радона, окажется, что приблизительно через 57 с количество радона в колбе уменьшится вдвое. Еще через 57 с из оставшихся атомов снова останется половина и т. Период полураспада — это физическая величина, равная времени, в течение которого распадается половина имеющегося количества ядер данного радионуклида. Период полураспада обычно обозначают символом Т. У каждого радиоактивного изотопа свой период полураспада. Например, период полураспада Урана-238 равен 4,5 млрд лет, Радия-226 — 1600 лет. Для характеристики радиоактивного распада используют величину, которую называют постоянной радиоактивного распада радионуклида см. Единица постоянной радиоактивного распада в СИ — —. Физическая величина, численно равная количеству распадов, происходящих в определенном радионуклидном образце за единицу времени, называется активностью радионуклидного образца. Единицей активности в СИ является беккерель Бк. Это же соотношение можно записать и с использованием периода полураспада: л 0,69 Т С течением времени количество нераспавшихся ядер радионуклидного образца уменьшается, а значит, уменьшается и активность образца рис. В Узнаем о радиоактивных рядах Получается, что после экспериментов Э. Содди мечта алхимиков о превращении веществ в золото осуществилась? На самом деле — нет. А именно: ядро атома элемента превращается в ядро атома элемента А2, потом — в ядро атома элемента А3 и т. Совокупность всех изотопов, возникающих в результате ряда последовательных радиоактивных преобразований данного материнского элемента, называют радиоактивным рядом. Одна из цепочек преобразований ряд Урана-238 показана на рис. Поззднее было обнаружено, что существуют четыре радиоактивных ряда, объединяющих все известные в природе радиоактивные элементы. Понятно, что искусственные радиоактивные изотопы в природных радиоактивных рядах отсутствуют. ВУчймсй решаш задаем Задаче, Определите массу Радия-226, содержащегося в радионуклидном образце, если активность Радия составляет 5 Ки. Постоянную радиоактивного распада X найдем из таблицы. Зная активность, определим количество N атомов Радия в образце. Решение Активность образца равна: A-XN. Ответ: в радионуклидном образце содержится 5,07 г Радия Подводим итоги Радиоактивность — это способность ядер некоторых химических элементов произвольно превращаться в ядра других элементов с излучением микрочастиц. На радиоактивность не влияют внешние факторы. Определить, какой элемент образуется в результате радиоактивного распада, можно с помощью правил смещения. Время, в течение которого распадается половина имеющегося количества ядер данного радионуклида, называют периодом полураспада. Физическая величина, численно равная количеству распадов, происходящих в определенном радионуклидном образце за единицу времени, называется активностью радионуклидного образца. Единица активности в СИ — бекке-рель Бк. Совокупность всех изотопов, возникающих в результате ряда последовательных радиоактивных преобразований данного материнского элемента, называют радиоактивным рядом. Выявлено четыре радиоактивных ряда, объединяющих все известные в природе радиоактивные элементы. Что происходит с ядром атома при излучении а-частицы? Как период полураспада связан с постоянной распада? Что такое активность радионуклидного образца? В каких единицах измеряют активность? Как активность радионуклида связана с постоянной его распада? Изменяется ли со временем активность радионуклида? Если изменяется, то почему и как? В ядро какого элемента превращается при этом ядро атома Радия? В ядро какого элемента превращается при этом ядро атома Протактиния? Есть одинаковое количество ядер Урана, Радия и Радона. Период полураспада Урана составляет 4,5 млрд лет, Радия - 1600 лет, Радона - 57 с. Активность какого радионуклида на данный момент времени наибольшая? В радионуклидном образце содержится 2 - 1020 атомов Иода-131. Определите, сколько ядер Иода распадется в течение часа. Активность образца на протяжении этого времени считайте постоянной. На данный момент времени в радионуклидном образце содержится 0,05 моля Плутония-239. Определите активность Плутония в образце. В радионуклидном образце содержится 0,20 г Урана-235. Определите активность Урана в образце. Активность образца считайте постоянной. Из этого параграфа вы узнаете, почему это так и с помощью каких приборов можно измерить содержание радиоактивных веществ в пищевых продуктах, уровень радиации на улице, в школьном кабинете и т. Попадая в то или иное вещество, радиоактивное излучение передает ему энергию. В результате поглощения этой энергии некоторые атомы и молекулы вещества ионизируются, вследствие чего изменяется их химическая активность. Жизнедеятельность любого организма обеспечивается химическими реакциями, происходящими в его клетках, поэтому радиоактивное облучение приводит к нарушению функций почти всех органов. Чем больше поглощенная веществом энергия излучения, тем большее воздействие оказывает это излучение на данное вещество. Единица поглощенной дозы ионизирующего излучения в СИ — грей 7Т. Свое название эта единица получила в честь английского кг физика Л. «Определяем эквивалентную дозу ионизирующего излучения Биологическое действие различных видов излучения на живые организмы неодинаково при одинаковой поглощенной дозе. Коэффициент качества К является неодинаковым для различных излучений см. Эта единица названа так в честь шведского ученого Р. Узнаём об экспозиционной дозе ионизирующего излучения Физическое действие любого ионизирующего излучения на вещество связано прежде всего с ионизацией атомов и молекул. Поэтому была введена физическая величина, которая определяется ионизационным действием излучения. Кл 1 --- — это экспозиционная доза ионизирующего излучения, кг при которой суммарный заряд всех ионов одного знака, образовавшихся в 1 кг сухого воздуха, равен 1 Кл. На практике чаще используют внесистемную единицу экспозиционной дозы — рентген Р , названную так в честь немецкого физика В. Во-первых, глубокие нарушения функций жизнеобеспечения организма вызывает даже небольшое количество поглощенной энергии.

Поплавок, колеблющийся на воде, за 3 с всплывает и ныряет шесть. Если под деревянный брусок подложить круглые карандаши, то передай гать брусок по поверхности станет тначительно легче Рис. Чем выше мы поднимемся вверх, тем меньшим будет атмосферное давление. Стрелки установятся сориентируются упорядоченно — их оси как бы образуют линии. В твердых телах частицы занимают определенные положения рашювегия и взаимодействуют так называемыми межмо лекулярными силами. Великобритании, Канады, США и др.