Партнерка на США и Канаду по недвижимости, выплаты в крипто
- 30% recurring commission
- Выплаты в USDT
- Вывод каждую неделю
- Комиссия до 5 лет за каждого referral
международная научно-практическая конференция
«Первые шаги в науку»
Исследовательская работа по теме:
«Исследование Электрического разряда
в инертных средах»
Предметная область: ФИЗИКА
Автор:
МБОУ «Гимназия №4» г. Брянска
Руководитель:
учитель физики
МБОУ «Гимназия 4» г. Брянска
Брянск, 2013
Содержание
Введение 3
Глава I. Теоретическая часть 4
Электрический разряд 4
Инертные газы 4
Глава II. Практическая часть 5
Устройство для проведения исследования 5
Исследование электрического разряда 6
Заключение и выводы 8
Список используемой литературы 8
Приложение 9
Введение
Мы не можем представить нашу жизнь без электричества, но лишь не многие знают, что электрический ток бывает не только в розетке электросети, но и вокруг нас. Так, например, снимая шерстяной свитер, мы получаем, как нестранно, довольно большой электрический разряд, который можно наблюдать в темном помещении. А если потереть шерстяным пледом руку и дотронуться до металлического предмета, то в него стечет разряд. А почему это происходит? Именно это физическое явление заинтересовало меня и, и я решил его исследовать.
Цель данной работы: исследовать электрический разряд в газах, изучить реакцию ионов различных инертных газов в ионизированном поле.
Объектом исследования является: электрический разряд в газах. Предметом исследования является изменение цвета разряда в различных средах.
Гипотеза исследования: цвет электрического разряда напрямую зависит от среды, в которой он происходит.
Для достижения поставленной цели я определили для себя следующие задачи:
· Изучить электрический разряд, как физическое явление;
· Создать устройство для изучения электрического разряда.
Я использовали следующие методы исследования:
· Анализ теоретических источников;
· Констатирующий эксперимент
Значение исследования заключается в следующем: важно знать о явлениях, которые нас окружают, и изучать их. Моя исследовательская работа содержит в себе все основные понятия об электрическом разряде и его видах, а также материал об устройстве, с помощью которого, можно исследовать электрические разряды.
Теоретическая часть
Электрический разряд
Электрический разряд – это сложное физическое явление, которое представляет собой процесс протекание электрического тока через среду с высокой электропроводимостью. Различают два вида электрического разряда самостоятельный и несамостоятельный электрические разряды.
Несамостоятельный разряд — протекает за счёт внешнего источника свободных носителей заряда. Самостоятельный разряд — протекает и после отключения внешнего источника свободных носителей заряда.
В данной работе большее внимание будет уделено именно самостоятельный разрядам, и тому, как изменяется газовая среда при прохождении через нее электрического разряда.
Разряд способен проходить через газовую среду только при его ионизации. Процесс ионизации – это насыщение пространства свободными, положительно заряженными ионами и электронами. В процессе исследования мы сможем наблюдать ионизацию и возбуждение пространства.
Если подробнее рассмотреть электрический разряд, протекающий в газе, например в воздухе, то его возникновение говорит о том, что существует разность потенциалов между обкладками анода и катода, другими словами, для возникновения разряда необходимо наличие высоковольтного источника электрического тока. Для воздуха минимальное значение напряженности, необходимое для появления разряда, составляет 9 вольт.
Инертные газы
В таблице Дмитрия Ивановича Менделеева инертные или благородные газы имеют нулевую группу, их внешние энергетические уровни полностью заполнены, поэтому долгое время считалось, что эти вещества не вступают в химические реакции.
Инертные газы имеют низкие температуры сжижения и затвердевания при нормальном давлении, это говорит об очень слабом межмолекулярном взаимодействии. В случае же сильной ионизации, как при протекании разряда в неоновой рубке, электроны атомов этих газов могут вылетать, образуя заряженные частицы.
Инертные газы находят многочисленное применение, например в воздухоплавательном аппарате, при сваривании металлов, так как температура их горения очень высока.
Выделяют следующие благородные газы: гелий, неон, аргон, криптон, ксенон, в том числе водород.
Практическая часть
Устройство для проведения исследования
Практическая часть состоит из двух частей. Первая часть работы - создать устройство для демонстрации электрического разряда и возбужденности пространства, вторая часть – исследования разряда при его протекании в различных инертных средах.
Универсальным устройством для демонстрации электрического разряда является высокочастотный резонансный трансформатор Николы Тесла (см. Приложение стр. 9).
Устройство трансформатора представляет собой двойной колебательный контур, что и определяет его замечательные свойства и является главным его отличием от обычных трансформаторов, кроме того между обмотками не имеется ферримагнитного сердечника – индуктивные связи устанавливаются косвенно, через диэлектрическую среду.
При работе трансформатора можно наблюдать такие эффекты:
· Ионизация пространства;
· Дуговой и коронный разряды;
· Плазма, при пониженном давлении (см. Приложение стр. 10).
Трансформатор Тесла является источником высокочастотных колебаний. В 1896 был представлен в Чикаго, как волновой передатчик. Волны, производимые трансформатором, не слышимы для человека. На сегодняшний день существует 4 модификации трансформатора:
1. SGTC (Spark Gap Tesla Coil) - классический трансформатор Тесла, генератором в котором служит искровой промежуток.
2. VTTC (Vacuum Tube Tesla Coil) - ламповый трансформатор Тесла. В нем в качестве генератора ВЧ колебаний используются электронные лампы.
3. SSTC (Solid State Tesla Coil) - генератор выполнен на полупроводниках.
4. DRSSTC (Dual Resonant Solid State Tesla Coil) - колебателем контура является генератор на полупроводниковых ключах IGBT транзисторах или тиристорах.
В исследовании использовались SGTC и SSTC трансформаторы. Эти модификации имеют более высокий коэффициент полезного действия и понятны с точки зрения устройства (см. Приложение ,3 стр.9,11).
Исследование электрического разряда
Для исследования электрического разряда были использованы газоразрядные трубки с инертными наполнителями. В газоразрядной трубке газ имеет пониженное давление, за счет этого требуется меньше энергии для возбуждения электронных оболочек атомов газа.
При протекании разряда через газоразрядную трубку, его цвет изменялся, в зависимости от инертного наполнителя. В некоторых случаях возможно несколько вариантов цвета свечения, это связано с тем, что газ, под действием электрического тока, переходить в изотопы. В ходе исследования была составлена спектральная таблица, в которой отражена зависимость цвета от среды:
Инертная среда | Цвет разряда |
Воздух | Малиновый или фиолетовый |
Неон | Ярко-оранжевый |
Неон с флуоресцирующим покрытием | Холодно-бирюзовый |
Ксенон | Светло-фиолетовый |
Криптон | Светло-розовый или кремовый |
Аргон | Ярко-бирюзовый |
Смесь аргона и криптона | Ярко-красны |
Аргон с ртутью | Ярко-фиолетовый (ультрафиолет) |
Таблица 1. Зависимость цвета разряда от среды протекания (инертные газы).
Также удалось составить таблицу по зависимости цвета разряда от наличия среды солей щелочных металлов:
Соли | Цвет разряда |
Соли натрия | Ярко-желтый или оранжевый |
Соли кальция, стронция | Красный |
Соли фосфора, бария, хлора | Ярко-зеленый |
Соли меди (от пропорции) | От светло-синего до зеленого |
Соли индия | Фиолетовый |
Соли брома (от пропорции) | От красного до фиолетового |
Соли калия | Ярко-синий |
Соли лития | Розово-красный |
Таблица 2. Зависимость цвета разряда от среды протекания
(соли щелочных металлов).
Объяснить, почему меняется цвет разряда, можно с помощью спектроскопа Бунзена–Кирхгофа (см. Приложение 4 стр. 12).
Заключение и выводы
Проведенный эксперимент по выявлению связи цвета разряда и среды, в которой он протекает, показал, что в зависимости от того, какой инертный наполнитель или какая соль щелочного металла, будет присутствовать в среде протекания, цвет разряда будет меняться.
Цель, которая была поставлена вначале работы, полностью выполнена. Я исследовал электрический разряд в газах, использую газоразрядные лампы с инертными наполнителями, также изучил реакцию ионов различных солей в ионизированном поле.
Таким образом, электрический разряд способен менять свою окраску, в том случае, если он протекает через среды инертных газов и соли щелочноземельных металлов.
Подробно ознакомиться с теоретическими сведениями можно в полной исследовательской работе.
Список используемой литературы
1. Ожегов, С. И., Шведова, словарь русского языка/, [Текст]. - М: Азбуковник, 1999.
2. Райзер, газового разряда Наука/ [Текст]. - М: Знание, 1992.
3. «Физика 10 класс» / [Текст]. - М: Просвещение, 1991.
4. Шибков, , в смесях инертных газов/ Л. В Шибков, В. М Шибкова [Текст]. - М: Физматлит, 2005.
Приложение
На фото: трансформатор Николы Тесла (SGTC).
Фотограф: Щербаков Дмитрий.
Приложение
На фото: плазма, протекающая в лампе накаливания, при низком давлении.
Фотограф: неизвестен.
Приложение
На фото: Трансформатор Николы Тесла (SSTC).
Фотограф: Мамедов Владислав.
Приложение №4
Схема устройства спектроскопа Бунзена–Кирхгофа:
1. спектр
2. телескопическая система
3. призма
4. коллиматор
5. диафрагма
В 1857 году Роберт Бунзен, профессор химии знаменитого университета в маленьком немецком городке Гейдельберге, придумал газовую горелку, которая и сейчас применяется в любой химической лаборатории. В том же университете работал и профессор физики Густав Кирхгоф. В 1859 году вместе с Бунзеном он разработал простой прибор, который назвали спектроскопом.
Когда Бунзен и Кирхгоф ввели в пламя газовой горелки кристаллик хлорида натрия, выходящий после призмы, пучок света содержал пару ярко-желтых линий. Если же в пламя они вводили каплю водного раствора хлорида стронция, на белом экране появлялись две яркие красные линии. Оказалось, что каждый атом, в каком бы соединении он ни находился, имеет свой набор линий в спектре. Эти линии назвали спектральными.
