Научно-практическое исследование «Удивительное электричество»

Научно-практическое исследование «Удивительное электричество»

В мире, который нас окружает, очень много интересного. Моя младшая сестренка, например, очень любит водить хороводы. Она собирает всех членов семьи в круг, говорит, чтобы все взялись за руки, и начинает петь песни. Я заметил, что иногда, когда мы беремся за руки, раздается щелчок, и в руку будто кто-то укалывает. Подобное явление наблюдается и тогда, когда садишься в автомобиль и берешься за ручку, чтобы открыть дверь. Раздаются щелчки и тогда, когда гладишь кошку, при этом её шерсть поднимается за рукой. Когда причёсываешь сухие волосы, то они поднимаются вверх за расческой. Когда я задал вопрос маме, почему это происходит, она ответила, что всё дело в статическом электричесве. Меня этот вопрос очень заинтересовал.

Чтобы выяснить, что такое статическое электричество, первым делом мы с мамой отправились в библиотеку. Там мы стали подбирать книги, которые помогли бы нам понять, что такое статическое электричество. Что же я выяснил? Ещё в глубокой древности люди заметили, что янтарь (окаменевшая смола хвойных деревьев), потёртый о шерсть, приобретает способность притягивать к себе различные тела: соломинки, пушинки, ворсинки меха и так далее. В дальнейшем установили, что этим свойством обладают и другие вещества: стеклянная палочка, потёртая о шёлк, палочка из органического стекла, натёртая о бумагу, эбонит (каучук с большой примесью серы), потёртый о сукно или мех. Наблюдаемые явления в начале 17 века были названы электрическими (от греч. электрон - янтарь). Стали говорить, что тело, получившее после натирания способность притягивать другие тела, наэлектризовано или что ему сообщён электрический заряд. Все вещества состоят из крошечных частичек, которые называются атомами. Сам атом состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов. В процессе трения часть электронов «переходит» с одного тела на другое. Статическое электричество – это форма электричества, которое не течет, - это «отдыхающее» электричество. Его легко получить, если потереть один о другой два предмета (сделанные из определённых материалов): при этом электроны с одного предмета переходят на другой, в результате чего один предмет приобретает положительный заряд, а другой отрицательный.

Следующим этапом было интервью с учителем физики

1. Что такое статическое электричество?

Учитель физики рассказала, что древнегреческий учёный Фалес заметил, что натёртый шерстью янтарь начинает притягивать к себе лёгкие кусочки других материалов. Через 2000 лет английский физик У. Гильберт обнаружил, что аналогичной способностью обладает и алмаз, сапфир, стекло и некоторые другие материалы. Все эти вещества он назвал электрическими. Впоследствии про тело, которое после натирания приобретало свойство притягивать к себе другие тела, стали говорить, что оно наэлектризовано. А процесс сообщения телу электрического заряда стали называть электризацией. Электрические заряды, возникающие при электризации трением, иногда называют статическим электричеством.

2. Причины возникновения.

Чтобы наэлектризовать тела, одного касания, как правило, недостаточно. Тела следует, плотно прижав, тереть друг о друга. Делается это для того, чтобы уменьшить расстояние между телами и одновременно с этим увеличить площадь соприкосновения между ними. Если потереть о сухое сукно эбонитовую палочку, то не только палочка, но и сукно начнёт притягивать кусочки бумаги. Значит, при трении электризуются оба тела. Электрический заряд может передаваться от одного тела к другому. Для этого необходимо коснуться наэлектризованным телом другого тела. При этом часть электрического заряда перейдёт на второе тело. И это тело начнёт притягивать к себе мелкие листочки бумаги, пушинки и т. д.

3. Как можно получить опытным путём?

Опыт 1: возьмём эбонитовую палочку и поднесём её к бумажному султану. Листочки не расходятся. Натрём эбонитовую палочку о шерстяную тряпочку и снова поднесём к султану. Листочки султана притягиваются к палочке.

Опыт 2: для проведения опыта нам понадобится эбонитовая палочка, кусок шерстяной ткани и бумажный султан, закреплённый на железном стержне. Если потереть палочку куском ткани, а затем прикоснуться ею к железному стержню, то будет заметно явление отталкивания полосок бумаги султана друг от друга, причём, если повторить натирание и прикосновение несколько раз, то будет видно, что эффект усиливается.

Опыт 3: к кондукторам электрофорной машины присоединяем бумажные султанчики, которые установлены на изолирующих подставках. Вращая ручку машины наблюдаем за их поведением:

А) султанчики подсоединены к разным полюсам машины (листочки султанов притягиваются);

Б) султанчики подсоединены к одному полюсу машины (листочки султанов отталкиваются).

Этот опыт показывает, что в природе существует два рода электрических зарядов (положительный «+» и отрицательный «-»). Тела, имеющие электрические заряды одинакового знака, взаимно отталкиваются, а тела, имеющие заряды противоположного знака, взаимно притягиваются.

Потом я решил провести опрос учеников из моего класса, чтобы выяснить, знают ли мои одноклассники о таком явлении, как статическое электричество. Из результатов опроса я выяснил, что большинство одноклассников не имеют представления о статическом электричестве. Поэтому я решил кратко рассказать им об этом и даже продемонстрировать опытным путём.

Опыт 1: исследовать, как статическое электричество воздействует на волосы.

Нам понадобится воздушный шарик и помощник – ассистент. Мы натёрли шарик об волосы ассистента. Волосы стали подниматься в сторону шарика. Отрицательные частицы с волос при трении перешли на шарик и придали ему отрицательный заряд. Ближе к шарику в волосах образовался положительный заряд. Отрицательно заряженный шарик притянул к себе положительно заряженные волосы.

Опыт 2: «летающие бабочки».

Нам понадобится воздушный шарик, кусок шерстяной ткани, вырезанные из бумаги бабочки. Натрём шарик о шерстяную ткань. Медленно начнём приближать к бумажным бабочкам. Вначале начинают подниматься крылышки бабочек, а потом и сами бабочки притягиваются и прилипают к шарику. Шерстяная ткань, о которую мы потёрли шарик, легко теряет свои электроны. Их часть перешла на шарик, и он приобрёл отрицательный статический заряд. Когда мы приблизили шарик к бумажным бабочкам, электроны стали перемещаться, в результате чего положительно заряженная бабочка стала притягиваться к отрицательно заряженному шарику.

После проведённых опытов я обратился к ребятам с вопросом, могут ли они привести подобные примеры. Практически все дети подняли руки. Оказывается, все сталкивались со статическим электричеством в повседневной жизни, но не знали, почему это происходит, и что это такое.

Выяснив, что такое статическое электричество и причины его возникновения, я решил проверить всё это на практике путем проведения некоторых опытов в домашних условиях.

Опыт 1: «прыгающие овсяные хлопья».

Нам понадобится эбонитовая палочка, кусок шерстяной ткани, овсяные хлопья. Натрем эбонитовую палочку о шерстяную ткань и начнем приближать к овсяным хлопьям, не касаясь их. Хлопья начнут подпрыгивать и приклеиваться к эбонитовой палочке. При трении эбонитовой палочки о кусок шерстяной ткани между ними произошел обмен электронами. При приближении отрицательно заряженной эбонитовой палочки к овсяным хлопьям электроны в них начали перемещаться. В результате хлопья стали притягиваться к палочке.

Опыт 2: «танцующая фольга».

Нам понадобится эбонитовая палочка, кусок шерстяной ткани, тонкая алюминиевая фольга, нарезанная полосками. Натрем эбонитовую палочку о шерстяную ткань и поднесем вплотную к полоскам фольги. Полоски начнут «танцевать». Шерстяная ткань, о которую мы потерли эбонитовую палочку, легко теряет свои электроны. Их часть перешла на эбонитовую палочку, и она приобрела отрицательный статический заряд. Когда мы приблизили ее к полоскам фольги, электроны в ней начали отталкиваться от электронов расчески и перемещаться. Одна сторона полоски приобрела отрицательный заряд, а другая – положительный. Поэтому при приближении эбонитовой палочки фольга начала притягиваться одной стороной, а другой отталкиваться. Этот процесс идет непрерывно, поэтому создается впечатление, что фольга «танцует».

Опыт 3: разделение перемешанных соли и перца.

Нам понадобится эбонитовая палочка, шерстяная ткань, щепотка мелкой соли, щепотка молотого перца. Перемешаем соль с перцем, высыпав на бумагу. Натрем эбонитовую палочку о шерстяную ткань и поднесем к смеси соли и перца. Отрицательно заряженная эбонитовая палочка по-разному воздействует на крупинки соли и перца. Соль стала притягиваться к эбонитовой палочке, а перец стал отталкиваться от нее и «отпрыгивать» в сторону от соли. Это происходит в результате перемещения электронов при воздействии на них отрицательно заряженной палочки.

Опыт 4: «гибкая вода».

Нам понадобится эбонитовая палочка, кусок шерстяной ткани, раковина, водопроводный кран. Откроем водопроводный кран таким образом, чтобы струя воды была тонкой. Натрем эбонитовую палочку о шерстяную ткань, сообщив ей отрицательный заряд. Затем поднесем ее к струйке воды. Струя воды отклонится в сторону от палочки. Электроны с шерстяной ткани переходят на эбонитовую палочку и придают ей отрицательный заряд. Этот заряд отталкивает от себя электроны, находящиеся в воде, и они перемещаются в противоположную часть струи. Чтобы перемещение струи было видимым, она должна быть тонкой. Статическое электричество, скапливающееся на палочке, относительно мало, ему не под силу переместить большое количество воды.

 

Заключение

О чём мы задумываемся, услышав слово «электричество»? Большинство из нас представит бегущий по проводам поток энергии, который зажигает лампочки, вращает моторы и заставляет звенеть дверные звонки. Такой вид перемещающейся энергии называется электрическим током. Но существует и другая разновидность электричества, чьё поведение отличается от поведения электрического тока. Это статическое электричество. В словаре слово «статический» определяется как постоянный и неподвижный. Другими словами, статическим является то, что остаётся на месте. Изучив научную литературу, выслушав специалиста – физика и проведя ряд экспериментов, мы можем сделать следующий вывод: статическое электричество образуется за счёт трения объектов в результате неравенства зарядов (положительного и отрицательного) между объектами. При трении часть электронов переходит с одного объекта на другой. Отрицательно заряженный объект начинает притягивать к себе положительно заряженные объекты. Но через некоторое время объекты перестают притягиваться друг к другу, так как становятся нейтральными (электроны возвращаются на свои места).

Работая над темой, мне удалось достичь поставленной цели. Я узнал, что такое статическое электричество, с помощью опытов проверил некоторые его свойства. Свою работу я считаю актуальной и перспективной. Человечество уже не одно десятилетие ищет новые источники энергии. В числе таких источников рассматривается и статическое электричество. Вот почему необходимо хорошо знать его свойства и возможности. Также, проведенные мною опыты, могут служить основой для показа фокусов.

Список литературы

1. Я познаю мир: Дет. энцикл.: Физика / Сост., худож. ; Под общ. ред. . – М.: «Издательство АСТ». 1999.

2. Энциклопедия для детей. Том 16. Физика. Ч.2. Электричество и магнетизм. Термодинамика и квантовая механика. Физика ядра и элементарных частиц. / Глав. ред. . – М.: Аванта +, 2002.

4. Энциклопедия для детей. Физика. Ч.2. Электричество и магнетизм. Термодинамика и квантовая механика. Физика ядра и элементарных частиц. / ред. коллегия: М. Аксенова, А. Элиович, В. Санюк и др. – М.: Мир энциклопедий. Аванта +, 2007.

5. Физика: Учеб. Для 9 кл. общеобразоват. учреждений / , . – 2-е изд. – М.: Просвещение, 2001.

6. Занимательные опыты: электричество и магнетизм / М. Ди Специо; пер. с англ. М. Заболотских, А. Расторгуева. – М.: АСТ: Астрель, 2005.