Блискавка і статичну електрику

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Зміст
Введення.
1. Природа блискавки.
2. Кульова блискавка.
3. Статичну електрику.
4. Використання статичної електрики.
5. Електричні явища в живій природі.
Висновок.

Введення
Електричний струм невидимий. Він, як вода, тече всюди: і в навколишньому нас неживої середовищі, і всередині біологічних об'єктів, породжуючи цілий спектр різноманітних явищ. Найбільш яскраві з них можна спостерігати в небі у вигляді електричних розрядів - блискавок. Менш видовищно, але вельми відчутно дію статичної електрики, коли самі звичайні предмети - вовняний светр або двері автомобіля - раптом починають «кусатися» або «бити струмом». І вже зовсім не просто побачити прояви електрики в живому організмі, але ж саме воно керує роботою нашого тіла.
Блискавки, найбільш видовищні прояви електрики в природі, являють собою потужні розряди, які утворюються в нижніх шарах атмосфери. Коли між грозовою хмарою і землею виникає велика різниця потенціалів, спалахують гігантські іскри і лунають гуркіт грому. Іноді сила струму в блискавці сягає сотні тисяч ампер.

1. Природа блискавки
Зовні наша планета закутана величезним повітряним ковдрою, яке постійно бомбардують і іонізують космічні промені. Глибоко в надрах рідке металеве ядро ​​працює як динамо-машина, створюючи струми і магнітне поле. По суті, ми живемо всередині величезної машини, що виробляє і перетворюючої гігантські кількості електрики. Тому немає нічого дивного в тому, що час від часу ми стаємо свідками її грандіозної діяльності. Першим у низці природних електричних явищ слід назвати блискавку.
Вогненні зигзаги, розпорювали небо, - це різновид іскрового електричного розряду. Він виникає в грозовій хмарі, коли між частинами самої хмари або між хмарою і землею з'являється велика різниця потенціалів. Поділ зарядів усередині грозової хмари відбувається завдяки конвективним потокам, переносящим наелектризовані через тертя крапельки води. Перед самою спалахом блискавки від хмари до землі потрапляє потік електронів, які, соударяясь з молекулами повітря - кисню та азоту, - іонізують їх. У результаті в газовому середовищі виникає яскравий розряд струму силою в десятки тисяч ампер. Швидко нагріваючись, атмосферне газ розширюється, породжуючи ударну звукову хвилю, і ми чуємо грім.
Коли вдалося виміряти температуру в каналі блискавки, виявилося, що вона досягає 25-27 тисяч градусів. І мало не три чверті енергії грозового розряду витрачається саме на нагрівання повітря в каналі блискавки. Зрозуміло, що повітря, температура якого за кілька десятимільйонна часток секунди піднімається майже до 1500 градусів, розширюється настільки сильно, що процес цей стає порівняємо з вибухом.
Сьогодні особливі мікрофони дозволили зробити висновки про розміри каналу блискавки, її потужності, про стан атмосфери, про обсяг хмари і навіть про процеси, завдяки яким хмара накопичує електрику.
І тут вже стала з'ясовуватися суща фантастика! Ці природні електричні машини, як виявилося, здатні накопичувати потенціали в мільярди вольт, а загальна потужність середньої грози цілком можна порівняти з вибухом кількох термоядерних бомб! І все це - результат всього лише взаємодії крапельок і крижинок, які тримаються в повітрі на висхідних потоках.
Незважаючи на вивчену природу, блискавки продовжують дивувати. Так, у 1989 вчені відкрили їх новий вид - висотні електричні розряди, або спрайт. Вони утворюються в іоносфері і б'ють зверху вниз, у напрямку до грозовим хмар на відстань 40 - 50 км , Але зникають, не досягаючи їх. Ще більш дивні блискавки спостерігали вчені з Тайванського національного університету імені Чена Куна під час кількох гроз над Південно-Китайським морем в 2002 році. Розряди атмосферної електрики били не вниз, а вгору - від грозових хмар в верхні шари атмосфери. Розгалужені блискавки мали гігантські розміри: світяться зигзаги довжиною 80 км йшли вгору на 95 км . Розряди тривали менше секунди і супроводжувалися низькочастотним радіовипромінюванням. Щоб їх побачити, вчені використовували спеціальні фотокамери, чутливі до дуже слабким світловим спалахів.
2. Кульова блискавка
Про кульової блискавки можна розповісти чимало дивовижних історій, але це не наблизить нас до розуміння її природи. Одні вважають її клубком гарячої плазми, інші - сферичним газовим розрядом, що виникають при ударі звичайної блискавки. Властивості кульової блискавки дивні. По-перше, вона з'являється в штормову погоду, в грозу і часто супроводжується лінійної блискавкою. Зазвичай кулю розміром від кількох сантиметрів до метра рухається горизонтально з писком, тріском і шумом, любить «зазирати» в приміщення, протискуючись у будь-який отвір. Він живе секунди або декілька хвилин, не виділяючи помітного тепла, але може з гуркотом вибухнути, оплавити предмети. Рух блискавки непередбачувано: вона з легкістю перекидає трактор, вибухає від зіткнення з автомобілем, дозволяє переїхати себе мотоциклу, пробивши в шоломі мотоцикліста крихітну дірочку і вийшовши через його груди. Відомий випадок, коли в 1761 році проникла в церкву віденської академічної колегії блискавка, «з'ївши» позолоту з карниза вівтарної колони, відклала її на срібній кропильниці.
Чому кульова блискавка рухається горизонтально, а не піднімається вгору, яким чином обходить перешкоди і звідки в неї стільки енергії? Ці питання ще чекають свого вирішення. Учені поки тільки намагаються створити теорію кульової блискавки і відтворити в лабораторії народження різнокольорових електричних куль із загадковими властивостями.
Остання трактування природи зародження цього явища була висунута Антоніо Фернандесом-Раньядом, відомим іспанським вченим, і з'явилася на сторінках журналу «Нейчур». Гіпотеза вченого-фізика заснована на теорії електромагнітного вузла, яку він же і розробив. Її складно переказати, не вдаючись до математичних формулах, але мова йде про освіту, схожим на «клубок», що складається з ліній магнітного поля. Як видно з назви, це поєднання магнітних і електричних полів. Коли ці поля об'єднуються і взаємно підсилюють один одного, всередині них народжується сильний тиск, який і тримає всю конструкцію.
3. Статична електрика
Спостерігаючи за роботою своєї дочки, давньогрецький філософ Фалес з Мілета зацікавився незвичайним феноменом. Дівчинка намагалася очистити бурштинове веретено від ниточок, але ті знову липли, як ніби їх щось тягнуло до каменя. Тоді, у часи Фалеса, це явище так і залишилося загадкою. Тепер ми знаємо про існування заряджених частинок, які переходять з одного предмета на інший. Найменшим негативним зарядом володіє електрон, а точно таким же за величиною, але позитивним - протон. Коли бурштин натирають вовняною тканиною, відбувається обмін електронами, і два спочатку нейтральних предмета виявляються зарядженими. Закони нашого світу такі, що різнойменні заряди притягуються, тому дрібні ниточки і липнуть до янтарю.
Накопичення нерухомих зарядів приводить до виникнення статичної електрики. Всі ми з ним добре знайомі і самі накопичуємо заряд, коли ходимо по паркету, причісується, одягаємо синтетичний одяг.
Ці прояви, можна сказати, перетворюють нас в невеликі заряджені конденсатори, готові до розряду. Звичайно, іскри від людини не такі потужні, як блискавка. Ми відчуваємо лише легкі уколи, коли торкаємося один одного або знімаємо куртку. Потужності такого заряду не вистачить для того, щоб предмети світилися, як вогні святого Ельма, але її достатньо, щоб зіпсувати мікросхему. Так, в сухому приміщенні, застеленому лінолеумом або ковроліном, між тілом людини і навколишніми предметами різниця потенціалів може досягати 20 тисяч вольт. А це вже небезпечно для електронної техніки, якою ми користуємося. Ось чому потрібно «скидати» статичну електрику, заземлятся перед тим, як взяти в руки МП3-плеєр або стільниковий телефон.
Є небезпека і при роботі з діелектричними легкозаймистими рідинами і сипучими матеріалами: досить невеликого розряду, щоб спалахнула пожежа.
Електризуються і літаки. Це відбувається в польоті і при гальмуванні на злітній смузі. Тому після зупинки до них не відразу приставляють металеві трапи, а спочатку розряджають лайнери, опускаючи на землю металевий трос, інакше можуть постраждати і люди, і техніка.

4. Використання статичної електрики
При правильному використанні статичну електрику може приносити чимало користі. Позитивно діє на організм так званий статичний душ, а органи дихання лікують за допомогою спеціальних електроаерозолі. Щоб очистити повітря від пилу, сажі, кислотних і лужних парів, вдаються до електростатичних фільтрів. Риба буде коптиться швидше, якщо її помістити в спеціальну електрокамеру, де конвеєр з продуктом заряджений позитивно, а електроди - негативно. Робота ксероксів і лазерних принтерів також заснована на дії статичної електрики: позитивні заряди утворюють на барабані зображення оригіналу і притягають частки фарби, створюючи картину. Потім порошок переноситься на лист зарядженої папери, де гарячі валики коткують її в папір.
Чи знаєте ви, що, навіть погладжуючи кішку, ми отримуємо електричний заряд? Правда, щоб запалити звичайну лампочку, нам доведеться одночасно гладити кілька мільйонів кішок.
Був час, коли для освітлення використовували звичайний дугового розряд, тобто безперервно палаючу іскру. Пристосувати її для освітлення вперше спробували російський вчений-самоук Василь Петров і англієць Гемфрі Деві на початку 19века. Але у них нічого не вийшло: для цього потрібні були потужне джерело струму і система, що забезпечує безперервне горіння дуги в газі. Початок практичного використання електричного струму для освітлення поклав російський інженер Павло Яблочков. У 1876р. він зробив дугове вугільну лампу змінного струму. Через два роки вчений висвітлив Всесвітню виставку в Парижі, а його винахід назвали «Російським світлом». У 1879р. американський винахідник Томас Едісон запропонував непогану конструкцію лампи розжарювання вакуумного типу з вугільною ниткою. Пізніше з'явилися лампи, що працюють завдяки нагріванню вольфрамової спіралі, вміщеній в скляний балон, заповнений інертним газом.
Електричні розряди сьогодні використовуються не тільки для освітлення. З їх допомогою хіміки прискорюють реакції, фізики «накачують» лазери, інженери і техніки зварюють і ріжуть металеві вироби, а медики іонізують повітря тихим коронним розрядом.
5. Електричні явища в живій природі
«Як не дивні електричні явища, притаманні неорганічної матерії, вони не йдуть ні в яке порівняння з тими, які пов'язані з діяльністю нервової системи і життєвими процесами», - писав Майкл Фарадей.
В кінці 18 століття італійський вчений Луїджі Гальвані, проводячи досліди з задніми лапками жаби, підвішеними на мідних гачках, виявив, що вони скорочувалися, коли стосувалися чавунної решітки на балконі. Вчений витлумачив цей досвід як свідчення існування в м'язі «тваринної електрики». При з'єднанні м'язи з нервом за допомогою металевого провідника ця електрика діє на нерв і тим самим скорочує лапку жаби. Чи не ці досліди спонукали юну Мері Шеллі написати моторошнуватий роман «Франкенштейн», в якому вчений оживляє мерця розрядом електрики?
Одне з найбільш вражаючих властивостей живих істот - здатність накопичувати заряд. Так, з його допомогою деякі риби - вугри, соми і скати - полюють, приголомшуючи і обездвіжівая свою здобич. Органи, які розташовані по обидва боки голови електричного ската, здатні генерувати напругу до 200 вольт. Акули використовують електрику інакше. Під шкірою їхні голови ховається багато маленьких електрочутливості органів, так нахиваемих ампул Лоренціні. Завдяки їм хижачки знаходять свою жертву - по малих електричних полів, які створюють її м'язи. Величина таких полів у воді всього 5 мікровольт, але цього виявляється достатньо, щоб акула могла знайти причаєну рибку.
Крім того, електричні явища нерозривно пов'язані з життєдіяльністю клітин і впливає на фізіологічні процеси в організмі. Так, по електропровідності живих тканин можна судити про їх життєздатності. Цю особливість сьогодні використовують медики. Різні електричні реакції супроводжують всю нашу діяльність, чи то скорочення м'язів, робота головного мозку чи серця. Вивчаючи електричну активність мозку, вчені проводять діагностику нервових і психічних розладів, електрокардіограми виявляють хвороби серцево-судинної системи.
Добре проводять постійний струм кров, лімфа, м'язи, а нігті й волосся не проводять зовсім. Гірше пропускають струм нерви, сухожилля, жирові тканини і кістки. Наприклад, питомий опір м'язів - 200 Ом * см, жиру - 3000 Ом * см, тоді як металів - близько 10-6 - 10-4 Ом * див
У кінці 19 століття було відкрито благотворний вплив електричного струму і на вегетативні функції рослин, що неодноразово намагалися використати для підвищення врожайності сільськогосподарських культур. У цьому напрямку працювало багато вчених, було отримано патентів. Так, в Росії, в інституті фізіології рослин РАН, показали, що при пропусканні струму через стебло лінійний ріст пагонів може збільшуватися на 30%, а на інтенсивності фотосинтезу позначається різниця електричних потенціалів між землею і атмосферою. Але практичного застосування ці роботи так і не знайшли.

Висновок
Вплив електрики на всілякі процеси пов'язано в першу чергу з тим, що його елементарні порції - електрони, з одного боку, вкрай легкі і рухливі, а з іншого - саме вони з'єднують атоми в молекули і цементують тверді предмети. Завдяки електричним силам існує вода, їздять трамваї, а в голові народжуються думки. Без цього феномену не світило б Сонце і не зародилася б життя.

Список літератури
1. «Навколо світу»: науково-популярний журнал № 5, травень 2006 року. С.12-20. к. фіз.-мат. н. О. Баклицький.
2. Я пізнаю світ: Дет. енциклопедії.: Природні катастрофи / Авт. М.М. Непомнящий. С.208-209.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Фізика та енергетика | Реферат
29.7кб. | скачати


Схожі роботи:
Статичну електрику та напівпровідникова електроніка
Статичну електрику його вплив на людину
Застібка-блискавка
Грім і блискавка
Кульова блискавка
Езоп і електрику
Атмосферний електрику
Першопроходці науки про електрику
Види пам`яті витісняють статичну пам`ять
© Усі права захищені
написати до нас