§ 37. Електричний струм у газах

Ви дізнаєтесь

Особливості електричного струму в газоподібних середовищах

Пригадайте

Умови існування електричного струму

Електричний струм у газах

Газовий розряд. За звичайних умов гази майже повністю складаються з нейтральних атомів чи молекул, тому є діелектриками.

Переконатися в тому, що повітря е діелектриком, можна за допомогою такого досліду. Візьмемо дві металеві пластини. Одну з пластин приєднаємо до корпусу електрометра. Потім доторкнемося негативно зарядженою паличкою до пластини, приєднаної до електрометра. Обидві пластини набудуть електричного заряду, одна негативного (внаслідок дотику), інша (та, що заземлена) — позитивного (внаслідок впливу) (мал. 178, а).

За умови достатньо сухого повітря заряд на пластинах триматиметься доволі довго, а отже, електричний струм через повітряний простір між пластинами не проходить. Це свідчить про те, що в повітрі між зарядженими пластинами майже відсутні вільні носії електричного заряду.

Однак за деяких умов можна одержати електричний струм і в газах. Внесемо у простір між пластинами запалену спиртівку. Спостерігаємо швидкий розряд електрометра (мал. 178, б). Отже, повітря внаслідок значного підвищення температури набуло провідності й замкнуло

коло, тобто в нагрітому газі протікає електричний струм. Процес проходження електричного струму через газ називають газовим розрядом.

Газовий розряд — це процес проходження електричного струму через газ.

Механізм електропровідності газів. Давайте спробуємо проаналізувати розглянутий дослід. Звідки ж узялися заряджені частинки? Що являють собою вільні носії електричного заряду в газах?

Ви вже знаєте, що в газах молекули (атоми) не знаходяться в певних положеннях, а вільно рухаються по всьому об’єму та стикаються між собою. Під час нагрівання молекули (атоми) значно збільшують свою швидкість і відповідно збільшується кінетична енергія теплового руху молекул (атомів) газу. Тепер у разі їхнього зіткнення молекули можуть «розбитися», тобто електрон може відірватися від молекули (атома) та стати вільним. Втративши електрон, молекула (атом) стає позитивним йоном.

Під час теплового руху електрон, зіткнувшись із нейтральними молекулою чи атомом, може «прилипнути» до них — таким чином утвориться негативний йон. Такий процес називають йонізаціею газу.

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Йонізація — це процес утворення позитивних і негативних йонів та вільних електронів з молекул (атомів).

Газ, що має йони та вільні електрони, називають ио-нізованим. Зовнішню умову, що призводить до йонізації газу, називають іІонізатором.

Отже, в йонізованому газі вільними носіями електричного заряду є: електрони, позитивні та негативні йони.

Йонізувати газ можна в такий спосіб: нагріти його або опромінити електромагнітним випромінюванням, наприклад, рентгенівським або ультрафіолетовим.

У газах одночасно з процесом йонізації відбувається й зворотний процес — рекомбінація. Він полягає в тому, що позитивні та негативні йони (або позитивні йони й електрони) під час зіткнень з’єднуються між собою: утворюються нейтральні атоми або молекули. Із часом кількість йонів у газі зменшуватиметься, і зрештою практично всі йони нейтралізуються, а газ знову стане діелектриком.

Отже, механізм провідності газів схожий на механізм провідності розчинів і розплавів електролітів. У разі відсутності зовнішнього електричного поля заряджені частинки й нейтральні молекули рухаються хаотично. Якщо йони та вільні електрони потрапляють у зовнішнє електричне поле, то вони починають рухатися спрямовано і створюють електричний струм у газах — газовий розряд.

У випадку газового розряду позитивні йони рухаються до катода, а негативні йони та електрони — до анода. На електродах відбувається нейтралізація заряджених частинок, так само, як при проходженні електричного струму через розчини та розплави електролітів. Однак, на відміну від розчинів електролітів, у газах відсутнє виділення речовин на електродах. Йони газу, наблизившись до електродів, віддають їм свої заряди, перетворюються на нейтральні молекули та потрапляють знову в газ.

Давайте поміркуємо над тим, як же залежить провідність газів від температури. З підвищенням температури зростає швидкість руху молекул, а отже, дедалі більше молекул, стикаючись, «розбиваються» на йони та електрони, тобто кількість вільних носіїв електричного заряду збільшується. Що більшою буде кількість вільних носіїв заряду, то краще речовина проводитиме електричний струм. Отже, очевидним є висновок: зі збільшенням температури газів їх провідність збільшується, а опір відповідно зменшується.

Несамостійний і самостійний газові розряди. Ми з’ясували, що газовий розряд може існувати за двох умов: існування електричного поля та наявності зовнішнього йонізатора. Дослід показує, що якщо усунути причину, яка б викликала йонізацію газу (прибрати пальник, вимкнути джерело рентгенівського випромінювання тощо), то газовий розряд припиняється. Причиною припинення газового розряду є зменшення кількості вільних носіїв електричного заряду внаслідок рекомбінації молекул газу та відновлення молекул після стикання йонів з електродами. У цьому разі говорять про несамостійний газовий розряд.

Несамостійний газовий розряд — це процес проходження електричного струму, що відбувається тільки за наявності зовнішнього йонізатора.

За певних умов газ може проводити електричний струм і після припинення дії йонізатора — наступає самостійний газовий розряд.

Самостійний газовий розряд — це електричний розряд у газі, що зберігається після припинення дії зовнішнього йонізатора.

З’ясуємо, за яких умов можливий самостійний газовий розряд. Розглянемо пару заряджених частинок (позитивний йон і електрон), що утворилася завдяки дії зовнішнього йонізатора і рухається в сильному електричному полі.

Вільний електрон починає рухатися до позитивного електрода — анода, а позитивний йон — до катода. На своєму шляху електрон зустрічає йони та нейтральні атоми. У проміжках між двома послідовними зіткненнями енергія електрона збільшується за рахунок роботи сил електричного поля. Маючи малу масу, електрон майже повністю віддає свою енергію під час зіткнень. Так, зустрічаючись із нейтральним атомом, він «вибиває» з нього електрон. У результаті далі вже рухаються два електрони, які прискорюються електричним полем та йонізують зустрічні атоми, і т. д. Унаслідок цього кількість заряджених частинок швидко зростає, виникає електронна лавина (мал. 179).

Що стосується йонів, то вони, рухаючись в електричному полі, також збільшують свою енергію. Але повністю віддати її нейтральному атому (молекулі), тим самим йонізуючи його, йон не може, оскільки має масу, сумірну з масою атома. Під час зіткнення відбувається лише передавання частини кінетичної енергії (як між більярдними кулями).

Проте електронна лавина — це не єдина пригінна виникнення вільних носіїв електричного заряду в газах. Виявляється, що під час газового розряду відбувається емісія (виліт) електронів з поверхні катода. Прискорені елек-

тричним полем позитивні йони, які утворилися внаслідок йонізації ударом, стикаються з поверхнею катода та вибивають з нього електрони. Крім того, під час самостійного газового розряду речовина електродів сильно нагрівається. Унаслідок цього енергія руху електронів збільшується настільки, що вони починають самостійно вилітати з поверхні негативного електрода й рухатися через газ.

Отже, самостійний газовий розряд можливий за умови сильного електричного поля. У випадку розрідженого газу самостійний розряд можливий і за слабкого електричного поля, оскільки час між зіткненнями буде більшим, і електрон встигне набути достатньої енергії для удару.

Залежно від властивостей і стану газу, матеріалу й розміщення електродів, а також від прикладеної до електродів напруги виникають різні види самостійного розряду.

Тліючий

спостерігається за низьких тисків (десяті й соті частки міліметра ртутного стовпа) і напруги між електродами в кілька сотень вольтів. Використовується в оформленні рекламних вивісок

Коронний

Спостерігається за атмосферного тиску в дуже неоднорідних електричних полях, наприклад, поблизу проводів ліній високої

напруги

Іскровий

виникає за високої напруги між електродами в повітрі й має вигляд пучка яскравих зигзагоподібних смужок, що відгалужуються від тонкого каналу. Використовується для оброблення деталей з тугоплавких металів. Прикладом велетенського іскрового розряду є блискавка

Дуговий

Якщо одержати іскровий розряд, а потім поступово зменшувати електричний опір кола, зменшуючи відстань між електродами, розряд перейде з переривчастого в безперервний дуговий. Використовується у прожекторах, проекційних апаратах і кіноапаратах, а також для зварювання металів

Підбиваємо підсумки

Процес проходження електричного струму через газ називають газовим розрядом.

Процес утворення позитивних і негативних йонів та вільних електронів з молекул (атомів) називають йоні-зацією.

Рекомбінація — процес утворення молекул у результаті зіткнення позитивних і негативних частинок.

Електричний струм у газі являє собою спрямований рух позитивних йонів до катода, а негативних йонів і електронів — до анода.

Зі збільшенням температури газів їх провідність збільшується, а опір відповідно зменшується.

Газовий розряд, який відбувається тільки за наявності зовнішнього йонізатора, називають несамостійним газовим розрядом.

Самостійний газовий розряд — розряд, який може існувати без зовнішнього йонізатора.

Самостійний розряд у газах підтримується за рахунок ударної йонізації та емісії (вильоту) електронів.

Розрізняють такі види самостійного газового розряду: тліючий, іскровий, коронний та дуговий.

А знаю, вмію та можу поясними

1. Чому за звичайних умов гази є діелектриками? Чому під час нагрівання чи опромінення газу рентгенівськими або ультрафіолетовими променями газ стає провідником?

2. Що називають газовим розрядом?

3. Який механізм проходження електричного струму в газах? Які заряджені частинки є носіями струму в газах?

4. Який газовий розряд називається несамостійним; самостійним?

ПОЯСНІТЬ

1. До зарядженого електроскопа піднесли запалений сірник. Що відбуватиметься зі стрілкою електроскопа?гає відмінність між негативним йоном в електроліті й електроном?

2. Чим відрізняється йонізація газів від дисоціації електролітів?

БЕЗПЕКА ЛЮДИНИ ПІД ЧАС РОБОТИ З ЕЛЕКТРИЧНИМИ ПРИЛАДАМИ ТА ПРИСТРОЯМИ

Щодня ми користуємось електричними приладами, але потрібно знати, що вони чаять у собі небезпеку. Дія електричного струму на людину може призводити до електричних травм і пошкоджень, таких як скорочення м’язів, що супроводжується сильним болем, втратою свідомості, порушенням роботи серця чи дихання (або обох цих порушень разом).

Іноді трапляються нещасні випадки від дії електричного струму, які призводять до смерті людини.

Щоб уникнути багатьох неприємностей, достатньо завжди пам’ятати правила поводження з електричними приладами та дотримуватися їх:

1. Електронагрівальні прилади, такі як електрочайник, електросамовар, електропраска, електрокамін та інші, потрібно включати в електромережу тільки повністю справними.

2. Переважна кількість побутових електроприладів є переносними, і при цьому часто виникає пошкодження їх ізоляції. Також буває, що електричний дріт обірвався чи оголився. У таких випадках у жодному разі не торкайтеся оголених місць, бо це може призвести до травми.

3. Не залишайте без нагляду електроприлади, увімкнені в розетку.

4. Забороняється тягнути за електричний шнур руками, тому що він може обірватись і вразити електричним струмом.

5. Не можна заповнювати водою ввімкнені в електромережу чайники, кавоварки, каструлі.

6. Не торкайтеся мокрими руками електричних кабелів, штепсельних розеток, вимикачів, інших електроприладів, ввімкнених в електромережу та не витирайте їх вологою ганчіркою.

7. Не можна підвішувати речі на кабелі, що ввімкнені в мережу.

8. Не можна бавитись із штепсельними розетками — це загрожує вашому життю.

9. Коли йдете з дому — всі електроприлади мають бути вимкнені.

10. Не можна сильно навантажувати подовжувані, вмикаючи одночасно багато потужних електроприладів.

11. Не залишайте без догляду своїх молодших братиків і сестричок.

Використання електричних приладів не за призначенням або невміле користування ними можуть призвести до пожежі! Якщо вже так сталося, що електричне обладнання загорілося, то перш за все потрібно:

вимкнути електрорубильник (Між іншим, обов’язково поцікавтеся, де розташований електрорубильник вашого помешкання, та навчіться ним користуватися!). Якщо знеструмити електромережу неможливо, то слід пам’ятати: не можна застосовувати для гасіння воду та пінні вогнегасники, можна лише порошкові;

терміново зателефонувати за номером 101 і викликати пожежну охорону.

Перевірте себе (§ 31-37)

Рівень А (початковий)

1. Два резистори з’єднані послідовно. Опір першого резистора 5 Om₁ а опір другого — 15 Ом. Виберіть правильне твердження. А загальний опір резисторів 10 Ом

Б сила струму на першому резисторі більша В напруга на обох резисторах однакова Г сила струму на обох резисторах однакова

2. Як зміниться кількість теплоти, що виділяється в провіднику зі струмом за певний інтервал часу, якщо за незмінного опору напругу на ньому зменшити у 2 рази?

А збільшиться в 4 рази Б зменшиться в 4 рази В збільшиться у 2 рази Г зменшиться у 2 рази

3. Електродвигун, увімкнутий до мережі, споживає потужність 6.2 кВт. Яку роботу виконує струм у колі двигуна за 1,5 год?

А 4,13 кДж В 9,3 кДж

Б 33,48 МДж Г 93 кВттод

4. Прикладом самостійного газового розряду є...

А веселка

Б грім В блискавка

Г світіння електричної лампочки

5. Що змінилося на ділянці електричного кола, якщо ввімкнений послідовно з резистором амперметр показує збільшення сили струму?

А збільшився опір резистора Б зменшилась напруга

В збільшилась напруга або зменшився опір Г збільшився опір або зменшилась напруга

6. У якому випадку опір ділянки кола максимальний (мал. 180)? (Усі резистори однакові).

Рівень В (середній)

1. У яких випадках лампочки з’єднано паралельно (мал. 181)?

Al Б 2 В 3 і 4 Г 1 і 4

2. Які носії заряду утворюються під час йонізації газу?

А електрони

Б електрони та позитивні йони В електрони та йони обох знаків Г позитивні та негативні йони

3. Сила струму в електролітичній ванні становить 0.5 А. Визначте масу срібла, яка виділиться під час електролізу за 10 хв. Електрохімічний еквівалент срібла —1,12 мг/Кл.

А 0,056 г В 560 мг

Б 0,336 г Г 33,6 мг

Рівень C (достатній)

1. Поясніть фізичну природу виникнення електричного опору металевих провідників на підставі їх атомно-молекулярної будови.

2. Яку роботу виконує електродвигун пральної машини за 10 хв, якщо напруга в мережі 380 В, а опір обмотки 200 Ом? ККД електродвигуна 70 %.

3. На малюнку 182 зображено залежність опору провідника площею поперечного перерізу 1 MM^{18 19} від його довжини. Визначте питомий опір матеріалу провідника.

А 20 Ом·мм¹⁸/м Б 5 Om²⁰Mm¹⁸Zm В 0,5 Ом*мм¹⁸/м Г 0,2 Ом‘мм¹⁸/м

Рівень D (високий)

1. Скільки часу повинен працювати електричний чайник, щоб нагріти 0,5 л води від 20 ⁰C до кипіння, якщо сила струму в мережі 1,2 А, а опір спіралі електро-чайника — 260 Ом. Втратами енергії знехтувати.

Підсумки до розділу «Електричні явища.

Електричний струм»

Після вивчення розділу «Електричні явища» вам стали більш зрозумілі ті природні й штучні явища та процеси, що пояснюються особливостями руху й взаємодії електрично заряджених часток речовини.

Ваші знання електричних явищ і процесів будуть більш цілісними й операційними, коли ви навчитесь їх систематизувати, застосовувати загальні принципи, теорії, ідеї до аналізу часткових питань, практичного втілення знань у конкретних життєвих ситуаціях. Особливо в пригоді такі вміння стануть у ситуації, коли ви змушені будете діяти не за інструкцією, у пошуку неординарних вирішень проблем.

'—о

1. Ви детальніше вивчили будову атома.

Електрони і протони мають унікальні природні властивості — саме вони є носіями елементарного електричного заряду, тобто найменшої порції електричного заряду.

2. Ви детальніше ознайомились із фундаментальною взаємодією, якою зумовлена найбільша кількість явищ і процесів у природі, — це електромагнітна взаємодія, що відбувається між електрично зарядженими тілами.

Електричний заряд — це фізична величина, що кількісно характеризує електромагнітну взаємодію.

3. Ви можете описати деякі фізичні характеристики речовини й поля, що пояснюються рз^хом і взаємодією електрично заряджених частинок.

Електризація — процес утворення на тілах, що взаємодіють, однакових за величиною, але протилежних за знаком електричних зарядів.

Електризація через дотик — Електризація через вплив —

набуття тілами, що контактують перерозподіл електричного заряду

електричного заряду внаслідок в незарядженому тілі, зумовлений дією

обміну електронами. на нього зарядженого тіла.

Електричне поле — це особлива форма матерії, що існує навколо електрично заряджених тіл або частинок і діє з деякою силою на інші частинки або тіла, що мають електричний заряд.

Лінії, за допомогою яких графічно зображають електричне поле, називають силовими лініями.

Закон Кулона: Сила взаємодії двох нерухомих точкових зарядів прямо пропорційна добутку модулів цих зарядів, обернено пропорційна квадрату відстані між ними та напрямлена вздовж прямої лінії, що з’єднує ці заряди.

Однойменно заряджені тіла відштовхуються, різнойменно заряджені — притягуються.

Електричний струм — це процес напрямленого руху заряджених частинок.

Для виникнення й існування електричного струму необхідна наявність носіїв струму та електричного поля, дія якого створює й підтримує їхній напрямлений рух.

Провідниками називають речовини, що мають заряджені частинки, які здатні рухатися впорядковано по всьому об’єму тіла внаслідок електромагнітної дії.

Діелектриками, або ізоляторами, називають речовини, які за певних умов не мають вільних носіїв електричного заряду.

Розрізняють особливості проходження електричного струму в різних середовищах:

Назва середовища	Метали	Електроліти — речовини, водні розчини або розплави яких проводять електричний струм	Гази
Процес утворення носіїв струму	Мають вільні електрони	Електролітична дисоціація — розщеплення речовини на йони у водному розчині або в розплаві	Йонізація — утворення позитивних і негативних йонів та вільних електронів 3 молекул (атомів) газу
Носії струму	Вільні електрони	Позитивні й негативні йони	Позитивні й негативні йони та електрони
Закони	Закон Ома Закон Джоуля— Ленца	Закон Фарадея

Джерела електричного струму — це пристрої, в яких відбувається перетворення різних видів енергії (механічної, хімічної, теплової, світлової) в електричну.

Джерело струму, споживачі, пристрої для замикання (розмикання), електровимірювальні прилади, з’єднані між собою проводами, утворюють найпростіше електричне коло.

Проходження електричного струму в колі характеризується силою струму (/), напругою (U) та електричним опором (Я).

Закон Ома для ділянки кола: сила струму в однорідній ділянці кола прямо пропорційна напрузі на кінцях цієї ділянки та обернено пропорційна її

електричному опору:

Послідовне з’єднання	Паралельне з’єднання

Сила струму в усіх частинах електричного кола однакова:	Сила струму в нерозгалуженій частині кола дорівнює сумі струмів в окремих паралельно з’єднаних елементах електричного кола:


Повна напруга в електричному колі (або напруга на полюсах джерела струму) дорівнює сумі напруг на окремих ділянках кола:	Напруга на кожному паралельно приєднаному провідникові є однаковою і дорівнює напрузі на всій ділянці кола:

Електричний струм проявляється за такими діями: тепловою, хімічною та магнітною.

Теплова дія струму у випадку, коли на ділянці кола не здійснюється механічна робота і струм не здійснює хімічної дії, описується законом Джоуля— Ленца: кількість теплоти Q, що виділяється в провіднику, який має опір R_y за час t під час проходження по ньому струму силою І визначається добутком квадрата сили струму, опору провідника та часу проходження струму:

Q = I²Rt.

Хімічна дія струму (електроліз) — процес виділення речовини на електродах під час проходження електричного струму крізь розчини або розплави електролітів, який описується законом Фарадея: маса речовини т_у що виділилася на електроді в результаті електролізу, прямо пропорційна силі струму І і часу t проходження струму через електроліт: т = kit, де /г — коефіцієнт пропорційності (електрохімічний еквівалент).

4. Ви вмієте описувати електричні характеристики тіл й електричні процеси за допомогою відповідшіх фізичних величин:

Назва фізичної величини	Визначення	Символ для позна чення	Прилад для вимірювання / одиниця	Формула для визначення
Електричний заряд	фізична величина, що кількісно характеризує електромагнітну взаємодію		Електрометр / кулон (Кл)
Сила взаємодії двох нерухомих точкових зарядів (електрична сила, сила Кулона)	прямо пропорційна добутку модулів цих зарядів, обернено пропорційна квадрату відстані між ними та напрямлена вздовж прямої лінії, що з’єднує ці заряди		ньютон (H)
Сила струму	фізична величина, що характеризує електричний струм у колі й дорівнює відношенню електричного заряду q,що пройшов через поперечний переріз провідника, до часу його проходження t		Амперметр/ ампер(А)
Напруга	фізична величина, що характеризує електричне поле й визначається відношенням роботи електричного поля на певній ділянці кола до електричного заряду, що пройшов по цій ділянці		Вольтметр / вольт (В)
Електричний опір	фізична величина, що характеризує властивість провідника протидіяти проходженню електричного струму		Омметр/ ом(Ом)
Питомий опір речовини провідника	фізична величина, що показує, який опір має виготовлений із цієї речовини провідник довжиною 1 м і площею поперечного перерізу 1 M²		OMM
Робота електричного струму	фізична величина, що характеризує електричну енергію струму й можливість її перетворення на інші види		джоуль(Дж)
Потужність електричного струму	фізична величина, що дорівнює роботі електричного поля за одиницю часу по напрямленому переміщенню електричних зарядів у провіднику		ват(Вт)

(бл. 624-547 р. дон. е.)	Учені Стародавньої Греції спостерігали притягання легких предметів до бурштину, натертого шерстю
1600 р.	Уперше термін «електрика» став вживати англійський лікар і природодослідник Вільям Гільберт, який систематизував відому на той час інформацію про електрику та магнетизм
1670 р.	Німецький дослідник Orro Геріке винайшов спосіб отримання електрики. (Пригадайте, які ще досліди проводив цей винахідник. Ви їх вивчали в 7 класі в розділі «Тиск твердих тіл, рідин та газів»)
1729 р.	Англійський фізик Стефан Грей виявив, що всі речовини можна поділити на провідники та непровідники електрики
1745 р.	Пітер Ван Мушенбрек з м. Лейдена, Голландія, встановив, що електрику можна накопичувати та зберігати
1749 р.	Бенджамін Франклін, американський політичний діяч, дипломат, учений, письменник, журналіст, видавець. В історію фізики ввійшов як учений, який довів, що блискавка являє собою електричний розряд в атмосфері
1748-1751 рр.	Російський фізик Георг-Вільгельм Ріхман відкрив явище електростатичної індукції (електризації через вплив). Винайшов електрометр
1789-1792 рр.	Італійські вчені Луїджі Гальвані та Алессандро Вольта відкрили контактні електричні явища й винайшли джерела постійного струму — гальванічні елементи, «вольтів стовп»
1801 р.	Англійські вчені Ентоні Карлейль і Вільям Нікольсон, використовуючи «вольтів стовп», виявили, що постійний струм, проходячи крізь воду, розкладає її на кисень та водень
1808 р.	Англійський учений Гемфрі Деві уперше здійснив електроліз солей. Установив залежність електропровідності провідників від їхньої довжини, площі поперечного перерізу, залежність електропровідності від температури
1820 р.	Датський фізик Ганс-Крістіан Ерстед на дослідах встановив, що магнітна стрілка, розміщена поблизу провідника, відхиляється від свого попереднього положення, коли в провіднику проходить струм
1820 р.	Домінік-Франсуа Aparo встановив, що дротяна спіраль, по якій проходить струм, діє на металеві ошурки так само, як і магніт
1820 р.	Французький учений Андре-Марі Ампер, досліджуючи силу взаємодії двох провідників зі струмом, відкрив закон, який названо його ім’ям
1826 р.	Німецький фізик Георг Симон Ом відкрив закон, який пов'язує опір кола, електрорушійну силу та силу струму
1834 р.	Англійський фізик Майк Фарадей сформулював закони електролізу
1842-1843 рр.	Емілій Ленц та Джеймс Джоуль незалежно один від одного відкрили закон, що встановлює зв’язок між тепловими та електричними явищами
1897 р.	Англійський фізик Джозеф-Джон Томсон експериментально відкрив електрон

ВИКОНАЄМО НАВЧАЛЬНІ ПРОЕКТИ

Мабуть, основне, без чого не може прожити людина, — це електрика. Від електропостачання залежить геть усе: починаючи від води й закінчуючи теплом і світлом. Крім того, у наше життя стрімко вриваються планшети, електронні книжки та інші гаджети й комунікатори. Готівку поступово замінюють банківські картки.

Блага цивілізації, з одного боку, необхідні, а з другого — можуть бути шкідливими.

Оцініть роль і значення електрики в житті людини, виконуючи навчальний проект

«ЕЛЕКТРИКА В ЖИТТІ ЛЮДИНИ»

Учені вважають, що масштабне використання джерел поновлюваної енергії — сонячної, вітрової, океанічної — є виходом з енергетичної кри- 1 зи, що насувається на нашу планету.

♦ А що ви знаєте про альтернативні джерела енергії?

♦ Чи доводилось вам обраховувати плату за спожиту електричну енергію?

♦ У скільки разів можна зекономити на використанні енергозберігаючих ламп?

♦ Чому економічно вигідно переходити на зимовий і літній час?

Спробуйте дати відповіді на ці запитання, виконуючи навчальні проекти:

«СУЧАСНІ ПОБЦТОВІ ТА ПРОМИСЛОВІ ЕЛЕКТРИЧНІ ПРИЛАДИ; «СУЧАСНІ ПРОБЛЕМИ ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТИКИ»

Відповіді до вправ

Вправа 1

1. а) 3220 Дж; б) 559 200 Дж

2. збільшиться в 2 рази

3. 9200 Дж 4.378 Дж/(кг-°С)

5. Нагрівання; вода

6. С_ін> С_и> с,

7. на 10 °С 8.20 ^cC

9. на нагрівання води у 25 разів більше Вправа 2

1.40 ^cC

2. 6.4 °С

3. 120 л гарячої, 80 л холодної

4.40 ^cC

5. 12 ^cC

6. 2172 Дж/(кг-°С)

7. 10550 Дж

8. 19,5 °С

9. 0,1 °С/хв

Перевірте себе (§1-10)

Рівень А (початковий)

1. Б

2. А

3. А

4. Б

5. Г

6. А

Рівень В (середній)

1. В

2. А

3. В

Рівень C (достатній)

1. Г

2. ЗО ^dC

3. 117,2кДж Рівень D (високий)

1. 109г

2. 880 Дж/(кг-°С)

Вправа З

1. Для льоду. У 13,8 разів

2. У рідкому

3. У 158 разів

4. Ні. Лід спочатку нагрівається до температури

плавлення, а вже потім тане, і процес плавлення потребує надходження теплоти.

5. Правильно на мал.

6. На мал. а помилка у швидкості нагрівання; на мал. в - помилка в температурі плавлення

6. 3125 Дж

7.1 — лід, Il — сталь

8. 83,3 °С

9. 8 ⁰C

10. 44,1 кДж Вправа 4

1. Ні. Для кипіння необхідна додаткова енергія, а взяти її можна тільки від більш нагрітого тіла.

2. Водяна пара.

3. 57,5-10⁵Дж

4. 2,72 МДж

5. 12,3 МДж.

6. 89,4 °С

7. 74,3 кДж

8. 26,36 МДж Вправа 5 1.4,82 кг

2. 133 МДж

3. Ні, спалюючи кам’яне вугілля піч прогріється більше

4. 105 МДж; 15 частин бензину на 4 частини спирту

5. Дизельне паливо

6. 15 МДж/кг; ЗО МДж/кг; 2 рази

7. 216 МДж; дизельне паливо та природний газ

8. 55 ⁰C

9. 105 кДж

10. 100 кДж; 333 Вт Вправа 6 1.29,4%

2. 0,96 ГДж

3. 33,3 %

4. 20 %

5. 9,9 %

6. 33,3 %

7.3,1 кг

8. 40 %

9. 140 кВт

Перевірте себе (§11-17)

Рівень А (початковий)

1. Г

2. В

3. В

4. В

5. Б

6. Г

Рівень В (середній)

1. Б

2. Б

3. А

Рівень C (достатній)

1. В

2. 0,38 кг

3. 1048 кДж Рівень D (високий)

1.52 Дж/(кг-°С)

2. 1MH Вправа 7

1. (1:1),(3:3),(11; 11),

(13; 13)

2. -

3.1-А; 2-Б; 3-Г

4. а — позитивний; б — негативний

Вправа 8

1.6,4-10-⁷ Кл; 3,64· 10 ¹⁸кг

2. -

3. Зменшиться

4. Діелектрики можуть «утримувати» електричний заряд, на відміну від провідників

5. Обидві кульки мають позитивний заряд. Заряд кульки ббільший

6. Змінився на позитивний

7. —

Вправа 9

1. Модуль сили взаємодії не зміниться, а напрям — зміниться на протилежний

2. 1-2 притягання; 2-3 відштовхування; 1-3 притягання

3. Збільшиться в 3 рази

4. 45 мН

5. 3,35 см

6. 10 нКл

7. 9-Ю⁵ Н; 5-10 ⁵H

8. 36-10 ⁵Н, в напрямку заряду 40 нКл Вправа 10

1.3.4А

2. 15,4с

3.0. 6 А

4. 5-Ю¹²

5. 1,610^е А

6. 1,5 Кл; заряд, що проходить через поперечний переріз провідника за 4 с Вправа 11

1.24 В

2. 18 Кл

3. а) 0-2 А; 0,1А/под; 1,3 А; б) -5 мА до 5 мА; 1 мА/ под; 3 мА; в) 0-160 В; 1 В/ под: 103 В; г) 0-10 В; 0,5 В/под; 4 В; д) 0-2А; 0,1 А/ под; 1,8 А

4. 18 Кл

5. а) 0-2 А; 0,1А/под;

1,3 А; б) -5 мА до 5 мА;

1 мА/под; 3 мА; в) 0-160 В; 1 В/под; 103 В; г)0-10 В; 0,5 В/под; 4 В; д) 0-2А;

0. 1.А/под; 1,8 А Вправа 12

1. З А

2. 0,3 А

3. R=2 Ом; R =4 Ом; Я_1|(=1 Ом

4. 12 0м

5. 440 Ом ВправаІЗ

1.0. 01 Ом

2.0. 765 мм²

3. Я₂> Я, в 2 рази 4.45 м

5. 6,8 кг

6. «14 мОм

7. 0,33 Ом

8. 0,384 Ом мм²/м

9. 18,5 м

Перевірте себе (§18-30)

Рівень А (початковий)

1. В

2. В

3. Б

4. В

5. Г

6. Б

Рівень В (середній)

1. Г

2. Б

3. Б

Рівень C (достатній)

1. Г

2. 13,75 м

3. 6 нКл

Рівень D (високий)

2. 10*

Вправа 14

1.3,2 В; 2 В; 1,2 В

2. 110В

3. 440Ом

4. З В; 9 В

5. 2 А; 46 В

6. вниз: покази амперметра і вольтметра зменшаться

7. ЗА; ЗО В

8. На алюмінієвому в 1,65 разів більша

9.40 0м Вправа 15

1.0. 25 0м

2.0. 25 0м

3. У 9 разів

4. У другому в 5 разів

5. 300 Ом: 1,2 А; 0,4 А

6. -

7. 1,12 А Вправа 16

1. Три опори з’єднати паралельно й послідовно до них приєднати четвертий

2. 2/3 Ом; 1,33 Ом; 6 Ом;

З Ом

3.6А

4. у першого і третього амперметра збільшаться, у другого -зменшаться

5. 10 Ом; 7,5 Ом

6. 3,6 Ом; 5 А; 2,5 А; 1,67 А; 0,83 А

7. 4 Ом; 1 Ом Вправа 17

1.27 Вт; 121,5 Вт; 54 Вт

2. Зросте потужність

3. 880 Дж

4. потужність другого 3/4 від потужності першого

5. 0,42 Ом-мм²/м 6.7425 Дж Вправа 18

1.36 кДж

2. 0,33 Дж

3. донизу:зменшується опір кола, зростає сила струму й відповідно зростає кількість теплоти, що виділяється

4. а) 303 Дж; б) 1435Дж

5. 237,6 кДж

6. 20 хв 25 с

7. 91 %

8. 49 А 9.51,6%

10. 0,174 мм Вправа 19 1.559 мг

2. 0,34 г/Кл

3. 2 А

4. 2,26 А 5.612г 6.3000 с

7. 0,3 -IO ⁶ кг/Кл; нікель 8.2000 с

Перевірте себе (§ 31-37)

Рівень А (початковий)

1. Г

2. Б

3. Б

4. В

5. В

6. Г

Рівень В (середній)

1. В

2. В

3. Б

Рівень C (достатній)

1. —

2. 303 кДж

3. Г

Рівень D (високий)

1.7 хв 28 с 2. 10 Bt

Термінологічний локажчик

Акумулятор 154 Аморфне тіло 64 Ампер 165 Амперметр 166 Анод 153 Атом 125

Ближній порядок 15 Броунівський рух 10

Ват 212 Ватметр 212 Випаровування 73 Внутрішня енергія 36 Вологість повітря 74 Вольт 170 Вольтметр 171

Газова турбіна 100 Газовий розряд 235 Газоподібний стан 13 Гальванічний елемент 153 Гальванометр 150 Гальванопластика 230 Гальваностегія 230 Горіння 82

Дальній порядок 17

Двигун внутрішнього згорання 98

Джерело електричного струму 152

Дифузія 9

Діелектрики 126

Дуговий розряд 238

Електризація 124,

Електризація дотиком 134 Електризація через вплив 135 Електрична схема 162 Електричне коло 161 Електричне поле 130

Електричний заряд 122 Електричний лічильник 212 Електричний опір 177 Електричний струм 151 Електроліз 228 Електроліт 227 Електрометр 140 Електрон 125

Електронагрівальний елемент 218 Електроскоп 140 Електрофорна машина 154

Заземлення 142

Закон Джоуля-Ленца 217

Закон збереження електричного заряду

136

Закон Кулона 146 Закон Ома 178 Закон Фарадея 230 Запобіжники 220

!/Іонізація 236

Іскровий розряд 238

Калориметр 54

Катод 153

Кипіння 77

Кількість теплоти 48

Коефіцієнт корисної

дії нагрівника 84

Коефіцієнт корисної дії теплової

машини 92

Конвекція 42

Конденсація 73

Коронний розряд 238

Коротке замикання 179, 220

Кристал 63

Кристалічна гратка 17

Напівпровідники 127

Напруга 169 Нейтрон 125 Несамостійний газовий розряд 237

Номінальна потужність 212 Нормальні умови 11 Носії струму 150

Парова турбіна 100 Питома теплоємність речовини 49

Питома теплота згорання 83 Питома теплота пароутворення 78 Питома теплота плавлення 69 Питомий опір 185 Плазма 18

Потужність електричного струму 211 Провідники 126 Протон 125

Резистор 190 Реостат 181 Рідина 14 Рідкі кристали 16 Робота електричного струму 211

Самостійний газовий розряд 236 Світло діод 220 Сила струму 165 Сила струму 165 Силова лінія 132

Тверде тіло 16 Температура 21 Температура плавлення речовини 68 Температурна шкала 23 Теплоізолятори 41 Теплова машина 91 Теплова рівновага 21

Теплове випромінювання 45 Тепловий баланс 53 Тепловий рух 11 Тепловий стан 20 Тепловізор 45 Теплообмін 37 Теплопровідність 40 Термоелемент 154 Термометр 22 Тліючий розряд 238

Фактична потужність 212 Фотоелемент 154

Хаотично 8

Холодильна машина 101

ТАБЛИЦЯ І. Питомі теплоємності деяких речовин

Речовина	Питома теплоємність, Дж/(кг--С)	Речовина	Питома теплоємність, Дж/(кг-^сС)
Золото	130	Скло	840
Ртуть	130	Цегла	880
Свинець	140	Пісок	880
Олово	230	Алюміній	920
Срібло	250	Повітря	1000
Мідь	380	Олія соняшникова	1700
Латунь	380	Водяна пара	2200
Цинк	380	Лід	2100
Залізо	460	Гас	2100
Сталь	500	Спирт	2500
Чавун	540	Вода	4200

ТАБЛИЦЯ 2. Температура плавлення та питома теплота плавлення деяких речовин

Речовина	Температура плавлення,^uC	Питома теплота плавлення, кДж/кг
Алюміній	660	393
Залізо	1535	270
Лід	0	332
Мідь	1085	213
Олово	232	58
Свинець	327	24
Срібло	962	87
Сталь	1400	82

ТАБЛИЦЯ 3. Teivmepd^rTqpd кипіння Td питомd TemioTd троцтворення деяких речовин

Речовина	Температура кипіння, °С (за нормального тиску)	Питома теплота пароутворення, кДж/кг
Вода	100	2300
Аміак (рідкий)	-33	1370
Спирт	78	900
Гліцерин	290	830
Ртуть	357	300
Кисень	-183	210

ТАБЛИЦЯ 4. TlnTOMd TenTiOTd згopdння деяких

видів ndHHBd, МДж/кг

Бензин	46	Спирт	27
Гас	46	Кам’яне вугілля	27
Нафта	44	Торф	14
Природний газ	44	Дрова сухі	10
Дизельне паливо	42	Порох	3,8

ТАБЛИЦЯ 5. Значення питомого опорц деяких речовин та сплавів

Речовина	_г Ом-мм² ^# J - M	Речовина	_ Ommm² ^ГУ M
Алюміній	0,028	Ніхром	1,1
Вольфрам	0,055	Олово	0,12
Графіт	13	Платина	0,1
Залізо	0,1	Ртуть	0,96
Золото	0,024	Свинець	0,21
Константан	05	Срібло	0,016
Латунь	0,07-0,08	Сталь	0,10-0,14
Мідь	0,017	Цинк	0,061
Нікель	0,073	Фехраль	1,3
Нікелін	0,4	Чавун	0,5-0,8

ТАБЛИЦЯ 6. Електрохімічний еквівалент деяких речовин, Ш⁶ кг/Кл

Алюміній (AI³⁺)	0,093	Нікель (Ni²⁺)	0,30
Водень (H⁺)	0,0104	Срібло (Ag⁺)	1,12
Кисень (O²')	0,083	Хром (Cr³⁺)	0,18
Мідь (Cu²⁺)	0,33	UnHK(Zn²⁺)	0,34

ТАБЛИЦЯ 7. Гостина речовини

Тверді тіла, 10³кг/м³
Алюміній	2,71	Корок	0,2	Скло	2,5
Вольфрам	19,1	Латунь	8,6	Сосна	0,5
Граніт	2,2	Лід	0,9	Срібло	10,5
Дуб (сухий)	0,8	Мідь	8,9	Цинк	7,1
Залізо	7,8	Нікель	8,8	Чавун	7,8
Золото	19,3	Свинець	11,3	Ялина	0,6
Рідини, 10³ кг/м³
Вода морська	1,03	Гліцерин	1,26	Ртуть	13,6
Вода чиста	1,00	Ефір	0,72	Спирт
Гас	0,8	Олія	0,9	етиловий	0,79
Гази (за нормальних умов), кг/м³
Азот	1,25	Кисень	1,47	Водяна пара
Водень	0,09	Повітря	1,29	(при 100 °С)	0,88
Гелій	0,18	Хлор	3,22	Вуглекислий
				газ	1,95

Хаотично (від старогрец. χάος) — безладно, неорганізовано, неконтрольовано.

Плаун, або п’ядич, зелениця, — рід багаторічних, трав’янистих, вічнозелених спорових рослин. Спори (від грец. «сім’я, сіяння») — мікроскопічні одноклітинні, рідше багатоклітинні зачатки рослин, що служать для розмноження й поширення, а також збереження виду в несприятливих умовах.

Нормальні умови (скорочено н. у.) — значення тиску (р = 1013,25 кПа) й температури (t = 0 °С), за яких проводять фізичні й хімічні експерименти, з метою спрощення порівнянь їх результатів.

⁴

Чому безладний рух молекул називають тепловим?

2. Що характеризує температура тіла?

3. Що таке теплова рівновага?

4. Як вимірюють температуру?

5. За яким принципом проградуйована температурна шкала Цельсія?

6. Що є одиницею температурної шкали Цельсія?

7. *Що є одиницею абсолютної шкали температур? Як вона пов’язана з градусом Цельсія?

ПОЯСНІТЬ

1. Поясніть, що означає теплова рівновага з точки зору молекулярно-кінетичного вчення про будову речовини .

2. Який фізичний зміст вкладають у поняття: «гаряче» тіло, «холодне» тіло?

3. Чому, якщо подихати собі на руку, отримуємо відчуття тепла, а якщо подмухати — відчуття холоду?

4. Чому в сильні морози небезпечно торкатись металевих поверхонь голими руками? Поясніть це з фізичної точки зору.

⁵

Що таке внутрішня енергія тіла? Як внутрішня енергія тіла пов’язана з температурою?

2. Як можна змінити внутрішню енергію?

3. Як впливають зміни температури на внутрішню енергію тіла?

4. Наведіть приклади процесів, що приводять до зміни внутрішньої енергії тіла .

⁶

Що таке конвекція? Чим конвекція відрізняється від теплопровідності?

2. Опишіть механізм конвекції на прикладі нагрівання рідини .

3. Назвіть причини виникнення природної конвекції . Наведіть приклади конвекції в природі й техніці .

ПОЯСНІТЬ

1. Чому рідини та гази нагрівають знизу?

2. Чому конвекція неможлива у твердих тілах?

⁷

Що таке кількість теплоти?

2. Опишіть дослід, який показує, що кількість теплоти залежить від речовини, з якої виготовлене тіло.

3. Що показує питома теплоємність речовини?

4. Від чого залежить кількість теплоти, передана тілу під час нагрівання? Запишіть у зошиті формулу для обчислення кількості теплоти.

⁸

Наведіть приклади теплоізольованої системи.

2. Для розв’язування яких фізичних задач доцільно використовувати рівняння теплового балансу?

3. Запишіть рівняння теплового балансу. У чому полягає його зміст?

4. За яких умов рівняння теплового балансу є справедливим?

⁹

Які тіла називають кристалічними?

2. На які дві групи поділяють кристалічні тіла?

3. Порівняйте особливості монокристалів та полікристалів.

4. Які тіла називають аморфними?

5. Назвіть особливості аморфних тіл.

6. Чим кристалічні тіла відрізняються від аморфних?

ПОЯСНІТЬ

1. Розгляньте малюнки, на яких зображено тверді тіла та схеми їхньої будови. За якими ознаками ви б їх класифікували? Спробуйте описати відмінності між аморфними та кристалічними речовинами. За якими ознаками ви би класифікували кристалічні речовини?

¹⁰

Вологість повітря визначається кількістю водяної пари в ньому. Якщо вологість повітря становить 100 %, то це означає, що кількість водяної пари, яка міститься в ньому, —максимальна.

¹¹

В українській мові розрізняють такі поняття: паливо — горюча речовина (дрова, вугілля, нафта, газ і т. ін.), яка використовується для одержання теплової енергії, тепла; пальне — паливо для двигунів; речовина, що є джерелом енергії під час її спалювання у двигунах, котельних та інших енергетичних установках.

¹²

Що таке горіння? Опишіть фізичне явище, що лежить в основі використання палива як джерела енергії.

2. Чому для одержання теплової енергії використовують паливо?

3. Що називають питомою теплотою згорання палива? Які види палива мають найбільшу питому теплоту згорання?

4. Що характеризує ККД нагрівника?

¹³

Термін електромагнітна вживається в зв’язку з тим, що електричні та магнітні явища тісно взаємопов’язані. Залежно від того, рухаються чи перебувають у спокої електрично заряджені тіла, розрізняють дві складові цієї взаємодії — електричну та магнітну.

¹⁴

Скільки електронів проходить через залізний дріт упродовж

¹⁵

10 с за напруги на ньому 16 В? Довжина дроту 1 м, площа по

¹⁶

перечного перерізу 10 мм¹⁴.

¹⁷

Яке з’єднання елементів електричного кола називають паралельним?

2. Яким чином вимірюють напругу на різних ділянках електричного кола, що з’єднані паралельно?

3. Як співвідноситься сила струму в нерозгалуженій частині електричного кола зі струмами в його елементах, з’єднаних паралельно?

4. Як розраховують загальний опір розгалуження електричного кола?

5. Чому в житлових приміщеннях споживачі електричної енергії з’єднуються паралельно?

¹⁸

В електролітичній ванні за 10 хв виділилося 0,33 г міді. Опір

¹⁹

розчину мідного купоросу становить 3,6 Ом. Визначте потуж

²⁰

ність струму, який проходить через розчин. Електрохімічний еквівалент міді дорівнює 0,33 мг/Кл.

Це матеріал з Підручника Фізика 8 Клас Засєкіна

Категорія: Фізика

Автор: evg от 7-08-2016, 18:18, Переглядів: 12617