Муніципальне освітній заклад

«Красногорська середня загальноосвітня школа №2»

Статичну електрику в нашому житті

Дослідницька робота

Виконана ученицею 9а класу:

Васильєвої Міленою Таріеловной

Науковий керівник-

Васильєва Світлана Анатоліївна,

вчитель фізики

МОУ «Красногорська середня

загальноосвітня школа №2 »

п. Красногорський, 2016 рік

зміст

Введение .............................................................................. .. ...... 3

1. Електростатика ............................ ....... ..................................... ... .5

1.1. Статичну електрику ................................................... ... 5

1.2. Як відбувається електризація ................................................... 7

1.3. Способи електризації тіл ...................................................... .8

2. Практичне вивчення статичної електрики ..................... .. ...... 9

2.1. Досліди з вивчення статичної електрики ........................ ... 9

2.2 Соціологічне дослідження .......................................... ... ... 10

3. Використання статичної електрики .................................... ... 12

3.1 Користь і шкода статичної електрики ....... ............. ......... ...... 12

3.2. Як захистити себе від негативного впливу ..................... ... ... .14

3.3. Електростатика в прилади, які допомагають здоров'ю людини ...... ... 16

. 3.4. Електростатика в промисловості ....................................... ... 17

Висновок ................................................................................. .18

Список літератури ..................................................................... .... 19

Вступ

Актуальність: В нашому сучасному житті дуже часто використовуються сильні електричні поля, впроваджується в побут синтетика, а синтетичні матеріали, як відомо, мають здатність накопичувати електричні заряди. Тому виникають проблеми, пов'язані з впливом електричних полів на технологічні процеси, на організм людини. Падіння імунітету внаслідок різних захворювань, перевтома, склероз, передчасне старіння організму тісно пов'язані зі зміною електростатичного балансу. Дана робота розглядає причини виникнення електростатичних полів, шкода і користь електростатики, вплив на організм людини, способи захисту від негативного впливу статичної електрики в побуті та промисловості.

Гіпотеза: статичну електрику надає не тільки шкідливий вплив, але і приносить користь.

Мета: вивчити таке явище як статичну електрику, розкрити його переваги і недоліки, практичне використання.

завдання:

• Вивчити статичну електрику в побуті, у виробництві, в природі

• Визначити небезпечні і шкідливі фактори статичної електрики

• Дізнатися, як захистити себе від цього явища

• Виявити ставлення оточуючих до цієї проблеми

• Знайти практичне використання

Об'єкт дослідження: електродинаміка

Предмет дослідження: електростатика

Методи роботи:

Практична значимість: отримані мною знання в процесі вивчення даної теми знадобляться мені при підготовці до іспитів, я можу поділитися зі своїми однокласниками практичними порадами щодо захисту від статичної електрики, досліди з електростатики можна продемонструвати молодшим школярам для знайомства з предметом фізики.

1. Електростатика

1.1. Статична електрика

Електрика, яке нікуди не рухається, називається статичним. Одним з явищ статичної електрики в природі можна назвати блискавку. У підставі грозової хмари знаходяться дрібні крапельки води з температурою 0 0 С, а на його вершині - кристалики льоду з температурою -50 0 С. Потужні повітряні потоки перемішують і зіштовхують водяні краплі і крижинки, заряджаючи хмара електрикою. Коли негативний заряд стає досить великим, відбувається спалах, тобто блискавка. При цьому електрику рухається по повітрю від хмари до хмари або від хмари вниз до землі.

Явища, пов'язані зі статичною електрикою були відомі ще в Стародавній Греції. У VI ст. до н.е. грецький філософ Фалес виявив, що бурштин після натирання шерстю починав притягувати різні легкі предмети.

Однак історія науки про електрику починається з досліджень Вільяма Гільберта, лікаря англійської королеви Єлизавети, який виявив, що здатність притягувати після натирання володіють не тільки бурштин, але і алмаз, сапфір, скло і деякі інші матеріали. Всі ці речовини він назвав електричними, тобто подібними янтарю (оскільки грецьке слово «електрон» означає «бурштин»).

Німецький вчений Отто фон Геріке побудував першу електричну машину в середині XVII століття. Спочатку він виготовив з сірки велику кулю. Натираючи рукою кулю, Геріке спостерігав, що до нього притягуються легкі предмети. Для зручності вчений встановив куля на осі в особливому верстаті. Обертаючи за допомогою рукоятки куля і притискаючи до нього долоню, його можна було наелектризована.

У 1729 р відкрив існування провідників і непроводнікі електрики англійський фізик Стефан Грей. Відчуваючи різні тіла природи, він встановив, що електрика поширювалося по електричним проволокам, вугільним стерженьком, але не передавалося по каучуку, воску, шовковим ниткам, фарфору (які можуть служити ізоляторами, що оберігають від витоку електрики). До числа хороших провідників, як показали досліди Грея, відносяться тканини людини і тварин.

У 1730 році французький дослідник Шарль Дюфе вивчав взаємодію наелектризованих тел.

Перші прилади для виявлення електрики і кількісного вивчення електричних явищ з'явилися в XVIII в. У 1745 р З'явився один з перших електроскопом. Його побудував академік Петербурзької академії наук Георг Вільгельм Рихман. Електроскоп Рихмана складався з залізної лінійки, проти ребра якої була підвішена лляна нитка, внизу була шкала. За допомогою цього приладу Рихман виконав багато дослідів, особливо з вивчення електричного поля навколо заряджених тіл.

Французький інженер Шарль Кулон в 1785 р дослідним шляхом встановив, від чого залежить сила взаємодії наелектризованих тел. З його дослідів виникло поняття «кількість електрики». Згодом в міжнародній системі одиниць СІ, одиницю виміру електричного заряду назвали в честь нього.

У XVIII ст. були побудовані більш потужні електричні машини, ніж машина Геріке. Одна з них машина французького фізика Жана Нолл. Електрика виникало від тертя об долоні скляної кулі, приводиться в обертання нескінченним ременем від колеса. Заряди з кулі переходили на кондуктор, який був підвішений на шовкових нитках.

Багато явища, пов'язані з електризацією тел, були відкриті ще в XVII - XVIII століттях, але повне пояснення вони отримали тільки тоді, коли розвинулося вчення про електричному полі, і було відкрито будова атома.

1.2. Як відбувається електризація

Електризація тіл відбувається при їх зіткненні. Предмети, що оточують нас у повсякденному житті, здаються незарядженими: між ними не можна помітити тяжіння або відштовхування. Коли ми заряджаємо предмети тертям або за допомогою батареї, то розраховуємо виявити рівні кількості протилежних за знаком зарядів. На даному етапі «заряд» - це найменування «притягувати» шматочки паперу або «відштовхувати» такі ж тіла. Ми уявляємо собі, що на поверхні предметів щось накопичується, щось таке, що може називатися електрикою, і то уявне скупчення електрики іменується нами зарядом електрики, електричним зарядом або просто зарядом. Щоб отримати великий величини заряд «тертям» необхідний контакт між тілами або взаємодія.

При зіткненні двох різнорідних речовин через відмінності атомних і молекулярних сил на їх поверхні відбувається перерозподіл електронів (в рідинах і газах ще й іонів) з утворенням подвійного електричного шару з протилежними знаками електричних зарядів. Таким чином, між дотичними тілами, особливо при їх терті, виникає контактна різниця потенціалів, значення якої залежить від ряду факторів - діелектричних властивостей матеріалів, значення їх взаємного тиску при зіткненні, вологості і температури поверхонь цих тіл, кліматичних умов.

Таким чином, однією з основних причин виникнення статичної електрики є взаємодія тіл один з одним за допомогою тертя.

1.3. Способи електризації тіл.

Електризація світловий енергією. Явище, при якому під впливом світла з матеріалів вириваються електроди, називається фотоефектом. На використанні його заснована дія фотоелементів.

Електризація нагріванням. Явище, при якому з сильно нагрітих металів в навколишнє середовище вилітають електрони, називається термоелектронної емісією. На використанні цього явища заснована робота електронних ламп.

Електризація при хімічної реакції. У хімічних джерелах електричної енергії (елементах, акумуляторах) є два полюси: «+» і «-». Позитивні і негативні заряди в них утворюються в результаті хімічних реакцій окислення і відновлення, що відбуваються всередині елементів і акумуляторів.

Електризація тиском. Матеріали, у яких під дією тиску виникають електричні заряди, називаються п'єзоелектрик. Пьезо - грецьке слово, означає «тисну». До них відносяться кварц, сегнетовая сіль, фосфат амонію та ін. Якщо пластинку пьезоелектрика помістити між двома електродами і тиснути на неї з силою F, то одна грань її електризується позитивним електричним зарядом, а протилежна - негативним.
При зміні напрямку дії сил - при розтягуючих зусиль - знак заряду на п'єзоелектрик змінюється. Це пов'язано з тим, що під дією механічної сили електричні заряди атомів речовини зміщуються. Чим більше зусилля, що діє на п'єзоелектрик, тим сильніше він електризується. Властивості електризації пьезоелектрика використовуються в автоматиці та інших областях нової техніки.

2. Практичне вивчення статичної електрики

2.1. Досліди з вивчення статичної електрики

Виникнення статичної електрики ми спостерігаємо майже щодня. Коли ми знімаємо з себе вовняну шапку, вона треться об наше волосся. Для початку я провела кілька дослідів, які наочно демонструють, як відбувається електризація тіл. Я взяла повітряну кульку і вовняну тканину, після натирання піднесла його до волосся моєї сестрички, на фотографії видно як відбувається тяжіння волосся і кульки. Потім за допомогою цього ж кульки ми спостерігали, як струмінь води притягається до наелектризованої кульці. Також до кульки дуже добре притягувалися вівсяні пластівці і дрібні крупинки перцю. Ми провели ще кілька дослідів, що нам дуже сподобалося.

Відомо, що електричний заряд накопичується на поверхні непровідних електричний струм матеріалів. Мені захотілося перевірити, які предмети в моєму будинку здатні більшою мірою накопичувати статичний заряд. Для цього я виготовила просте пристосування, що складається з лампочки, сполучних проводів і батарейки. Виявилося, що більшість оточуючих мене вдома предметів є саме такими.

Нам відомо, що при електризації двох тіл, одне з них заряджається позитивно, інше негативно, отже, приводячи тіла різного заряду в зіткнення, можна нейтралізувати заряд. Тоді мені захотілося вивчити, які предмети заряджаються «+», а які зарядом «-» Для проведення цього досвіду ми використовували прилад електроскоп з кабінету фізики. В ході проведеної роботи ми з'ясували, що позитивно заряджаються: шерсть, хутро, скло, кришталь, дорогоцінні камені. Негативно заряджаються: бурштин, смоли, віск, гума, пластмаси, шовк, папір.

2.2. соціологічне дослідження

Вивчаючи матеріал по даній темі, мені захотілося вивчити, наскільки добре знайомі з цим явищем мої ровесники і школярі молодшого віку.

Я провела соціологічне опитування серед учнів 3, 6 і 9 класів. Результати відповідей представлені в таблиці

Результати відповідей на питання «Чи знаєте ви, що таке статичну електрику, електризація?» Говорять про те, що молодші школярі мало знайомі з цим поняттям, середня ланка трохи краще, ну а мої ровесники все знають, що це таке, тому що ця тема пройдена ще в 8 класі.

Далі продовжили відповіді ті, хто знайомий з поняттям електризації. На питання: «Якої шкоди приносить вам статичну електрику?» Хлопці відповіли наступним чином. З відповідей випливає, що, чим старше стають школярі, тим менше вони звертають увагу на неприємні відчуття від впливу статичної електрики, або вдало з ним борються, про що свідчить наступний відповідь на питання: «Як ви боретеся з неприємним впливом статичної електрики?». Хлопці відповідають, що вони використовують антисептик або звичайну воду.

Відповідь на таке запитання «Чи є користь від статичної електрики?» Дав мені зрозуміти, що не тільки молодші школярі, а й мої ровесники, як і я, дуже мало знайомі з тим, яку користь дає статичну електрику. Ще й тому мені захотілося продовжити роботу над вивченням даної теми.

3. Використання статичної електрики

3.1 Користь і шкода статичної електрики

Загальноприйнятої теорії біологічної дії статичної електрики не існує. Більшість дослідників вважають, що в основі впливу статичної електрики лежить нейрорефлекторними механізм. Дія статичної електрики виражається в безпосередньому подразненні чутливих нервових закінчень шкіри, або роздратування виникає вдруге, за рахунок поляризації клітинних елементів і зміни іонних відносин в тканинах. Роздратування чутливих нервових закінчень викликає реакцію всього організму: змінюється шкірна чутливість, стимулюється капілярний кровообіг, змінюється судинний тонус.

В результаті досліджень було все ж встановлено, що електризація не викликає помітних фізіологічних зрушень в організмі людини навіть при тривалому впливі. Електризація синтетичного білизни, що виникає під час шкарпетки, виявляється навіть корисною. Наприклад, відомо, що ПВХ білизна допомагає при лікуванні деяких хвороб. Вироби з нього можуть експлуатуватися при температурі не вище 70 ° С. При терті волокно набуває високий електростатичний заряд, це властивість використовується для виготовлення з них лікувальної білизни при таких захворюваннях, як радикуліт, артрит.

Дешевий одяг часто шиють з тканин, які можуть зашкодити організму. Адже саме наявність синтетичної нитки, отриманої хімічним шляхом, в одязі (чоботях, блузах, панчохах) порушує природний теплообмін тіла. Більшість дослідників вважають найнебезпечнішим і маловивченим фактором шкоди синтетики для людини статичну електрику пронизує синтетичні тканини.

Ще в минулому столітті були відомі шкідливі дії статистичної електрики. Наприклад, шкіряні і прогумовані ремені, наелектризовані на обертових шківах, можуть стати джерелом іскрового розряду. Він особливо небезпечний, якщо в повітрі висить дрібна горючий пил (скажімо, борошно); проскочила від наелектризованого тіла іскра може викликати вибух і пожежа. У 20 столітті шкідливі прояви статистичного електрики спостерігаються частіше, так як широко застосовують легко електризується речовини; пластмаси, синтетичні волокна і т.п. Електризація виникає і в побуті, де відбувається взаємодія рухомих тіл, які складаються з матеріалів, які є діелектриками.

На одному з целюлозно-паперових комбінатів деякий час не могли встановити причину обривів швидко рухається паперової стрічки. Були запрошені вчені. Вони з'ясували, що причина полягала в електризації стрічки при терті. Така «мимовільна» електризація вельми небезпечна, так як може стати причиною пожежі.

Також при терті об повітря електризується літак. Тому після посадки до літака не можна відразу ж приставляти металевий трап: може виникнути розряд, який викличе пожежа. Спочатку літак «розряджають»: опускають на землю металевий трос, з'єднаний з обшивкою літака, і розряд відбувається між землею і кінцем троса.

В результаті досліджень, проведених в Санкт-Петербурзі, було встановлено, що розрядний струм силою до 20 мкА не викликає помітних фізіологічних зрушень в організмі людини навіть при тривалому впливі. Отже, розряди, що виникають в побуті і при більшості технологічних процесів в результаті зіткнення наелектризованого людського тіла з заземленою поверхнею, не є небезпечними для здоров'я.

3.2. Як захистити себе від негативного впливу

Захист від статічної електрики в будинку. Основною причиною Утворення статичних зарядів є сильна сухість Повітря в пріміщенні. У Домашніх условиях усунуті заряди статічної електрики Досить легко, підвіщуючі відносну вологість Повітря квартири до 60 -70% (для цього можна використовуват електричної зволожувачі). Зволожіті Повітря могут мокрі рушники, розвішані на батареї центрального опалення. Вірними союзниками в боротьбі зі статичною електрикою виступають кімнатні рослини. Хлорофітум, драцена, фікус, спатіфілум здатні не тільки зняти статичний заряд, а й поглинути частинки важких металів, дезінфікувати приміщення. Електризація усувається, якщо до води, якою протирають пластикові підлоги, додати гідрофільні речовини, наприклад хлорид кальцію, а також якщо протирати електризується поверхню гліцерином. Хімічна промисловість випускає препарат «Антистатик», який знімає електричний заряд з синтетичного одягу. Побутові електромеханічні прилади великої потужності обладнуються заземлюючим контактом через електричну розетку.

В інтер'єрі квартири потрібно намагатися віддавати перевагу меблям, білизни та килимові покриття з натуральних тканин. Природні, екологічно чисті матеріали - запорука відсутності статичної електрики в будинку.

Інший важливий фактор, що впливає на освіту статики в приміщенні - наявність великого числа електричних приладів, сконцентрованих в одному місці. Слід стежити за тим, щоб вона не працювала одночасно на протязі довгого часу.

Захист від статичної електрики в автомобілі. Існує цілий ряд заходів, які допоможуть уникнути вивільнення статики. Для кузова машини існують особливі смужки антистатического типу. Така графітова або алюмінієва смужка буде гасити іскри в міру появи. Крім того, в машину можна одягати тільки той одяг, яка гарантовано не накопичує електрику від тертя.

Захист від статичної електрики на одязі та взутті. Для того щоб убезпечити себе від зарядів статичної електрики варто носити одяг з натуральних бавовняних або лляних матеріалів. Синтетичні речі потрібно обробляти спеціальними спреями - антистатиками, або полоскати їх, використовуючи кондиціонер для білизни.

Захист від статичної електрики в промисловості. Одним з найбільш дієвих способів боротьби зі статичною електрикою вважається заземлення. З його допомогою утворюються на поверхні обладнання статичні заряди відводяться ( «стікають») в землю, що перешкоджає їх накопичення до величини, яка здатна викликати іскру.

3.3. Електростатика в прилади, які допомагають здоров'ю людини

Електроаерозольтерапія. Сильні електричні поля використовуються в медицині при створенні електроаерозолі. Вони являють собою лікарські або інші біологічні речовини, розпорошені в електростатичному полі і володіють цілим рядом властивостей, що вигідно відрізняють їх від звичайних аерозолів: крапельки електроаерозолі сильніше подрібнюються, менше злипаються, при певних умовах вони глибше проникають в легені (аж до найдрібніших легеневих осередків - альвеол ), створюючи в них запаси поступово всмоктуються лікарських або біологічно активних речовин

«Електрофорез - це введення лікарської речовини в шкіру за допомогою постійного електричного струму. В результаті цього речовина накопичується під шкірою і надає лікувальну дію від 4 годин до 20 діб. Крім того і сам метод електрофорезу передбачає біологічне вплив постійного струму на шкіру. За допомогою електрофорезу в організм проникає близько 5-10% речовини, яке використовувалося під час процедури. Препарат підсилює кровообіг і стимулює активне відновлення клітин.

Дефібрилятор. Енергія розряду конденсатора не тільки привела до виникнення життя на Землі, але і може повернути життя людям, у яких клітини серця перестали синхронно скорочуватися. Асинхронне (хаотичне) скорочення клітин серця називають фібриляцією. Фібриляцію серця можна припинити, якщо пропустити через всі його клітини короткий імпульс струму. Пристрій, що забезпечує електричний розряд, який припиняє фібриляцію серця, називають дефібрилятором.

3.4. Електростатика в промисловості

Електризацію використовують для забарвлення, наприклад, автомобілів, на конвеєрі. Корпус автомобіля заряджають позитивно, а частинки фарби негативно. Однойменно заряджені частинки фарби відштовхуються одна від одної і притягуються до корпусу, тому шар фарби виходить тонкий, рівномірний і щільний.

За допомогою електризації отримують штучні килими і хутра. Для цього подрібнені частинки шерсті, бавовни або штучних волокон електризують, продуваючи крізь заряджену металеву сітку, а на покриту клеєм тканинну основу поміщають заряд протилежного знака. Притягаючи до основи і відштовхуючись один від одного, частинки рівномірно розподіляються по основі і щільно приклеюються. Після просушування поверхня стає пухнастою або ворсистою.

На явищі електризації засновано і дію електрокопіровальних апаратів. Світло, відбите від копійованого документа, падає на позитивно заряджену пластину. З освітлених місць заряд стікає, в результаті чого на пластині виникає невидиме «електричне зображення». Потім на пластину насипають тонкий шар негативно зарядженого фарбувального порошку. Він притягується до позитивного «електричному зображенню», і воно стає видимим. Потім пластину притискають до паперу, на якій виходить чіткий відбиток. Отримане на папері зображення для міцності «припікають» мініатюрної грубкою

Висновок

Провівши дослідницьку роботу по даній темі, я відкрила для себе багато нового. По-перше, я познайомилася з історією вивчення цього питання. Вивчила процес виникнення статичної електрики. При зіткненні двох різнорідних речовин через відмінності атомних і молекулярних сил на їх поверхні відбувається перерозподіл електронів з утворенням подвійного електричного шару з протилежними знаками електричних зарядів. Причому електризація відбувається не тільки при терті двох тіл, відомі ще й інші способи: електризація світловий енергією, електризація нагріванням, електризація при хімічної реакції, електризація тиском.

Мені дуже сподобалася практична частина моєї роботи з проведенням дослідів, соціологічне дослідження серед моїх ровесників, яке стимулювало мою роботу.

Я дізналася багато цікавого та нового про корисні і шкідливі впливи статичної електрики. Наприклад, для мене стало відкриттям, що дія багатьох приладів засноване на законах електростатики, що електризація широко використовується в промисловості.

В цілому я зробила для себе висновок, що статичну електрику не приносить великої шкоди для мене і близьких мені людей. Мені б хотілося надалі продовжити цю роботу і познайомитися ближче з іншими способами електризації, про які я дізналася в своїй роботі.

Отримані мною знання в процесі вивчення даної теми знадобляться мені при підготовці до іспитів, я можу поділитися зі своїми однокласниками практичними порадами щодо захисту від статичної електрики, досліди з електростатики можна продемонструвати молодшим школярам для знайомства з предметом фізики.

Список літератури і джерел

1. Алексєєва М.М. Фізика - юним: Теплота. Електрика. Кн. для позакласного читання. - М .: Просвещение, 1980.

2. Біологічна дія статичної електрики - http://www.traktat.ru/tr/referats/id.9398.html

3. Переваги та недоліки статичної електрики - http://www.electrofaq.com/FAQ2.htm

4. Кирилова І.Г. Книга для читання з фізики: Учеб. посібник для учнів середовищ. шк. - М .: Просвещение, 1986.

5. Роджерс Е. Фізика для допитливих - М .: Мир, 1971.

6. Статичну електрику http://www.refport.ru/ref-6976.html

7. Статичну електрику http://ru.wikipedia.org/wiki/Статическое_электричество

8. Енциклопедичний словник юного фізика / Упоряд. Е 61 В.А. Чуянов.- 3-е изд., Испр. і доп.- М .: Педагогіка-Прес, 1995.

9. Енциклопедія «Історія відкриттів», Москва «Росмен», 1997.