XX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Статическое электричество
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение.
Однажды мы с мамой пошли в гости. Там был большой пушистый кот, я решил взять его на руки и погладить. После чего я обнаружил очень много шерсти на моей кофте. Когда я стал снимать кофту, раздался лёгкий треск и волосы «встали дыбом». Интересно: почему так происходит? Я спросил у родителей, посмотрел в интернете и выяснил, что это называется статическим электричеством. А можно ли его использовать в быту, я не знаю. Поэтому я решил узнать о нём больше.
Цель: использование статистического электричества во благо человека.
Задачи:
1). Узнать историю открытия статического электричества.
2). Выяснить положительные и отрицательные качества статического электричества и где они используются в быту.
3). Провести практические опыты с использованием статистического электричества.
Объект: особенности статистического электричества.
Предмет: использованиестатистического электричества.
Гипотеза: статистическое электричество можно использовать во благо человека.
Методы:
-
Поиск и анализ информации;
-
Сопоставление;
-
Наблюдение;
-
Практические опыты.
ГЛАВА I. История открытия статического электричества.
Феномен статического электричества и его эффекты были известны человечеству уже давно. Древние греки очень любили украшения и поделки из янтаря, названного ими за его цвет и блеск «Электрон» - значит «Солнечный камень». Древнегреческий ученый Фалес (VII-VI в. до н.э.) заметил, что натертый янтарь притягивает к себе легкие кусочки других материалов (соломинки, шерстинки). Под действием силы тяжести они должны были падать вниз, но какая-то сила не давала им этого сделать. В те времена явление объяснить не могли, списывая на волшебство падать вниз, но какая-то сила не давала им этого сделать. Этот простой опыт заставил человека обратить свое внимание на столь удивительное явление. Так, в VI веке до н.э. было открыто явление статического электричества.В 1400-х годах при строительстве военных сооружений разрабатывали и использовали приспособления для предотвращения статических разрядов, приводящих к возгоранию черного пороха.
Наши далекие предки вели тяжелую жизнь. Жили в пещерах, одевались в звериные шкуры и, уходя на охоту, не знали, удастся ли, что – нибудь добыть. Однако статического электричества на них не было, так как люди находились в постоянном контакте с землей. Время шло, человечество все больше изолировало себя от почвы, начав носить одежду и обувь. Правда, шили их все-таки из натурального сырья. А, кроме того, люди «заземлялись», когда мокли во время дождя. Однако человечество развивалось и придумало зонт. Следом резину, а затем синтетические материалы. Так и началась эра статического электричества. Они так же стали ходить в состав стен, напольных покрытий и мебели. Мало того, что одежда из синтетических материалов мешает «стекать» с тела человека статическому электричеству, она при каждом движении еще и вырабатывает дополнительную порцию электричества. В итоге человек становится похож на генератор. И сегодня в основном освобождается от статики, только умываясь или принимая ванну.
Через много веков, в 1600г., Вильям Гильберт написал первую научную работу об электричестве и об электризации трением. Он обнаружил, что вместо янтаря можно взять алмаз, сапфир, стекло и другие материалы, которые подобно янтарю будут притягивать к себе легкие частички. Эти вещества он назвал электрическими (от греческого слова «электрон», так греки называли янтарь). Поэтому впоследствии про тела, которые после натирания приобретают свойство притягивать к себе другие тела, стали говорить, что они наэлектризованы. Но еще несколько столетий ученые пытались узнать, почему предметы электризуются и как это происходит, пока не открыли тайны этого загадочного явления внутри атома.
Из энциклопедии мы узнали, что статическое электричество - это некоторое количество электрических зарядов в состоянии покоя. Как правило, незаряженные атомы обладают одинаковым количеством положительных и отрицательных электронов. Статический электрический заряд получают при помощи трения. Так возникает отрицательный заряд. Электроны могут появляться в виде искры; в таком случае любого, кто прикасается к предмету, может ударить током.
ГЛАВА II. Вред и польза статического электричества.
Вопрос о роли статического электричества в окружающей среде кажется нам интересным. Рассмотрим, какие положительные и отрицательные стороны имеет статическое электричество и где используется в быту.
2.1. Вред статического электричества.
Заряженный материал притягивает пыль и другой мусор, что мешает выпуску качественной продукции. Особенно актуально это перед печатью или покраской. Накопленная статика причиняет неудобство обслуживающему персоналу, может привести к искровому разряду, что бывает критично для взрывоопасных производств, так же электризация волокон вызывает их взаимное отталкивание, что мешает работе ткацких станков. Заряженную ткань трудно раскраивать.
При перевозке легковоспламеняющихся жидкостей, при их перекачке по трубопроводам, сливе из цистерны или за счет плескания жидкости накапливаются электростатические заряды, и может возникнуть искра, которая воспламенит жидкость.
Действие статического электричества выражается в раздражении чувствительных нервных окончаний кожи. Раздражение вызывает реакцию всего организма: изменяется кожная чувствительность, стимулируется капиллярный кровоток, меняется сосудистый тонус. В результате исследований было все же установлено, что электризация не вызывает заметных физиологических сдвигов в организме человека даже при длительном воздействии.
Для избежания вредных последствий электризации тел на производстве применяют различные методы борьбы с этим явлением: заземление оборудования, обработка материалов графитом или бронзовым порошком.
В бытовых условиях:
-
от шерстяных вещей волосы «встают дыбом»,
-
одежда прилипает к телу,
-
бьёт током от друзей или предметов.
В быту при стирке одежды применяют различные антистатики и специальные кондиционеры для белья, проводят влажную уборку в помещениях, используют увлажнитель воздуха.
2.2. Польза статического электричества.
Статическое электричество можно встретить в природе, когда пчелы во время полета накапливают положительный заряд электричества, а у цветов он отрицательный. Поэтому пыльца с цветов сама перелетает на тело пчел. При этом самые последние исследования показали, что после контакта электрическое поле растения меняется, что сигнализирует другим пчелам «здесь пыльцы уже нет».
Статическое электричество может быть вашим хорошим помощником и приносить много пользы для человека. Но для этого следует знать его особенности и умело использовать их в нужном направлении. Способов использования очень много, приведу несколько примеров.
Покраска. Движущиеся на конвейере окрашиваемые детали, например, корпус автомобиля, заряжают положительно, а частицам краски придают отрицательный заряд, и они устремляются к положительно заряженной детали. Слой краски на ней получается тонкий, равномерный и плотный. Расход краски снижается.
Смешение веществ. Если мелкие частицы одного вещества зарядить положительно, а другого - отрицательно, то легко получить их смесь, где частицы распределены равномерно. Например, на хлебозаводе, при замешивании теста.
Электрокопчение. Копчение представляет собой пропитку продукта с помощью «древесного дыма». Благодаря его частичкам, продукт получается очень вкусным. Частички «коптильного дыма» заряжают положительными зарядами. В качестве отрицательного электрода выступает, как вариант, туша рыбы. Эти частицы дыма опускаются на неё, где происходит их частичное поглощение.
Ксероксы и лазерные принтеры. На бумаге создается невидимый электростатический рельеф того рисунка, который надо отобразить. Частицы краски прилипают только к заряженной области на бумаге. Получается точная копия документа.
Фокусы. Если вам когда-нибудь хотелось быть волшебником, или хотя бы обучиться парочке занятных трюков, то статическое электричество – ваш лучший друг. Фокусники очень часто используют в своих трюках статическое электричество. При правильном контакте с некоторыми предметами, они легко могут удивить детишек.
ГЛАВА III. Практическая часть.
Узнав, что такое статическое электричество и где встречается это явление, я могу провести свои собственные опыты и показать их своему классу.
Опыт №1. Танцующая фольга.
Цель: показать действие статического электричества при трении разных тел.
Оборудование: алюминиевая фольга, ножницы, пластмассовая расчёска, бумажное полотенце.
Нарежем фольгу очень узкими и длинными полосками. Высыпаем полоски фольги на бумажное полотенце. Проведем несколько раз расчёской по своим волосам, а затем поднесем ее вплотную к полоскам фольги.
Полоски начнут «танцевать». Почему? Волосы, о которые мы потерли расчёску, очень легко теряют свои электроны. Их часть перешла на расчёску, и она приобрела отрицательный статический заряд. Когда мы приблизили расчёску к полоскам фольги, электроны в ней начали отталкиваться от электронов расчёски и перемещаться на противоположную сторону полоски.
Вывод: одна сторона полоски оказалось заряжена положительно, и расческа начала притягивать ее к себе. Другая сторона полоски приобрела отрицательный заряд, легкая полоска фольги, притягиваясь, поднимается в воздух, переворачивается и оказывается повернутой к расчёске другой стороной, с отрицательным зарядом. В этот момент она отталкивается от расчески. Процесс притягивания и отталкивания полосок идет непрерывно, создается впечатление, что «фольга танцует».
Проводя опыт, мы решили посмотреть как можно избавиться от статического электричества. Взяли влажную тряпку и провели по намагниченной расчёске, фольга перестала прилипать.
Опыт 2: Прыгающие рисовые хлопья.
Оборудование: хрустящие рисовые хлопья, бумажное полотенце, расческа.
Постелим на столе полотенце и насыплем на него рисовые хлопья.
Возьмем пластмассовую расческу. Потрем расческу о волосы, затем поднесем ее к хлопьям, не касаясь их. Хлопья начинают подпрыгивать и притягиваться к расчёске.
В результате контакта между расчёской и волосами произошло разделение статических электрических зарядов. Часть электронов с волос перешло на расчёску, и он приобрел отрицательный электрический заряд. Когда мы поднесли расчёску к хлопьям, электроны в них начали отталкиваться от электронов расчёски и перемещаться на противоположную сторону. Таким образом, верхняя сторона хлопьев, обращенная к расчёске, оказалась заряжена положительно, и расчёска начала притягивать легкие хлопья к себе.
Вывод: при трении тел возникает статическое электричество.
Во втором опыте, мы побрызгали расчёску антистатиком и рисовые хлопья тоже перестали прилипать.
Опыт 3: Сортировка.
Цель: доказать, что статическое электричество может сортировать.
Оборудование: бумажное полотенце, расческа, воздушный шарик, соль, перец.
На бумажное полотенце насыпаем соль и перец. Тщательно перемешиваем.
Берём воздушный шарик и потрём его о волосы.
Подносим шарик поближе к смеси соли и перца.
И что мы увидели? Перец прилип к шарику, а соль осталась на столе.
Мы выяснили, что электроны, находящиеся в перчинках приобретают положительный заряд, и притягиваются отрицательным зарядом шарика. Соль не притягивается к шарику, так как в этом веществе электроны перемещаются плохо. Когда мы поднесли к соли заряженный шарик, ее электроны все равно остались на своих местах.
Вывод: Статическое электричество можно применять в быту, для сортировки специй соли и перца.
Мы убедились, что статическое электричество действительно окружает нас. Оно проявляется при трении любых тел. Можно использовать в быту и на производстве. Чтобы наши волосы «не вставали дыбом», не било нас током от друзей и предметов, одежда не прилипала к телу, нужно следовать простым правилам: проводить влажную уборку каждый день и пользоваться антистатиками.
Заключение.
В ходе данного исследования мы познакомились с историей открытия статического электричества, узнали, что это явление образуется при трении тел. На них накапливаются заряды разного знака. Если на теле избыток электронов, оно заряжено отрицательно, если недостаток электронов – положительно.
Мы рассмотрели вредные воздействия статического электричества. Оно мешает нам везде: и на производстве, и в быту. Проведя опыты, мы выяснили, чтобы избавиться от его вредных воздействий, нам необходимо: проводить влажную уборку в помещениях, пользоваться антистатиками.
Для нас стало открытием, что статическое электричество можно использовать: в покраске деталей, при замешивании теста на хлебозаводах, электрокопчении, ксероксах и лазерных принтеров, и даже в сортировке специй, что доказывает выдвинутую нами гипотезу: статистическое электричество можно использовать во благо человека.
Наша работа может быть полезна ученикам на уроках окружающего мира, технологии, изобразительного искусства.
Список использованных источников и литературы.
-
Колтун, М.М. Мир физики/ М.М. Колтун – СПб.: Издательство. Детская литература., 1987.2.
-
Майкл Ди Специо .Занимательные опыты, М.: АСТ Астрель, 2006.
-
Мейяни, А. Большая книга экспериментов для школьников/ А. Мейяни; перевод с итальянского Э. И. Мотылёвой – М.: «РОСМЭН-ПРЕСС», 2003.
-
Официальный сайт теоретического и научно-практического журнала «ЭЛЕКТРИЧЕСТВО». Режим доступа: http:// www.electro.elpub.ru.
-
Официальный сайт универсальной интернет - энциклопедии. Режим доступа: http: // www.wikipedia.ru. Статическое электричество.
-
Хинн, О.Г. Я познаю мир: Детская энциклопедия. Физика / О.Г Хинн. – М.: ТКО «АСТ», 1995.
-
Кл.Э. Суорц Необыкновенная физика обыкновенных явлений. – М.:”Наука”, 1987.
-
http://pochemu4ka.ru/ -сайт «Почемучка»
-
http://mirznanii.com/ -сайт «Мир знаний»