V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Загадка электричества
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение.
Родители часто говорят детям такую фразу: «Осторожно, там электричество!» А что же это такое и, почему с ним нужно быть осторожным? Я заметил, что большинство приборов, такие как телевизор, компьютер, миксер, чайник и даже мамин фен работают только тогда, когда их включили в розетку. А такие как фонарик, сотовый телефон, часы, пульт от телевизора могут работать от батарейки. Значит, электричество можно накапливать и передавать. В батарейке оно может закончиться, а в розетке есть всегда. Чтобы найти ответ на эти вопросы я решил провести исследование.
Цель – выяснить, что такое электричество.
Для достижения данной цели мы решали следующие задачи:
Изучить, как возникает электричество;
Выяснить историю открытия электричества;
Провести опыты, доказывающие существование электричества;
Познакомиться с правилами безопасности связанными с использованием электричества.
Методы исследования – теоретический анализ научной литературы, физические опыты, наблюдение, сравнение, обобщение, моделирование.
Объект исследования: электрический ток.
Предмет исследования:
статическое, природное электричество;
переменный ток.
Гипотеза: изучив, что представляет собой электричество, я научусь соблюдать правила безопасности, что пригодится мне в жизни.
Глава 1. Общие сведения об электричестве.
Открытие электричества.
Древние греки обнаружили, что янтарь может притягивать к себе лёгкие предметы, если его потереть о шелк или шерсть. Сейчас мы знаем, что в янтаре при трении возникает электрический заряд.
Рис.1 Способность янтаря притягивать предметы.
Затем мы провели опыт с пластмассовой линейкой. В течение нескольких секунд я потер линейку о шерстяную шаль, затем, поднес линейку к мелко нарезанной бумаге. Линейка притянула к себе мелкие бумажки.
Рис. 2 Наэлектризованная линейка.
Что представляет собой электричество.
Всё что нас окружает предметы, люди, и даже воздух, которым мы дышим, состоит из атомов. Это мельчайшие частицы, из которого строятся более крупные молекулы, из молекул же состоит вещество. Это и дерево, и пластмасса и бумага и воздух. Как же устроен атом? В центре атома находится положительно заряженное ядро, а вокруг него вращаются отрицательно заряженные частицы - электроны.
Рис. 3 Модели строения атомов.
При трении электроны «перепрыгивают» на другой атом. Там, откуда «убежали», получился положительный заряд, куда «перепрыгнули» - отрицательный.
Рис. 4 Положительный и отрицательный атомы.
Одинаковые заряды отталкиваются, разные – притягиваются. Одинаково заряженные тела отталкиваются, противоположно заряженные – притягиваются.
В моем опыте электроны с линейки «перескочили» на шерсть, и линейка притянула к себе бумагу, пытаясь «захватить» с нее электроны.
Когда много-много электронов «бегут» по проводнику в одном направлении, возникает электрический ток.
Рис. 5 Электрический ток.
Глава 2. Проводники и изоляторы.
Некоторые вещества электризуются и проводят ток хорошо, а некоторые не проводят совсем. Те вещества, в которых электроны под внешним воздействием начинают легко «перепрыгивать» с атома на атом, являются хорошими проводниками электрического тока, а те у которых атомы прочно держатся у своего ядра, ток не проводят совсем. Их называют изоляторами. Чтобы определить, какие вещества проводят ток, а какие нет, я провел следующие опыты:
Я собрал электрическую цепь с помощью конструктора и попробовал замкнуть ее разными предметами. При замыкании цепи металлом (ножом) лампочка загоралась. Вода, тоже замыкает цепь и позволяет гореть лампочке.
Рис. 6 Замыкание электрической цепи металлическим предметом и водой.
Таким образом, мы видим, что как вода так и металл хорошо проводят электрический ток, а, следовательно, являются хорошими проводниками.
В следующих опытах мы использовали пластмассовую линейку и деревянный карандаш. Так как лампочка не зажглась, мы сделали вывод о том, что дерево и пластмасс не замкнули электрическую цепь. Это значит, что данные вещества не проводят электрический ток, а, следовательно, являются изоляторами.
Рис. 7 Замыкание электрической цепи деревом и пластмассой.
Глава 3. Способы получения электрического тока.
3.1. Источник тока химическая реакция.
Электричество может возникнуть не только при трении. Причиной возникновения тока может быть химическая реакция. Так устроены привычные нам батарейки.
Рис. 8 Принцип работы батареек.
Так же возникает ток и в яблоке или лимоне. Чтобы доказать это, я провел опыт:
В лимон воткнул медную и цинковую пластины и измерил напряжение мультиметром.
Рис 9. Измерение мощности батарейки и лимона.
Мультиметр показал, что в лимоне возник электрический ток. Показатель был равен 1,77 вольт. Затем я измерил заряд батарейки, который оказался равен 1,61 вольт. Таким образом, два лимона могут заменить обычную пальчиковую батарейку.
Именно поэтому двух лимонов мне оказалось достаточно, чтобы загорелся светодиод без дополнительных источников тока.
Рис. 10 Опыт со светодиодом.
В результате химической реакции между металлом и кислотой в лимоне появился ток.
3.2. Источник тока магнит.
Магнит тоже может заставить «бежать» электроны в одном направлении. Так получают ток на электростанции – с помощью особого устройства – генератора.Он состоит из неподвижной части – статор и вращающейся - ротор.
Рис.11 Генератор электрического тока.
Мы решил сделать модель генератора переменного тока в домашних условиях. Для этого мы намотали 6 катушек, которые закрепили на деревянной основе. Затем последовательно соединили катушки, замкнув цепь и вывели 2 провода к которым присоединили светодиод.
Рис. 12 Изготовление катушек для генератора.
Катушки в моем опыте выступали в роли статора. Чтобы сделать ротор мы взяли деревянный круг, закрепили на нем магниты от старого компьютерного жесткого диска. В центре круга установили ось, на которой он будет вращаться. Затем всю конструкцию соединили металлическим каркасом.
Рис. 13. Изготовление ротора.
Чтобы привести ротор в движение мы использовали шуруповерт, который прикрепили к оси ротора. На создание генератора было затрачено много времени, поэтому я очень огорчился, когда лампочка светодиода не загорелась.
Рис. 14 Работа генератора.
Я был разочарован результатом, но мама предложила посоветоваться с учителем физики и математики. Оказывается он тоже, будучи учеником, проводил подобные опыты. Он подсказал нам, что от количества витков проволоки в катушке зависит успешность эксперимента. Теперь мне предстоит перемотать все катушки, подсчитав число витков, которое зависит от толщины проволоки.
Выводы:
Электричество или электрический ток - это движение заряженных частиц в одном направлении. Частицы «бегут» не ровно, а колеблются.
«Колеблются» слабо – напряжение маленькое (например, в батарейке). «Удар» слабый.
Сильные колебания – напряжение большое. «Удар» сильный. При прикосновении к проводнику палец чувствует удар и боль.
В розетке – 220 вольт, удар током приводит к травмам, ожогам и смерти.
Сначала человек открыл статическое электричество, которое возникает при трении предметов, таких как янтарь.
Возникает ток благодаря тому, что электроны бегут к одному плюсу.
В настоящее время существует много способов получения электроэнергии.
Электричество – вполне объяснимое явление, очень важное для нашей жизни, но требующее осторожного и бережного отношения.
Литература.
Большая книга знаний для школьников от А до Я. – М.: Эксмо, 2011г.;
Введение в электронику, В. Савенков, приложение к набору «Электроника для детей»;
Е. П. Левитан, Т.А. Никифорова Занимательная физика. Детская энциклопедия.
К.Роджерс, Ф. Кларк. Изучаем физику. Свет. Звук. Электричество. ООО Издательство «Росмэн-Пресс» г. Москва, 2002г.
Т.Ю. Покидаева. Новая детская энциклопедия. ООО «Издательская Группа « Азбука-Аттикус» г. Москва 2012г.
http://dostizhenya.ru/elektrichestvo
http://pozmir.ru
http://sitefaktov.ru
otvetina. narod.ru. Что, когда, почему? (2 раздел)
http://www.xliby.ru
http://www.kostyor.ru
http://potomy.ru
http://class-fizika.narod.ru
Приложение 1.
Памятка по использованию электричества.
НЕ тяните вилку из розетки за провод;НЕ беритесь за провода электрических приборов мокрыми руками;
НЕ пользуйтесь неисправными электроприборами ;
НЕ включайте все электроприборы одновременно; НЕ влезайте на опоры линий электропередач, на крыши строений рядом с ними, не играйте под проводами;
НЕ прикасайтесь к провисшим и оборванным проводам, не бросайте ничего на линии электропередач;
НЕ лезьте и даже не подходите к трансформаторной будке.
Приложение II. Строение атомов.
Приложение III. Источники энергии.
Атомная электростанция. Гидроэлектростанция.
Тепловая электростанция. Ветряная электростанция.
Приложение IV. Альтернативные источники энергии.
Обеспечение удаленного от цивилизации дома минимально необходимым объемом электроэнергии с помощью солнечных панелей и ветрогенератора.
Схема, иллюстрирующая питание домашних электроприборов от аккумуляторов, заряжаемых ветрогенератором и солнечными панелями.
Приложение V. Интересные факты про электричество.
Птицы сидят на высоковольтных проводах и, что называется, в ус не дуют, в то время, как человек, взявшийся за оголённый провод, рискует получить страшные ожоги и погибнуть. Причина в том, что птица касается только одного провода, с которым у неё образуется напряжение единого значения, и не касается земли. Но стоит ей дотронуться до соседнего провода, металлических частей на опоре ЛЭП или земли она сгорит в мгновение ока.
Любопытный факт из мира животных – пчелы во время полета накапливают положительный заряд электричества, а у цветов он отрицательный. Поэтому пыльца с цветов сама перелетает на тело пчел.