1-й семестр
ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ ЯВИЩА
2. Електричний струм
Урок 29/35
Тема. Різні види самостійного розряду
Мета уроку: ознайомити учнів із видами самостійного розряду та їх технічним застосуванням.
Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.
План уроку
Контроль знань | 5 хв. | 1. Що таке газовий розряд? 2. Який розряд у газах називають несамостійним? 3. Який розряд у газах називають самостійним? 4. Поясніть іонізацію електронним ударом |
Демонстрації | 8 | 1. Іскровий розряд. 2. Коронний розряд. 3. Електрична дуга. 4. Тліючий розряд |
Вивчення нового матеріалу | 25 хв. | 1. Іскровий розряд. 2. Коронний розряд. 3. Дуговий розряд. 4. Тліючий розряд |
Закріплення вивченого матеріалу | 7 хв. | 1. Контрольні питання. 2. Навчаємося розв’язувати задачі |
ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ
1. Іскровий розряд
При дуже сильному електричному полі в повітрі виникають зигзагоподібні лінії, що дуже яскраво світяться. Це іскровий
Іскровий розряд у невеликих масштабах виникає, наприклад, у звичайних вимикачах, коли ми вимикаємо світло. А в гігантських масштабах – це блискавка. Головний її канал має діаметр від 10 до 25 см, а його довжина може досягати кількох кілометрів, причому сила струму в блискавці досягає декількох сотень тисяч ампер.
Блискавка переважно влучає в місця, що мають гарну провідність. Так, ріка, сира глина, болотисті місця уражаються блискавкою частіше, ніж сухий пісок чи кам’янистий грунт. Тому під час грози небезпечно знаходитися у воді чи на березі.
Крім того, блискавка часто уражає відокремлений предмет, що стоїть на узвишші. Тому в грозу не можна підходити до високих предметів і блискавковідводів і тим більше тулитися до них.
На застосуванні іскрового розряду засновані методи електроіскрової обробки металів. Потужні, потужнострумові розряди у водні були першими кроками на шляху до керованого термоядерного синтезу.
2. Коронний розряд
За атмосферного тиску в газах, що знаходяться в сильно неоднорідному електричному полі (поблизу вістря, біля проводів ліній електропередачі високої напруги і т. ін.), спостерігається коронний розряд.
У часи середньовіччя коронний розряд, що виникає на верхівках корабельних щогл, копій, алебард, називали вогнями святого Ельма.
Яка ж їхня природа?
Справа в тому, що у досить сильному полі іонізація електронним ударом відбувається вже за атмосферного тиску. Саме така ситуація виникає перед грозою чи під час грози. Але в міру віддалення від вістря поле швидко зменшується, тому далі від вістря електронна лавина не виникає.
Коронний розряд застосовують в електрофільтрах для очищення повітря. Іони, зіштовхуючись з часточками диму, заряджають їх, після чого заряджені частинки притягуються до електродів й осідають на них.
3. Дуговий розряд
Якщо вугільними електродами, до яких прикладена напруга в кілька десятків вольтів, доторкнутися один до одного, то в колі виникне великий струм. При цьому в місці контакту електродів (де опір максимальний) електроди нагріваються настільки, що з катода починають вилітати електрони. Це явище називають термоелектронною емісією.
Завдяки термоелектронній емісії струм у повітрі не припиняється, і після роз’єднання електродів виникає самостійний розряд. Його називають дуговим розрядом.
Температура при дуговому розряді досягає 6000 °С (така температура на поверхні Сонця).
Дуговий розряд був відкритий 1802 р. російським фізиком В. В. Петровим.
Дуговий розряд використовують для електрозварювання металів. Значний внесок у розробку методів електрозварювання зробили українські вчені під керівництвом академіка А. Е. Патона – організатора й першого директора Інституту електрозварювання в Києві.
1876 р. російський інженер П. Н. Яблочков уперше застосував електричну дугу для освітлення. Дуговий розряд також використовують у прожекторах, проекційних апаратах і в маяках. У металургії широко застосовують дугові електропечі, джерелом теплоти в яких є дуговий розряд. У таких печах виплавляють сталь, чавун, бронзу й інші метали.
4. Тліючий розряд
За низького тиску (близько декількох паскалей) виникає розряд, що називається тліючим.
При зменшенні тиску газу відстань, яку пролітає електрон між послідовними зіткненнями, збільшується. Завдяки цьому навіть невелике поле встигає розігнати електрони між зіткненнями, так що електрони одержують енергію, достатню для іонізації атомів і молекул газу.
Тліючий заряд використовують у люмінесцентних лампах і газонаповнених рекламних трубках.
Питання до учнів у ході викладу нового матеріалу
– Чому розрідження газу поліпшує його провідність? Чи за будь-яких умов це справедливо?
– Чому при менших густинах повітря електричний розряд відбувається при більш низьких напругах?
– Як потрібно змінити тиск газу, щоб тліючий розряд починався за меншої напруги?
– Наведіть приклади використання різних видів самостійного розряду.
ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ
1). Якісні питання
1. Якої шкоди завдають іскри й електрична дуга ножам рубильників, контактам вимикачів, струмозйомникам трамваїв, тролейбусів та електропоїздів?
2. Чому в альпіністів існує таке правило: під час ночівлі високо в горах усі металеві предмети потрібно класти подалі від табору?
3. Як зміниться дуговий розряд, якщо сильно остудити анод? Катод?
4. Про які фізичні явища йдеться в загадці: “Блисне, мигне, когось покличе”?
2). Навчаємося розв’язувати задачі
1. Чому збільшення діаметра проводу у високовольтних лініях передач електроенергії призводить до зменшення втрат на коронний розряд?
2. Що відбудеться з палаючою електричною дугою, якщо сильно остудити негативний електрод? Позитивний?
3. Який фізичний зміст прислів’їв?
А) У грозу парасолька не захист.
Б) Блискавка вдаряє у високе дерево.
В) Від грози у воді не сховаєшся.
Г) Гроза застала в полі – сідай на землю.
4. Напруга 40-50 В підтримує дуговий розряд у газовому проміжку. Іскровий розряд у тому самому проміжку вимагає напруги в кілька тисяч вольт. Поясніть цей факт.
Що ми дізналися на уроці
– Види самостійного розряду: іскровий, коронний, дуговий, тліючий.
– На застосуванні іскрового розряду засновані методи електроіскрової обробки металів. Потужні, потужнострумові розряди у водні служили першими кроками на шляху до керованого термоядерного синтезу.
– Коронний розряд використовують в електрофільтрах для очищення повітря.
– Дуговий розряд використовують для електрозварювання, освітлення, плавлення металів.
– Тліючий розряд використовують для освітлення й реклами.
Домашнє завдання
1. Підр.: § 22.
2. Зб.: № 11.13; 11.14; 11.30; 11.31.
(1 votes, average: 5,00 out of 5)