Опыты с электрофорной машиной 8 класс
Электрофорная машина
Мы покажем вам сейчас так называемую электрофорную машину, которая позволяет осуществлять разделение зарядов противоположного знака, положительных и отрицательных, и накапливать эти заряды.
Основные части электрофорной машины таковы. Это, прежде всего, два диска из изолирующего материала (это может быть стекло или оргстекло), на которые наклеены проводящие станиолевые полоски. При работе электрофорной машины диски вращаются в противоположных направлениях, а станиолевые полоски касаются щеток. И благодаря трению о щетки полоски электризуются.
Допустим, к передней вилочке приближаются с обеих сторон полоски, заряженные отрицательно, а к задней вилочке при этом приближаются с обеих сторон полоски, заряженные положительно. На вилочках имеются также щетки, которые, правда, не касаются дисков, и благодаря явлению электростатической индукции, через влияние наводится заряд на этих щеточках. И этот заряд скапливается на так называемых лейденских банках. На одной банке скапливается положительный заряд, а на другой банке сосредотачивается отрицательный заряд.
К банкам подсоединены кондукторы, заканчивающиеся шариками, и мы сейчас разведем эти кондукторы, установим их на расстоянии примерно 1 см и приведем во вращение диски.
При напряжении порядка 30 000 В между кондукторами проскакивает искра. Увеличим расстояние между кондукторами до 4-5 см. Теперь искра проскакивает между кондукторами при напряжении порядка 100 000 В.
При проскакивании искры лейденские банки разряжаются, а затем подзарядка, если вращаются диски, вновь осуществляется указанным выше образом.
Опыты с электрофорной машиной 8 класс
ЭЛЕКТРИЗАЦИЯ ЦВЕТКА
Опыт 1
На стол с ножками из изолятора поставьте цветок в горшке (в качестве стола может служить доска.
положенная на четыре стеклянных стакана). Соедините проволокой один полюс электрофорной машины с цветком и приведите ее в действие. Цветок заряжается.
Поднесите к нему металлический стержень. При этом наблюдается проскакивание искры, что особенно хорошо видно в темноте.
А если поднести к цветку неоновую лампочку, то она вспыхивает!
Если же лампочку держать в соприкосновении с цветком, то лампочка горит непрерывно.
Опыт 2
Можно провести электризацию двух цветков разными зарядами.
Для этого горшки с цветами устанавливают на отдельные изолированные столики и соединяют с разными полюсами электрофорной машины.
Затем между цветками вносят газоразрядную трубку, и она начинает светиться!
ЭЛЕКТРИЗАЦИЯ ЧЕЛОВЕКА
Опыт 1
Прежде всего человека нужно изолировать от земли. Для этого он встает на подставку с ножками из изолятора и берется рукой за один из полюсов электрофорной машины.
Расстояние между полюсами электрофорной машины должно быть не более 15 мм.
Приведите в действие машину и зарядите человека.
Если поднести палец к любому участку тела наэлектризованного человека, то это вызывает появление электрических искр. Они безопасны, но пугают своей неожиданностью! Однако не следует шутить с глазами!
Можно взять за цоколь неоновую лампочку и подносить к различным участкам тела заряженного человека. Она будет светиться!
Подобные опыты протекают лучше в затемненной комнате.
Человек встает на подставку с ножками из изолятора. В одну руку берет султан, а другой держится за полюс электрофорной машины. В этом опыте расстояние между полюсами может быть больше 15 мм, но никто не должен касаться заряжаемого ученика. При зарядке ученика листочки султана расходятся во все стороны.
После демонстрации заряжаемый человек убирает руку с полюса машины и встает на пол. При этом листочки султана опадают.
Заряжаемый человек встает на подставку с ножками из изолятора. Одной рукой берется за полюс электрофорной машины, в другой держит баллон лампы дневного света (расстояние между полюсами в этом случае должно быть в пределах 15—20 мм).
Приведите в действие машину, в баллоне лампы будут наблюдаться вспышки.
Если лампочку поднести к столу, водопроводной или отопительной трубе, то в ней будут наблюдаться более яркие вспышки.
Почему?
Яркие вспышки в баллоне лампы дневного света, когда ее подносят к столу, трубе, объясняются уменьшением сопротивления цепи: электрофорная машина, человек, лампа, труба, земля.
Второй человек может коснуться баллона лампы, при этом в баллоне наблюдается также яркая вспышка.
При выполнении последнего опыта второму человеку следует взять в руку какой-либо небольшой металлический предмет (ключ, отвертку) и им касаться электрода лампы. В этом случае человек не будет чувствовать укола искры.
МОЛНИЯ НА СТОЛЕ
Три стакана хорошо просуши над огнем или возле печи поставь их на стол. Сверху на них положи металлический поднос или просто лист металла, тоже хорошо просушенный. Кусок плексигласа побольше (угольник, линейку) наэлектризуй сухой тряпкой и положи на поднос. Возьми чайную ложку и потянись ею к краю подноса. Щелк!
Что такое?
Ложечка ведь и коснуться подноса еще не успела.
Погаси свет и, когда глаза привыкнут к темноте, повтори этот опыт. Теперь ты увидишь «молнию» — яркую, беловато-синюю искру в полспички длиной! Значит, треск, который ты слышишь, это «гром»? Так и есть.
Во время грозы он обычно приходит с запозданием. Только если молния вспыхивает близко, над самой головой, гром гремит почти сразу. Дело в том, что свет от молнии распространяется очень быстро, почти мгновенно. А звук идет медленнее, примерно один километр за три секунды. Потому он и отстает. А в нашем опыте, конечно, свет и звук доходят оба в тот же миг.
Если протянуть к подносу не чайную ложечку, а просто руку, «молния» ударит в нее. Это безопасно, но чувствительно. Укол в палец заставит тебя отдернуть руку.
Источник: Ф. Рабиза «Опыты без приборов»; Л.А. Горев «Занимательные опыты по физике»; Л.Гальперштейн «Забавная физика»
Что такое электрофорная машина и как она работает?
Генератор Вимшурста или электрофорная машина — это индукционный электростатический прибор, созданный как непрерывный источник электрической энергии. В XXI веке используется как вспомогательная техника для демонстрации физических опытов, касающихся различных электрических эффектов и явлений.
Немного из истории изобретения
В 1865 г. физик-экспериментатор из Германии Август Теплер разработал итоговые чертежи электрофорной машины. Одновременно с этим было сделано второе независимое открытие подобного агрегата немецким ученым Вильгельмом Хольцем. Главным отличием прибора была возможность получать большую мощность и разность потенциалов. Хольц считается создателем источника постоянного электрического тока.
Простая начальная конструкция применения электрофорной машины в 1883 г. была усовершенствована Джеймсом Уимсхерстом из Англии. Его модификация используется во всех физических лабораториях для наглядной демонстрации опытов.
Конструкция электрофорной машины
2 соосных диска вращаются друг против друга, неся при этом простейшие конденсаторы из алюминиевых секторов. Благодаря случайным процессам в первичный момент на участке одного из сегмента образуется заряд. Вызывается явление процессом трения о воздух. Из-за симметричности конструкции нельзя заранее предсказать итоговый знак.
В конструкции используются 2 лейденовские банки. Они создают из последовательно включенных конденсаторов единую систему. Это влияет на двойное уменьшение требований к рабочему напряжению в каждой емкости. Следует подбирать одинаковые номиналы, это залог равномерного распределения рабочего напряжения.
Снять напряжение призваны индукционные нейтрализаторы. Вся конструкция напоминает металлический гребень, парящий на некотором расстоянии над диском. В точку съема заряда приходят оба диска с эквивалентными знаками внешней поверхности. Нейтрализаторы спарены. После осуществления разгрузки сильно снижается заряд сегментов. В дополнительных конструкциях щетка легко соприкасается с краем диска.
Оператор за счет силы электрического привода либо собственной рукой насильно сближает отталкивающиеся элементы системы. Взаимодействующие друг с другом заряды стараются расположиться как можно дальше. Процесс способствует резкому росту поверхностной плотности зарядов во всех точках съема.
Электричество собирается в лейденовских банках с гребней нейтрализаторов. Происходит быстрый рост напряжения. Избежать выхода из строя системы помогает разрядник, прикрепленный к 2 электродам. Возможно получение дуги различно силы при регулировании дистанции между ними. Существует взаимосвязь: чем сильнее напряженность поля между 2 разрядниками, тем более шумный эффект сопровождает процесс опустошения банок Лейдена.
Сегменты остаются опустошенными после точки съема заряда. По течению движения устанавливаются уравнители потенциала или нейтрализаторы по принципу действия. Каждая противоположная сторона диска уже отдала заряд у различных щеток. В момент прохождения точки съема и после нее остаточные знаки заряда являются различными.
Отрезок толстой проволоки из меди с щетками из тончайших проволочек, парящих на небольшой высоте или трущих сегменты, способствует замыканию указанных противоположностей. Результат — заряды на обоих сегментах приравниваются к нулю, вся энергия превращается согласно закону Джоуля-Ленца в тепло, образующееся на утолщенной медной жиле.
Что такое банки Лейдена
Первым электрическим конденсатором, созданным учеными из Голландии Питером ван Мушенбруком, была лейденская банка. Изобретенный конденсатор имеет форму цилиндра с широким или средним горлом разного диаметра. Лейденскую банку делают из стекла. Изнутри и снаружи она оклеена специальным листовым оловом. Прикрывается изделие деревянной крышкой. Главной функцией изобретения является накопление и хранение больших зарядов.
Стимулировало создание такой банки широкое изучение электричества, общей скорости его распространения, а также свойств проводимости электроэнергии различных материалов. Благодаря ей получилось впервые добыть электрическую искру искусственным путем. Сейчас банки Лейдена применяются только как неотъемлемая часть электрофорных машин.
Каков принцип работы электрофорной машины
Из силы оператора берется энергия для смены знаков. Уже между уравнителями и щетками диски двигаются со взаимным отталкиванием навстречу друг другу. Свою роль играет количество оборотов в минуту. Повышена плотность заряда. Сильнейший заряд противолежащих дисков выталкивает остатки через отрезки медной проволоки. Из этого вытекает энергия, достаточная для смены знака.
Электрические явления
Техника безопасности
Введение
В своей работе по теме «Электрические явления» я проведу и объясню три эксперимента, описанные в учебнике Перышкина А.В. Физика. 8 класс (рис. 57, рис. 43, рис. 33).
Цель работы: расширение кругозора, повышение эрудиции, развитие интереса к экспериментальной физике, умений демонстрировать и объяснять опыты, научиться работать самостоятельно.
Опыт № 1. Магнитное действие тока
Цель опыта: доказать что вокруг катушки с током имеется магнитное поле.
Приборы и материалы: полосовой магнит, катушка на гибких проводах, штатив, источник тока, ключ, три провода.
Закреплю катушку на гибких проводах в штативе. Концы обмотки присоединю к полюсам источника тока через ключ. Замкну ключ и поднесу к катушке полосовой магнит, она будет притягиваться или отталкиваться от магнита.
Вывод из опыта № 1: вокруг катушки с током имеется магнитное поле, она как магнитная стрелка имеет два полюса – северный и южный. Магнитное поле можно обнаружить при помощи постоянного полосового магнита. Магнитное действие тока наблюдается всегда, какой бы проводник тока ни был – твердый, жидкий или газообразный.
Явление взаимодействия катушки с током и магнита используют в устройстве прибора, называемого гальванометром.
Опыт № 2. Султаны
Цель работы: научиться работать с электрофорной машиной, доказать, что одноименно заряженные тела отталкиваются друг от друга, а разноименные – притягиваются. Тела электризуются при трении.
Приборы и материалы: электрофорная машина, два самодельных султана, 2 провода, изолирующая указка.
Два султана соединю длинными проводами с разными индукторами электрофорной машины. Один султан зарядится положительно, другой отрицательно. По легким бумажкам видно, что одноименные заряды отталкиваются. Указкой буду сближать султаны. Между собой они будут притягиваться, т. к. заряжены разными знаками.
Вывод: тела, имеющие электрические заряды одинакового знака, взаимно отталкиваются, а тела, имеющие заряды противоположного знака, взаимно притягиваются. Электризация тел происходит при их соприкосновении.
На явлении электризации тел при соприкосновении основан принцип работы ксероксов.
Способов получения главного коммунального ресурса, — электричества, становится все больше. Уже никого не удивишь его геотермальными электростанциями и ветрогенераторами и солнечными батареями. Самый новый способ до недавнего времени был только в мечтах. Российские ученые придумали, как грамотно использовать перспективы эбонитовой палочки в народном хозяйстве, разработав преобразователь, который позволит применить статическое электричество для выработки электроэнергии в промышленных масштабах.
Что такое электростатика, все знают на собственном опыте. В сухом помещении разряды электричества иногда очень досаждают. Как побороть этот эффект, известно. А вот как извлечь из него пользу, до недавнего времени сказать никто не мог. Выход нашли в НИИ электрификации сельского хозяйства.
Методом проб и ошибок с помощью новейшей электроники нашим ученым удалось сконструировать преобразователь в лабораторных условиях. Работы российского изобретения можно показать так. Для создания статического поля используется люстра Чижевского. Затем через специальный съемник энергия подается на преобразователь. В нем электростатика превращается в постоянный ток.
Из 60 киловольт статического электричества здесь удается получить 90 Вольт постоянного тока. На практике можно снять напряжение намного выше. Достаточно разместить токосъемники в таких уголках планеты, где воздух сильно заряжен. Например, на южном полюсе с его сухим климатом или в горах, где собирать энергию из воздуха не менее перспективно, чем в Антарктиде.
В горах ветер гонит облака. С одной стороны, можно ставить ветрогенераторы, с другой стороны — токоприемники, которые будут собирать статическое электричество и преобразовывать его в ток.
Опыт № 3. Термоэлемент
Цель работы: проверить работу источника тока, который называется термоэлементом.
Приборы и материалы: две проволоки изготовленные из разных металлов и спаянные в одном месте (термоэлемент), штатив, спиртовка, микроамперметр, провода.
Клеммы термоэлемента соединю проводами с микроамперметром. Поднесу спиртовку к одному спаю. Показания микроамперметра начинают увеличиваться. Поднесу спиртовку к другому спаю – показания микроамперметра начинают уменьшаться. Значит, один конец является положительным полюсом, а другой – отрицательным.
Вывод: если две проволоки, изготовленные из разных металлов, спаять, а затем нагреть место спая, то в проволоках возникнет электрический ток. Такой источник тока называется термоэлементом, в нем внутренняя энергия нагревателя превращается в электрическую.
В 1830 году итальянские ученые Л. Нобиле и М. Мелони создали батарею из 32 миниатюрных термопар. Она заставляла отклоняться стрелку гальванометра под действием теплового излучения человека, стоящего на расстоянии десять метров от устройства. Такой прибор мог бы стать элементом системы охранной сигнализации, но новинка тогда внимания почти не привлекла. В 1869 году английский астроном лорд Росс при помощи термопары приступил к измерению температуры различных участков поверхности Юпитера. Он сконцентрировал тепловое излучение планеты на термопаре при помощи телескопа. Чувствительность его прибора значительно превышала тепловую чувствительность гремучей змеи! А всего через полвека изобретатели начали задумываться над применением термоэлемента в военных целях. В 1910 году появились патенты по созданию на его основе приборов, регистрирующих излучение людей, самолетов и кораблей. Предлагалось даже использовать термопары для самонаведения авиаторпед. Первыми, по-видимому, применили термоэлементы в военных целях немцы, создав в 1914 году в Остенде на берегу Северного моря первые теплопеленгаторы. Они обнаруживали английские корабли по тепловому излучению в темноте и в тумане на расстоянии более 10 км. А в начале 70-х годов в СССР была создана ракета «Стрела», самонаводящаяся на вертолеты по их тепловому излучению. Применялись подобные ракеты во вьетнамской войне. Сверхчувствительные термоэлементы применяются, конечно, не только в военной технике.
Опыты с электрофорной машиной 8 класс
ЭЛЕКТРИЗАЦИЯ ЦВЕТКА
Опыт 1
На стол с ножками из изолятора поставьте цветок в горшке (в качестве стола может служить доска.
положенная на четыре стеклянных стакана). Соедините проволокой один полюс электрофорной машины с цветком и приведите ее в действие. Цветок заряжается.
Поднесите к нему металлический стержень. При этом наблюдается проскакивание искры, что особенно хорошо видно в темноте.
А если поднести к цветку неоновую лампочку, то она вспыхивает!
Если же лампочку держать в соприкосновении с цветком, то лампочка горит непрерывно.
Опыт 2
Можно провести электризацию двух цветков разными зарядами.
Для этого горшки с цветами устанавливают на отдельные изолированные столики и соединяют с разными полюсами электрофорной машины.
Затем между цветками вносят газоразрядную трубку, и она начинает светиться!
ЭЛЕКТРИЗАЦИЯ ЧЕЛОВЕКА
Опыт 1
Прежде всего человека нужно изолировать от земли. Для этого он встает на подставку с ножками из изолятора и берется рукой за один из полюсов электрофорной машины.
Расстояние между полюсами электрофорной машины должно быть не более 15 мм.
Приведите в действие машину и зарядите человека.
Если поднести палец к любому участку тела наэлектризованного человека, то это вызывает появление электрических искр. Они безопасны, но пугают своей неожиданностью! Однако не следует шутить с глазами!
Можно взять за цоколь неоновую лампочку и подносить к различным участкам тела заряженного человека. Она будет светиться!
Подобные опыты протекают лучше в затемненной комнате.
Человек встает на подставку с ножками из изолятора. В одну руку берет султан, а другой держится за полюс электрофорной машины. В этом опыте расстояние между полюсами может быть больше 15 мм, но никто не должен касаться заряжаемого ученика. При зарядке ученика листочки султана расходятся во все стороны.
После демонстрации заряжаемый человек убирает руку с полюса машины и встает на пол. При этом листочки султана опадают.
Заряжаемый человек встает на подставку с ножками из изолятора. Одной рукой берется за полюс электрофорной машины, в другой держит баллон лампы дневного света (расстояние между полюсами в этом случае должно быть в пределах 15—20 мм).
Приведите в действие машину, в баллоне лампы будут наблюдаться вспышки.
Если лампочку поднести к столу, водопроводной или отопительной трубе, то в ней будут наблюдаться более яркие вспышки.
Почему?
Яркие вспышки в баллоне лампы дневного света, когда ее подносят к столу, трубе, объясняются уменьшением сопротивления цепи: электрофорная машина, человек, лампа, труба, земля.
Второй человек может коснуться баллона лампы, при этом в баллоне наблюдается также яркая вспышка.
При выполнении последнего опыта второму человеку следует взять в руку какой-либо небольшой металлический предмет (ключ, отвертку) и им касаться электрода лампы. В этом случае человек не будет чувствовать укола искры.
МОЛНИЯ НА СТОЛЕ
Три стакана хорошо просуши над огнем или возле печи поставь их на стол. Сверху на них положи металлический поднос или просто лист металла, тоже хорошо просушенный. Кусок плексигласа побольше (угольник, линейку) наэлектризуй сухой тряпкой и положи на поднос. Возьми чайную ложку и потянись ею к краю подноса. Щелк!
Что такое?
Ложечка ведь и коснуться подноса еще не успела.
Погаси свет и, когда глаза привыкнут к темноте, повтори этот опыт. Теперь ты увидишь «молнию» — яркую, беловато-синюю искру в полспички длиной! Значит, треск, который ты слышишь, это «гром»? Так и есть.
Во время грозы он обычно приходит с запозданием. Только если молния вспыхивает близко, над самой головой, гром гремит почти сразу. Дело в том, что свет от молнии распространяется очень быстро, почти мгновенно. А звук идет медленнее, примерно один километр за три секунды. Потому он и отстает. А в нашем опыте, конечно, свет и звук доходят оба в тот же миг.
Если протянуть к подносу не чайную ложечку, а просто руку, «молния» ударит в нее. Это безопасно, но чувствительно. Укол в палец заставит тебя отдернуть руку.
Источник: Ф. Рабиза «Опыты без приборов»; Л.А. Горев «Занимательные опыты по физике»; Л.Гальперштейн «Забавная физика»