Spôsoby elektrifikácie tiel. Čo je to elektrifikácia telies a ako k nej dochádza Aké metódy elektrifikácie poznáte

fyzika! Aká kapacita slov!
Fyzika pre nás nie je len zvuk!
Fyzika – podpora a základ
Všetky vedy bez výnimky!

• vysvetliť žiakom mechanizmus elektrifikácie telies,
• rozvíjať výskumné a tvorivé schopnosti,
• vytvárať podmienky pre zvýšenie záujmu o študovaný materiál,
• pomôcť žiakom pochopiť praktický význam, užitočnosť získaných vedomostí a zručností.

Vybavenie:

• elektroforový stroj,
• elektromer,
• sultáni,
• ebonitové a sklenené tyčinky,
• hodvábne a vlnené tkaniny,
• elektroskop,
• spojovacie drôty, destilovaná voda, parafínové guľôčky,
• hliníkové a papierové valce, hodvábne nite (farbené a nefarbené).

Na stole: Vodiče, izolátory, živicové a sklenené náplne.

POČAS VYUČOVANIA

1. Úvodný prejav učiteľa

AT Každodenný životčlovek pozoruje obrovské množstvo javov a možno oveľa väčší počet javov zostáva nepovšimnutý.

Existencia týchto javov „tlačí“ človeka k tomu, aby ich hľadal, objavoval a vysvetľoval. Takýto jav ako pád tiel na zem u človeka nespôsobuje žiadne prekvapenie. Treba si však uvedomiť, že zem a dané telo sa vzájomne ovplyvňujú bez toho, aby sa navzájom dotýkali. Navzájom na seba pôsobia najznámejším dejom – gravitačnou príťažlivosťou (gravitačné polia). Sme zvyknutí, že telesá na seba pôsobia väčšinou priamo. Existujú aj také javy, ktoré poznali starí Gréci, ktoré zakaždým vzbudzujú záujem u detí a dospelých. Ide o elektrické javy.

Príklady elektrických interakcií sú veľmi rôznorodé a z detstva nám nie sú také známe ako napríklad príťažlivosť Zeme. Tento záujem sa vysvetľuje aj tým, že tu máme veľké možnosti na vytváranie a zmenu experimentálnych podmienok, pričom si vystačíme s jednoduchým vybavením.

Sledujme priebeh odhaľovania a štúdia niektorých javov.

2. Odkaz na históriu(správy študentov)

Grécky filozof Thales z Milétu, ktorý žil v rokoch 624-547. BC, zistil, že jantár, nosený na kožušine, získava vlastnosť priťahovania malých predmetov - chmýří, slamiek atď. Neskôr sa tento jav nazval elektrifikácia.

V roku 1680 nemecký vedec Oto von Guericke zostrojil prvý elektrický stroj a objavil existenciu elektrických síl odpudzovania a príťažlivosti.

Prvým vedcom, ktorý rozumne obhajoval názor na existenciu dvoch typov nábojov, bol Francúz Charles Dufay (1698–1739). Elektrinu, ktorá sa objavuje pri trení živice, Dufay nazval živicou a elektrinu, ktorá sa objavuje pri trení skla – sklo. V modernej terminológii „dechtová“ elektrina zodpovedá záporným nábojom a „sklenená“ elektrina kladným nábojom. Najpresvedčivejším odporcom teórie o existencii dvoch typov nábojov bol slávny Američan Benjamin Franklin (1706 - 1790). Prvýkrát predstavil koncept kladných a záporných nábojov. Prítomnosť týchto nábojov v telách vysvetlil nadbytkom alebo nedostatkom v telách nejakej bežnej elektrickej hmoty. Táto špeciálna hmota, neskôr nazývaná „Franklinova tekutina“, mala podľa neho pozitívny náboj. Telo teda pri elektrizácii buď získava alebo stráca kladné náboje. Nie je ťažké uhádnuť, že Franklin si pomýlil kladné náboje so zápornými a telesá si vymieňajú elektróny (ktoré nesú záporný náboj). Z veľkej časti kvôli tejto skutočnosti bol smer pohybu kladného náboja následne zamenený za smer prúdu v kovoch.

Angličan Robert Simmer (1707 - 1763) upozornil na nezvyčajné správanie svojich vlnených a hodvábnych pančúch. Mal na sebe dva páry pančúch: čierne vlnené pre teplo a biele hodvábne pre krásu. Keď si stiahol obe pančuchy naraz a stiahol jednu od druhej, sledoval, ako obe pančuchy napučiavajú, nadobúdajú tvar nohy a navzájom sa priťahujú. Pančuchy rovnakej farby však odpudzovali, zatiaľ čo pančuchy rôznych farieb lákali. Na základe svojich pozorovaní sa Simmer stal horlivým vyznávačom teórie dvoch nábojov, čím si vyslúžil prezývku „nabúchaný filozof“.

Rozprávanie moderný jazyk jeho hodvábne pančuchy mali negatívny náboj a jeho vlnené pančuchy mali pozitívny náboj.

3. Fenomén elektrizácie telies

učiteľ: Aké telo sa nazýva nabité?

študent: Ak telo môže priťahovať alebo odpudzovať iné telesá, potom má elektrický náboj. Takéto telo je vraj nabité. Náboj je vlastnosťou telies, je to schopnosť elektromagnetickej interakcie.

(Ukážka pôsobenia nabitého telesa).

učiteľ:Čo je elektroskop?

študent: Zariadenie, ktoré umožňuje zistiť prítomnosť náboja v tele a vyhodnotiť ho, sa nazýva elektroskop.

učiteľ: Ako funguje elektroskop?

študent: Hlavnou časťou elektroskopu je vodivá izolovaná tyč, na ktorej je upevnená šípka, ktorá sa môže voľne otáčať. Keď sa objaví náboj, šípka a tyč sú nabité nábojmi rovnakého znamienka, a preto pri odpudzovaní vytvárajú uhol vychýlenia, ktorého hodnota je úmerná prijatému náboju.

(Ukážka činnosti zariadenia).

učiteľ: K elektrifikácii telies môže dôjsť v rôznych prípadoch, t.j. Existujú rôzne spôsoby elektrifikácie telies:

• trenie
• fúkať,
• kontakt
• vplyv,
• pod vplyvom svetelnej energie.

Uvažujme o niektorých z nich.

Študent: Ak trením ebonitovú tyčinku o vlnu, potom ebonit dostane záporný náboj a vlna kladný náboj. Prítomnosť týchto nábojov sa zisťuje pomocou elektroskopu. Za týmto účelom sa dotknite tyče elektroskopu ebonitovou tyčinkou alebo vlnenou handrou. V tomto prípade časť náboja skúšobného telesa prechádza na tyč. Mimochodom, v tomto prípade dochádza ku krátkodobému elektrickému prúdu. Uvažujme o interakcii dvoch papierových škrupín zavesených na nite, z ktorých jedna je nabitá z ebonitovej tyčinky a druhá z vlnenej látky. Všimnite si, že sa navzájom priťahujú. To znamená, že telesá s opačným nábojom sa navzájom priťahujú. Nie každá látka dokáže prenášať elektrický náboj. Látky, cez ktoré sa náboje prenášajú, sa nazývajú vodiče a látky, cez ktoré sa nábojy prenášať nemôžu, sa nazývajú nevodiče – dielektriká (izolanty). To sa dá zistiť aj pomocou elektroskopu, spojením s nabitým telesom, látkami rôzneho druhu.

Biela hodvábna niť nevedie náboj, ale farbená hodvábna niť áno. (obr. A)

Biela hodvábna niť Farbená hodvábna niť

Oddelenie nábojov a objavenie sa dvojitej elektrickej vrstvy v miestach ich dotyku, dvoch rôznych telies, izolantov alebo vodičov, pevných látok, kvapalín alebo plynov. Pri popise elektrifikácie trením sme na experiment vždy brali len dobré izolanty – jantár, sklo, hodváb, ebonit. prečo? Pretože v izolantoch náboj zostáva na mieste, kde vznikol a nemôže prejsť celým povrchom tela k iným telesám, ktoré sú s ním v kontakte. Experiment zlyhá, ak sú obe trecie telesá kovové s izolovanými rukoväťami, pretože ich nemôžeme od seba oddeliť naraz po celej ploche.

Kvôli nevyhnutnej drsnosti povrchu telies v momente oddelenia vždy zostávajú nejaké posledné dotykové body - „mostíky“, cez ktoré na poslednú chvíľu uniknú všetky prebytočné elektróny a oba kovy sa ukážu ako nenabité.

Učiteľ: Teraz zvážte elektrifikáciu kontaktom.

Žiak: Ak ponoríme parafínovú guľu do destilovanej vody a potom ju z vody vyberieme, nabije sa parafín aj voda. (obr.B)

Elektrifikácia vody a parafínu prebehla bez akéhokoľvek trenia. prečo? Ukazuje sa, že pri elektrizovaní trením len zväčšujeme kontaktnú plochu a zmenšujeme vzdialenosť medzi atómami trecích telies. V prípade voda - parafín akákoľvek drsnosť nenarúša zbiehavosť ich atómov.

To znamená, že trenie nie je predpokladom elektrizácie telies. Existuje ďalší dôvod, prečo v týchto prípadoch dochádza k elektrifikácii.

Študent: Práca elektrofórového stroja je založená na elektrifikácii tela vplyvom. Elektrifikované teleso môže interagovať s akýmkoľvek elektricky neutrálnym vodičom. Keď sa tieto telesá k sebe priblížia, vplyvom elektrického poľa nabitého telesa dochádza v druhom tele k redistribúcii nábojov. Bližšie k nabitému telu sú náboje opačného znamienka ako nabité telo. Ďalej od nabitého telesa vo vodiči (objímka alebo valec) sú náboje rovnakého mena s nabitým telesom.

Pretože vzdialenosť kladného a záporného náboja vo valci od lopty je odlišná, príťažlivé sily prevládajú a valec sa odchyľuje smerom k elektrifikovanému telesu. Ak sa ruka dotkne vzdialenejšej strany tela od nabitej lopty, telo skočí na nabitú loptu. Je to spôsobené tým, že v tomto prípade elektróny skáču do ruky, čím sa znižujú odpudivé sily. Ryža. D.

Učiteľ: Ako dlho bude táto situácia trvať? (obr.D)

Študent: Po niekoľkých sekundách sa náboje rozdelia a valec sa odlepí od gule. Ich charakter bude v budúcnosti závisieť od hodnoty súčtu ich poplatkov. Ak je ich súčet nula, potom sú ich interakčné sily nulové. Ak Fp< 0, то они оттолкнутся друг от друга, но на меньший угол .

Učiteľ: Uvažujme o elektrifikácii telies pôsobením svetelnej energie (fotoelektrický efekt).

študent: Nasmerujeme silný svetelný lúč na zinkový kotúč (platničku) pripevnený k elektromeru. Pôsobením svetelnej energie vyletí z platne určitý počet elektrónov. Samotná doska je kladne nabitá. Veľkosť tohto náboja sa dá posúdiť podľa uhla vychýlenia ihly elektromera. (obr. E)

Učiteľ: Videli sme, že so zmenšením vzdialenosti medzi atómami sa jav elektrifikácie vyskytuje efektívnejšie. prečo?

Študent: Pretože to zvyšuje Coulombove príťažlivé sily medzi jadrom atómu a elektrónom susedného atómu.

Elektrón, ktorý preskočí, je ten, ktorý je slabo viazaný na jeho jadro.

Učiteľ: Zvážte, ako sú chemické prvky usporiadané v periodickej tabuľke chemických prvkov.

Študent: Existuje asi 500 foriem periodickej tabuľky chemických prvkov. Z toho v jednom 18-článkovom článku sú prvky usporiadané podľa štruktúry elektrónových obalov ich atómov a sú uvedené v referenčnej knihe o všeobecnej a anorganickej chémii od N. F. Stasa.

Vlastnosti a charakteristiky atómov, vrátane elektronegativity a valencie prvkov, sú v súlade s periodickým zákonom.

Polomery atómov a iónov sa v periódach zmenšujú, pretože elektrónový obal atómu alebo iónu každého nasledujúceho prvku v období v porovnaní s predchádzajúcim sa stáva hustejším v dôsledku zvýšenia náboja jadra a zvýšenia príťažlivosti elektrónov k jadru.

Polomery v skupinách sa zväčšujú, pretože atóm (ión) každého prvku sa líši od rodiča vzhľadom na novú elektrónovú vrstvu. Keď sa atóm premení na katión (kladný ión), polomery atómov sa prudko zmenšia a keď sa atóm premení na anión (záporný ión), polomery atómov sa takmer nemenia.

Energia vynaložená na oddelenie elektrónu od atómu a jeho premenu na kladný ión sa nazýva ionizácia. Napätie, pri ktorom dochádza k ionizácii, sa nazýva ionizačný potenciál.

Ionizačný potenciál – fyzikálna charakteristika, je indikátorom kovových vlastností prvku: čím je menší, tým sa elektrón ľahšie oddelí od atómu a tým výraznejšie sú kovové (redukčné) vlastnosti prvku.

Tabuľka 1. Ionizačné potenciály atómov (eV/atóm) prvkov druhej periódy

Učiteľ: Existuje niečo ako elektronegativita, ktorá hrá rozhodujúcu úlohu pri elektrifikácii tiel. Od toho závisí znamenie náboja prijatého prvkom počas elektrifikácie. Elektronegativita - čo to je?

študent: Elektronegativita je vlastnosť chemického prvku priťahovať elektróny z atómov iných prvkov k svojmu atómu, s ktorým prvok tvorí chemickú väzbu v zlúčeninách.

Elektronegativitu prvkov určili mnohí vedci: Pauling, Olred a Rochov. Dospeli k záveru, že elektronegativita prvkov v periódach rastie a v skupinách klesá, podobne ako ionizačné potenciály. Čím nižšia je hodnota ionizačného potenciálu, tým väčšia je pravdepodobnosť straty elektrónu a premena na kladný ión alebo kladne nabité teleso, ak je teleso homogénne.

Tabuľka 2. Relatívna elektronegativita (ER) prvkov prvej, druhej a tretej periódy.

učiteľ: Z toho všetkého môžeme vyvodiť nasledujúci záver: ak interagujú dva homogénne prvky z rovnakého obdobia, potom môžeme vopred povedať, ktorý z nich bude kladne nabitý a ktorý záporne.

Látka, ktorej atóm má vyššiu valenciu (väčšiu ako číslo skupiny) vo vzťahu k atómu inej látky, bude záporne nabitá a druhá látka bude kladná.

Ak homogénne látky z rovnakej skupiny interagujú, potom látka s nižšou periódou alebo sériovým číslom bude záporne nabitá a druhé interagujúce teleso bude nabité kladne.

učiteľ: V tejto lekcii sme sa pokúsili odhaliť mechanizmus elektrifikácie tiel. Zistili sme, z akého dôvodu telo po elektrifikácii dostane náboj jedného alebo druhého znamenia, t.j. odpovedal na hlavnú otázku - prečo? (ako napríklad sekcia mechaniky „Dynamika“ odpovedá na otázku: prečo?)

Teraz uvádzame kladné a záporné hodnoty elektrifikácie tiel.

študent: Statická elektrina môže byť Negatívny vplyv:

Príťažlivosť vlasov k hrebeňu;

Odpudzovanie vlasov od seba, ako nabitý oblak;

Prilepenie na oblečenie rôznych malých predmetov;

V tkáčskych závodoch lepenie nití na cievky, čo vedie k častým prestávkam.

Nahromadené náboje môžu spôsobiť elektrické výboje, ktoré môžu mať rôzne následky:

Blesky (vedú k požiarom);

Výboj v palivovom kamióne spôsobí výbuch;

Pri tankovaní horľavej zmesi môže akýkoľvek výboj viesť k výbuchu.

Ak chcete odstrániť statickú elektrinu, uzemnite všetky zariadenia a vybavenie a dokonca aj palivové vozidlo. Použite špeciálny antistatický prostriedok.

študent: Statická elektrina môže mať výhody:

Pri lakovaní malých dielov rozprašovačom sa lak a karoséria nabíjajú opačnými nábojmi, čo vedie k veľkej úspore laku;

AT liečebné účely použite statickú sprchu;

Elektrostatické filtre sa používajú na čistenie vzduchu od prachu, sadzí, kyslých a zásaditých výparov;

Na údenie rýb v špeciálnych elektromeroch (ryby sú nabité kladne a elektródy záporne, fajčenie v elektrickom poli je desaťkrát rýchlejšie).

Zhrnutie lekcie.

učiteľ: Pripomeňme si účel našej lekcie a urobme krátky záver.

• Čo bolo nové v lekcii?
• čo bolo zaujímavé?
• Čo bolo na lekcii dôležité?

Závery študentov:

1. Javy, pri ktorých telesá získavajú vlastnosti priťahovať iné telesá, sa nazývajú elektrifikácia.
2. Elektrifikácia môže nastať kontaktom, vplyvom, pri ožiarení svetlom.
3. Látky sú buď elektronegatívne alebo elektropozitívne.
4. Pri znalosti príslušnosti látok je možné predpovedať, aké náboje dostanú interagujúce telá.
5. Trenie len zväčšuje oblasť kontaktu.
6. Látky sú vodiče a nevodiče elektriny.
7. Izolátory akumulujú náboje tam, kde sa tvoria (v miestach kontaktu).
8. Vo vodičoch sú náboje rozložené rovnomerne po celom objeme.

Diskusia a hodnotenie účastníkov lekcie.

Literatúra.

1. G.S. Landsberg. Základná učebnica fyziky. T.2. - M., 1973.
2. N.F. Stas. Príručka všeobecnej a anorganickej chémie.
3. I.G. Kirillova. Kniha na čítanie vo fyzike. M., 1986.

Vstupenka 7. Elektrifikácia tel. Experimenty ilustrujúce fenomén elektrifikácie. Dva druhy elektrických nábojov. Interakcia poplatkov. Elektrické pole. Vysvetlenie elektrických javov. Vodiči a nevodiče elektriny.

Elektrifikované telo získava vlastnosť priťahovať malé predmety k sebe. Napríklad, ak potriete sklenenú tyčinku o list papiera a potom ju prenesiete na jemne nasekané kúsky papiera, začnú priťahovať.

O telese, ktoré má túto vlastnosť, sa hovorí elektrifikovaný alebo čo sa mu oznamuje nabíjačka.

Elektrifikácia Ide o fenomén získavania náboja telom.

Poplatky sú kladné a záporné. Ako náboje odpudzujú, na rozdiel od nábojov priťahujú.

Koncept kladných a záporných nábojov zaviedol v roku 1747 Franklin. Ebonitová tyčinka z elektrifikácie na vlne a kožušine je negatívne nabitá. Náboj vytvorený na sklenenej tyčinke potretej hodvábom nazval Franklin pozitívny.

Poplatok - fyzikálne množstvo, meranie vlastností nabitých telies na vzájomnú interakciu..
q - náboj
[q] = Cl

Druhy elektrifikácie:

1) elektrifikácia trením: ide o rozdielne telesá. Telesá získavajú rovnaký modul, ale rozdielne v znamienkovom náboji.

2) elektrifikácia kontaktom: keď sa nabité a nenabité teleso dostane do kontaktu, časť náboja prejde na nenabité teleso, to znamená, že obe telesá získajú rovnaký náboj v znamienku.

3) elektrifikácia vplyvom: pri elektrifikácii vplyvom môžete získať negatívny náboj na tele pomocou pozitívneho náboja a naopak.

Zariadenie na meranie množstva náboja je elektrometer. Zariadenie na zisťovanie prítomnosti náboja je elektroskop.

Interakciu elektrických nábojov skúmali anglickí fyzici Michael Faraday a James Maxwell. Ak umiestnite nabitý elektroskop pod zvon vzduchového čerpadla, listy elektroskopu sa stále odpudzujú. (Vzduch bol evakuovaný spod zvona.) V dôsledku toho sa zistilo, že každé nabité teleso je obklopené elektrickým poľom.

Elektrické pole je zvláštny druh hmoty, odlišný od hmoty. Elektrické pole je špeciálny druh hmoty, ktorá existuje okolo nabitých telies a odhaľuje sa interakciou s inými nabitými telesami.

Naše zmyslové orgány nevnímajú elektrické pole. Pole sa dá zistiť vďaka tomu, že pôsobí na každý náboj v ňom. To vysvetľuje interakciu elektrifikovaných telies.

Sila, ktorou elektrické pole pôsobí na elektrický náboj do neho vnesený, sa nazýva elektrická sila. Elektrické pole obklopujúce jeden z nábojov pôsobí určitou silou na iný náboj umiestnený v poli prvého náboja. Naopak, elektrické pole druhého náboja pôsobí na prvý.

vodičov sú telesá schopné viesť elektrický náboj. Patria sem všetky kovy, kvapaliny (roztoky solí a zásad).

Dielektrika sú látky, ktoré nevedú elektrický náboj. Patria sem: destilovaná voda, plast, guma, drevo, sklo, papier, betón, kamene atď.

1) Pri elektrizovaní telies je splnený zákon zachovania elektrického náboja. Algebraický súčet elektrických nábojov zostáva konštantný pre akékoľvek interakcie v uzavretom systéme, t.j. q1 + q2 + q3 + ... + qp = const, systém sa považuje za uzavretý, ak elektrické náboje nevstupujú alebo nevychádzajú zvonku. Ak neutrálne telo získa elektróny z iného tela, dostane záporný náboj. Preto je telo záporne nabité, ak má v porovnaní s normálnym počtom elektrónov prebytok. A ak neutrálne telo stratí elektróny, potom dostane kladný náboj. Preto má teleso kladný náboj, ak nemá dostatok elektrónov.

2) vysvetlenie elektrizácie trením: pri trení prechádzajú elektróny z jedného telesa na druhé. Tam, kde je viac elektrónov, sa telo nabíja negatívne, kde je ich menej - pozitívne.

3) V atómoch sú elektróny v rôznych vzdialenostiach od jadra, vzdialené elektróny sú k jadru priťahované slabšie ako blízke. Vzdialené elektróny sú obzvlášť slabo zadržiavané jadrami kovov. Preto v kovoch elektróny najďalej od jadra opúšťajú svoje miesto a voľne sa pohybujú medzi atómami. Tieto elektróny sa nazývajú voľné elektróny. Tie látky, v ktorých sú voľné elektróny, sú vodičmi.

4) V objímke sú voľné elektróny. Akonáhle je puzdro vložené do elektrického poľa, elektróny sa budú pohybovať pôsobením síl poľa. Ak je tyčinka kladne nabitá, elektróny pôjdu na koniec objímky, ktorý je bližšie k tyčinke. Tento koniec bude negatívne nabitý. Na opačnom konci objímky bude nedostatok elektrónov a tento koniec bude kladne nabitý. Záporne nabitý okraj škrupiny je bližšie k tyči, takže škrupina k nej bude priťahovaná. Keď sa objímka dotkne tyčinky, časť elektrónov z nej prejde do kladne nabitej tyčinky. Na rukáve bude kladný náboj).

5) Ak sa náboj prenesie z nabitej gule na nenabitú a veľkosti guľôčok sú rovnaké, potom sa náboj rozdelí na polovicu. Ak je však druhá nenabitá guľa väčšia ako prvá, pripadne na ňu viac ako polovica náboja. Čím väčšie je teleso, na ktoré sa náboj prenesie, tým väčšia časť náboja sa naň prenesie. Na tom je založené uzemnenie - prenos náboja do zeme. Zem veľký v porovnaní s telami na ňom. Preto pri kontakte so zemou jej nabité teleso dáva takmer celý svoj náboj a prakticky sa stáva elektricky neutrálnym.

elektrifikácia tel.

2. Elektrifikácia telies.

Tieto javy boli objavené v staroveku. Starovekí grécki vedci si všimli, že jantár (skamenená živica ihličnatých stromov, ktorá rástla na Zemi pred mnohými stovkami tisíc rokov), keď sa potrie vlnou, začne k sebe priťahovať rôzne telá. V gréčtine je jantár elektrón, preto názov „elektrina“.

O telese, ktoré po trení priťahuje k sebe iné telesá, sa hovorí, že je zelektrizované, alebo že mu bol odovzdaný elektrický náboj.

Telesá vyrobené z rôznych látok môžu byť elektrifikované. Je ľahké elektrifikovať palice z gumy, síry, ebonitu, plastu, nylonu trením vlny o vlnu.

K elektrifikácii telies dochádza, keď sa telesá dostanú do kontaktu a potom sa oddelia. Trením telies o seba iba na zväčšenie plochy ich kontaktu.

Na elektrifikácii sa vždy podieľajú dve telesá: pri vyššie diskutovaných experimentoch sa sklenená tyč dostala do kontaktu s listom papiera, kus jantáru - s kožušinou alebo vlnou, plexisklová tyč - s hodvábom. V tomto prípade sú obe telesá elektrifikované. Napríklad pri kontakte sklenenej tyčinky a kúska gumy dochádza k elektrizácii skla aj gumy. Guma, podobne ako sklo, začína priťahovať ľahké telá.

Elektrický náboj sa môže prenášať z jedného telesa na druhé. Aby ste to dosiahli, musíte sa dotknúť iného tela s elektrifikovaným telom a potom naň prejde časť elektrického náboja. Aby ste sa uistili, že aj druhé telo je elektrifikované, musíte k nemu priniesť malé papieriky a zistiť, či budú priťahované.

3. Dva druhy poplatkov. Interakcia nabitých telies.

Všetky elektrifikované telesá k sebe priťahujú iné telesá, napríklad kúsky papiera. Podľa príťažlivosti telies nie je možné rozlíšiť elektrický náboj sklenenej tyčinky natretej na hodváb od náboja prijatého na ebonitovej tyčinke, ktorá sa o ne trení. Veď obe elektrifikované palice priťahujú kúsky papiera.

Znamená to, že náboje získané na telesách z rôznych látok sa od seba nijako nelíšia?

Poďme k experimentom. Ebonitovú tyčinku zavesenú na nite elektrizujeme. Prinesme si k nemu ďalšiu podobnú palicu, zelektrizovanú trením o ten istý kus srsti. Palice odpudzujú Keďže palice sú rovnaké a elektrizujú ich trením o to isté telo, môžeme povedať, že mali náboje rovnakého druhu. To znamená, že telesá s nábojmi rovnakého druhu sa navzájom odpudzujú.

Teraz prinesme sklenenú tyčinku natretú na hodváb k elektrifikovanej ebonitovej tyčinke. Uvidíme, že sklenené a ebonitové tyčinky sa navzájom priťahujú (obr. č. 2). Náboj získaný na skle natretom na hodváb je teda iného druhu ako na ebonite natretom na kožušine. Existuje teda iný druh elektrických nábojov.

Prebúdzame sa, aby sme na zavesenú zelektrizovanú ebonitovú palicu priniesli zelektrizované telá z rôznych látok: guma, plexisklo, plast, nylon. Uvidíme, že v niektorých prípadoch je ebonitová palica od prinesených tiel odpudzovaná a v iných je priťahovaná. Ak je ebonitová tyčinka odpudzovaná, potom telo, ktoré je k nej prinesené, má náboj rovnakého druhu ako na nej. A náboj tých telies, ku ktorým bola priťahovaná ebonitová tyčinka, je podobný náboju získanému na skle natretom na hodváb. Preto môžeme predpokladať, že existujú iba dva druhy elektrických nábojov.

Náboj získaný na skle trenom o hodváb (a na všetkých telesách, kde sa získava náboj rovnakého druhu) sa nazýval pozitívny a náboj získaný na jantáre (ako aj o ebonite, síre, gume) otretom o vlnu sa nazýval negatívny. t.j. Obvineniam boli priradené znaky „+“ a „-“.

A tak experimenty ukázali, že existujú dva druhy elektrických nábojov – kladné a záporné náboje, a že elektrifikované telesá na seba navzájom pôsobia rôznymi spôsobmi.

Telesá s elektrickým nábojom rovnakého znamenia sa navzájom odpudzujú a telesá s nábojmi opačného znamenia sa priťahujú.

4. Elektroskop. Vodiči a nevodiče elektriny.

Ak sú telá elektrifikované, potom sa navzájom priťahujú alebo sa odpudzujú. Podľa príťažlivosti alebo odpudzovania sa dá posúdiť, či je telu odovzdaný elektrický náboj. Konštrukcia zariadenia, pomocou ktorého sa zisťuje, či je teleso elektrizované, je preto založené na interakcii nabitých telies. Toto zariadenie sa nazýva elektroskop (z gréckych slov elektrón a scopeo - pozorovať, zisťovať).

V elektroskope sa cez plastovú zátku (obr. č. 3) vsunutú do kovového rámu prevlečie kovová tyč, na konci ktorej sú upevnené dva listy tenkého papiera. Rám je z oboch strán pokrytý sklom.

Čím väčší je náboj elektroskopu, tým väčšia je odpudivá sila listov a tým väčší je uhol, pod ktorým sa rozptýlia. To znamená, že zmenou uhla divergencie listov elektroskopu možno posúdiť, či sa jeho náboj zvýšil alebo znížil.

Ak sa rukou dotknete nabitého telesa (napríklad elektroskopu), vybije sa. Elektrické náboje prejdú do nášho tela a cez neho môžu ísť k zemi. Nabité telo sa tiež vybije, ak je spojené so zemou kovovým predmetom, napríklad železným alebo medeným drôtom. Ak je však nabité teleso spojené so zemou sklenenou alebo ebonitovou tyčou, elektrické náboje cez ne neprejdú do zeme. V tomto prípade sa nabité telo nevybije.

Podľa schopnosti viesť elektrický náboj sa látky podmienečne delia na vodiče a nevodiče elektriny.

Všetky kovy, pôda, roztoky solí a kyselín vo vode sú dobrými vodičmi elektriny.

Medzi nevodiče elektriny alebo dielektrika patria porcelán, ebonit, sklo, jantár, guma, hodváb, nylon, plasty, petrolej, vzduch (plyny).

Telesá vyrobené z dielektrika sa nazývajú izolátory (z gréckeho slova isolaro - odlúčiť sa).

5. Deliteľnosť elektrického náboja. Electron.

Nabijeme kovovú guľu pripevnenú na tyči elektroskopu (obr. č. 4a). Spojme túto guľôčku s kovovým vodičom A, držiac ju za rukoväť B, vyrobenú z dielektrika, s ďalšou presne rovnakou, ale nenabitou guľôčkou, umiestnenou na druhom elektroskope. Polovica náboja prejde z prvej gule do druhej (obr. č. 4b). To znamená, že počiatočný náboj sa vybije na dve rovnaké časti.

Teraz oddelíme gule a dotkneme sa druhej gule rukou. Z toho stratí náboj - vybitý. Opäť priložíme k prvej guličke, na ktorej zostáva polovica pôvodného náboja. Zvyšný náboj sa opäť rozdelí na dve rovnaké časti a štvrtá časť pôvodného náboja zostane na prvej guličke.

Rovnakým spôsobom sa dá získať osmina, šestnástina poplatku atď.

Skúsenosti teda ukazujú, že elektrický náboj môže mať rôznu hodnotu. Elektrický náboj je fyzikálna veličina.

Jeden prívesok sa berie ako jednotka elektrického náboja (označuje sa ako 1 C). Jednotka je pomenovaná po francúzskom fyzikovi C. Coulombovi.

V experimente znázornenom na obrázku 4 je ukázané, že elektrický náboj možno rozdeliť na časti.

Existuje rozdelenie poplatkov?

Na zodpovedanie tejto otázky bolo potrebné vykonať zložitejšie a presnejšie experimenty ako tie, ktoré sú opísané vyššie, pretože veľmi skoro sa náboj zostávajúci na guli elektroskopu stane taký malý, že ho nie je možné zistiť pomocou elektroskopu. .

Na rozdelenie náboja na veľmi malé časti je potrebné preniesť ho nie do guľôčok, ale do malých zŕn kovu alebo kvapiek kvapaliny. Meraním náboja získaného na takýchto malých telesách sa zistilo, že je možné získať časti náboja, ktoré sú miliardy miliárd krát menšie ako v opísanom experimente. Vo všetkých experimentoch však nebolo možné oddeliť náboj nad určitú hodnotu.

To nám umožnilo predpokladať, že elektrický náboj má hranicu deliteľnosti, alebo presnejšie, že existujú nabité častice s najmenším nábojom, ktoré už nie sú deliteľné.

Vedci vykonali špeciálne experimenty, aby dokázali, že existuje hranica rozdelenia elektrického náboja a aby sa zistilo, aká je táto hranica. Napríklad sovietsky vedec A.F.Ioffe pripravil experiment, pri ktorom boli elektrifikované malé prachové častice zinku, viditeľné iba pod mikroskopom. Náboj prachových častíc sa niekoľkokrát menil a zakaždým sa meralo, o koľko sa náboj zmenil. Experimenty ukázali, že všetky zmeny v náboji zrnka prachu boli celé číslo krát (t.j. 2, 3, 4, 5 atď.) väčšie ako nejaký určite najmenší náboj, t. j. náboj zrnka prachu. zmenil, aj keď veľmi malé, ale celé porcie. Keďže náboj zo zrnka prachu odchádza s časticou hmoty, Ioffe usúdil, že v prírode existuje taká častica hmoty, ktorá má najmenší náboj, ktorý už nie je deliteľný.

Táto častica sa nazýva elektrón.

Hodnotu elektrónového náboja ako prvý určil americký vedec R. Milliken. Pri svojich pokusoch, podobne ako A. F. Ioffe, používal malé kvapky oleja.

Elektrónový náboj je záporný, rovná sa 1,610 C (0,000 000 000 000 000 000 16 C). Elektrický náboj je jednou zo základných vlastností elektrónu. Tento náboj nemožno z elektrónu „odstrániť“.

Hmotnosť elektrónu je 9,110 kg, čo je 3700-krát menej ako hmotnosť molekuly vodíka, najmenšej zo všetkých molekúl. Krídlo muchy má hmotnosť asi 510-krát väčšiu ako hmotnosť elektrónu.

6. Jadrový model štruktúry atómu

Štúdium štruktúry atómu sa prakticky začalo v rokoch 1897-1898, keď sa konečne zistila povaha katódových lúčov ako prúdu elektrónov a bola určená veľkosť náboja a hmotnosť elektrónu. Skutočnosť, že elektróny sú uvoľňované širokou škálou látok, viedla k záveru, že elektróny sú súčasťou všetkých atómov. Atóm ako celok je však elektricky neutrálny, preto musí obsahovať aj ďalšiu zložku, kladne nabitú, a jej náboj musí vyrovnávať súčet záporných nábojov elektrónov.

Túto kladne nabitú časť atómu objavil v roku 1911 Ernest Rutherford (1871-1937). Rutherford navrhol nasledujúcu schému štruktúry atómu. V strede atómu je kladne nabité jadro, okolo ktorého obiehajú elektróny po rôznych dráhach. Odstredivá sila, ktorá vzniká pri ich rotácii, je vyvážená príťažlivosťou medzi jadrom a elektrónmi, v dôsledku čoho zostávajú v určitých vzdialenostiach od jadra. Celkový záporný náboj elektrónov sa číselne rovná kladnému náboju jadra, takže atóm ako celok je elektricky neutrálny. Keďže hmotnosť elektrónov je zanedbateľná, takmer celá hmotnosť atómu je sústredená v jeho jadre. Naopak, veľkosť jadier je extrémne malá aj v porovnaní s veľkosťou samotných atómov: priemer atómu je asi 10 cm a priemer jadra asi 10 - 10 cm. len nepodstatná časť celého priestoru, ktorý zaberá atómový systém (obr. č. 5)

7. Zloženie atómových jadier

Rutherfordove objavy tak položili základ jadrovej teórie atómu. Od čias Rutherforda sa fyzici dozvedeli oveľa viac podrobností o štruktúre atómového jadra.

Najľahší atóm je atóm vodíka (H). Keďže takmer celá hmotnosť atómu je sústredená v jadre, bolo by prirodzené predpokladať, že jadro atómu vodíka je elementárna častica kladnej elektriny, ktorá dostala názov protón z gréckeho slova „protos“, čo znamená „ najprv". Protón má teda hmotnosť takmer rovnú hmotnosti atómu vodíka (presne 1,00728 uhlíkových jednotiek) a elektrický náboj rovný +1 (ak vezmeme náboj elektrónu rovný -1,602 * 10 C ako jednotku zápornej elektriny ). Atómy iných, ťažších prvkov obsahujú jadrá, ktoré majú väčší náboj a samozrejme aj väčšiu hmotnosť.

Merania náboja jadier atómov ukázali, že náboj jadra atómu v uvedených konvenčných jednotkách sa číselne rovná atómovému, čiže radovému číslu prvku. Nebolo to však možné pripustiť, pretože ten, ktorý je obvinený z rovnakého mena, by sa nevyhnutne navzájom odpudzoval a v dôsledku toho by sa takéto jadrá ukázali ako nestabilné. Okrem toho sa ukázalo, že hmotnosť atómových jadier je väčšia ako celková hmotnosť protónov, ktoré určujú náboj jadier atómov zodpovedajúcich prvkov, dvakrát alebo viac.

Potom sa predpokladalo, že jadrá atómov obsahujú protóny v počte presahujúcom atómové číslo prvku a takto vzniknutý prebytočný kladný náboj jadra je kompenzovaný elektrónmi, ktoré tvoria jadro. Tieto elektróny musia samozrejme držať v jadre vzájomne sa odpudzujúce protóny. Tento predpoklad však musel byť odmietnutý, keďže nebolo možné pripustiť koexistenciu ťažkých (protónov) a ľahkých (elektrónov) častíc v kompaktnom jadre.

V roku 1932 J. Chadwick objavil elementárnu časticu, ktorá nemá elektrický náboj, v súvislosti s tým ju nazvali neutrón (z latinského slova neuter, čo znamená „ani jedno, ani druhé“). Neutrón má o niečo väčšiu hmotnosť ako protón (presne 1,008665 uhlíkových jednotiek). Po tomto objave D. D. Ivanenko, E. N. Gapon a V. Heisenberg nezávisle od seba navrhli teóriu zloženia atómových jadier, ktorá sa stala všeobecne akceptovanou.

Podľa tejto teórie sa jadrá atómov všetkých prvkov (s výnimkou vodíka) skladajú z protónov a neutrónov. Počet protónov v jadre určuje hodnotu jeho kladného náboja a celkový počet protónov a neutrónov určuje hodnotu jeho hmotnosti. Jadrové častice - protóny a neutróny - sú zjednotené pod spoločným názvom nukleóny (z latinského slova nucleus, čo znamená "jadro"). Počet protónov v jadre teda zodpovedá atómovému číslu prvku a celkový počet nukleónov, keďže hmotnosť atómu je sústredená najmä v jadre, zodpovedá jeho hmotnostnému číslu, t.j. jeho atómovú hmotnosť A zaokrúhlenú na celé číslo. Potom počet neutrónov v jadre N zistíme z rozdielu medzi hmotnostným číslom a atómovým číslom:

Protón-neutrónová teória teda umožnila vyriešiť rozpory, ktoré vznikli skôr v predstavách o zložení atómových jadier a jeho súvislosti s poradovým číslom a atómovou hmotnosťou.

8. Izotopy

Protón-neutrónová teória umožnila vyriešiť ďalší rozpor, ktorý vznikol pri formovaní teórie atómu. Ak uznáme, že jadrá atómov prvkov pozostávajú z určitého počtu nukleónov, potom atómové hmotnosti všetkých prvkov musia byť vyjadrené ako celé čísla. Pre mnohé prvky to platí a menšie odchýlky od celých čísel možno vysvetliť nedostatočnou presnosťou merania. Pre niektoré prvky sa však hodnoty atómových hmotností natoľko odchýlili od celých čísel, že to už nemožno vysvetliť nepresnosťou merania a inými náhodnými dôvodmi. Napríklad atómová hmotnosť chlóru (CL) je 35,45. Zistilo sa, že približne tri štvrtiny atómov chlóru, ktoré existujú v prírode, majú hmotnosť 35 a jedna štvrtina - 37. Prvky, ktoré existujú v prírode, teda pozostávajú zo zmesi atómov, ktoré majú rôzne hmotnosti, ale samozrejme rovnaké chemické vlastnosti, t.j. existujú rôzne druhy atómov toho istého prvku s rôznymi a navyše celočíselnými hmotnosťami. F. Astonovi sa podarilo oddeliť takéto zmesi na zložky, ktoré sa nazývali izotopy (z gréckych slov „isos“ a „topos“, čo znamená „rovnaký“ a „miesto“ (tu to znamená, že rôzne izotopy jedného prvku zaberajú jeden miesto v periodickom systéme). Z hľadiska protón-neutrónovej teórie sú izotopy odrody prvkov, ktorých atómové jadrá obsahujú rôzny počet neutrónov, ale rovnaký počet protónov. Chemická povaha prvku je určená počtom protónov v atómovom jadre, ktorý sa rovná počtu elektrónov v obale atómu. Zmena počtu neutrónov (pri rovnakom počte protónov) neovplyvňuje chemické vlastnosti atómu.

To všetko umožňuje formulovať pojem chemického prvku ako typu atómov charakterizovaných určitým nábojom jadra. Medzi izotopmi rôznych prvkov boli nájdené tie, ktoré obsahujú rovnaký celkový počet nukleónov v jadre s rôznym počtom protónov, to znamená, že ich atómy majú rovnakú hmotnosť. Takéto izotopy sa nazývali izobary (z gréckeho slova „baros“, čo znamená „váha“). Odlišná chemická povaha izobár presvedčivo potvrdzuje, že povaha prvku nie je určená hmotnosťou jeho atómu.

Pre rôzne izotopy sa používajú názvy a symboly samotných prvkov, ktoré označujú číslo hmotnosti, ktoré nasleduje za názvom prvku alebo je uvedené ako index v ľavej hornej časti symbolu, napríklad: chlór - 35 alebo Cl.

Rôzne izotopy sa navzájom líšia stabilitou. 26 prvkov má iba jeden stabilný izotop - takéto prvky sa nazývajú monoizotopické (vyznačujú sa najmä nepárnymi atómovými číslami) a ich atómové hmotnosti sa približne rovnajú celým číslam. 55 prvkov má niekoľko stabilných izotopov – nazývajú sa polyizotopy (veľký počet izotopov je charakteristický hlavne pre prvky s párnym počtom). Pre ostatné prvky sú známe len nestabilné, rádioaktívne izotopy. Všetko sú to ťažké prvky, počnúc prvkom č. 84 (polónium) az relatívne ľahkých prvkov - č. 43 (technécium) a č. 61 (promethium). Rádioaktívne izotopy niektorých prvkov sú však relatívne stabilné (vyznačujú sa dlhým polčasom rozpadu), a preto sa tieto prvky, ako tórium, urán, nachádzajú v prírode. Vo väčšine prípadov sa však rádioaktívne izotopy získavajú umelo, vrátane mnohých rádioaktívnych izotopov stabilných prvkov.

9. Elektronické obaly atómov. Bohrova teória.

Podľa Rutherfordovej teórie sa každý elektrón otáča okolo jadra a sila príťažlivosti jadra je vyvážená odstredivou silou vznikajúcou rotáciou elektrónu. Rotácia elektrónu je úplne analogická s jeho rýchlymi osciláciami a mala by spôsobiť emisiu elektromagnetických vĺn. Preto sa dá predpokladať, že rotujúci elektrón vyžaruje svetlo určitej vlnovej dĺžky v závislosti od frekvencie obehu elektrónu. Ale vyžarovaním svetla elektrón stráca časť svojej energie, v dôsledku čoho je narušená rovnováha medzi ním a jadrom. Na obnovenie rovnováhy sa elektrón musí postupne približovať k jadru a postupne sa bude meniť aj frekvencia otáčania elektrónu a povaha ním vyžarovaného svetla. Nakoniec po vyčerpaní všetkej energie musí elektrón „padnúť“ na jadro a emisia svetla sa zastaví. Ak by v skutočnosti došlo k takejto nepretržitej zmene pohybu elektrónu, jeho „pád“ na jadro by znamenal zničenie atómu a zastavenie jeho existencie.

Rutherfordov názorný a jednoduchý jadrový model atómu teda jednoznačne odporoval klasickej elektrodynamike. Systém elektrónov rotujúcich okolo jadra nemôže byť stabilný, pretože elektrón musí počas takejto rotácie neustále vyžarovať energiu, čo musí viesť k jeho pádu na jadro a zničeniu atómu. Medzitým sú atómy stabilné systémy.

Tieto významné rozpory čiastočne vyriešil vynikajúci dánsky fyzik Niels Bohr (1885 - 1962), ktorý v roku 1913 vypracoval teóriu atómu vodíka, ktorú založil na špeciálnych postulátoch, spájajúcich ich na jednej strane so zákonmi klasickej mechanika a na druhej strane s kvantovou teóriou energetického žiarenia nemeckého fyzika Maxa Plancka (1858 - 1947).

Podstata kvantovej teórie spočíva v tom, že energia nie je vyžarovaná a absorbovaná nepretržite, ako sa predtým akceptovalo, ale v oddelených malých, ale dobre definovaných častiach - energetických kvantách. Zásoba energie vyžarujúceho telesa sa skokovo mení, kvantum po kvante; zlomkový počet kvánt, ktoré telo nemôže vyžarovať ani absorbovať.

Veľkosť kvanta energie závisí od frekvencie žiarenia: čím vyššia je frekvencia žiarenia, tým väčšia je veľkosť kvanta. Označením energetického kvanta cez E napíšeme Planckovu rovnicu:

kde h je konštantná hodnota, takzvaná Planckova konštanta, rovná 6,626 * 10 J * s. a je frekvencia debroilovej vlny.

Kvantá žiarivej energie sa tiež nazývajú fotóny. Aplikovaním kvantových konceptov na rotáciu elektrónov okolo jadra Bohr založil svoju teóriu na veľmi odvážnych predpokladoch alebo postulátoch. Hoci tieto postuláty odporujú zákonom klasickej elektrodynamiky, svoje opodstatnenie nachádzajú v úžasných výsledkoch, ku ktorým vedú, a v úplnej zhode, ktorá sa nachádza medzi teoretickými výsledkami a obrovským množstvom experimentálnych faktov. Bohrove postuláty sú nasledovné:

Elektrón sa nemôže pohybovať po žiadnych dráhach, ale iba po tých, ktoré spĺňajú určité podmienky vyplývajúce z kvantovej teórie. Tieto dráhy sa nazývajú stabilné, stacionárne alebo kvantové dráhy. Keď sa elektrón pohybuje po jednej z možných stabilných dráh, nevyžaruje elektromagnetickú energiu. Prechod elektrónu zo vzdialenej obežnej dráhy na bližšiu je sprevádzaný stratou energie. Energia, ktorú atóm stratí počas každého prechodu, sa premení na jedno kvantum žiarivej energie. Frekvencia vyžarovaného svetla je v tomto prípade určená polomermi dvoch dráh, medzi ktorými prebieha prechod elektrónu. Označením energetickej rezervy atómu v polohe elektrónu na dráhe vzdialenejšej od jadra cez En a na bližšej dráhe cez Ek a vydelením energie stratenej atómom En - Ek Planckovou konštantou dostaneme požadovaná frekvencia:

= (En - Ek) / h

Čím väčšia je vzdialenosť od obežnej dráhy, na ktorej sa elektrón nachádza, od dráhy, na ktorú prechádza, tým väčšia je frekvencia žiarenia. Najjednoduchší z atómov je atóm vodíka, okolo ktorého jadra obieha iba jeden elektrón. Na základe vyššie uvedených postulátov Bohr vypočítal polomery možných dráh pre tento elektrón a zistil, že sú vo vzťahu ako druhé mocniny prirodzených čísel: 1: 2: 3: ...: n. Hodnota n sa nazýva hlavné kvantové číslo.

Následne bola Bohrova teória rozšírená o atómovú štruktúru ďalších prvkov, aj keď to bolo spojené s určitými ťažkosťami kvôli jej novosti. Umožnil vyriešiť veľmi dôležitú otázku usporiadania elektrónov v atómoch rôznych prvkov a stanoviť závislosť vlastností prvkov od štruktúry elektrónových obalov ich atómov. V súčasnosti boli vyvinuté schémy štruktúry atómov všetkých chemických prvkov. Treba si však uvedomiť, že všetky tieto schémy sú len viac či menej spoľahlivou hypotézou, ktorá umožňuje vysvetliť mnohé z fyzikálnych a chemických vlastností prvkov.

Ako už bolo spomenuté, počet elektrónov obiehajúcich okolo jadra atómu zodpovedá poradovému číslu prvku v periodickom systéme. Elektróny sú usporiadané vo vrstvách, t.j. každá vrstva má určitý výplňový alebo akoby saturačný počet elektrónov. Elektróny tej istej vrstvy sa vyznačujú takmer rovnakým množstvom energie, t.j. majú približne rovnakú energetickú hladinu. Celý obal atómu sa rozpadá na niekoľko energetických úrovní. Elektróny každej ďalšej vrstvy sú na vyššej energetickej úrovni ako elektróny predchádzajúcej vrstvy. Najväčší počet elektrónov N, ktorý môže byť na danej energetickej úrovni, sa rovná dvojnásobku druhej mocniny čísla vrstvy:

kde n je číslo vrstvy. Teda o 1-2, o 2-8, o 3-18 atď. Okrem toho sa zistilo, že počet elektrónov vo vonkajšej vrstve pre všetky prvky, s výnimkou paládia, nepresahuje osem a v predposlednej vrstve - osemnásť.

Elektróny vonkajšej vrstvy, ako najvzdialenejšie od jadra, a teda najmenej pevne spojené s jadrom, sa môžu od atómu odtrhnúť a spojiť sa s inými atómami, čím vstupujú do zloženia vonkajšej vrstvy tohto jadra. Atómy, ktoré stratili jeden alebo viac elektrónov, sa stanú kladne nabitými, pretože náboj jadra atómu prevyšuje súčet nábojov zostávajúcich elektrónov. Naopak, atómy, ktoré majú pripojené elektróny, sa nabijú negatívne. Takto vzniknuté nabité častice, kvalitatívne odlišné od zodpovedajúcich atómov, sa nazývajú ióny. Mnohé ióny zase môžu stratiť alebo získať elektróny, pričom sa premenia buď na elektricky neutrálne atómy, alebo na nové ióny s iným nábojom.

10. Jadrové sily.

Hypotéza, že atómové jadrá pozostávať z protónov a neutrónov bolo potvrdené mnohými experimentálnymi faktami. To svedčilo o platnosti neutrónovo-tonového modelu štruktúry jadra.

Vyvstala však otázka: prečo sa jadrá pôsobením elektrostatických odpudivých síl medzi kladne nabitými protónmi nerozpadnú na jednotlivé nukleóny?

Výpočty ukazujú, že nukleóny nemôžu držať pohromade kvôli príťažlivým silám gravitačnej alebo magnetickej povahy, pretože tieto sily sú oveľa menšie ako elektrostatické.

Pri hľadaní odpovede na otázku stability atómových jadier vedci navrhli, že medzi všetkými nukleónmi v jadrách pôsobia nejaké špeciálne príťažlivé sily, ktoré výrazne prevyšujú elektrostatické odpudivé sily medzi protónmi. Tieto sily sa nazývali jadrové.

Hypotéza o existencii jadrových síl sa ukázala ako správna. Ukázalo sa tiež, že jadrové sily sú krátkeho dosahu: vo vzdialenosti 10-15 m sú približne 100-krát väčšie ako sily elektrostatickej interakcie, ale už vo vzdialenosti 10-14 m sa ukazujú ako zanedbateľné. Inými slovami, jadrové sily pôsobia vo vzdialenostiach porovnateľných s veľkosťou samotných jadier.

11.Štepenie jadier uránu.

Štiepenie jadier uránu ich bombardovaním neutrónmi objavili v roku 1939 nemeckí vedci Otto Gunn a Fritz Strassmann.

Pozrime sa na mechanizmus tohto javu. Na (obr. č. 7, a) je podmienečne znázornené jadro atómu uránu (23592U). Po pohltení ďalšieho neutrónu sa jadro excituje a deformuje, pričom nadobudne predĺžený tvar (obrázok 7, b).

Už vieme, že v jadre pôsobia dva druhy síl: elektrostatické odpudivé sily medzi protónmi, ktoré majú tendenciu jadro rozbíjať, a jadrové príťažlivé sily medzi všetkými nukleónmi, vďaka ktorým sa jadro nerozpadá. Jadrové sily sú však krátkeho dosahu, preto v predĺženom jadre už nedokážu udržať časti jadra, ktoré sú od seba veľmi vzdialené. Pôsobením elektrostatických odpudivých síl sa jadro roztrhne na dve časti (obr. č. 7, c), ktoré sa veľkou rýchlosťou rozptyľujú rôznymi smermi a emitujú 2-3 neutróny.

Ukazuje sa, že časť vnútornej energie jadra sa premieňa na kinetickú energiu letiacich úlomkov a častíc. Úlomky rýchlo spomaľujú životné prostredie, v dôsledku čoho sa ich kinetická energia premieňa na vnútornú energiu média (t. j. na interakčnú energiu tepelného pohybu jeho častíc).

Pri súčasnom štiepení veľkého počtu jadier uránu sa vnútorná energia média obklopujúceho urán a tým aj jeho teplota citeľne zvýši (t.j. médium sa zohreje).

Reakcia štiepenia jadier uránu teda prebieha s uvoľňovaním energie do životného prostredia.

Energia obsiahnutá v jadrách atómov je kolosálna. Napríklad pri úplnom štiepení všetkých jadier prítomných v 1 grame uránu by sa uvoľnilo rovnaké množstvo energie, aké sa uvoľní pri spaľovaní 2,5 tony ropy.

12. Jadrové elektrárne.

jadrová elektráreň (JE) - elektráreň, v ktorej sa atómová (jadrová) energia premieňa na elektrickú energiu. Elektrický generátor v jadrovej elektrárni je jadrový reaktor. Teplo, ktoré sa v reaktore uvoľní v dôsledku reťazovej reakcie štiepenia jadier niektorých ťažkých prvkov, sa potom rovnako ako v klasických tepelných elektrárňach (TPP) premieňa na elektrickú energiu. ) Štiepením 1 g izotopov uránu alebo plutónia sa uvoľní 22 500 kWh, čo je ekvivalent energie obsiahnutej v 2 800 kg referenčného paliva. Prvá jadrová elektráreň na svete pre pilotné priemyselné účely s výkonom 5 MW bola spustená v ZSSR 27. júna 1954 v meste Obninsk. Predtým sa energia atómového jadra využívala na vojenské účely. Spustenie prvej jadrovej elektrárne znamenalo otvorenie nového smeru v energetike, ktorý bol uznaný na 1. medzinárodnej vedecko-technickej konferencii o mierovom využívaní atómovej energie (august 1955, Ženeva).

Schéma jadrovej elektrárne s vodou chladeným jadrovým reaktorom (obr. č. 6.). Teplo uvoľnené v aktívnej zóne reaktora odoberá ako chladivo voda (chladivo) 1. okruhu, ktoré je prečerpávané cez reaktor obehovým čerpadlom g. Ohriata voda z reaktora vstupuje do výmenníka tepla (parogenerátora) 3, kde odovzdáva teplo prijaté v reaktore vode 2. okruhu. Voda 2. okruhu sa v parogenerátore vyparuje a para sa tvorí a vstupuje do turbíny 4.

V jadrových elektrárňach sa najčastejšie používajú 4 typy tepelných neutrónových reaktorov: 1) vodou chladené reaktory s obyčajnou vodou ako moderátorom a chladivom; 2) grafit-voda s vodným chladivom a grafitovým moderátorom; 3) ťažká voda s vodným chladivom a ťažká voda ako moderátor 4) grafitovo-plyn s chladiacou kvapalinou a grafitovým moderátorom.

V závislosti od typu a stavu agregácie chladiva sa vytvára jeden alebo druhý termodynamický cyklus JE. Voľba hornej teplotnej hranice termodynamického cyklu je určená maximálnou povolenou teplotou plášťov palivových článkov (TVEL) obsahujúcich jadrové palivo, prípustnou teplotou samotného jadrového paliva, ako aj vlastnosťami chladiva prijatého pre tento typ. reaktora. V jadrovej elektrárni. vodou chladený tepelný reaktor zvyčajne využíva nízkoteplotné parné cykly. Plynom chladené reaktory umožňujú použitie relatívne ekonomickejších parných cyklov so zvýšeným počiatočným tlakom a teplotou. Tepelná schéma JE je v týchto dvoch prípadoch realizovaná ako 2-okruhová: chladivo cirkuluje v 1. okruhu, 2. okruh je parovodný. V reaktoroch s vriacou vodou alebo vysokoteplotným plynovým chladivom je možná tepelná JE s jednou slučkou. Vo varných reaktoroch voda v jadre vrie, výsledná zmes pary a vody sa oddelí a nasýtená para sa posiela buď priamo do turbíny, alebo sa predtým vracia do aktívnej zóny na prehriatie.

Vo vysokoteplotných grafitovo-plynových reaktoroch je možné použiť konvenčný cyklus plynovej turbíny. Reaktor v tomto prípade funguje ako spaľovacia komora.

Počas prevádzky reaktora koncentrácia štiepnych izotopov v jadrovom palive postupne klesá a palivo dohorí. Preto sa časom nahrádzajú čerstvými. Jadrové palivo sa prebíja pomocou diaľkovo ovládaných mechanizmov a zariadení. Vyhorené palivo sa premiestni do bazénu vyhoreného paliva a následne sa odošle na prepracovanie.

Reaktor a jeho servisné systémy zahŕňajú: samotný reaktor s biologickou ochranou, výmenníky tepla, čerpadlá alebo dúchacie jednotky, ktoré cirkulujú chladivo; potrubia a armatúry obehu; zariadenia na prekladanie jadrového paliva; špeciálne systémy vetranie, núdzové chladenie a pod.

V závislosti od konštrukcie majú reaktory tieto vlastnosti: v tlakových reaktoroch sú palivo a moderátor umiestnené vo vnútri nádoby, ktorá nesie celkový tlak chladiva; v kanálových reaktoroch je palivo chladené chladivom inštalované v špeciálnych rúrky-kanály prenikajúce do moderátora uzavreté v tenkostennom obale. Na ochranu personálu JE pred ožiarením je reaktor obklopený biologickou ochranou, ktorej hlavným materiálom je betón, voda, serpentínový piesok. Zariadenie okruhu reaktora musí byť úplne utesnené. Je zabezpečený systém monitorovania miest možného úniku chladiva, prijímajú sa opatrenia, aby výskyt únikov a porúch v okruhu neviedol k rádioaktívnym emisiám a znečisteniu areálu JE a okolia. Zariadenia reaktorového okruhu sú zvyčajne inštalované v hermeticky uzavretých boxoch, ktoré sú od zvyšku areálu JE oddelené biologickou ochranou a počas prevádzky reaktora nie sú obsluhované. ventilačný systém, v ktorom sú na vylúčenie možnosti znečistenia ovzdušia k dispozícii čistiace filtre a držiaky plynu. Služba dozimetrickej kontroly sleduje dodržiavanie pravidiel radiačnej bezpečnosti personálom JE.

V prípade havárií v systéme chladenia reaktora, aby sa zabránilo prehriatiu a netesnosti plášťov palivových tyčí, je zabezpečené rýchle (v priebehu niekoľkých sekúnd) potlačenie jadrovej reakcie; Systém núdzového chladenia má nezávislé zdroje energie.

Prítomnosť špeciálnych systémov biologickej ochrany. ventilácia a havarijné chladenie a služba dozimetrickej kontroly vám umožňuje úplne chrániť personál údržby JE pred škodlivými účinkami rádioaktívneho ožiarenia.

Vybavenie strojovne JE je obdobné ako vybavenie strojovne TPP. Charakteristickým znakom väčšiny jadrových elektrární je použitie pary relatívne nízkych parametrov, nasýtenej alebo mierne prehriatej.

Zároveň, aby sa vylúčilo erózne poškodenie lopatiek posledných stupňov turbíny časticami vlhkosti obsiahnutými v pare, sú v turbíne inštalované separátory. Niekedy je potrebné použiť vzdialené odlučovače a prihrievače pary. Vzhľadom na to, že chladivo a nečistoty v ňom obsiahnuté sa aktivujú pri prechode aktívnou zónou reaktora, konštrukčné riešenie zariadenia turbínovej haly a chladiaceho systému turbínového kondenzátora jednoslučkových JE musí úplne vylúčiť možnosť úniku chladiva. únik. Na dvojokruhových JE s vysokými parametrami pary sa takéto požiadavky na vybavenie strojovne nekladú.

Časť tepelnej energie reaktora tejto jadrovej elektrárne sa vynakladá na dodávku tepla. Jadrové elektrárne sa okrem výroby elektriny využívajú aj na odsoľovanie morskej vody. Atómové elektrárne, ktoré sú najmodernejším typom elektrární, majú oproti iným typom elektrární množstvo významných výhod: za bežných prevádzkových podmienok absolútne neznečisťujú životné prostredie, nevyžadujú viazanie na zdroj surovín. a teda môžu byť umiestnené takmer kdekoľvek, nové energetické bloky majú kapacitu takmer rovnakú ako priemerná vodná elektráreň, avšak faktor využitia inštalovaného výkonu v JE (80 %) výrazne prevyšuje koeficient VE alebo TPP. O účinnosti a efektívnosti jadrových elektrární môže hovoriť aj fakt, že z 1 kg uránu získate rovnaké množstvo tepla ako pri spaľovaní asi 3000 ton uhlia.

Za normálnych prevádzkových podmienok prakticky neexistujú žiadne významné nevýhody jadrových elektrární. Nemožno si však nevšimnúť nebezpečenstvo jadrových elektrární za možných okolností vyššej moci: zemetrasenia, hurikány atď. - tu staré modely energetických blokov predstavujú potenciálne nebezpečenstvo radiačnej kontaminácie území v dôsledku nekontrolovaného prehrievania reaktora.

13. Záver

Po podrobnom štúdiu fenoménu elektrifikácie a štruktúry atómu som sa dozvedel, že atóm pozostáva z jadra a záporne nabitých elektrónov okolo neho. Jadro sa skladá z kladne nabitých protónov a nenabitých neutrónov. Keď je teleso elektrifikované, na elektrizovanom tele sa vyskytuje buď nadbytok alebo nedostatok elektrónov. To určuje náboj tela. Existujú iba dva druhy elektrických nábojov - kladné a záporné náboje. Vďaka svojej práci som sa do hĺbky oboznámil s javmi elektrostatiky a prišiel som na to, ako a prečo tieto javy vznikajú. Napríklad blesk. So štruktúrou atómu úzko súvisí fenomén elektrostatiky. Atómy látok ako urán, rádium atď. majú rádioaktivitu. Energia atómu má veľký význam pre život celého ľudstva. Napríklad energia obsiahnutá v jednom grame uránu sa rovná energii uvoľnenej pri spaľovaní 2,5 tony ropy. V súčasnosti našla rádioaktívna energia atómov svoje uplatnenie v mnohých oblastiach života. Každým rokom sa stavia čoraz viac jadrových elektrární (jadrových elektrární), rozvíja sa výroba ľadoborcov a ponoriek s jadrovým reaktorom. Atómová energia sa využíva v medicíne na liečbu rôznych chorôb, ako aj v mnohých oblastiach národného hospodárstva. Nesprávne používanie energie môže predstavovať zdravotné riziko pre živé organizmy. Energia atómov môže byť pre ľudí prínosom, ak sa ju naučia správne využívať.

Elektrifikácia telo makroskopické telo, zvyčajne elektricky... úloha. 1 verzia. o elektrifikácia telúzky kontakt medzi nimi je dôležitý ... mal by viesť k nabíjaniu telo. Inač elektrifikácia tel- Vplyv na...

Všetky telá a látky sa skladajú z atómov, ktoré sú zase tvorené menšími časticami nazývanými elektróny, protóny a neutróny. Tieto častice na seba vzájomne pôsobia silou, ktorá sa zmenšuje nepriamo úmerne so štvorcom vzdialenosti medzi nimi, ale ktorá je mnohonásobne väčšia ako sila gravitácie. Napríklad v atóme vodíka je elektrón priťahovaný k protónu umiestnenému v jadre silou, ktorá je 10 39-krát väčšia ako gravitačná sila.

Nabíjačka

Existuje minimálna hodnota elektrického náboja, ktorá sa nazýva elementárny náboj - to je 1,6 * 10 -19 C. V prírode neexistujú telesá, ktorých náboj nie je násobkom elementárneho. Elektróny, protóny, pozitróny a iné častice majú elementárny náboj.
Protóny a elektróny majú elektrické náboje rovnakej intenzity, ale opačného znamienka. Protóny sú nabité kladne a elektróny záporne nabité.
V atóme, v jeho prirodzenom stave, sa počet protónov rovná počtu elektrónov, vďaka čomu je elektricky neutrálny. Keď však atóm stratí alebo získa elektróny, hovorí sa, že zelektrizuje.

Elektrifikácia pomocou vedenia (elektrostatická indukcia)

Tento spôsob elektrifikácie znamená, že nabitý predmet privediete k izolovanému vodiču, no nedotýkate sa ho. Potom sa na vodiči objavia náboje, navyše na tej jeho časti, ktorá je bližšie k predmetu, sú tieto náboje opačného znamienka. A na vzdialenom konci sa vytvorí náboj rovnakého znamienka ako na nabitom predmete.

Keď sa odstráni nabitý predmet, náboje na vodiči zmiznú. Ak sa však pred odstránením predmetu vodič rozdelí na dve časti, náboje na nich zostanú.

opísať spôsoby elektrifikácie telies. a dostal najlepšiu odpoveď

Odpoveď od Musechka[guru]
Elektrifikácia tiel
- E. telesá, t.j. vznik elektrického stavu v nich, nastáva pri mimoriadne rôznorodých procesoch, ktoré sa s týmito telesami vykonávajú. Takmer každý mechanický úkon vykonaný na pevnom tele, ako napr , trenie o toto teleso alebo natlačenie iného telesa naň, škrabanie, štiepenie, je sprevádzané vývojom elektriny. Rovnakým spôsobom sú telá elektrifikované počas mnohých chemických akcií; niektoré látky pri vytvrdzovaní elektrizujú; niektoré soli sú pri kryštalizácii z roztokov veľmi silne elektrifikované. Elektrina je prítomná aj v kvapalinách, keď sa o ne otierajú pevné telesá a dokonca aj pri ich trení o iné tekutiny. Napokon aj jednoduchý kontakt akýchkoľvek dvoch rozdielnych telies, bez ohľadu na to, či sú tieto telesá pevné alebo kvapalné, spôsobí elektrický stav v oboch týchto telesách. Vo všetkých vyššie uvedených prípadoch je príčina telies E. jedna a tá istá, a to dotyk, kontakt nepodobných telies. Prvý Alexander Volta so svojimi pokusmi uskutočnil v posledných rokoch 18. storočia. , dokázal, že keď dve telesá vedú elektrinu, ale určite sa navzájom líšia v chemické zloženie, E. sa vyskytuje pre obe tieto telesá a jedno z nich je nabité kladnou elektrinou, druhé zápornou. Množstvo týchto dvoch opačných elektrík, ktoré sa objavujú na priľahlých telesách, sú navzájom rovnaké. Volta zistil, že kovy a iné pevné vodiče, ktoré nepodliehajú, ako teraz hovoríme, elektrolýze, t. j. nerozkladajú sa na chemické zložky, keď nimi prechádza elektrický prúd (vodiče prvej triedy), podľa ich schopnosti stať sa elektrifikovaný pri kontakte, môže byť umiestnený v určitom poradí (séria Volta) - takže každé teleso, keď sa dotkne niektorého z telies ďalej v tomto rade, je pozitívne zelektrizované a keď sa dotkne niektorého z telies, ktoré mu predchádza, je zelektrizované negatívne.

Odpoveď od Maxim Petrík[majster]
trenie balóna o vlasy, trenie ebonitovej tyčinky s vlnou

Odpoveď od Dinár Karimov[nováčik]
Trením rukoväte o vlasy (vlna) priveďte do tenkého prúdu vody. Voda siahne po rukoväti.

Odpoveď od Nikita Fedorčuk[nováčik]
Spôsoby elektrifikácie telies, ktoré sú interakciou nabitých telies, môžu byť nasledovné:
Elektrifikácia tiel pri kontakte. V tomto prípade pri tesnom kontakte prechádza malá časť elektrónov z jednej látky, v ktorej je väzba s elektrónom relatívne slabá, na inú látku.
Elektrizácia telies pri trení. Tým sa zväčšuje kontaktná plocha telies, čo vedie k zvýšenej elektrizácii.
Vplyv. Vplyv je založený na jave elektrostatickej indukcie, to znamená na indukcii elektrického náboja v látke umiestnenej v konštantnom elektrickom poli.
Elektrifikácia tiel vplyvom svetla. Je to založené na fotoelektrickom jave, alebo fotoelektrickom jave, kedy pôsobením svetla môžu elektróny vyletieť z vodiča do okolitého priestoru, v dôsledku čoho sa vodič nabije.

Odpoveď od Andrej Kukobako[nováčik]
Trenie
Dotknite sa
Hit
Elektromagnetická indukcia