Исследовательская работа "Электричество – это интересно" 10 класс

Научно-практическая конференция учащихся и педагогов

«Первые шаги в науку».

Предметная область – физика.

Исследовательская работа на тему:

«Электричество – это интересно»

Выполнила: ученица 10Б класса

МОУ Брянский городской лицей №27

Им.Героя Сов. Союза И.Е.Кустова

Евсикова Надежда

Научный руководитель:

учитель физики лицея №27

Новикова Елена Александровна

Брянск -2014-

СОДЕРЖАНИЕ

1. Постановка проблемы, методы решения поставленной проблемы,

предмет исследования, цели и задачи, гипотеза ……………………...…2

2. Введение ……………………………………………………..……..………2

3. Электричество. Основные понятия, обозначения и законы …………….4

4. Действие электрического тока на организм человека ……………...……5

5. Способы прохождения электрического тока через организм человека

…………………………………………………………………….7

6. Факторы, определяющие исход поражения электрическим током ….….8

7. Защитные методы и оказание первой медицинской помощи при

поражении током …………………………………………………………..9

8. Неотпускающий ток …………………………………………………..….14

9. Предельнодопустимые величины напряжений и токов ………………..15

10. Молния как источник тока. Природа молний. Причины возникновения.

Значение . ………………………………………………………………....15

11. Виды молний……………………………………………………………...16

12. Если на вас «напала» молния …………………………………………....21

13. Интересные факты ………………………………………………………22

14. Гром ………………………………………………………………….……23

15. Расстояние от и до ………………………………………………..………23

16. Вам поможет лимон ………………………………………………….…..23

17. Заключение, основные выводы, актуальность работы …………….…..25

18. Использованная литература…………………………………………..….26

Проблема: Возникновение неотпускающего эффекта – почему??

Методы: Анализ литературных и интернет источников.

Предмет исследования: Электрический ток.

Цель: Определить причину возникновения неотпускающего эффекта.

Введение

Однажды, просматривая один фильм, я остановила свое внимание на

необычном эпизоде: человека, дотронувшегося до незащищенной

электрической конструкции, начал бить ток. У меня сразу же возник

вопрос – почему он не может отдернуть руки ? По привычке, при

возникновении любых вопросов касательно физики, я направилась за

получением ответа на данный вопрос к своему старшему брату, потому

что он учиться в техническом университете и явно знает почему так или

иначе происходит. Надеясь получить исчерпывающий ответ, я была

потрясена, когда получила отказ в объяснении! А он сказал: «Если я тебе

сейчас расскажу причину, то ты быстро забудешь суть, так что тебе

следует самой найти ответ на интересующий тебя вопрос» И поиски

начались!!! Тема оказалась довольно интересной и достойной получить

звание исследовательской работы. В ходе работы одно цеплялось за

другое, но благодаря этому, мало того, что я получала более чем

подробный ответ на свой вопрос, так еще и узнала много других

интересных фактов.

Задачи:

1. Найти причину возникновения неотпускающего эффекта;

2. Узнать о действии, которое оказывает ток на организм

человека;

3. Установить факторы, оказывающие влияние на исход тяжести

поражения;

4. Определить предельно допустимые величины напрежений и

токов;

5. Получить знания по оказанию первой помощи при ударе током

и молнией;

6. Узнать лучше природу грома и молнии и других факторов,

непременно их касающихся;

7. Провести опыт, по получению тока из кислых фруктов и дать

этому объяснение;

8. Подвести итоги по работе, сделав соответствующие выводы и

умозаключения.

Гипотеза: Неотпускающий эффект происходит из-за многократного

неконтролируемого сокращения мышц. Человек теряет способность

самостоятельно управлять своим телом при прохождении по тему тока.

Электричество. Основные понятия, обозначения и законы

Слово “электричество” произошло от греческого слова elektron (янтарь).

Одно из определений электрического тока, это упорядоченное движение

заряженных частиц. Сила тока (I) определяется количеством электричества

(заряда), которое проходит за единицу времени через площадь сечения

проводника: I = q/t (для постоянного тока), где q - заряд; t - время. В 1948

году, на IX Международной конференции по мерам и весам, за единицу силы

тока принят ампер (А), по имени французского учёного Андре Ампера (1775-

1836). Приняв I = 1 А, а t = 1 с, получим единицу количества электричества в

1 кулон (К), названную по имени французского физика Шарля Кулона (1736-

1806). Электрическое напряжение (U) – это разность потенциалов между

двумя точками электрической цепи, это работа, которая совершается при

прохождении по участку цепи электрического заряда. За единицу

напряжения принят 1 вольт (В), получившую название в честь итальянского

учёного Алессандро Вольта (1745-1827). Сопротивление (R) - физическая

величина проводника, характеризующая противодействие электрической

цепи прохождению электрического тока: R = U/I. При U = 1 В и I = 1 А,

сопротивление принимается равным 1 Ом. Единица получила своё название в

честь немецкого физика Георга Ома (1787-1854). Работа электрического тока

(А) определяется по формуле: А = U * I * t = U * q. (9) Мощностью

электрического тока (N) называется работа, совершённая за единицу

времени: N= A/t Мощность принято обозначать в ваттах (Вт) в честь

английского изобретателя Джеймса Уатта.

Действие электрического тока на организм

Электрический ток, проходя через тело человека, оказывает тепловое,

химическое и биологическое воздействия. Тепловое действие проявляется в

виде ожогов участков кожи тела, перегрева различных органов, а также

возникающих в результате перегрева разрывов кровеносных сосудов и

нервных волокон. Химическое действие ведет к электролизу крови и других

содержащихся в организме растворов, что приводит к изменению их физико-

химических составов, а значит, и к нарушению нормального

функционирования организма. Биологическое действие электрического тока

проявляется в опасном возбуждении живых клеток и тканей организма. В

результате такого возбуждения они могут погибнуть. Различают два

основных вида поражения человека электрическим током: электрический

удар и электрические травмы. Электрическим ударом называется такое

действие тока на организм человека, в результате которого мышцы тела

начинают судорожно сокращаться. При этом в зависимости от величины тока

и времени его действия человек может находиться в сознании или без

сознания, но при нормальной работе сердца и дыхания. В более тяжелых

случаях потеря сознания сопровождается нарушением работы

сердечнососудистой системы, что ведет даже к смертельному исходу.

Электрической травмой называют такое действие тока на организм, при

котором повреждаются ткани организма: кожа, мышцы, кости, связки. По

тяжести электроудары подразделяются на 4 степени:

а) 1 степень - судороги;

б) 2 степень - судороги с потерей сознания;

в) 3 степень - потеря сознания с нарушением сердечной деятельности;

г) 4 степень - клиническая смерть (отсутствует дыхание и сердечная

деятельность).

Воздействие электротока индивидуально:

1. Порог ощущения электротока у женщин на 30, а у детей на 50% ниже,

чем у мужчин;

2. Для одного человека электроток может быть уже неотпускающим

(судорожное сокращение мышц кистей рук), а для другого только слабо

ощутимым;

3. Люди с большей массой тела и лучшей физической подготовкой

переносят воздействие электротока легче;

4. Больные (особенно с нервными расстройствами, кожными и сердечно-

сосудистыми заболеваниями) переносят воздействие электротока тяжелее;

5. Повышенная чувствительность к электротоку отмечается при

утомлении и в состоянии опьянения;

6. Чем более сосредоточен и внимателен человек в момент воздействия

электротока, тем меньше он пострадает, так как такое состояние

способствует упорядочению внутренних биологических полей и,

соответственно, разрушить их сложнее.

Особую опасность представляют электрические травмы в виде ожогов. Такой

ожог появляется в месте контакта тела человека с токоведущей частью

электроустановки или электрической дугой. В результате тяжелых форм

электрического удара человек может оказаться в состоянии клинической

смерти: у него прекращается дыхание и кровообращение. При отсутствии

медицинской помощи клиническая смерть (мнимая) может перейти в смерть

биологическую. В ряде случаев, однако, при правильной медицинской

помощи (искусственном дыхании и массаже сердца) можно добиться

оживления мнимоумершего. Электрический шок представляет собой

нервную реакцию организма на возбуждение электрическим током. При

длительном шоковом состоянии может наступить смерть. Если оказана

необходимая врачебная помощь, то шоковое состояние может быть снято без

дальнейших последствий для человека. Основным фактором, определяющим

величину сопротивления тела человека, является кожа, ее роговой верхний

слой, в котором нет кровеносных сосудов. Этот слой обладает очень

большим удельным сопротивлением, и его можно рассматривать как

диэлектрик. Внутренние слои кожи, имеющие кровеносные сосуды, железы и

нервные окончания, обладают сравнительно небольшим удельным

сопротивлением. Внутреннее сопротивление тела человека является

величиной переменной, зависящей от состояния кожи (толщины, влажности)

и окружающей среды (влажности, температуры и т. д.). При повреждении

рогового слоя кожи (ссадина, царапина и пр.) резко снижается величина

электрического сопротивления тела человека и, следовательно,

увеличивается проходящий через тело ток. При повышении напряжения,

приложенного к телу человека, возможен пробой рогового слоя, отчего

сопротивление тела резко понижается, а величина поражающего тока

возрастает. Оценивать опасность воздействия электрического тока на

человека можно по ответным реакциям организма. Характер воздействия

электрического тока на человека и тяжесть поражения пострадавшего

зависит от многих факторов.

Возможные схемы поражения человека электротоком

Поражение человека электротоком зависит от пути прохождения, вида тока

(постоянный или переменный), силы и точки соприкосновения

(сопротивления). Большое значение в исходе поражения имеет путь тока.

Поражение будет более тяжелым, если на пути тока оказывается сердце,

грудная клетка, головной и спинной мозг. Путь тока имеет еще то значение,

что при различных случаях прикосновения будет различной величина

сопротивления тела человека, а следовательно, и величина протекающего

через него тока. Как показывает статистика, наибольшее число несчастных

случаев происходит вследствие случайного прикосновения или приближения

к голым, незащищенным частям электроустановок, находящихся под

напряжением. При прикосновении человека к токоведущим частям путь тока

может быть различным. Очень опасные, но встречаются редко, следующие

схемы включения человека в электросеть:

1. Двухфазное включение: петля “голова-руки”. При этом электроток

проходит через жизненно важные органы человека: головной мозг, сердце и

лёгкие;

2. Однофазное включение с глухозаземленной нейтралью: петля

“голова-ноги”. В этом случае электроток проходит через всё тело человека,

поражая жизненно важные органы.

Менее опасные схемы включения, но встречающиеся чаще, следующие:

1. Однофазное включение: петля “рука-ноги”. Статистически до 87% от

всех электротравм;

2. Двухфазное включение: петля “рука-рука”. Электроток проходит

через грудную клетку человека. Поражаются сердце и лёгкие;

3. При контакте электрического проводника с землёй, при пробое

изоляции на землю в электрической установке, а также в местах

расположения заземления или грозозащитного устройства, поверхность

земли может оказаться под электрическим напряжением. Возникает, так

называемое, шаговое напряжение для двух точек, расположенных на разных

расстояниях от места касания проводника и земли. Возникает петля “нога –

нога”.

Степень поражения зависит от того, какие органы человека подвергаются

воздействию тока, и от величины тока, проходящего непосредственно через

сердце. Так при протекании тока по пути «рука – рука» через сердце

проходит 3,3% общего тока, по

пути «левая рука - ноги» 3,7%,

«правая рука – ноги» 6,7%, «нога –

нога» - 0,4%. Величина

неотпускающего тока по пути

«рука – рука» приблизительно в

два раза меньше, чем по пути

«рука – ноги».

Существует несколько возможных

путей прохождения тока, вот

основные из них:

Факторы, оказывающие влияние на исход поражения током

1. Величина тока.

2. Величина напряжения.

3. Время действия.

4. Род и частота тока.

5. Путь замыкания.

6. Сопротивление человека.

7. Окружающая среда.

8. Фактор внимания.

По величине тока, токи подразделяются на:

- неощущаемые (0,6 – 1,6мА);

- ощущаемые (3мА);

- отпускающие (6мА);

- неотпускающие (10-15мА);

- удушающие (25-50мА);

- фибрилляционные (100-200мА);

- тепловые воздействия (5А и выше).

Влажность и температура воздуха, наличие заземленных металлических

конструкций и полов, токопроводящая пыль и другие факторы окружающей

среды оказывают дополнительное влияние на условие электробезопасности.

Во влажных помещениях с высокой температурой или наружних

электроустановках складываются неблагоприятные условия, при которых

обеспечивается наилучший контакт с токоведущими частями.

Защитные меры и помощь пострадавшему от электротока

В качестве защитных мер при прикосновении к нетоковедущим частям

применяют защитное заземление, зануление или отключение, двойную

изоляцию, пониженное напряжение, защитные средства и др.Защитным

заземлением называют металлическое соединение с землей нетоковедущих

металлических частей электрической установки. Защитное зануление —

присоединение нетоковедущих металлических частей к многократно

заземленному нейтральному проводу. Защитное отключение —

автоматическое отключение электроустановки системой защиты при

возникновении опасности поражения человека электрическим током. Под

двойной понимается дополнительная, кроме основной, изоляция, которая

ограждает человека от металлических нетоковедущих частей, способных

случайно оказаться под напряжением. В помещениях с повышенной

опасностью и особо опасных, даже при одновременном контакте человека, с

токоведущими частями разных фаз или полюсов, применяют пониженное

напряжение (12 и 36 В). Источником такого напряжения являются батареи

гальванических элементов, аккумуляторы, выпрямительные установки,

преобразователи частоты и трансформаторы. Важным фактором обеспечения

безопасности является знание устройства и правил эксплуатации

электроустановок, поддержание в исправном состоянии

электрооборудования, исправность сигнализации и блокировок, наличие

средств пожаротушения.

В отношении поражения людей электрическим током в «Правилах

устройства электроустановок» различают:

1. Помещения с повышенной опасностью, которые характеризуются

наличием в них одного из следующих условий, создающих

повышенную опасность:

a. сырости или проводящей пыли;

b. токопроводящих полов (металлических, земляных,

железобетонных, кирпичных и т. п.);

c. высокой температуры;

d. возможности одновременного прикосновения человека к

имеющим соединение с землей металлоконструкциям зданий,

технологическим аппаратам, механизмам и т. п., с одной

стороны, и к металлическим корпусам электрооборудования — с

другой.

2. Особо опасные помещения, которые характеризуются наличием одного

из следующих условий, создающих особую опасность:

a. особой сырости;

b. химически активной среды;

c. одновременного наличия двух или более условий повышенной

опасности.

3. Помещения без повышенной опасности, в которых отсутствуют

условия, создающие повышенную опасность и особую опасность.

Если несмотря на все принимаемые меры безопасности все же происходит

поражение человека электрическим током, то спасение пострадавшего в

большинстве случаев зависит от быстроты

освобождения его от действия тока, а также от

быстроты и правильности оказания

пострадавшему первой помощи. Следует

помнить, что в тяжёлых случаях поражения от

электротока, у пострадавшего прекращается

сердечная деятельность и останавливается

дыхание, наступает состояние клинической

смерти. Максимум за 3-5 минут необходимо выполнить следующее:

1. Освободить пострадавшего от действия электрического тока,

воспользовавшись рубильником, выключателем или предохранителем. Если

пострадавший лежит на земле или на проводящем ток полу, следует

изолировать его от земли, подсунув под него деревянную доску или фанеру.

Если же пострадавший находится на высоте, так как возможно падение после

отключения тока вследствие прекращения действия неотпускающего тока.

Если невозможно отключить электроток, то дальнейшие действия по

спасению пострадавшего зависят от величины напряжения электротока:

а) если напряжение до 1000В можно использовать сухие предметы не

проводники (палки, доски, верёвки), применяют диэлектрические

(резиновые) перчатки, боты. Можно по отдельности перерубить провода

инструментом с деревянной ручкой;

б) при напряжении более 1000В необходимо использовать все средства

защиты в совокупности: резиновые перчатки и боты; изолирующие штанги и

клещи, указатели напряжения;

в) в случае контакта человека с воздушной линией электропередачи, для

освобождения пострадавшего от проводника, можно сделать искусственное

замыкание. При этом берут металлический провод, заземляют один конец, на

другой конец привязывают груз и забрасывают на линию воздушной

электропередачи (предложенный способ применяется только в случае

крайней необходимости);

2. После освобождения пострадавшего от действия электрического тока ему

немедленно нужно оказать доврачебную помощь в соответствии с его

состоянием.

а) Если пострадавший не потерял сознания и может самостоятельно

передвигаться, отвести его в помещение, удобное для отдыха, успокоить,

дать выпить воды, предложить полежать. Если при этом у пострадавшего

оказались какие-либо травмы (ушибы, порезы, вывихи суставов, переломы

костей и т. п.), то оказать на месте соответствующую помощь, а при

необходимости направить в медицинский пункт или вызвать врача.

б) Если после освобождения от электрического тока пострадавший

находится в бессознательном состоянии, но дышит нормально и

прослушивается пульс, надо немедленно вызвать врача, а до его прибытия

оказывать помощь на месте — привести пострадавшего в сознание: дать

понюхать нашатырный спирт, обеспечить поступление свежего воздуха.

Если после освобождения от действия электрического тока пострадавший

находится в тяжелом состоянии, т. е. не дышит или дышит тяжело,

прерывисто, то, вызвав врача, необходимо, не теряя ни минуты, приступить к

искусственному дыханию.

Методика искусственного дыхания «рот в рот»

Быстро и осторожно уложить пострадавшего на спину с вытянутыми вдоль

туловища руками на плоскую твердую поверхность. Освободить грудную

клетку от ремней, обвязок, одежды. Голову пострадавшего запрокинуть

кверху, одной рукой оттянуть его нижнюю челюсть кпереди и книзу, а

пальцами другой зажать нос. Следить, чтобы язык пострадавшего не западал

и не закрывал дыхательные пути. В случае

западения язык вытянуть и удерживать.

Проводящему искусственное дыхание

сделать максимальный вдох, наклониться

к пострадавшему, прижаться плотно

губами к его открытому рту и сделать

максимальный выдох. В этот момент

следить за тем, чтобы по мере

поступления воздуха в дыхательные пути

и легкие пострадавшего грудная клетка его максимально расправлялась.

После расправления грудной клетки отнять рот от губ пострадавшего и

прекратить сдавливать нос. В этот момент воздух начнет самостоятельно

выходить из легких пострадавшего. Следите за движением грудной клетки

пострадавшего: если после вашего выдоха в рот или нос его грудная клетка

поднялась, значит, дыхательные пути проходимы и искусственное дыхание

вы делаете правильно. Вдувание воздуха производят каждые 5—6 с, что

соответствует частоте дыхания 10—12 раз в минуту. Интервалы между

вдохами и глубина каждого вдоха должны быть одинаковыми. Первые 5—10

выдохов делайте быстро (за 20—30 с), следующие— со скоростью 12—15

выдохов в минуту. При отсутствии пульса следует продолжать

искусственное дыхание и одновременно приступить к проведению

наружного массажа сердца. Наружный массаж сердца поддерживает

кровообращение как при остановившемся, так и при фибриллирующем

сердце. Общеизвестно, что такой массаж может привести к возобновлению

самостоятельной нормальной деятельности сердца.

Закрытый массаж сердца

Оказывающий помощь накладывает на нижнюю часть грудины

пострадавшего обе руки друг на друга ладонями вниз. Ритмично 60—80 раз в

минуту надавливают на нижнюю часть грудины вертикально вниз. Грудная

клетка во время клинической смерти человека из-за потери мышечного

тонуса становится очень подвижной,

что позволяет при массаже смещать

нижний конец грудины на 3—4 см.

Сердце, таким образом, сдавливается

и из него выдавливается кровь в

кровеносные сосуды. После каждого

надавливания следует отнимать руки

от грудины для того, чтобы грудная клетка полностью расправилась, а сердце

наполнилось кровью. Лучше всего проводить оживление пострадавшего

вдвоем, поочередно выполняя наружный массаж сердца и искусственное

дыхание. Сделайте 4 таких цикла по 30 нажатий и 2 вдоха. После этого вновь

проверьте пульс на сонной артерии. Если его нет, реанимация продолжается.

Повторите 5 циклов по 30 нажатий и 2 вдоха. Продолжайте до прибытия

скорой помощи или появления признаков биологической смерти

Признаки остановки сердца

Резкая синюшность или бледность, пульс на лучевой и сонной артерии не

ощущается, при прослушивании ухом работа сердца не слышна.

3. Если работник подвергся воздействию электротока, и, при этом,

отсутствуют видимые последствия, то всё равно необходимо вызвать врача.

Неотпускающий ток

Увеличение тока сверх порогового ощутимого вызывает у человека судороги

мышц и неприятные болезненные ощущения, которые с ростом тока

усиливаются и распространяются на все большие участки тела. При токе 3 –

5 мА (50 Гц) действие тока ощущается всей кистью руки; при 8 – 10 мА боль

резко усиливается и охватывает всю руку, сопровождаясь непроизвольными

сокращениями мышц руки и предплечья. При 10 – 15 мА (50 Гц) боль

становится едва переносимой, а судороги мышц рук оказываются настолько

значительными, что человек не в состоянии их преодолеть. В результате он

не может разжать руку, в которой зажата токоведущая часть, и оказывается

как бы прикованным к ней. Такой же эффект производят и большие токи.

Опыты, проводившиеся с людьми, показали, что наибольший постоянный

ток, при котором человек еще в состоянии выдержать боль, возникающую в

момент отрыва рук от электродов, составляет 50 – 80 мА. Этот ток и принят

условно за порог неотпускающего тока при постоянном напряжении.

Значения пороговых неотпускающих токов у разных людей различны. Они

различны также у мужчин, женщин и детей. Средние значения их

составляют: для мужчин 16 мА при 50 Гц и 80 мА при постоянном токе, для

женщин (соответственно) 11 и 50 мА, для детей 8 и 40 мА. Ток 25 – 50 мА

при 50 Гц воздействует на мышцы не только рук, но и туловища, в том числе

на мышцы грудной клетки. В результате дыхательные движения грудной

клетки сильно затрудняются. В случае длительного воздействия этого тока

дыхание может оказаться невозможным, после чего через некоторое время

наступит смерть от удушья. Этот ток одновременно вызывает сужение

кровеносных сосудов, что приводит к повышению артериального давления

крови и затруднению работы сердца. Длительное воздействие этого тока

вызывает ослабление деятельности сердца и как итог этого – потерю

сознания. Ток больше 50 мА вплоть до 100 мА (50 Гц) действует значительно

сильнее тока, т. е. явления нарушения работы легких и сердца наступают

через меньший промежуток времени. При этом токе первыми (по времени)

поражаются, как правило, легкие, а затем – сердце.

Предельно допустимые величины напряжений и токов.

По ГОСТ 12.1.038-82 ССБТ «Предельно допустимые величины напряжений

и токов. Электробезопасность». Факторы величины напряжения и время

воздействия электрического тока, приведены в таблице ниже

Время действия, сек.

Длительн

До 30

0,5

0,2

0,1

Величина тока, мА.

100

250

500

Величина напряжения, В.

100

250

500

Природа Молний

Чтобы понять природу молний, для начала нужно понять, что представляет

собой грозовое облако. Ведь именно оно является «создателем» такого

природного явления, как молния. Облако состоит из пара. Но часть этого

пара конденсировалась и превратилась в капельки и льдинки. По сути,

облако имеет несколько слоёв: на расстоянии до 3-4 км оно состоит из пара,

капель, выше из льдинок. Ведь на высоте нескольких километров

температура значительно ниже, чем на земле. Пытаясь понять

происхождение молнии, мы должны уделить внимание именно верхнему

слою, то есть льдинкам. Под воздействием потоков тёплого воздуха,

поднимающихся с земли эти замёрзшие капли находятся в постоянном

движении. Естественно, льдинки имеют различные размеры, а значит и

массу, поэтому самые лёгкие и маленькие из них всё тем же тёплым

воздухом поднимаются вверх облака, а те, что потяжелее, остаются внизу.

Конечно, путь вверх труден, льдинки поменьше постоянно сталкиваются с

льдинками более крупными, в результате чего происходит трение. При этом

крупные частички, те, что остаются внизу заряжаются отрицательно, а те, что

стремятся вверх, заряжаются положительно. Таким образом, слоёное облако

приобретает положительно заряженный верхний слой, и отрицательно

заряженный нижний. Такая напряжённая обстановка должна разрядиться,

поэтому поток отрицательного заряда спускается на землю. Мы при этом

наблюдаем молнию. После того, как облако разрядилось, снова начинается

тот же процесс. Но всё-таки такой процесс образования моли не совсем

верен. Ведь для того, чтобы образовался нужный разряд, напряжение в

облаке должно достигать 2500 кВ/м. На самом же деле в облаке образуется

лишь около 400 кВ/м. Так откуда же берутся те необходимые недостающие

кВ? Чтобы понять это, нужно учесть, что планету нельзя рассматривать

отдельно от космоса. Ведь многие природные явления зависят именно от

влияний из вне, то есть из космоса. В случае с молниями, так же может

играть свою роль то неизведанное далёко. Существует теория, которая

находит те недостающие кВ. Дело в том, что существуют космические лучи,

которые попадают на землю каждую секунду. Они представляют собой

частицы высоких энергий. Столкнувшись с молекулой воздуха, космический

луч ионизирует её. В результате появляется огромное количество электронов

с высокой энергией. При попадании в электронное поле между землёй и

облаком они развивают околосветовую скорость, вызывая тем самым массу

электронов, которые движутся с ними к земле. Их ионизированный путь

использует грозовое облако, чтобы выпустить разряд.

Грозовые разряды чрезвычайно опасны. Сила тока в канале молнии может

достигать 40 000 ампер. Поскольку свет от молнии идёт в разные стороны с

очень большой скоростью (300.000 км/сек), то мы видим всю молнию

практически одновременно с мгновением её прохождения в воздухе по всей

её длине. При этом важно заметить, что длина молнии может составлять

даже несколько километров. А вот звук в атмосфере движется довольно

медленно по сравнению со светом, всего лишь со скоростью 330...350 м/с. В

связи с этим легко представить, что от участков молнии, ближе

расположенных к наблюдателю, звук придёт раньше, а от более далёких

участков молнии звук придёт позже, вот и начинают "перекатываться" в

воздухе громовые "раскаты. Но при этом важно заметить, что в атмосфере

сравнительно быстро и на достаточно небольших расстояниях затухают

высокочастотные колебания (в пределах 500-1000м), в то время как звуки

низкой частоты проникают на очень большие расстояния (до десятков км).

Вот почему, если молния ударила близко от Вас, то звук от неё будет

преимущественно высокочастотным и напоминает удар молотом по

подвешенному листу жести ("дзынь...!), но от дальней молнии (несколько км)

к Вам придёт только низкочастотный "ворчащий" звук ("ур-ур-ур...), как бы

"перекатывающийся" по дальним углам небосвода.

Виды молний

Оказывается, существует более 10 видов молний. В данной работе

приводятся обзоры наиболее интересных молний. Виды молний будут

рассматриваться по порядку, от наиболее часто встречающихся линейных

молний до редчайших спрайтовых молний.

Линейная молния туча-земля

Длятся они чаще всего около 0,2 секунды. Почти всегда сопровождаются

громом. Что нужно для ее

образования? Пара сотен кубических

километров воздуха, достаточная для

молнии высота и мощный тепловой

двигатель - ну, к примеру, Земля.

Возьмем воздух и последовательно

начнем его нагревать. Когда он начнет

подниматься, то с каждым метром

подъема нагретый воздух

охлаждается, постепенно становясь

холоднее и холоднее. Вода

конденсируется во все более крупные капли, образуя грозовые облака.

Именно они рождают молнии и гром. В результате получается очень мощный

конденсатор, который может время от времени разряжаться в результате

скачкообразного преобразования обычного воздуха в плазму. Плазма

образует своеобразные каналы, которые, при соединении с землей, и служат

отличным проводником для электричества. Облака постоянно разряжаются

по этим каналам, и мы видим внешние проявления данных атмосферных

явлений в виде молний. Кстати, температура воздуха в месте прохождения

заряда (молнии) достигает 30 тысяч градусов, а скорость распространения

молнии - 200 тысяч километров в час.

Молния земля-облако

Образуются они в результате накапливающегося электростатического заряда

на вершине самого высокого объекта на земле. Такие молнии образуются в

результате “пробивания” воздушной прослойки между вершиной

заряженного объекта и нижней частью грозовой тучи. Чем выше объект, тем

больше вероятность того, что

молния в него ударит.

Молния облако-облако

Молниями могут “обмениваться” и

отдельные облака, поражающие

электрическими зарядами друг друга.

Поскольку верхняя часть облака

заряжена позитивно, а нижняя -

негативно, рядом стоящие грозовые

облака могут простреливать

электрическими зарядами друг друга.

Довольно частым явлением является

молния, пробивающая одно облако, и гораздо более редким явлением

является молния, которая исходит от одного облака к другому.

Горизонтальная молния

Эта молния не бьет в землю, она

распространяется в горизонтальной

плоскости по небу. Такие молнии

очень мощные и очень опасные.

Ленточная молния

Эта молния выглядит как несколько

молний, идущих параллельно друг

другу. В образовании их нет никакой

загадки - если дует сильный ветер, он

может расширять каналы из плазмы, и в

результате образуется вот такая вот

дифференцированная молния.

Бисерная (пунктирная

молния)

Это очень, очень редкая

молния, существует, но как она

образуется - пока что можно

только догадываться. Ученые

предполагают, что пунктирная

молния образуется в результате

быстрого остывания некоторых

участков трека молнии, что и

превращает обычную молнию в

пунктирную

Спрайтовые молнии

Оказывается, что некоторые

виды молний бывают выше

облаков. Сфотографированы

они были толкьо в 1994году.

Высота их образования –

около 100 километров. Пока

не очень понятно, что они из

себя представляют.

Шаровые молнии

Формой эта молния напоминает круглый светящийся мячик диаметром от

3 до 20 сантиметров. Явление это

наблюдается при сильных грозах,

как правило, после многократных

разрядов и обычных молний и

выпаденем дождя, т.е. оно носит

вторичный характер, является

следствием ранее

осуществившихся грозовых

разрядов. Продолжительность

существования шаровой молнии –

от нескольких секунд до минуты, скорость ее движения незначительна, она

может быть несколько секунд даже неподвижной. Светится шаровая молния

не очень ярко, примерно как небольшая электрическая лампочка, цвет ее

может быть от неяркого красного или оранжевого до белого. Иногда она

искрит и вращается. Может проникать через небольшие отверстия или щели,

т.е. пластична. Исчезает или бесследно, как бы растворяясь в окружающем

воздухе или взрываясь. Температура внутри шаровой молнии оценивается в

зависимости от ее состояния (характеризуемого яркостью свечения и цвета)

от 550 до 1050

С.

Огни Святого Эльма

Это, в принципе не молния,

а просто явление тлеющего

разряда на конце

различных острых

объектов.

Вулканические молнии

Эти молнии появляются при извержении вулканов. Вероятно, газопылевой

заряженный купол, пробивающий сразу несколько слоев атмосферы,

вызывает возмущения, поскольку сам несет довольно значительный заряд.

Ученые пока точно не знают, почему образуются эти молнии, и существует

несколько теорий, одна из которых и представлена выше.

Для чего нужна молния

Так что же такое молнии? Действительно, от молний погибает много людей,

сгорают дома. И, тем не менее, природа гармонична. Во-первых, молния

служит некой батарейкой земли, которая заряжает электронное поле,

разряжающееся в спокойную погоду. А во-вторых, она продуцирует

половину нитратов, которые необходимы для земной флоры. Мы знаем, что

от ультрафиолетовых излучений нашу землю защищает озоновый слой. Так

вот и этот незаменимый для жизни слой продуцирует молния.

Первая помощь при ударе молнией

Если вдруг кто-то всё таки стал жертвой небесного разряда, нужно уметь

оказать первую помощь. Если пострадавший не дышит, необходимо сделать

искусственное дыхание. Проверьте сердцебиение. Если оно отсутствует,

необходим непрямой массаж сердца. Если неподалёку есть аптечка,

промокните ватку нашатырём и поднесите к носу пострадавшего. Разотрите

пострадавшего спиртом или водкой, укутайте в тёплое. Если есть место

травмы, на него нужно наложить стерильную повязку. Естественно нужно

вызвать скорую помощь. Во время грозы опасно находиться под одиноко

стоящими деревьями, особенно дубом, тополем, ясенем, лиственницей,

сосной, елью и липой. Менее опасны берёза и клён. Если вы находитесь в

открытом месте и вдруг чувствуете, что волосы встали дыбом, или слышите

странный шум, исходящий от предметов, это значит, что вот-вот ударит

молния! Нагнитесь вперед, руки положите на колени (но не на землю!), ноги

должны быть вместе, пятки должны быть прижаты друг к другу (если ноги не

соприкасаются, разряд пройдет через тело). Во время грозы нельзя

находиться у костра (электропроводимость нагретого воздуха возрастает), не

следует купаться, кататься в лодке, укрываться под изолированными

навесами, в стогах сена, под металлическими оградами, вблизи труб и

проводов. Находясь на открытом пространстве, лучше присесть в сухую яму,

траншею. Тело должно иметь по возможности меньшую площадь

соприкосновения с землёй. Не стоит бежать, а если вы едете в машине -

лучше остановиться. Более редкими и менее изученными по опасности для

человека являются так называемые шаровые молнии. В популярной

литературе предлагаются следующие меры безопасности в случае

проникновения такой молнии в дом:

1. Поскольку траектория полёта шаровой молнии практически не

предсказуема, не стоит делать резких движений и, тем более, убегать, так как

можно вызвать воздушный поток, по которому сгусток энергии последует

вслед за вами;

2. Держитесь подальше от электроприборов и проводки, не касайтесь

металлических предметов;

3. Даже если молния исчезла (обычно через десятки секунд) не теряйте

бдительности, так как после таких “визитов” возможны пожары.

4. Но если вдруг шар приблизился к вам слишком близко, учёные

советуют интенсивно подуть на него. Считается, что молния обладает

хорошей парусностью, поэтому непременно отлетит. При непосредственной

близости может произойти нанесение ожогов.

Если вы находитесь в доме, следует закрыть окна и отключить из розеток все

электроприборы. Снимите с себя все металлическое.

Это интересно

1. Ежесекундно над земной поверхностью в среднем происходит 117

грозовых разрядов, при это примерно половина их – над океанами, а

половина над сушей;

2. Типичная молния длится около четверти секунды и состоит из 3-4

разрядов;

3. Средняя гроза путешествует со скоростью 40км. в час;

4. Прямо сейчас в мире гремят около 1800 гроз;

5. В американский Эмпайр-стейт-билдинг молния ударяет в среднем

23раза в год;

6. Вероятность быть убитым молнией составляет 1 к 2 000 000. Такие же

шансы у каждого из нас умереть от падения с кровати;

7. Вероятность увидеть шаровую молнию составляет 1 к 10 000;

8. Интересно, почему зимой не бывает грозы? А всё дело в том, что

грозовое облако рождается только при восходящих потоках влажного

воздуха. Это возможно только при повышенных температурах, то есть

летом. На севере, где лето практически такое же холодное, как зима в

средней полосе, грозы настоящая редкость;

9. В грозу пользоваться компасом бессмысленно. Ведь это навигационное

устройство работает на принципе электромагнитного поля. В грозу же

магнитная стрелка компаса перемагничивает стрелку, поэтому

определить правильное направление невозможно;

10. Для разряда в воздухе должно быть достаточно ионов. Их много там,

где пыль. Поэтому в море или океане молнии очень редки.

Что такое гром?

Гром — звуковое явление в атмосфере, сопровождающее разряд молнии.

Гром представляет собой колебания воздуха под влиянием очень быстрого

повышения давления на пути молнии, вследствие нагревания

приблизительно до 30 000 °C. Нагреваясь, воздух мгновенно расширяется и

происходит процесс, аналогичный взрыву, он сопровождается звуковой

волной – громом. Раскаты грома возникают из-за того, что молния имеет

значительную длину и звук от разных её участков и доходит до уха

наблюдателя не одновременно, кроме того возникновению раскатов

способствует отражение звука от облаков, а также потому, что из-за

рефракции звуковая волна распространяется по различным путям и приходит

с различными запаздываниями. Громкость раскатов грома может достигать

120 децибел.

Как определить расстояние от места вашего нахождения до молнии

В момент вспышки молнии включите секундомер, а при начале звукового

удара - выключите. Число секунд умножьте на 340 (ср скорость звука в м/с )

и получите расстояние до молнии в метрах. Если сделать несколько таких

наблюдений подряд и записывать результаты, то можно вычислить,

приближается к Вам гроза или удаляется от Вас, и даже с какой скоростью

это происходит. Как правило, гром слышен на расстоянии до 15-20

километров, таким образом, если наблюдатель видит молнию, но не слышит

грома, то гроза находится на расстоянии не менее 20 километров.

Батарейка в домашних условиях

Предположим шуточную ситуацию: «вечер. Вам пора делать домашнюю

работу по физике, но вдруг, выключили свет! Как же быть? Прийти

неподготовленным нельзя! Вот бы хоть маленькую лампочку в мое

распоряжение!» Это возможно! Вас спасет лимон! Необходима всего лишь

незамысловатая батарейка, которую можно создать в домашних условиях.

Батарейка – это удобное хранилище электричества, которое может быть

использовано для обеспечения энергией переносных устройств. Некоторые

батарейки предназначены для одноразового использования, другие – можно

перезаряжать. Батарейки бывают разнообразной формы и размеров.

Батарейки хранят электричество в химической форме. В одноразовой

батарейке, когда весь ее заряд использован, химические вещ-ва

превращаются в бесполезные отходы – батарейка приходит в негодность. Все

батарейки имеют 3 части: два электрода (положительный и отрицательный) и

химическое вещ-во, называемое электролитом, в которое эти электроды

погружены. Клемма батарейки – это места, в которых провода

присоединяются к электродам. Аккумулятором называется химический

источник тока многоразового действия. Каждый аккумулятор также имеет

два электрода, сделанных из разных веществ. На электродах соединяется

электрический заряд. Отрицательный электрод имеет больше электронов,

положительный – меньше. Оба электрода погружены в ве-во – жидкое или в

виде пасты, - называемое электролитом. Электроны перемещаются сквозь

электролит от отрицательного электрода к положительному, создавая тем

самым электрический ток. Его направление противоположно направлению

движения электронов, т.е. ток идет от положительного электрода к

отрицательному.

Лимонная батарейка.

Все виды химических реакций могут сопровождаться выработкой

электричества. Удивительно, но можно сделать батарейку только с помощью

лимона и проводов. Так же можно использовать картофель, апельсин и др.

Что требуется для работы:

1. Свежий лимон;

2. Жесткая медная проволока;

3. Скрепки;

4. Кусачки для проводов;

5. Вольтметр или амперметр (не обязательно);

6. Электропровода с зажимами.

1) Возьмите лимон и, несильно нажимая на него, покатайте по

поверхности стола. Тогда внутри лимона начнет скапливаться

сок. Старайтесь не повредить кожуру;

2) Используя кусачки, отрежьте кусок медной проволоки, длинной

5см. Аккуратно воткните примерно 2,5см. проволоки в лимон.

3) Распрямите скрепку. Осторожно воткните ее на 2,5см. в лимон.

Попытайтесь воткнуть ее как можно ближе к медному электроду,

но так, чтобы они не касались друг друга;

4) Пошевелите языком во рту, чтобы он стал совсем мокрым.

Теперь осторожно лизните оба электрода одновременно. Вы

должны почувствовать легкое покалывание. Электричество,

производимое лимонной батарейкой, течет сквозь ваш язык;

5) Можно определить присутствие тока при помощи использования

вольтметра или амперметра. Соедините одну клемму с прибором,

а другую – с медным электродом.

Почему так получилось?

Лимонная батарейка – это однозарядная батарейка. Лимонный сок выступал

в качестве электролита, медная проволока была положительным электродом,

принимающим электроны, остальная скрепка – отрицательным,

испускающим электроны. При соприкосновении языка с электродами или

присоединении к ним измерительного прибора, цепь замкнулась. Внутри

лимона произошла химическая реакция. Электроны внутри атомов,

составляющих лимонный сок, собрались на отрицательном электроде и

потекли по цепи к положительному электроду. Возник электрический ток,

текущий по электрической цепи. Но чтобы зажечь небольшую лампочку вам

понадобится большее напряжение. Для его создания необходима

многозарядная батарейка. Ее можно создать, соединив две или более

лимонных батареек друг с другом. Вот и созданы все условия для того, чтобы

спокойно делать домашнюю работу по физике! Это невыполнения ее вас

ничего не спасет, потому что настоящий физик всегда найдет выход из

любой ситуации и сможет дать ответ на интересующие вопросы почему и

как?

Заключение

Проведение большого числа опытов было не возможным, т.к. не было

желающих испытать на себе действие электрического тока, потому, что

есть серьезная опасность здоровью и жизни человека. Поэтому я

ограничилась донесением теоретической информации до читателя. Размер

работы превышен, т.к. материалы из приложения наглядно включены в

саму работу для удобства пользования и наглядности. Актуальность

данной работы состоит в том, что пункты данной работы имеют широкое

значение и применение в жизни. Кроме того, при помощи ее можно

расширить свой кругозор. Проделав данную работу, я сделала для себя

массу интересных, увлекательных и познавательных открытий: поняла

природу молний, узнала, как определить расстояние от моего места

нахождения до молнии, лучше поняла действие электрического тока на

организм человека, определила факторы, оказывающие влияние на исход

тяжести поражения, нашла предел допустимых величин напряжений и

токов и, что не мало важно, получила знания по оказанию первой помощи

человеку, пострадавшему от удара током. А самое главное – дала ответ на

свой исходный вопрос – почему возникает неотпускающий эффект.

Список использованной литературы и интернет сайтов:

В моей работе я в основном использовала ресурсы интернет источников, т.к.

мы живем в век хорошо развитых компьютерных технологий, имеющих

почти повсеместную распространенность. Я считаю, что интернет позволяет

получить большее кол-во информации за меньший промежуток времени.

1. http://www.krugosvet.ru/ - онлайн энциклопедия;

2. http://www.uznaete.ru/ - интересные вопросы и ответы.

3. http://flash-land.ru/page-3.html - основные положения о молниях;

4. http://ecos.org.ua/?p=184 – виды молний;

5. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D1%80%D0%BE%D0%BC – гром.

6. http://ftemk.mpei.ac.ru/bgd/_private/haracter_zhach_tok/neotpusk_tok.htm -

неотпускающий ток;

7. http://works.tarefer.ru/9/100112/index.html - факторы воздействия;

8. http://ru.wikipedia.org – теория об оказании первой помощи;

9. А.П.Перышкин «Физика. 7 класс» 8-е издание, ООО «Дрофа», Москва

2004г.

10. Я.И.Перельман «Занимательная физика». Москва 1988г.

11. И.В.Мазур «Природа глазами физика».

12. Журнал «Галилео»под редакцией DeaGostini 2011г.

Скачать материал

Исследовательская работа "Электричество – это интересно" 10 класс

Физика - еще материалы к урокам:

Предметы

Похожие материалы