Ученики на Учителя.com


Исследовательская работа "Молния природа грозового электричества" 3 класс

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение ”Средняя
общеобразовательная школа № 10 города Лениногорска” муниципального
образования ”Лениногорский муниципальный район” Республики Татарстан
Направление: естественнонаучное
Исследовательская работа
«Молния:природа грозового электричества»
Выполнил
учащийся 3А класса МБОУ « СОШ №10»
Важнов Елисей
Руководитель: Спиридонова
Ирина Валентиновна,
учитель начальных классов ,
первой квалификационной категории
2020г.
2
Содержание
Введение………………………………………………………………………..
с.3
Глава 1. История изучения…………………………………………………….
с.4
Глава 2. Происхождение грозовых туч……………………………………….
с.5
2.1. Виды молний…………………………………………...................
с.6
2.2. Грозовой разряд в атмосфере……………………………………...
с.6
2.3. Разряд между облаками……………………………………………
с.7
2.4. Разряд между облаком и землей…………………………………..
с.7
2.5. Шаровая молния……………………………………………………
с.8
Глава 3. Как рассчитать расстояние…………………………………………
с.9
Глава 4. Молниеносные факты………………………………………………
с.10
Глава 5. Исследовательская деятельность…………………………………
с.12
Заключение……………………………………………………………………
с.15
Приложение…………………………………………………………………….
с.16
Список литературы…………………………………………………………..
с.17
3
Молния, как бы созревши,
Вдруг разорвет облака и проносится пламенем ярким,
Быстро сверканье её, заливая окрестности светом,
Следует тяжкий удар, как будто бы, лопнув внезапно,
Рушится весь небосвод и грозит обвалиться на землю.
Лукреций
ВВЕДЕНИЕ
Молния – величественное и очень красивое явление природы. Вместе с
тем это страшное явление, несущее разрушительную силу. На протяжении
веков явления грозы поражали воображение человека. В данной работе я
отвечу на вопрос: Что такое молния? Происхождение данного явления.
Проведу опыты по созданию молнии.
Тема исследования: «Что такое молния?»
Объект исследования: молния.
Предмет исследования: электрические заряды.
Цель: установить природу возникновения молний.
Задачи:
1. Изучить литературу по данной теме.
2. Установить, как возникает молния.
3. Провести опыты по созданию молнии в миниатюре.
Проблема: Что такое молния? Установить природу возникновения молний.
Гипотеза: Возможно, молния – это электрический разряд.
Этапы исследования: наблюдение природного явления, постановка проблемы
исследования, знакомство с литературой по данной теме, проведение
экспериментов, выводы, распространение опыта.
Теоретическая и практическая значимость: работа обоснована
необходимостью развития познавательного интереса к окружающему миру.
4
Глава 1. История изучения
Молния и гром первоначально воспринимались людьми как выражение
воли богов и, в частности, как проявление божьего гнева. Вместе с тем
пытливый человеческий ум с давних времен пытался постичь природу
молнии. Но в те далекие времена разгадать эту природу ученым было не под
силу.
В 1752 годы Бенджамин Франклин
экспериментально доказал, что молния –
это сильный электрический разряд.
Ученый выполнил знаменитый опыт с
воздушным змеем, который был запущен
в воздух при приближении грозы. На крестовине змея была укреплена
заостренная проволока, к концу бечевки привязаны ключ и шелковая лента.
Ленту ученый удерживал рукой. В письме к одному из своих друзей ученый
Б. Франклин писал: «Как только грозовая туча окажется над змеем,
заостренная проволока станет извлекать из нее электрический огонь, и змей
вместе с бечевкой наэлектризуется. А когда дождь смочит змей вместе с
бечевой, сделав их тем самым способными свободно проводить
электрический огонь, вы увидите, как он обильно стекает с ключа при
приближении вашего пальца». В середине XVIII в. была доказана
электрическая природа молнии. Установление электрической природы
молнии позволило Франклину создать громоотвод.
Весть о громоотводе Франклина быстро разнеслась по Европе, и его
выбрали во все академии, включая и Российскую.
Одновременно с Франклином исследованиями электрической природы
молнии занимались М.В. Ломоносов и Г.В. Рихман.
5
Глава 2. Происхождение грозовых туч.
Туман, поднявшийся высоко над землёй, состоит из частичек воды и
образует облака. Более крупные и тяжёлые облака называются тучами. Одни
тучи являются простыми — они молнии и грома не вызывают. Другие же
называются грозовыми, так как именно они создают грозу, образуют молнию
и гром. От простых дождевых туч грозовые тучи отличаются тем, что они
заряжены электричеством: одни — положительным, другие —
отрицательным. Как же образуются грозовые тучи? Всякий знает, какой
сильный ветер бывает во время грозы. Но ещё более
сильные воздушные вихри образуются выше над
землёй, где движению воздуха не мешают леса и горы.
Этот ветер, главным образом, и образует
положительное и отрицательное электричество в
облаках. Чтобы понять это, рассмотрим, как
распределено электричество в каждой водяной капле.
Такая капля изображена в увеличенном виде на
рисунке. В центре её находится положительное
электричество, а равное ему отрицательное электричество располагается на
поверхности капли. Падающие капли дождя подхватываются ветром,
попадают в воздушные потоки. Ветер, с силой ударяющий в каплю,
разбивает её на части. При этом отколовшиеся наружные частицы капли
оказываются заряженными отрицательным
электричеством. Оставшаяся более крупная и
тяжёлая часть капли заряжена положительным
электричеством. Та часть тучи, в которой
скапливаются тяжёлые частицы капель,
заряжается положительным электричеством.
Чем сильнее ветер, тем скорее туча заряжается
электричеством. Ветер затрачивает
определенную работу, которая уходит на то, чтобы разделить
6
положительное и отрицательное электричества. Дождь, выпадающий из тучи,
уносит часть электричества тучи на землю и, таким образом, между тучей и
землёй создаётся электрическое притяжение. На рисунке показано
распределение электричества в туче и на поверхности земли. Если туча
заряжена отрицательным электричеством, то, стремясь притянуться к нему,
положительное электричество земли будет распределяться на поверхности
всех возвышенных предметов, проводящих электрический ток. Чем выше
предмет, стоящий на земле, тем меньше расстояние между его верхом и
низом тучи и тем меньше остающийся здесь слой воздуха, разделяющий
разноимённые электричества. Очевидно, что в таких местах молнии легче
пробиться к земле.
2.1. Виды молний
Молнии нагревают воздух до 30 тыс.
0
С, вызывая быстрое его
расширение вдоль молнии (взрывная волна), которое создает звуковой
эффект – гром. В разных частях кучево-дождевого облака происходит
накопление противоположно заряженных электрических зарядов. Этот
процесс настолько интенсивен, что за короткое время создаются мощные
электрические поля между частями облака, разными облаками или между
облаком и земной поверхностью. Когда напряжение поля достигает
некоторого критического значения (25-50 тыс. В/м), разности потенциалов
выравниваются посредством искрового разряда. Это и есть молния –
гигантский искровой разряд между разноименно заряженными облаками, или
их частями, или между облаком и землей. Молнии, ударяющие в землю,
наиболее опасны для человека.
2.2. Грозовой разряд в атмосфере.
Молния может ударить прямо в воздух. В
большинстве случаев разряд бывает
направлен вниз от вершины облака, где
7
накапливается положительный заряд, в
отрицательно заряженный воздух под
облаком.
2.3. Разряд между облаками.
При возникновении разности
электрического потенциала внутри облака
или между несколькими грозовыми
облаками возникает так называемый разряд
между облаками. Такие молнии могут
длиться до 1,5 секунды, а их длина
колеблется от 1 до 150 км. Молния внутри
облака представляет собой великолепное
зрелище, особенно ночью.
2.4. Разряд между облаком и землей.
Яркие вспышки грозовых разрядов
на самом деле значительно сложнее, чем
выглядят. Каждый из них начинается с
лидера, то есть с предварительного
разряда, который как бы прокладывает
путь к земле. В тот момент, когда лидер
касается земли, начинается вторая, или
главная, часть удара –
разряд. От земли
вверх к облаку
простирается
8
гигантское пламя, повторяющее путь, пройденный лидером. Таких ударов в
одном грозовом разряде может быть несколько. Обычно это происходит так
быстро (доли секунды), что человеческий взгляд видит одну яркую вспышку.
2.5. Шаровая молния.
С точки зрения физики шаровая молния – интереснейшее явление
природы. К сожалению, мы еще не умеем получать ее искусственно (мы не
знаем, при каких условиях она
возникает). Шаровая молния
имеет форму шара. Но молния
может вытягиваться, принимать
форму овала или груши. Она
светится – иногда тускло,
иногда ярко. Обычно шаровая
молния движется бесшумно, но может издавать шипение или жужжание –
особенно когда она искрит. В движении шаровой молнии обнаруживаются
определенные закономерности. Возникнув где-тол вверху, в тучах, она
опускается ближе к поверхности земли. Далее движется почти
горизонтально. Молния огибает проводящие ток объекты и, в частности,
людей. Шаровая молния обнаруживает явное «желание» проникнуть внутрь
помещений. В большинстве случаев шаровая молния возникает в период
грозовой активности, когда наблюдаются обычные молнии и когда
напряженность атмосферного электрического поля особенно велика.
Шаровую молнию принято считать весьма редким явлением, по той причине,
что ее удается наблюдать крайне редко.
9
Глава 3. Как рассчитать расстояние
Гром возникает вследствие резкого расширения воздуха при быстром
повышении температуры в канале разряда молнии.
Вспышку молнии мы видим практически как мгновенную вспышку и в
тот же момент, когда происходит разряд, ведь свет распространяется со
скоростью 299 792 км/с. Что же касается звука, то он распространяется
значительно медленнее. Поэтому мы слышим гром уже после того, как
сверкнула молния. Чем дальше от нас молния, тем, очевидно, длиннее пауза
между вспышкой света и громом и, кроме того, слабее гром. Измеряя
длительность таких пауз, можно приближенно оценить, как далеко от нас в
данный момент гроза, насколько быстро она приближается к нам или,
напротив, удаляется от нас. Гром от очень далеких молний вообще не
доходит – звуковая энергия рассеивается и поглощается по пути. Такие
молнии называют зарницами. Почему мы слышим гром в течение нескольких
секунд, а разряд молнии длятся всего 0,1 – 0,2 секунды? Причин тому две.
Во-первых, молния имеет большую длину (она измеряется километрами);
звук от разных ее участков доходит до нас в разные моменты времени. Во-
вторых, происходит отражение звука от облаков и туч – возникает эхо. Эти
две причины и приводят к тому, что вслед за короткой вспышкой молнии
слышатся более или менее долгие раскаты грома.
При помощи несложных расчетов можно определить, как далеко от нас
находится гроза. Надо лишь посчитать, сколько секунд прошло между
вспышкой молнии и раскатом грома, а затем полученное число разделить на
3.
10
Глава 4. Молниеносные факты
Молния длится около четверти секунды и состоит из 3-4 разрядов.
Молнии путешествуют со скоростью 56'000 км в секунду и имеют силу
тока в 10-40 тысяч ампер.
Молния часто несколько раз подряд ударяет в одно место: как и любой
электрический разряд, она устремляется по пути наименьшего
сопротивления.
В мире каждую минуту сверкает 6000 молний.
Средняя молния имеет длину 9,5 км.
Температура молнии может достигать 27 771 градусов по Цельсию.
Это почти в 5 раз горячее, чем поверхность Солнца!
Каждый год молнии убивают в России, по некоторым оценкам, 550
человек.
Примерно 25% тех, в кого попала молния, погибают. Смертельные
случаи - обычно результат остановки сердца. После удара молнии в
электрических системах организма происходит короткое замыкание и
те, кто выжил, получают серьезные нарушения здоровья, не говоря уже
о психической травме: потери памяти и чувствительности, нарушения
сна, ослабление слуха, постоянные боли.
Молнии наблюдаются также на Венере, Юпитере, Сатурне и Уране.
Чаще, чем в другие деревья, молнии попадают в дубы. Этому есть
мифологическое объяснение: у древних греков дуб был деревом Зевса,
бога-громовержца.
Ударяя в песчаную почву, молния способствует образованию стекла.
После грозы в песке можно найти полоски стекла.
В самолеты молния попадает в среднем один раз на каждые 5-10 тысяч
летных часов.
В середине XVIII века некоторые европейские дамы носили на своих
шляпках молниеотводы, а заземляющая проволока волочилась следом.
11
На Руси повелителем грома и молний считался Илья-пророк, который
раскатывал по небу на громыхающей колеснице. Святой Илья жил в IX
веке и единственный из пророков был живым взят в Царство Небесное.
12
Глава 5. Исследовательская деятельность
Из энциклопедических источников я узнал, что все тела состоят из
мельчайших частиц – атомов. Атомы состоят из ещё более мелких частиц:
протонов и электронов. Протоны имеют положительный заряд, электроны –
отрицательный заряд. Заряды с противоположными знаками притягиваются,
заряды с одноименными знаками отталкиваются. Атомы содержат
одинаковое количество протонов и электронов, поэтому заряды
уравновешиваются. Протоны с нейтронами находятся в неподвижном
состоянии и представляют собой ядро атома. Электроны постоянно
вращаются вокруг ядра. Если количество электронов в атомах увеличивается
или уменьшается, тело электризуется.
В экспериментах для электризации предметов (воздушные шарики,
пластмассовая линейка, металлический противень) я натирал эти предметы о
шерстяной шарф, пластиковую линейку,
оргстекло.
Когда мы трем шарик о шерстяную
ткань, отдельные электроны атомов шерсти
отрываются и переходят к атомам,
образующим шарик. Атомы шарика, получив
избыток электронов, электризуются.
13
А пластмассовая линейка при трении получившая отрицательный
заряд, приобрела способность притягивать положительные заряды бумаги и
заставила обрывки бумаги двигаться за собой.
Следующий этап – создание искусственной молнии. Мне удалось
получить молнию в миниатюре. Я взял три стакана, хорошо просушил их над
огнем и поставил на стол. Сверху на них положил металлический поднос.
Оргстекло наэлектризовал шерстяным шарфом и положил на поднос.
14
Взял чайную ложку и потянулся ею к краю подноса. Раздался щелчок!
Появилась «молния» - яркая, беловато-синяя искра в полспички длиной. А
треск, который я услышал – это «гром».
Вывод: Гипотеза подтвердилась. Молния – это электрический искровой
разряд сильно наэлектризованного облака, направленный к земле.
Молния – опасна!
15
Заключение
В заключении хотелось бы отметить, что, исследуя полученную
информацию, результаты опытов, я сделал следующие выводы:
молния - одно из самых разрушительных и устрашающих природных
явлений, с которыми повсеместно сталкивается человек. Хотя ученые
занялись изучением молний еще 150 лет назад, до сих пор в этом природном
явлении остается много загадочного и необъяснимого, особый интерес
представляет шаровая молния. В своей работе я рассмотрел вопросы о
природе молнии, её воздействии и способах защиты людей от них. Я
убедился в том, что молния действительно имеет разрушительную силу:
потенциальная мощность приличной грозы может быть в пять раз больше
атомной бомбы. Температура канала молнии может превышать температуру
на поверхности Солнца. Или, например, шаровая молния - шарик вроде бы
невесом - плавает в воздухе словно мыльный пузырь, выписывая сложные
траектории.
Грозы связаны с развитием кучевых дождевых облаков и со скоплением в
них большого количества электричества. Несмотря на то, что изучению
молнии и грозы ученые всего мира уделяют огромное внимание, молния
может быть совершенно непредсказуемой и вести себя вопреки всем
правилам. Таким образом, мы видим, что гроза представляет угрозу для
жизни людей, и каждый человек должен получить знания, чтобы защитить
свое здоровье и жизнь.
16
ПРИЛОЖЕНИЕ
Последствия удара молнии в человека
• Дерево разразило ударом молнии
17
Список использованной литературы
1. Физика в природе: книга для учащихся. М.: «Вербум-М» 2002. – 352 с.
Тарасов Л.В.
2. Я познаю мир. Детская энциклопедия: Физика/сост., худож. А.А.
Леонович; под общ.ред. О.Г Хинн. – М.: ООО»Издательство АТ-ЛТД»,
1998.-480 с.
3. Погода. М.: Махаон, 2007. под ред. Е. Бубновой – 304 с.
(Энциклопедический путеводитель).
4. О физической природе шаровой молнии. – 2-е изд., перераб. и доп. –
М.: Энергоатомиздат, 1985. – 208 с.
5. Здравствуй, физика! Гальперштейн Л.Я. Рис. Б.А. Белова. М.,
«Дет.лит.», 1973.
6. Рихман Георг Вильгельм // Большая советская энциклопедия: [в 30 т.] /
под ред. А. М. Прохоров — 3-е изд. — М.: Советская энциклопедия,
1969.
7. Молния и гром. Стекольников И.С. Изд. Государственное издательство
технико-теоретической литературы. 1947 г.
Скачать материал

Начальная школа - еще материалы к урокам: