Матеріали для Нової української школи 1 клас - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити

УСІ УРОКИ ФІЗИКИ 11 клас
АКАДЕМІЧНИЙ РІВЕНЬ

1-й семестр

ЕЛЕКТРОДИНАМІКА

2. Електричний струм

УРОК 10/21

Тема. Електричний струм у газах

 

Мета уроку: ознайомити учнів із природою електричного струму в газах.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

ПЛАН УРОКУ

Контроль знань

4 хв.

1. Природа електричного струму в рідинах.

2. Сформулюйте закони електролізу.

3. Який фізичний зміст має електрохімічний еквівалент?

4. Застосування електролізу

Демонстрації

5 хв.

1. Іонізація газів.

2. Несамостійний і самостійний розряди.

3. Типи самостійного розряду

Вивчення нового матеріалу

28 хв.

1. Механізм провідності газів.

2. Газовий розряд.

3. Типи самостійного розряду

Закріплення вивченого матеріалу

8 хв.

1. Якісні питання.

2. Навчаємося розв’язувати задачі

 

ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Механізм провідності газів

У природному стані гази і їхні суміші (у тому числі повітря) не проводять електричний струм. Гази, на відміну від металів і електролітів, складаються з електрично нейтральних атомів і молекул і за нормальних умов не містять вільних носіїв струму (електронів та іонів).

Однак за деяких умов можна помітно підвищити електропровідність газу. Достатньо, наприклад, подіяти полум’ям сірника на повітря біля зарядженого електроскопа, як він відразу ж розряджається. Із цього досліду роблять висновок, що під дією полум’я повітря втрачає свої ізоляційні властивості, тобто в ньому з’являються вільні заряди. Повітря, як і інші гази, можна зробити електропровідним і в разі впливу на нього ультрафіолетового, рентгенівського й радіоактивного випромінювань.

Для відриву електрона від атома необхідна певна енергія, що називається енергією іонізації.

Ø  Іонізація газів — відрив від їхніх атомів або молекул електронів.

Протилежним процесу іонізації газів є процес рекомбінації — возз'єднання протилежно заряджених частинок у нейтральні молекули.

Іонізатор щомиті створює в просторі між електродами деяке число іонів і електронів. Стільки ж іонів і електронів, з’єднуючись між собою, утворюють нейтральні атоми. Така динамічна рівновага існує доти, поки між електродами немає електричного поля. Як тільки між електродами буде створене поле, відразу ж на частинки, що несуть заряди різного знака, почнуть діяти сили, спрямовані в протилежні сторони. Тому, попри безладного руху, заряджені частинки будуть переміщатися в напрямку дії на них електричного поля. Це напрямлений рух частинок під дією електричного поля і являє собою струм у газі.

Процес протікання електричного струму через газ називають газовим розрядом.

В іонізованому газі є носії зарядів трьох сортів: електрони, позитивні й негативні іони.

2. Газовий розряд

Іонізація газу може відбуватися під впливом різних зовнішніх чинників (сильне нагрівання газу, рентгенівське або радіоактивне випромінювання, космічне випромінювання, бомбардування швидкорухомими електронами або іонами, що називаються зовнішніми іонізаторами.

Існує 2 види газового розряду: несамостійний і самостійний.

Якщо електропровідність газу виникає під дією іонізаторів, а з видаленням останнього зникає, то маємо несамостійний розряд.

Ø  Газовий розряд, який можна спостерігати тільки за наявності зовнішнього іонізатора, називають несамостійним газовим розрядом.

За певних умов струм у газах може проходити й без зовнішнього іонізатора.

Ø  Газовий розряд, що триває після того, як припиняється дія зовнішнього іонізатора, називають самостійним газовим розрядом.

Яка ж причина появи носіїв заряду в цьому випадку?

Електричне поле діє на заряджені частинки, що перебувають у газі (електрони й іони). Якщо поле досить сильне, то поле розганяє електрони до такої швидкості, що внаслідок зіткнень із атомами або молекулами відбувається їхня іонізація.

Внаслідок іонізації з’являються нові заряджені частинки — іони й електрони. Вони так само розганяють полем, електрони іонізують нові атоми або молекули, що, у свою чергу, створює додаткове збільшення кількості заряджених частинок.

У результаті кількість заряджених частинок різко зростає. Це явище дістало назву електронної лавини. Саме нею й пояснюється самостійний розряд у газах.

3. Типи самостійного розряду

Існує кілька типів самостійних розрядів, серед яких розрізняють іскровий, коронний, дуговий і тліючий.

Іскровий розряд має вигляд яскравих зиґзаґоподібних переривчастих смужок, супроводжується характерним звуковим ефектом — «тріском» іскри.

Іскровий розряд у незначних масштабах виникає, наприклад, у звичайних вимикачах, коли ми вимикаємо світло. А в гігантських масштабах це блискавка. Блискавка переважно вдаряє в місця, що мають гарну провідність. Крім того, блискавка часто уражає окремо розташований предмет на узвишші. Тому під час грози не можна підходити до високих предметів і блискавковідводів, а тим більше тулитися до них.

На застосуванні іскрового розряду засновані методи електроіскрового обробляння металів. Потужні, сильно-струмові розряди у водні були першими кроками на шляху до керованого термоядерного синтезу.

Коронний розряд — це характерна форма самостійного газового розряду, що виникає в різко неоднорідних полях.

За атмосферного тиску в газах, що перебувають у сильно неоднорідному електричному полі (поблизу вістря, біля проводів ліній електропередачі високої напруги й т. ін.), спостерігається коронний розряд.

У досить сильному полі іонізація електронним ударом відбувається вже за атмосферного тиску. Саме така ситуація виникає перед грозою або під час грози. Але в міру віддалення від вістря поле швидко зменшується, тому вдалині від вістря електронна лавина не виникає.

Коронний розряд застосовують в електрофільтрах для очищення повітря. Іони, зіштовхуючись із часточками диму, заряджають їх, після чого заряджені частинки притягуються до електродів і осідають на них.

Якщо вугільними електродами, до яких прикладена напруга в кілька десятків вольт, доторкнутися один до одного, то в колі виникне великий струм. При цьому в місці контакту електродів (де опір максимальний) електроди нагріваються настільки, що з катода починають вилітати електрони. Це явище називають термоелектронною емісією.

Завдяки термоелектронній емісії струм у повітрі не припиняється, й після розведення електродів виникає самостійний розряд. Його називають дуговим розрядом.

Температура під час дугового розряду досягає 6000 °С (така температура на поверхні Сонця).

Дуговий розряд було відкрито 1802 р. російським фізиком В. В. Петровим.

Дуговий розряд використовують для електрозварювання металів. Значний внесок у розробку методів електрозварювання зробили українські вчені під керівництвом академіка А. Е. Патона — організатора й першого директора Інституту електрозварювання в Києві.

1876 р. російський інженер П. Н. Яблочков уперше застосував електричну дугу для освітлення. Дуговий розряд також використовують у прожекторах, проекційних апаратах і в маяках. У металургії широко застосовують дугові електропечі, джерелом теплоти в яких є дуговий розряд. У таких печах виплавляють сталь, чавун, бронзу й інші метали.

За низького тиску виникає розряд, що називають тліючим.

У разі зменшення тиску газу відстань, що пролітає електроном між послідовними зіткненнями, збільшується. Завдяки цьому навіть незначне поле встигає розігнати електрони між зіткненнями, так що електрони дістають енергію, достатню для іонізації атомів і молекул газу.

Електричний розряд, що відбувається за низького тиску (частинки міліметра ртутного стовпа, тобто в тисячі разів менше атмосферного тиску), називають тліючим розрядом.

Тліючий заряд використовують у люмінесцентних лампах і газонаповнених рекламних трубках.

 

ПИТАННЯ ДО УЧНІВ У ХОДІ ВИКЛАДУ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

Перший рівень

1. Наведіть приклади, що ілюструють відсутність провідності газу за звичайних умов.

2. Які фактори можуть спричинити іонізацію газу?

3. Чому електроскоп, що перебуває недалеко від полум’я газового пальника, розряджається досить швидко?

4. Чому розрідження газу поліпшує його провідність? Чи за всіх умовах це справедливо?

Другий рівень

1. У чому подібність і відмінності провідності газів і електролітів?

2. Чим відрізняється іонізація газу від електролітичної дисоціації?

3. Як зміниться дуговий розряд, якщо сильно остудити анод? катод?

4. Чому за менших густин повітря електричний розряд відбувається за нижчих напруг?

 

ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

1). Якісні питання

1. Чому за кімнатних умов, навіть попри всі запобіжні заходи, заряджений електроскоп обов’язково розрядиться?

2. Які умови мають бути виконані, щоб несамостійний розряд став самостійним?

3. Для чого кожний провід високовольтної лінії електропередач роблять потрійним?

4. Чому в альпіністів існує таке правило: під час ночівлі високо в горах всі металеві предмети потрібно класти подалі від табору?

2). Навчаємося розв'язувати задачі

1. Якщо балон неонової лампи потерти, то можна помітити, що лампа певний час світиться. Як пояснити це явище?

2. Іонізуюче випромінювання щосекунди створює в 1 см3 газу в трубці n = 5 · 109 пар однозарядних іонів. Яка сила струму насичення за несамостійного розряду, якщо об’єм трубки V = 600 см3?

Розв'язання. Сила струму  Слід звернути увагу на те, що пара однозарядних іонів переносить із катода на анод один електрон.

Підставивши числові дані, одержуємо: I = 480 нА.

3. Напруга 40-50 В підтримує дуговий розряд у газовому проміжку. Іскровий розряд у тому самому проміжку потребує напруги в кілька тисяч вольт. Поясніть цей факт.

 

ЩО МИ ДІЗНАЛИСЯ НА УРОЦІ

•  Іонізація газів — відривання від їхніх атомів або молекул електронів.

  Процес протікання електричного струму через газ називають газовим розрядом.

  Газовий розряд, який можна спостерігати тільки за наявності зовнішнього іонізатора, називають несамостійним газовим розрядом.

•  Газовий розряд, що триває після того, як припиняється дія зовнішнього іонізатора, називають самостійним газовим розрядом.

•  Іскровий розряд має вигляд яскравих зиґзаґоподібних переривчастих смужок, супроводжується характерним звуковим ефектом — «тріском» іскри.

  Коронний розряд — це характерна форма самостійного газового розряду, що виникає в різко неоднорідних полях.

•  Електричний розряд, що відбувається за низького тиску (частинки міліметра ртутного стовпа, тобто в тисячі разів менше від атмосферного тиску), називають тліючим розрядом.

 

Домашнє завдання

1. Підр-1: § 15; підр-2: конспект.

2. Впр-1: впр. 15 (№ 1, 2, 3, 4).









загрузка...

Віртуальна читальня освітніх матеріалів для студентів, вчителів, учнів та батьків.

Наш сайт не претендує на авторство розміщених матеріалів. Ми тільки конвертуємо у зручний формат матеріали з мережі Інтернет які знаходяться у відкритому доступі та надіслані нашими відвідувачами. Якщо ви являєтесь володарем авторського права на будь-який розміщений у нас матеріал і маєте намір видалити його зверніться для узгодження до адміністратора сайту.

Дозволяється копіювати матеріали з обов'язковим гіпертекстовим посилання на сайт, будьте вдячними ми затратили багато зусиль щоб привести інформацію у зручний вигляд.

© 2008-2019 Всі права на дизайн сайту належать С.Є.А.