Что такое электрические явления

Объяснение электрических явлений (Ерюткин Е.С.)

Нач­нем с того, что вспом­ним, что было от­кры­то со­вет­ским уче­ным А. Ф. Иоффе (рис. 1) и аме­ри­кан­ским уче­ным Р. Э. Мил­ли­ке­ном (рис. 2) неза­ви­си­мо друг от друга. Про­ве­дя ряд экс­пе­ри­мен­тов, каж­до­му из них уда­лось уста­но­вить массу и заряд элек­тро­на, ко­то­рые со­от­вет­ствен­но равны:

Рис. 1. А. Ф. Иоффе (1880-1960)

Рис. 2. Р. Э. Мил­ли­кен (1868-1953)

Мо­дуль за­ря­да элек­тро­на был на­зван эле­мен­тар­ным за­ря­дом, и было уста­нов­ле­но, что такой заряд яв­ля­ет­ся неде­ли­мым, т. е. мень­ше­го за­ря­да в при­ро­де нет. По­сколь­ку любой заряд, как из кир­пи­чи­ков, со­сто­ит из эле­мен­тар­ных за­ря­дов, то зна­че­ние лю­бо­го за­ря­да можно раз­де­лить на ве­ли­чи­ну эле­мен­тар­но­го за­ря­да без остат­ка.

Стоит упо­мя­нуть, что ве­ли­чи­на за­ря­да тела ха­рак­те­ри­зу­ет его вза­и­мо­дей­ствие с дру­гим за­ря­жен­ным телом и что за­ря­ды раз­де­ле­ны на два типа: по­ло­жи­тель­ные и от­ри­ца­тель­ные. При этом од­но­имен­ные за­ря­ды от­тал­ки­ва­ют­ся, а раз­но­имен­ные при­тя­ги­ва­ют­ся.

Обо­зна­че­ние за­ря­да: ;

Еди­ни­ца из­ме­ре­ния за­ря­да: Кл (кулон).

За­ме­ча­ние. Еди­ни­ца из­ме­ре­ния за­ря­да на­зва­на в честь фран­цуз­ско­го фи­зи­ка Шарля Ку­ло­на (рис. 3), ко­то­рый внес боль­шой вклад в изу­че­ние элек­три­че­ства.

Рис. 3. Ш. Кулон (1736-1806)

Заряд тела имеет важ­ное свой­ство: он может де­лить­ся, при­чем, до­ста­точ­но много раз пока не дой­дет до зна­че­ния эле­мен­тар­но­го за­ря­да, ко­то­рый неде­лим (на прак­ти­ке такая си­ту­а­ция прак­ти­че­ски невоз­мож­на). Де­ле­ние за­ря­да про­ис­хо­дит путем пе­ре­да­чи части за­ря­да от од­но­го тела к дру­го­му.

Для по­ни­ма­ния про­цес­сов воз­ник­но­ве­ния за­ря­дов у тел необ­хо­ди­мо знать устрой­ство атома. От­кры­тие со­вре­мен­ной мо­де­ли атома при­над­ле­жит ан­глий­ско­му уче­но­му Э. Ре­зер­фор­ду (рис. 4). Со­глас­но этой мо­де­ли, ко­то­рая носит на­зва­ние «пла­не­тар­ная» (рис.

5), атом со­сто­ит из мас­сив­но­го по­ло­жи­тель­но за­ря­жен­но­го ядра, со­сто­я­ще­го из про­то­нов и ней­тро­нов, и вра­ща­ю­щих­ся во­круг ядра от­ри­ца­тель­но за­ря­жен­ных элек­тро­нов.

По­сколь­ку ко­ли­че­ство про­то­нов в ядре атома, на­хо­дя­ще­го­ся в ос­нов­ном со­сто­я­нии, равно ко­ли­че­ству элек­тро­нов, вра­ща­ю­щих­ся по ор­би­там, то атом в целом элек­тро­ней­тра­лен.

За­ме­ча­ние. Заряд про­то­на по мо­ду­лю равен за­ря­ду элек­тро­на, но про­ти­во­по­лож­но­го знака (по­ло­жи­тель­ный), стан­дарт­ное обо­зна­че­ние: .

Рис. 4. Э. Ре­зер­форд (1871-1937)

Рис. 5. Пла­не­тар­ная мо­дель атома Ре­зер­фор­да

После уста­нов­ле­ния факта ней­траль­но­сти атома в его ос­нов­ном со­сто­я­нии воз­ни­ка­ет во­прос: воз­мож­но ли дру­гое со­сто­я­ние атома, при ко­то­ром он имеет заряд.

Такое со­сто­я­ние воз­мож­но и воз­ни­ка­ет оно в слу­чае от­де­ле­ния элек­тро­нов от атома либо при при­со­еди­не­нии из­бы­точ­ных элек­тро­нов, в таком слу­чае атом ста­но­вит­ся за­ря­жен­ным, и его на­зы­ва­ют ионом.

Если атом при­об­рел из­бы­точ­ные элек­тро­ны, то его заряд ста­но­вит­ся от­ри­ца­тель­ным, и его на­зы­ва­ют ани­о­ном, а если он по­те­рял элек­тро­ны, то его заряд ста­но­вит­ся по­ло­жи­тель­ным, и его на­зы­ва­ют ка­ти­о­ном.

Все упо­мя­ну­тые нами факты и по­ня­тия ис­поль­зу­ют­ся при объ­яс­не­нии элек­три­че­ских яв­ле­ний, несколь­ко при­ме­ров ко­то­рых мы ниже при­ве­дем.

От­ме­тим то, что во мно­же­стве опы­тов нас не ин­те­ре­су­ют знаки за­ря­дов, ко­то­рые при­сут­ству­ют у тел, а более важ­ной ха­рак­те­ри­сти­кой яв­ля­ет­ся про­цесс дви­же­ния за­ря­да и зна­че­ние мо­ду­ля за­ря­да, т. е. его чис­лен­ная ве­ли­чи­на.

Взаимодействие бумажного султана со стеклянной палочкой

Нач­нем объ­яс­не­ние раз­лич­ных элек­три­че­ских яв­ле­ний с про­цес­са элек­три­за­ции тел, с ко­то­рым мы уже стал­ки­ва­лись ранее. Элек­три­за­ция – это про­цесс раз­де­ле­ния элек­три­че­ских за­ря­дов в ре­зуль­та­те со­при­кос­но­ве­ния тел.

Если взять стек­лян­ную па­лоч­ку и по­те­реть ею о по­верх­ность бу­ма­ги, то про­изой­дет раз­де­ле­ние за­ря­дом между бу­ма­гой и па­лоч­кой, и они при­об­ре­тут за­ря­ды. В ре­зуль­та­те тре­ния часть элек­тро­нов пе­ре­хо­дит от стек­лян­ной па­лоч­ки к бу­ма­ге, и па­лоч­ка при­об­ре­та­ет по­ло­жи­тель­ный заряд (из-за недо­стат­ка элек­тро­нов), а бу­ма­га – от­ри­ца­тель­ный (из-за из­быт­ка элек­тро­нов).

Этот факт можно про­ве­рить на при­ме­ре вза­и­мо­дей­ствия за­ря­жен­ной стек­лян­ной па­лоч­ки с бу­маж­ным сул­та­ном.

Если под­не­сти на­элек­три­зо­ван­ную па­лоч­ку к сул­та­ну, но не при­ка­сать­ся ею, то будет за­мет­но яв­ле­ние при­тя­же­ния по­ло­сок бу­ма­ги к па­лоч­ке, что объ­яс­ня­ет вза­и­мо­дей­стви­ем элек­тро­нов, ко­то­рые на­хо­дят­ся в бу­маж­ных по­лос­ках, с за­ря­дом па­лоч­ки.

Это яв­ле­ние де­мон­стри­ру­ет при­тя­же­ние раз­но­имен­ных за­ря­дов (вспом­ним, что при­тя­же­ние неза­ря­жен­ных тел к за­ря­жен­ным объ­яс­ня­ет­ся не так про­сто, и с более по­дроб­ным объ­яс­не­ни­ем можно по­зна­ко­мить­ся в кон­спек­те к пер­во­му уроку в дан­ной теме или далее в кон­спек­те).

Если же при­кос­нуть­ся за­ря­жен­ной па­лоч­кой к ме­тал­ли­че­ско­му стерж­ню, на ко­то­ром за­креп­лен сул­тан, то часть за­ря­да па­лоч­ки пе­ре­даст­ся стерж­ню, ко­то­рый на­элек­три­зу­ет бу­маж­ные по­лос­ки, и они нач­нут от­тал­ки­вать­ся друг от друга. Это яв­ле­ние де­мон­стри­ру­ет от­тал­ки­ва­ние од­но­имен­ных за­ря­дов.

Взаимодействие проводящей гильзы со стеклянной палочкой

Сле­ду­ет вспом­нить, что с точки зре­ния стро­е­ния ато­мов, среди ве­ществ можно вы­де­лить два прин­ци­пи­аль­ных типа: про­вод­ни­ки и ди­элек­три­ки.

Ве­ще­ства, атомы ко­то­рых силь­но вза­и­мо­дей­ству­ют с элек­тро­на­ми, прак­ти­че­ски не под­вер­же­ны воз­мож­но­сти те­рять элек­тро­ны из орбит ато­мов, и на­зы­ва­ют­ся ди­элек­три­ка­ми (непро­вод­ни­ка­ми элек­три­че­ства).

Ве­ще­ства, атомы ко­то­рых на­о­бо­рот несиль­но сдер­жи­ва­ют элек­тро­ны, могут их сво­бод­но пе­ре­да­вать дру­гим ато­мам, и на­зы­ва­ют­ся про­вод­ни­ка­ми (на­при­мер, ме­тал­лы).

Для сле­ду­ю­ще­го опыта возь­мем гиль­зу, из­го­тов­лен­ную из фоль­ги, и стек­лян­ную па­лоч­ку. После на­ти­ра­ния па­лоч­ки ли­стом бу­ма­ги и под­не­се­ния ее к гиль­зе можно за­ме­тить, что гиль­за сна­ча­ла при­тя­нет­ся к по­верх­но­сти па­лоч­ки, а затем от­толк­нет­ся от нее.

Если после этого еще раз под­не­сти за­ря­жен­ную па­лоч­ку к гиль­зе, то она уже будет толь­ко от­тал­ки­вать­ся от нее. Объ­яс­ня­ет­ся такое яв­ле­ние ана­ло­гич­но с яв­ле­ни­ем вза­и­мо­дей­ствия па­лоч­ки с бу­маж­ным сул­та­ном, о ко­то­ром го­во­ри­лось ранее. Кроме того, опыт с гиль­зой мы уже про­во­ди­ли в пер­вом уроке темы.

При­ве­дем еще раз объ­яс­не­ние этого яв­ле­ния.

По­сколь­ку гиль­за яв­ля­ет­ся про­вод­ни­ком, то, ока­зав­шись во внеш­нем элек­три­че­ском поле, в ней на­блю­да­ет­ся яв­ле­ние раз­де­ле­ния за­ря­да. Оно про­яв­ля­ет­ся в том, что сво­бод­ные элек­тро­ны в ма­те­ри­а­ле гиль­зы пе­ре­ме­ща­ют­ся в сто­ро­ну, ко­то­рая наи­бо­лее близ­ка к по­ло­жи­тель­но за­ря­жен­ной па­лоч­ке. В ре­зуль­та­те гиль­за ста­но­вит­ся раз­де­лен­ной на две услов­ные об­ла­сти (рис.

6): одна за­ря­же­на от­ри­ца­тель­но (там, где из­бы­ток элек­тро­нов), дру­гая – по­ло­жи­тель­но (там, где недо­ста­ток элек­тро­нов). По­сколь­ку от­ри­ца­тель­ная об­ласть гиль­зы рас­по­ло­же­на ближе к по­ло­жи­тель­но за­ря­жен­ной па­лоч­ке, чем ее по­ло­жи­тель­но за­ря­жен­ная часть, то будет пре­об­ла­дать при­тя­же­ние между раз­но­имен­ны­ми за­ря­да­ми, и гиль­за при­тя­нет­ся к па­лоч­ке.

После этого оба тела при­об­ре­тут од­но­имен­ный заряд и от­толк­нут­ся.

Рис. 6.

Такое яв­ле­ние воз­мож­но бла­го­да­ря свой­ству элек­тро­нов пе­ре­ме­щать­ся при воз­дей­ствии на них элек­три­че­ско­го поля. По­сколь­ку элек­тро­ны из­на­чаль­но на­хо­дят­ся на ор­би­тах ато­мов, то ос­но­вой любых элек­три­че­ских про­цес­сов яв­ля­ет­ся пе­ре­рас­пре­де­ле­ние за­ря­дов в ато­мах.

В при­ро­де су­ще­ству­ет огром­ное раз­но­об­ра­зие элек­три­че­ских яв­ле­ний, наи­бо­лее эф­фект­ны­ми из ко­то­рых яв­ля­ют­ся, по­жа­луй, мол­нии.

Ин­те­ре­сен тот факт, что, несмот­ря на быст­рое раз­ви­тие со­вре­мен­ной науки, неко­то­рые из этих яв­ле­ний ока­зы­ва­ют­ся еще недо­ста­точ­но изу­чен­ны­ми и объ­яс­нен­ны­ми, на­при­мер, это от­но­сит­ся к фе­но­ме­ну ша­ро­вой мол­нии.

Но наука не стоит на месте, и мы упор­но дви­жем­ся к все­объ­ем­лю­ще­му по­зна­нию мира, если та­ко­вое во­об­ще воз­мож­но

Далее мы изу­чим новое для нас элек­три­че­ское яв­ле­ние – элек­три­че­ский ток. 

Вопросы к конспектам

Для того чтобы на­элек­три­зо­вать ла­тун­ный стер­жень, его необ­хо­ди­мо дер­жать в ре­зи­но­вых пер­чат­ках. По­че­му?

Лег­кий пе­но­пла­сто­вый шарик при­тя­ги­ва­ет­ся к за­ря­жен­ной по­ло­жи­тель­но стек­лян­ной па­лоч­ке. Обя­за­тель­но ли шарик за­ря­жен от­ри­ца­тель­но? Ответ по­яс­ни­те.

Под­го­товь­те до­клад о клю­че­вых ис­то­ри­че­ских от­кры­ти­ях в об­ла­сти элек­тро­ста­ти­ки.

Источник: https://100ballov.kz/mod/page/view.php?id=1116

III. Основы электродинамики

У поверхности Земли существует электрическое поле. Наша планета обладает некоторым электрическим зарядом. Исследования этого поля показало, что Земля обладает отрицательным зарядом q=-450000 Кл, который вблизи поверхности создает вертикальное электрическое поле напряженностью E=130 В/м. На высоте 50 км над поверхностью Земли поле практически исчезает.

Мы живем в постоянном электрическом поле значительной напряженности. Если сравнить потенциалы на высоте макушки и пяток человека, получим разность потенциалов 200 В. Почему же по телу не проходит электрический ток? Потому что наше тело является проводником. И реальный наш потенциал становится равным потенциалу Земли.

Где же начинаются силовые линии поля, заканчивающиеся на Земле. Исследования атмосферы показали, что на высоте нескольких десятков километров над поверхностью Земли существует слой положительно заряженных (ионизованных) молекул, называемый ионосферой. Различные атмосферные явления приводят к обмену зарядами между ионосферой и Землей.

Электрические явления

Молния — природное явление, которое приводит к обмену зарядами между ионосферой и Землей. Ток в разряде молнии достигает 10—100 тысяч ампер, напряжение — миллионов вольт (иногда достигает 50 млн. вольт), тем не менее, погибает после удара молнией лишь 47,3 % людей.

На земном шаре ежегодно происходит до 16-и миллионов гроз, то есть около 44 тысяч за день. Прямой удар молнии очень опасен для здоровья людей, нередки случаи смертельного исхода. Для зданий и сооружений угрозами, вследствие непосредственного контакта канала молнии с поражаемыми объектами, являются возможность возгорания либо разрушения. Для электронных устройств представляет опасность также и электромагнитный импульс, создаваемый молнией.

Грозовые тучи постоянно обмениваются разрядами. При этом сила тока в 1 млн раз слабее силы тока в молнии.

В верхней атмосфере обнаружены другие виды молний — эльфы, джеты, спрайты.

Шаровая молния — светящийся плавающий в воздухе шар, уникально редкое природное явление.

Существование шаровой молнии не подтверждено официальной наукой, до сих пор она не была зарегистрирована научной аппаратурой (магнитометрами, тепловизорами или качественной видеоаппаратурой).

Единой физической теории возникновения и протекания этого явления к настоящему времени также не представлено. Существуют около 400 теорий, объясняющих явление, но ни одна из них не получила абсолютного признания в академической среде.

Молниеотвод

Во время грозы на Земле появляются большие индуцированные заряды и у поверхности Земли возникает сильное электрическое поле.

Напряжённость поля особенно велика возле острых проводников, и поэтому на конце молниеотвода зажигается коронный разряд. Вследствие этого индуцированные заряды не могут накапливаться на здании и молнии не происходит.

В тех же случаях, когда молния всё же возникает (такие случаи очень редки), она ударяет в молниеотвод и заряды уходят в Землю, не причиняя разрушений.

Молнии Кататумбо

Это природное явление, возникающее над местом впадения реки Кататумбо в озеро Маракайбо (Южная Америка). Феномен выражается в возникновении свечения на высоте около пяти километров без сопровождающих акустических эффектов. Молнии появляются ночью (140—160 раз в год) и разряды длятся около 10 часов. В сумме получается около 1,2 миллиона разрядов в год.

Молнии видно с расстояния до 400 километров. Их даже использовали для навигации, из-за чего явление также известно под названием «Маяк Маракайбо».

Источник: http://fizmat.by/kursy/jelektricheskij_tok/elektr_javlenija

Электрические явления в природе и технике

Данный урок является завершающим в разделе «Электрические явления», цель которого – узнать, какие электрические явления встречаются в природе и технике.

Уроку требует серьезной подготовки: создание презентации к уроку, подготовка карточек с заданиями для самостоятельной работы , подборка дополнительного материала и картинок по теме «Электрические явления в природе и технике», а также наглядный материал для проведения физкультминутки.

На уроке необходимо сочетание разных форм работы : индивидуальная, фронтальная и работа в группах, а также чередование разных видов деятельности обучающихся. Изучение нового материала происходило в виде проектной работы в группах, в ходе выполнения которой прослеживалась связь с другими предметами: ОБЖ, биология, география.

Все этапы урока должны быть последовательными и логически связанными, постановка учебных задач должна прослеживаться на каждом этапе. Необходимо подведение итогов каждого этапа, а затем и всего урока в целом. Урок должен быть направлен на развитие интереса учащихся к предмету и к окружающим физическим явлениям.

Тема: «Электрические явления в природе и технике»

Цель: узнать, какие электрические явления встречаются в природе и технике.

1. Орг. Момент

Здравствуйте! Я рада приветствовать всех присутствующих ! Давайте, улыбнемся друг другу и подарим частичку тепла! Садитесь! Начинаем наш урок.

2. Актуализация знаний. Постановка цели и задач урока.

Учитель: Выберите лишнее понятие в каждой строке и объясните свой выбор. (слайд 2)

• Снегопад, ледоход, листопад, метель, пурга, яблоко, радуга.
• Мяч, гвоздь, карандаш, рассвет, машина.

Учащиеся. Яблоко, рассвет.

Учитель: Все явления, с которыми мы сталкиваемся в физике, называются физическими. (слайд 3)

Заполните таблицу, используя предложенные картинки:

Учащиеся. Механические, звуковые, тепловые, электрические.

Учитель: Какие явления изображены на картинках? (слайд 4)

Учащиеся: Электрические.

Учитель: А как вы думаете, для чего мы будем изучать эти явления, какова цель урока? Как звучит тема сегодняшнего урока?

Учащиеся: Электрические явления в природе и технике.

3. Изучение нового материала

(Запись на доске «Электрические явления)

Учитель: Откройте свои тетради, запишите число, классная работа и тему «Электрические явления».

Учитель. Сейчас вы разделитесь на две группы для проектной работы. Первая группа работает над проблемой «Электрические явления в природе», вторая группа – «Электрические явления в технике». Приложение 1

Сделайте запись в своих тетрадях.

Задания I группе

Приведите примеры электрических явлений в живой природе.

Приведите примеры электрических явлений в неживой природе.

Какие приборы используют для защиты зданий от молнии?

Вас застала гроза, когда вы прогуливались со своей собачкой, ведя ее на тонкой цепочке. Ваши действия по спасению себя и собаки от молнии.

Из предложенных картинок сделайте коллаж «Электрические явления в природе»

Задания II группе

Где встречаются электрические явления в технике?

Какую пользу приносят электрические явления?

Наносят ли вред электрические явления технике? Приведите примеры.

Как можно нейтрализовать вредное воздействие статического электричества?

Из предложенных картинок сделайте коллаж «Электрические явления в технике».

Почему при электромонтажных работах, производимых под напряжением необходимо иметь обувь на резиновой подошве?

4. Защита проектов

Учитель: Вы сейчас слышали и видели выступления каждой группы? С какими явлениями в природе и технике вы познакомились? Значит, достигли мы цель, поставленную вначале урока?

5. Физкультминутка

Учитель. Откройте учебники на стр. 100 и вспомните обозначения электрических приборов на электрической цепи.

Давайте заполним таблицу. (Учащиеся по одну выходят к доске и заполняют таблицу)

Прибор	Внешний вид	Обозначение на электрической цепи
Вольтметр
Ключ
Гальванический элемент
Электрическая лампа
Амперметр

Внимательно посмотрите на доску. Нет ли ошибок?

6. Закрепление полученных знаний

Учитель: Выполните самостоятельно задания на карточках из желтых конвертов. В конце урока сдайте карточки с решениями. Приложение 2

7. Рефлексия

Учитель: Давайте, подведем итог урока. Достигли ли мы поставленной цели? Раскрыли тему урока? (Ответы учащихся)

(слайд 5)

Я узнал

У меня получилось

Мне было трудно

Я бы хотел еще узнать

Своей работой на уроке я доволен ( не совсем, не доволен), потому что

У меня настроение .

7. Домашнее задание

Учитель. Откройте дневники, запишите домашнее задание.

Выполните задания на карточках. ( Задания 1-2, дополнительно 3-5) Приложение 3

Урок окончен!

Источник: https://rosuchebnik.ru/material/elektricheskie-yavleniya-v-prirode-i-tekhnike--17610/

Электромагнитные явления

Еще со времен Фарадея изучаются электромагнитные явления. Однако взаимодействие электропроводных жидкостей и электромагнитного поля внимание к себе привлекло лишь в последние годы. Основным толчком к изучению данных явлений стала астрофизика. Уже долгие годы предполагается, что основная часть материи во Вселенной находится в состоянии высокоионизированного газа или плазмы. Главные сведенья в области электромагнитной динамики были получены в результате астрофизических исследований.

Роль электромагнитных явлений в физике

В космической физике главная роль принадлежит электромагнитным явлениям, поскольку в космосе существуют магнитные поля, которые прямым образом воздействуют на движение заряженных частиц. Электромагнитные силы при определенных условиях в разы превосходят гравитационные.

Впервые электромагнитные явления были применены для передачи информации. В XIX столетии создается телеграфия. Ее суть была очень проста: любое сообщение, что состояло из цифр и букв, может передаваться при помощи набора знаков, то есть сообщение кодируется.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Все электромагнитные явления подчинены определенным закономерностям, которые характеризуют электромагнитную форму движения материи, что кардинально отличается от механической. В электронных устройствах электромагнитные явления описаны сложными взаимоотношениями и характеризуются величинами, что зависят от пространственных координат и времени. Но такое описание является слишком обширным при исследовании сложных электронных устройств.

Электромагнитные явления не считались автономными. Благодаря усилию многих ученых данные явления были сведены к механическим. Изучение механики и электромагнитных явлений привело к формированию теории относительности: тут четырехмерное пространство и время были представлены единым многообразием, а его разделение на пространство и время – условным.

особенность электромагнитных явлений в системе определена изменением свойств заготовок, при переходе от одной заготовки к другой. Первичные заготовки были полностью ферримагнитными, а остальные либо частично ферримагнитными, либо вовсе немагнитными.

Изучение электромагнитных явлений требовало длительного непрерывного труда и напряжения воображения. Для того чтобы выработать правильное материалистичное понимание процессов, необходимо постоянно руководствоваться советской литературой по физике. В процессе изучения электромагнитных явлений было определено, что вокруг электрического тока всегда существовало магнитное поле. Поле и электрический ток неотделимы друг от друга.

В развитие теории электромагнитных явлений наибольший вклад внесли Максвелл и Фарадей. Только после того как Максвелл создал теорию электромагнитного поля говорилось о создании электромагнитной мировой картины. Ученый разработал теорию электромагнитного поля на основе электромагнитной индукции, что была открыта Фарадеем.

Он, в свою очередь, проводил эксперименты с магнитной стрелкой и пришел к выводу, что вращение стрелки обусловлено особым состоянием окружающей среды, а не электрическими зарядами в проводнике.

После этого ученый вводит понятие поля, как множества магнитных линий, что пронизывают пространство и способны выявлять и направлять электрический ток.

Теория электромагнитного поля, что была создана Максвеллом, сводилась к тому, что трансформирующееся магнитное поле вызывает появление вихревого электрического поля не только в окружающих телах, но и вакууме. Эта теория стала новым этапом в развитии физической науки. В соответствии с ней, весь мир – это электродинамическая система, которая состоит из заряженных частиц, что взаимодействуют друг с другом при помощи электромагнитного поля.

Электрические заряды движутся относительно друг друга, вследствие чего возникает дополнительная магнитная сила. Электромагнитная сила – это объединение магнитной и электрической силы. Электрические силы соотносятся с движущимися и покоящимися зарядами, а магнитные – только с движущими. Многообразие зарядов и сил описаны в уравнениях Максвелла, что стали в будущем уравнениями классической электродинамики.

Эти уравнения положили начало закону Кулона, который идентичен закону всемирного тяготения Ньютона. Закон Кулона выглядит следующим образом:

$F_k = k\frac{q_1q_2}{r{2}}$

Закон всемирного тяготения Ньютона выглядит следующим образом:

$F_H = G\frac{m_1m_2}{R{2}}$

Также закон Ньютона имеет следующие утверждения:

• магнитные силовые линии не имеют начала и конца, а также они абсолютно непрерывны;
• магнитных зарядов в природе не существует;
• электрическое поле формируется при помощи электрических зарядов и переменного магнитного поля;
• магнитное поле может формироваться как при помощи переменного электрического поля, так и с помощью электрического тока.

Электромагнитные явления кардинальным образом изменили представление о материи.

Электромагнитные явления. Основные термины и формулы

Определение 1

Электрический заряд – это величина, которая характеризует свойство тел и частиц вступать в электромагнитное взаимодействие.

Существует два вида электрических зарядов:

• положительные заряды, носителями которых являются протоны;
• отрицательные заряды, носителями которых являются электроны.

Атом состоит из ядра, который, в свою очередь, состоит из нейтронов, электронов и протонов. Атом превращается в ион, если он получает или отдает несколько электронов.

Определение 2

Электризация – это процесс приобретения заряда при помощи макроскопического тела.

На данный момент существует несколько способов электризации:

• при помощи трения;
• при помощи влияния.

Определение 3

Электрическое поле – это форма материи, что существует вокруг заряженных частиц и тел, и действует на другие частицы, что имеют заряд.

Основными законами электростатики являются:

1. Закон Кулона для неподвижных зарядов: $F_k = k\frac{q_1q_2}{r{2}}$
2. Закон сохранения заряда (для замкнутой системы): $ q_1 + q_2 + q_n = const $

Определение 4

Электрический ток – это направленное движение частиц, которые имеют электрический заряд.

Есть несколько условий, которые обеспечивают существование электрического тока:

• наличие свободных частиц, которые имеют заряд;
• наличие электрического поля.

Действие электрического поля может быть:

• тепловым;
• магнитным;
• химическим;
• световым.

Электрическое поле формируется при помощи источников тока, в которых осуществляется работа по разделению зарядов. Это происходит за счет преобразования нескольких видов энергии в энергию электрического поля.

К характеристикам участка цепи можно отнести:

1. Силу тока: $I = \frac {q}{t}=A (ампер)$ — измерение осуществляется при помощи амперметра.
2. Напряжение: $U = \frac{A}{q}= В (вольт)$ — измеряется при помощи вольтметра.
3. Сопротивление: $R = p\frac{l}{S} = Ом$ — измеряется при помощи омметра.

Закон Ома для участка цепи выглядит следующим образом:

$I = \frac{U}{R}$

Существует два вида соединения проводников: последовательное и параллельное. Последовательное соединение проводников выглядит следующим образом:

1. $I = I_1 = I_2 == I_n$
2. $U = U_1 + U_2++U_n$
3. $R = R_1 + R_2 ++ R_n$

Параллельное соединение проводников выглядит следующим образом:

1. $ I = I_1+I_2++I_n$
2. $U = U_1 = U_2 == U_n$
3. $ \frac{1}{R} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} ++ \frac{1}{R_n}$

Работа тока: $A = Ult$

Мощность тока выглядит так: $P = IU$

Количество теплоты, что выделяется при прохождении сквозь проводник тока можно выразить следующим образом: $Q = I2 Rt$

Электрический ток может существовать в различных средах:

1. В металлах осуществляется направленное движение свободных электронов.
2. В жидкостях происходит направленное движение свободных ионов, которые образуются в результате электролитической диссоциации. Закон электролиза выглядит следующим образом: $m = qk = klt$
3. В газах происходит направленное движение электронов и ионов, что образуется в результате ионизации.
4. В полупроводниках – направленное движение свободных дырок и электронов.

Определение 5

Магнитное поле – это особая форма материи, существующая вокруг заряженных движущихся частиц и тел, и действует на другие заряженные частицы и тела, что движутся в этом же поле.

Линии магнитного поля – это условные линии, вдоль которых устанавливаются оси магнитных стрелок в магнитном поле.

Интересные факты применения электромагнитных явлений

Сохранились записи, которые подтверждают, что в древние времена императора Нерона, что страдал ревматизмом, лечили электрованнами. Суть такого лечения заключалась в следующем: в деревянную кадку с водой были помещены электрически скаты. Находясь в такой ванной, человек подвергался действию электрических полей и зарядов.

В Швейцарии в прошлом столетии была изобретена электрическая няня. Под детские пеленки подкладывались изолированные металлические сети, что разделялись сухой подкладкой. Эти сети соединялись с низковольтным источником тока и с электрическим звонком. Когда подкладка становилась мокрой, цепь замыкалась, и срабатывал звонок. Это позволяло матерям сразу знать, когда нужно заменить пеленку.

В тех регионах, где встречаются сильные морозы, существовала проблема слива нефтепродуктов, поскольку их вязкость при низких температурах была слишком высокая. Тогда ученые разработали технологию электроиндукционного нагрева цистерн, которая позволяла сократить энергозатраты.

При помощи электромагнитных явлений можно было определить отпечатки пальцев человека, что держал в руках гильзы и патроны. Поместив гильзу в электрическое поле в виде электрода, на него в вакууме напылялась металлическая пленка, на которой проявлялись отпечатки пальцев, что легко поддавались идентификации.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/elektromagnitnye_yavleniya/

10 необычных электрических явлений, существующих в природе

Электричество, которым человечество научилось управлять сравнительно недавно, можно наблюдать в природе, причём в самых разнообразных и удивительных формах.

1. Вистлеры (свистовые волны)

Вистлеры ещё называют свистящими атмосфериками или электромагнитным хором рассвета за то, что звуки, которые они производят, напоминают пение птиц ранним утром.

Это почти неземные звуки, образующиеся в верхних слоях атмосферы при разрядах молний, причём их можно записать даже на простейшем радиооборудовании.

Существует даже такое понятие как «охотники за вистлерами», обозначающее радиолюбителей, путешествующих на дальние расстояния в районы с минимальным наличием линий электропередач и других электромагнитных помех для того, чтобы сделать чистые звуковые записи.

2. Молнии Кататумбо

Молнии Кататумбо являются самым длительным грозовым явлением на Земле. Они зафиксированы в устье реки Кататумбо (Венесуэла), а их многочасовое свечение породило немало легенд и мифов среди коренного населения.

Пары метана из местных болот в сочетании с ветром со стороны Анд поднимаются в атмосферу и фактически провоцируют непрерывные удары молний. Интенсивный гром с молниями начинается сразу после наступления сумерек и продолжается около 10 часов.

Сами молнии красно-оранжевого цвета можно увидеть в ясные ночи из многих стран Карибского бассейна. Это явление настолько уникально, что его собираются включить в список Всемирного наследия ЮНЕСКО.

3. Грязные грозы

«Грязная гроза» – это мощное электрическое грозовое явление, формирующееся в шлейфе вулканического извержения.

Что именно порождает эти массивные электрические разряды пока неизвестно, учёные предполагают, что частицы льда и пыли трутся друг о друга и вырабатывают статическое электричество, что и вызывает эти удивительные молнии необычного цвета.

В течение 2011 года массовые грязные грозы наблюдались в Чили. Температура и плотность фонтанов пепла без присутствия воды, которая могла бы объяснить формирование молнии, по-прежнему делает это явление неразгаданной природной тайной.

4. Визуальный феномен космических лучей

Космические лучи зарождаются в глубоком космосе, они путешествуют в течение миллионов лет и, в конце концов, попадают на нашу планету. Эти лучи поглощаются нашей атмосферой, потому для нас они невидимы. Зато космонавты видят их даже с закрытыми глазами.

Лучи воздействует иначе, чем земной свет. Космонавты миссии «Аполлон 11» описывали их как пятна и полосы, возникающие каждые три минуты.

Хотя этот визуальный феномен полностью не изучен учёными, уже известно, что космические лучи движутся на высоких скоростях и проходят через космические корабли и через сетчатку глаз космонавтов.

5. Триболюминесценция

Триболюминесценции – световое явление, излучаемое из кристаллического вещества при его разрушении. На сегодняшний день считается, что через это вещество проходит электрический ток и заставляет молекулы газа, находящиеся внутри кристалла, светиться. Практическое современное использование триболюминесценции включает в себя обнаружение трещин внутри зданий, а также внутри космических аппаратов, плотин и мостов.

Когда наши предки обнаружили этот источник, они приписали ему божественное происхождение. Индейские шаманы наполняли церемониальные трещотки кварцевыми кристаллами, которые светились при тряске, что придавало особую атмосферу проводимым ритуалам. Кстати, вы можете пронаблюдать этот свет в домашних условиях.

Положите кусочки сахара на ровную поверхность в темном помещении и раздавите их стеклянным стаканом, чтобы увидеть синеватые вспышки света.

6. Сонолюминесценция

Сонолюминесценция, то есть выработка света звуковыми волнами, была обнаружена в 1930-е годы. Ученые впервые столкнулись с загадочными огнями, исследуя морские гидролокаторы. Когда звуковые волны проходили через воду, появлялось синее мерцание и вспышки света.

Мелкие пузырьки в воде расширялись и быстро сжимались, возникало высокое давление и температура, хлопок, выработка энергии, а затем излучение света. Иными словами, звук превращался в свет. Кстати, механизм этого явления по сей день не является полностью изученным.

7. Спрайты

Спрайты – это мощные, яркие вспышки обычно красного цвета, возникающие высоко в атмосфере, выше грозовых туч, на высоте от 80 км. В диаметре они могут быть от 50 км и более. Ранее считалось, что спрайты – это разновидность молнии, но впоследствии было установлено, что это скорее определённый тип плазмы. Спрайты напоминают большую красную медузу с длинными синими щупальцами. Их сложно сфотографировать с земли, но есть много снимков, сделанных с самолетов.

8. Шаровая молния

Оказывается, что шаровые молнии как явление стали восприниматься всерьез только в 60-х годах, хотя их появление фиксировалось постоянно в течение многих столетий. Эти странные шары могут различаться по размерам: от горошины до небольшого автобуса.

Трещащие, шипящие, яркие шары возникают во время грозы, в некоторых случаях они могут спонтанно и громко взрываться. Одна из самых странных тайн шаровой молнии – это её «разумное» поведение. Она влетает в здания через дверные проемы или окна и путешествует по комнатам, огибая столы, стулья и прочие предметы.

Происхождение шаровых молний до сих пор тщательно изучается, но к единому мнению учёные так ещё и не пришли.

9. Огни святого Эльма

Еще во времена Колумба Огни святого Эльма считались сверхъестественным явлением. Моряки часто рассказывали о ярко-синем или фиолетовом свечении вокруг корабля. Свечение напоминало мерцающие на ветру языки пламени вокруг мачт.

Внезапное появление Огней святого Эльма считалось добрым предзнаменованием, поскольку странный пучкообразный свет возникал перед окончанием мощных штормов. Наука имеет своё объяснение этому странному свечению. Разница в напряжении между воздушной атмосферой и морем вызывает ионизацию газов, которые начинают светиться.

Кстати, Огни святого Эльма были также замечены на церковных шпилях, крыльях самолетов и даже рогах крупного скота.

10. Северное сияние

Полярные (северные) сияния – это изумительные световые явления, возникающие в ночном небе. Аврора Бореалис в северном полушарии и Аврора Австралис в южном полушарии получили свои имена от римской богини рассвета.

Они выглядят как волнистая, светящаяся завеса зелёного цвета, хотя были также зафиксированы сияния красного, розового, желтого и изредка синего цветов.

Причина земных Аврор заключается в том, что заряжённые частицы, высвобождаемые из атмосферы Солнца, сталкиваются с частицами газа в атмосфере Земли, и в результате мы становимся свидетелями впечатляющего природного светового шоу.

Flytothesky.ru

Поделитесь постом с друзьями!

Источник: https://flytothesky.ru/10-neobychnyx-elektricheskix-yavlenij-sushhestvuyushhix-v-prirode/