Содержание
Урок по теме: «Учет и применение в технике явлений электризации»
- Соколовская Наталья Юрьевна, учитель физики
Разделы: Физика
Цели урока:
- Систематизировать и обобщить знания учащихся об электризации тел.
- Формировать убеждения материальности и познаваемости окружающего мира.
- Формировать умения делать логические выводы, уметь применять полученные знания для объяснения явлений, происходящих в природе и технике.
- Прививать интерес к физике.
План урока:
- Организационный этап.
- Актуализация знаний.
- Сообщения о проявлениях явления электризации в природе и технике с демонстрацией опытов.
- Решение качественных задач.
- Подведение итогов.
Технический прогресс не только расширяет возможности человека, его власть над природой. Но одновременно ставит множество проблем. Так, например, сегодня в различных отраслях промышленности используются сильные электрические поля, широко внедряется в быт синтетика, а синтетические материалы обладают способностью накапливать электрические заряды. И приходится решать проблемы, связанные с влиянием электрических полей на технологические процессы, на организм человека.
Применение в технике явлений электризации и взаимодействия наэлектризованных тел.
Изготовление наждачной бумаги.
Принцип покрытия наждачным порошком бумаги и получения искусственных ворсистых материалов можно пояснить на следующем опыте. Диски от раздвижного конденсатора соединяют с кондукторами электрофорной машины. На нижний диск насыпают песок или узкие полоски цветной бумаги. Поверхность верхнего диска смазывают клеем. Приведя в действие электрофорную машину, заряжают диски. При этом кусочки бумаги или песок, находящиеся на нижнем диске, получив одноимённый с ним заряд, под действием сил электрического поля притягиваются к верхнему диску и оседают на нём.
После сообщения учащегося учитель демонстрирует электростатический способ изготовления наждачной бумаги.
Метод электростатической покраски металлических изделий.
Представление об электростатическом методе покраски учащиеся могут составить на следующем опыте. Для опыта используют пульверизатор. Если нагнетать с помощью груши воздух, находящаяся в пульверизаторе подкрашенная жидкость поднимается вверх по трубе, распыляясь в воздухе, попадает на экран а. Если сбоку от струи расположить экран и подавать на него положительный заряд капельки красителя притягиваются к этому экрану, окрашивая его.
Если теперь на металлическую трубку пульверизатора подать отрицательный заряд, соединив её с другим кондуктором электрофорной машины, можно заметить, что капельки красителя становятся более мелкими и ложатся на экран, имитирующий окрашиваемую деталь, ровным слоем. Экран-деталь изготавливают из проводящего материала. Чтобы улучшить видимость опыта, сверху на экран наклеивают лист белой бумаги.
Метод окраски поверхностей в электрическом поле – электроокраска – впервые разработал видный русский ученый А.Л. Чижевский. Суть его такова. Жидкий краситель любого цвета помещают в пульверизатор – сосуд с тонко оттянутым концом (соплом) и подводят к нему отрицательный потенциал. К металлическому трафарету подводят положительный потенциал, а перед трафаретом размещается окрашиваемая поверхность (ткань, бумага, металл и т.д.). Благодаря электростатическому полю между соплом с краской и трафаретом частицы краски летят строго по направлению к металлическому трафарету, и на окрашиваемой поверхности воспроизводится точный рисунок трафарета, при этом ни одна капля краски не падает. Регулируя расстояние между соплом и объектом окраски, можно менять скорость нанесения и толщину покровного слоя, т.е. регулировать скорость окраски.
Данный метод даёт экономию красителей до 70% по сравнению с обычным методом окраски и ускоряет примерно в три раза процесс покрытия изделия, т.к. один человек за пультом электропульверизатора заменяет несколько рабочих с кистями, кроме того, можно почти одновременно покрывать все изделие независимо от габаритов. Если при работе кистью краска не всегда ложится ровно, то при электроокраске пробелы и неровности отсутствуют, повышается глянцевитость, снижается брак. Немаловажно и то, что этот метод позволяет улучшить и условия труда: управление процессом электроокраски может производиться с пульта, полностью изолированного от места окраски.
В нашей стране метод распыления красок и покрытия ими поверхностей, изобретённый А.Л. Чижевским, стали осваивать в начале 50-х годов XX в. В настоящее время этот метод стал основным на крупных предприятиях, имеющих дело с покраской изделий, будь то вагоны метро, самолёты, океанские лайнеры, военное оборудование, заводские станки, автомобили, сельскохозяйственные машины, мебель или игрушки.
Кроме того, метод, подобный методу окраски в электростатическом поле, можно использовать и в пищевой промышленности, например, для копчения рыбы. В результате экономится коптильное вещество, а эффективность процесса копчения резко повышается.
На этом принципе основано изготовление с помощью электрического поля ковров, искусственного меха, замши, декоративных материалов для обивки мебели.
Движение заряженных частиц краски в электрическом поле используют в типографском производстве.
После сообщения учащегося учитель демонстрирует способ электростатической покраски.
Очистка воздуха от пыли и лёгких частиц.
Так как частицы пыли способны электризоваться, то для их удаления часто применяют фильтр, внутри которых находится электрозаряженный элемент, притягивающий к себе микрочастицы. Для того чтобы сделать пылеудаление более эффективным, воздух в помещении ионизируют. Такие электрофильтры устанавливают в цехах размола цемента и фосфоритов, на химических заводах.
Отрицательное влияние электризации трением на производстве и в быту.
На одном из целлюлозно-бумажных комбинатов некоторое время не могли установить причину частых обрывов быстро движущейся бумажной ленты. Были приглашены учёные. Они выяснили, что причина заключалась в электризации ленты при трении её о валки.
При трении о воздух электризуется самолёт. Поэтому после посадки к самолёту нельзя сразу приставлять металлический трап: может возникнуть разряд, который вызовет пожар. Сначала самолёт “разряжают”: опускают на землю металлический трос, соединённый с обшивкой самолёта, и разряд происходит между землёй и концом троса. Бывали случаи, что быстро поднимающийся в воздухе воздушный шар загорался. Воздушные шары часто наполняют водородом, который легко воспламеняется. Причиной воспламенения может быть электризация трением прорезиненной оболочки о воздух при быстром подъёме.
В любом процессе, где участвуют движущиеся части вещества или движется зерно или жидкость, происходит разделение зарядов. Одна из опасностей при транспортировке зерна в элеватор связана с тем, что в результате разделения зарядов в атмосфере, заполненной горячей пылью, может проскочить искра и произойти возгорание.
Разряды электричества возникают и тогда, когда человек ходит по полимерным покрытиям полов современной квартиры, синтетическим коврам или снимает с себя нейлоновую одежду.
Если способы и средства для борьбы с накоплением электрических зарядов? Безусловно, есть.
На производстве – это тщательное заземление станков, машин применение токопроводящих пластиков для полов, увлажнение воздуха, использование различного рода “нейтрализаторов”, ионизаторы воздуха.
В домашних условиях устранить заряды статического электричества довольно легко, повышая относительную влажность воздуха квартиры до 60-70 %. Электризация устраняется, если к воде, которой протирают пластиковые полы, добавить гидрофильные вещества, например хлорид кальция, а также протирать электризующие поверхности глицерином. Химическая промышленность выпускает препарат “Антистатик”, который снимает электрический заряд с синтетической одежды.
Качественные вопросы:
Вопрос.
Струя бензина, вытекающая из бензохранилища, электризуется, что может стать причиной взрыва паров бензина. Каким образом бензиновые, керосиновые, нефтяные баки оберегают от возможного пожара?
Ответ.
Путём заземления корпуса нефтяного бака.
Вопрос.
Согласно правилам пожарной безопасности, полиэтиленовые канистры категорически запрещается применять для хранения бензина и заправки автомобиля, так как, если бензин наливать или выливать из пластиковых канистр, может произойти самопроизвольное воспламенение жидкости. Почему это происходит?
Ответ.
Дело в том, что при трении бензина о внутреннюю поверхность полиэтиленовой канистры на стенках ёмкости скапливается статическое электричество. Поскольку полиэтилен не проводит электричества, величина заряда может быть значительной. Если поднести такую канистру к заливной горловине бензобака, то между ними произойдёт электрический разряд в виде искры, способной воспламенить пары бензина. К сожалению, не все любители знают об это, а результат неведения может быть самым печальным. Бензин можно хранить только в металлических канистрах.
Вопрос.
Почему нити прилипают к гребням чесальных машин, применяемых в текстильной промышленности, и при этом путаются и часто рвутся. Для борьбы с этим явлением в цехах искусственно создают повышенную влажность воздуха. Зачем это делают?
Ответ.
Нити на гребнях чесальных машин электризуются и прилипают к гребням. Повышенная влажность препятствует электризации.
Вопрос.
Электростатические явления гораздо лучше получаются зимой, чем летом. Почему так происходит? Ведь очевидно, что заряды одинаково хорошо разделяются в любое время года.
Ответ
Обычно влажность воздуха ниже зимой, чем летом, особенно внутри отапливаемых строений. При повышенной влажности сырой не только воздух, но становится влажной и поверхность тел. Водяная плёнка на поверхности тел обеспечивает частично проводящий путь, поэтому заряды могут стекать с тел, возвращая всё вокруг в электронейтральное состояние.
Вопрос.
Почему огнеопасные объекты, например пороховые склады, иногда покрывают металлической заземлённой сеткой?
Вопрос.
Для чего к корпусу автоцистерн, предназначенных для перевозки бензин, прикреплена массивная цепь, несколько звеньев, которой волочатся по земле?
Вопрос.
Почему при быстром перематывании плёнки на магнитофоне она приобретает способность “прилипать” к различным предметам?
Литература.
- Методика преподавания физики.- М.:”Просвещение”, 1965.
- Кл.Э. Суорц Необыкновенная физика обыкновенных явлений. – М.:”Наука”, 1987.
- Карпович А.Б. Сборник задач-вопросов по физике – М.: Издательство Академии Педагогических Наук , 1956.
- Книга для чтения по физике -М.:”Просвещение”, 1986.
- Майкл Ди Специо .Занимательные опыты, М.: АСТ Астрель, 2006.
- Физика в школе, №6 1998.
- Сёмке А.И. Занимательные материалы к уроку, М. “Издательство НЦ ЭНАС”, 2004.
- Внеклассная работа по физике, Саратов ОАО “Издательство “Лицей”, 2002.
- “Физика” №41/03, с. 22.
- “Физика” №20/05, с. 45.
- “Физика” №28/1996.(Качественные задачи по физике, М.Е. Тульчинский)
Применение электризации тел
Промышленные фильтры для очистки газовых выбросов от твёрдых частиц не могут уловить слишком мелкую пыль. Для этого используют электрофильтры. С заострённых концов сильно наэлектризованных электродов стекают потоки электронов, которые заряжают собой частицы пыли. Под действием электрического поля заряженные частицы пыли осаждаются на электродах с противоположным знаком заряда.
В устройстве лазерного принтера тоже лежит явление электризации. Когда принтер получает от компьютера задание для печати, изображение с помощью лазера «рисуется» на фотобарабане в виде положительно заряженных точек. Затем из контейнера на барабан сыплется очень мелкая сухая краска – тонер. Она прилипает к барабану только в тех местах, где есть положительно заряженные точки. С помощью специального механизма к барабану подаётся бумага, приобретая по пути отрицательный заряд. Бумага соприкасается с фотобарабаном, частицы положительно зарядившейся краски притягиваются к отрицательно заряженному листу, на котором остаётся отпечаток. Затем бумага проходит по горячему ролику, где частицы краски «вплавляются» в бумагу.
На современных автомобильных заводах кузова автомобилей окрашиваются в специальных камерах, где краска распыляется и одновременно электрически заряжается отрицательно, а затем оседает на кузове, заряженном положительно. Таким образом процесс покраски автоматизируется, и достигается высокая равномерность окраски.
Аналогично процессу покраски автомобилей в пищевой промышленности коптят рыбу. Копчение – это процесс пропитывания продуктов дымом. Частицы дыма заряжают положительно, и они равномерно оседают на отрицательно заряженной тушке рыбы или мяса, поэтому процесс копчения происходит быстрее и качественнее.
Статическое электричество используется и в медицине при создании электроаэрозолей. Они представляют собой лекарственные вещества в виде очень маленьких заряженных капелек, которые не слипаются в большие капли и при вдохе глубоко проникают в лёгкие человека.
Многие проявления электризации люди научились использовать для своих нужд, а в тех случаях, когда действие электризации вредно и опасно, её стараются уменьшить.
На самом деле электричество очень популярный источник энергии. Посудите сами: его легко транспортировать, оно легко переводится в другие виды энергии – тепловую, механическую. По этой причине электричество так популярно, ученые придумывают все новые способы применения электричества (например, электромобиль), а также применение новым качествам электричества (например, сверхпроводимость).
Вам наверняка приходилось слышать выражение: «Если отключить воду, газ и электричество, то человек снова станет первобытным»? Это совершенно истинное утверждение. Про воду и газ мы говорить не будем, так как это тема для других книг, а вот без электричества действительно нельзя обойтись.
Во-первых, освещенность наших квартир напрямую зависит от электричества. Лампы накаливания, дневного света, галогенные лампы, без них нам приходилось бы пользоваться хозяйственными свечами или лучинами. Когда отключается во всем доме электричество, растерянные жильцы, как правило, не говорят: «Отключили электричество», говорят – «Отключили свет». Задумайтесь, почему?
Во-вторых, на электричестве работает большинство бытовых приборов, которыми мы пользуемся каждый день, начиная с дверного звонка и заканчивая холодильными установками. Когда отключают электричество, пусть даже и на короткий промежуток времени, то после того, как все успеют зажечь хозяйственные свечи, начинают возмущаться по поводу того, что размораживается холодильник. В такой ситуации уж совсем нелепо вспоминать про пылесос или утюг.
В-третьих, отсутствие электричества явно скажется на нашем культурном уровне: телевизор, видеомагнитофон, магнитофон, видеокамера, радио, компьютер, наконец – все это средства общения с окружающим миром и при отсутствии электрического тока они становятся просто корпусами со множеством никуда не годных микросхем.
Одним словом, электричество – наш большой друг, но бывают ситуации, когда оно становится нашим большим врагом, о чем рассказывает следующая глава.