Исследовательский проект «Статическое электричество в нашей жизни»

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

г. Новосибирска

"Средняя общеобразовательная школа № 158"

Калининский район

Секция: окружающий мир

Научно – исследовательская работа

по теме:

«Статическое электричество в нашей жизни»

Выполнил: Калашников Артём Александрович,

ученик 3А класса

Руководитель: Гребенщикова Наталья Викторовна,

учитель начальных классов

высшей квалификационной категории,

контактный телефон: 276-35-21

Новосибирск, 2018

Содержание

Введение…………………………………………………………………… 3

1.Теоретическая часть…………………………………………………… 4

1.1. Статическое электричество…………………………………………...4

1.2. Как происходит электризация…………………………………………6

2. Практическое изучение статического электричества ………………… 7

2.1.Опыты со статическим электричеством……………………………… 7

2.2 Социологическое исследование ……………………………………....11

3. Роль статического электричества в окружающей среде………….12

3.1. Когда электризация тел вредна………………………………………..12

3.2. Когда электризация тел полезна............................................................ 13

4. Как защитить себя от негативного воздействия……………………15

Заключение…………………………………………………………………16

Литература………………………………………………………………….18

Приложение…………………………………………………………………19

Введение

В окружающем нас мире много интересного. Я заметил, например, что когда гладишь кошку, то шерсть кошки поднимается за рукой, и раздаются какие-то щелчки. Когда я дотрагиваюсь до автомобиля, то происходит какое-то непонятное явление – машина иногда щёлкается - «дерётся». Или когда долго расчесываешь сухие волосы, они поднимаются вверх за расческой. Задавая вопрос маме, почему это происходит, слышал ответ: предметы электризуются - это электричество.

Актуальность выбранной темы связана с желанием объяснить непонятные для меня явления.

Чтобы найти ответы на эти вопросы, я решил собрать теоретический материал по интересующей меня проблеме и изучить его. Для этого я отправился в библиотеку, обратился к материалам сайтов интернета. Из книги «Большая книга экспериментов для школьников» я узнал, что существует статическое электричество.

Предмет исследования – статическое электричество как физическое явление.

Объект исследования – особенности статического электричества.

Гипотеза: статическое электричество оказывает не только вредное воздействие, но и приносит пользу.

Цель моей работы: выяснить происхождение статического электричества и его значение в жизни.

Задачи:

• собрать теоретический материал по теме: «Статическое электричество»;

• провести опыты со статическим электричеством, объяснить их;

• выяснить проявление статического электричества в окружающей среде, как с положительной, так и с отрицательной стороны.

Практическая значимость: полученные знания, опыт можно использовать для сообщений и докладов при изучении курса «Окружающий мир», можно поделиться со своими одноклассниками практическими советами по защите от статического электричества.

Сначала, мы рассмотрим следующие понятия:

Электричество – совокупность явлений, в которых обнаруживается существование, движение, взаимодействие заряженных частиц.

Статический – (от греч. «неподвижный») находящийся в состоянии покоя в какой-либо определенный момент.

Протон – элементарная частица, имеющая положительный заряд и входящая в состав всех атомных ядер.

Электрон – элементарная частица, имеющая отрицательный заряд.

1. Теоретическая часть

1.1. Статическое электричество

Электричество, которое никуда не движется, называется статическим.

Так что же знают люди об электричестве?

Слово «электричество» происходит от слова «электрон», которым древние греки называли янтарь. Ещё в 600 году до н. э. греки заметили, что если потереть янтарь об овечью шкуру, то он начинает притягивать лёгкие предметы: перья, стружку, маленькие кусочки бумаги пробки и т. п. С тех пор учёные пытались открыть тайны этой загадочной силы.

Тысячелетиями люди наблюдали такие грозные явления природы, как ослепительная вспышка, огненный зигзаг молнии в небе, раскат грома и не понимали их - поэтому и боялись. Правду говорят: «Гром не грянет – мужик не перекреститься». А какой же гром без молнии? Сколько же миллионов раз должна была сверкнуть молния, чтобы мужик, перекрестившись, наконец-то задумался: а что же это такое?

Между натёртыми кусочками янтаря, притягивающими предметы, и молнией, казалось бы, ничего общего. А ведь всё это – электрические явления. И чтобы доказать родственность столь непохожих явлений, потребовались опять-таки тысячелетия.

Что ж, человек такой тугодум? Да нет, слишком «тонкой материей» оказалось электричество. Большого прогресса в изучении электричества не было достигнуто до 1672 года. В этом году человек по имени Отто фон Геррик построил первый генератор статического электричества. В 1729 году Стефан Грей обнаружил, что некоторые вещества, в частности металлы, могут проводить ток. Такие вещества стали называться «проводниками».

А в далёком XVIII веке проводилось довольно много экспериментов, связанных с защитой от молнии. Попытки изучить молнию были весьма рискованны и часто кончались трагически. Так, в 1753 г. во время опытов от удара молнии погиб русский физик.

Следующий важный шаг был сделан в 1733 году, когда француз по имени Шарль Дюфе открыл положительные и отрицательные электрические заряды, хотя он думал, что это были два разных вида электричества. Беджемин Франклин был первым, кто попытался объяснить, что такое электричество. Но, пожалуй, наука об электричестве начала бурно развиваться с того момента, как в 1800 году Алессандро Вольта изобрёл батарею. Это изобретение дало людям первый постоянный и надёжный источник энергии и повлекло за собой все важные открытия в этой области.

«Русское солнце» взошло над миром благодаря трудам двух замечательных русских инженеров – Павла Николаевича Яблочкова и Александра Николаевича Лодыгина, создателей двух главных видов электрического освещения (лампочку).

И лишь немногим более ста лет назад люди научились использовать электрические силы природы, заставили электричество служить себе. Но уж когда выяснилось, что в нём к чему, люди так крепко «запрягли» его, так приспособили, что всего за двести лет изменили с его помощью облик всей своей жизни.

Электротехника, электроника, электроэнергия, электровоз, электросварка, электростанция, электромузыкальные инструменты… Ну, ни шагу без электричества.

А не надо никуда шагать. Оно здесь, прямо на нас. Стоит стянуть с себя свитер, как… - в тишине раздаётся треск. Откуда взялись эти звуки? Если снимать шерстяную или синтетическую одежду в темноте, то можно заметить, как этот треск сопровождается искорками. Трещит и искрится наша одежда, но лишь тогда, когда мы, снимая её, заставляем тереться, скользить по телу.

Чуть-чуть внимания и обнаружится, что стянутая кофта притягивается к оставшейся на нас рубашке. Что же их тянет друг к другу? Это статическое электричество.

1.2. Как происходит электризация

Электризация тел происходит при их соприкосновении. Предметы, окружающие нас в повседневной жизни, кажутся незаряженными: между ними нельзя заметить притяжения или отталкивания. Когда мы заряжаем предметы трением или с помощью батареи, то рассчитываем обнаружить равные количества противоположных по знаку зарядов. На данном этапе «заряд» - это наименование «притягивать» кусочки бумаги или «отталкивать» такие же тела. Мы представляем себе, что на поверхности предметов что-то скапливается, нечто такое, что может называться электричеством, и то воображаемое скопление электричества именуется нами зарядом электричества, электрическим зарядом или просто зарядом. Чтобы получить большой величины заряд «трением» необходим контакт между телами или взаимодействие.

При соприкосновении двух разнородных веществ из-за различия атомных и молекулярных сил на их поверхности происходит перераспределение электронов (в жидкостях и газах еще и ионов) с образованием двойного электрического слоя с противоположными знаками электрических зарядов. Таким образом, между соприкасающимися телами, особенно при их трении, возникает контактная разность потенциалов, значение которой зависит от ряда факторов – диэлектрических свойств материалов, значения их взаимного давления при соприкосновении, влажности и температуры поверхностей этих тел, климатических условий.

Таким образом, одной из основных причин возникновения статического электричества является взаимодействие тел друг с другом посредством трения.

2. Практическая часть по изучению статического электричества

2.1.Опыты со статическим электричеством

Возникновение статического электричества мы наблюдаем почти ежедневно. Когда мы снимаем с себя шерстяную шапку, она трется о наши волосы. Для начала мы провели несколько опытов, которые наглядно демонстрируют, как происходит электризация тел.

Почему предметы электризуются? Проведём опыты.

ОПЫТ №1

Надуем воздушный шарик и поднесём его к стене. Ничего особенного мы не увидели – шарик падает.

Теперь хорошо потрём шарик шерстяной тканью или о волосы.

Снова поднесём его к стене. Шарик прилип к стене.

ОПЫТ №2.

Надуем воздушный шарик и поднесём его, не касаясь, к мелко нарезанным кусочкам бумаги. Всё осталось без изменений. Но стоит потереть шарик о шерстяную ткань и вновь поднести его к кусочкам бумаги, как бумага начнёт подниматься и прилипать к шарику.

ОПЫТ №3.

Поднесём обычную шариковую ручку к кусочкам бумаги – ничего интересного мы не видим. Потрём ручку о волосы и поднесём её к кусочкам бумаги – бумага, как по волшебству, прилипнет к ручке.

Это потому…

…что при трении шарика о шерстяную ткань, ручки о волосы, они электризуются и приобретают способность притягивать к себе тела, как магнит.

Из книги «Занимательная физика» я узнал, что все тела состоят из мельчайших частиц, называемых атомами. В свою очередь, атомы состоят из ещё более мелких частиц. Их называют протонами и электронами. Протоны имеют положительный заряд, обозначаемый знаком плюс (+), электроны – отрицательный заряд, обозначаемый знаком (-). Заряды с противоположными знаками притягиваются, заряды с одноимёнными знаками отталкиваются. Атомы содержат одинаковое количество протонов и электронов, поэтому положительные заряды уравновешиваются отрицательными. Протоны находятся в неподвижном состоянии и представляют собой ядро атома. Электроны, напротив, постоянно вращаются вокруг ядра . Когда мы трём шарик о шерстяную ткань, отдельные электроны атомов шерсти отрываются и переходят на шарик. Шарик, получив избыток электронов, электризуются. Тело электризуется, если количество электронов в нем увеличивается или уменьшается. А когда количество заряда становится достаточно большим, происходит электрический разряд, проскакивает искра.

Наэлектризованные тела либо притягиваются, либо отталкиваются. Для этого проведём ещё один опыт, чтобы узнать, когда это происходит.

ОПЫТ №4.

Надуем два воздушных шарика и привяжем их к двум концам одной нити.

Потрём оба шарика шерстяной тканью. Возьмём за середину нити так, чтобы оба шарика повисли на одном уровне и увидим, что шарики отталкиваются друг от друга.

Но только стоит между шариками вставить лист бумаги… - шарики сближаются.

Это потому…

…что предметы, наэлектризованные одинаково, приобретают одинаковый заряд. А так как одноимённые заряды отталкиваются, то шарики, оба имеющие отрицательный заряд, удаляются друг от друга. Лист бумаги не наэлектризован, он имеет одинаковое количество отрицательных и положительных зарядов; его положительные заряды притягивают отрицательные заряды шариков. Наши опыты позволяют сделать выводы о том, как взаимодействуют заряженные тела: тела, имеющие заряды одинакового знака, отталкиваются. Тела, имеющие заряды разного знака – притягиваются.

После изучения теоретического материала и проведения опытов, я могу объяснить, почему трещит и искрится одежда, почему раздаются щелчки, когда я глажу свою кошку, почему «дерется» машина, почему вслед за расческой поднимаются волосы. Тела при трении электризуются. На них накапливаются заряды разного знака (положительного и отрицательного). Если на теле избыток электронов, оно заряжено отрицательно, если недостаток электронов – положительно. Между сильно наэлектризованными телами происходит электрический разряд.

Теперь могу объяснить, что происходит во время грозы.

Во время грозы облака трутся о воздух в своей нижней части и заряжаются отрицательно. Они притягивают к себе противоположный заряд, который скапливается на почве, на деревьях, на домах, на предметах или на соседних облаках. Когда заряд облака становится слишком большим, происходит электрический разряд – молния, то есть резкое и очень сильное перемещение электрических зарядов от облака на землю или между двумя облаками. Молния видна, как яркая вспышка света. Мы также слышим гром, потому что при вспышке молнии выделяется огромное количество тепла. От этого воздух резко расширяется, вызывая знакомый нам звук грома. Таким образом, МОЛНИЯ – это электрический заряд сильно наэлектризованного облака, направленный к земле

2.2. Социологическое исследование

Изучая материал по данной теме, нам захотелось изучить, насколько хорошо знакомы с этим явлением мои ровесники и школьники постарше.

Мы провели социологический опрос среди учащихся 3 и 6 классов. Результаты ответов представлены в таблице

Результаты ответов на вопрос «Знаете ли вы, что такое статическое электричество, электризация?» говорят о том, что младшие школьники мало знакомы с этим понятием, среднее звено немного лучше.

Дальше продолжили ответы те, кто знаком с понятием электризации. На вопрос: «Какой вред приносит вам статическое электричество?» ребята ответили следующим образом. Из ответов следует, что, чем старше становятся школьники, тем меньше они обращают внимание на неприятные ощущения от воздействия статического электричества, либо удачно с ним борются, о чем свидетельствует следующий ответ на вопрос: «Как вы боретесь с неприятным воздействием статического электричества?». Ребята отвечают, что они используют антисептик или обычную воду.

Ответ на следующий вопрос «Есть ли польза от статического электричества?» дал мне понять, что не только младшие школьники, но и мои ровесники, как и я, очень мало знакомы с тем, какую пользу дает статическое электричество. Еще и поэтому мне захотелось продолжить работу над изучением данной темы.

3. Роль статического электричества в окружающей среде

3.1. Когда электризация тел вредна

Еще в ХIХ столетии были известны вредные действия статического электричества. В ХХ веке вредные проявления статического электричества наблюдаются чаще, так как широко применяются легко электризующиеся вещества: пластмассы, синтетические волокна, нефтепродукты и т. п. Электризация происходит и в быту, и на производстве. Взаимодействие наэлектризованных тел затрудняет выполнение многих технологических операций. Например, электризация волокон вызывает их взаимное отталкивание, что мешает работе ткацких станков.

Заряженную ткань трудно раскраивать. Такая ткань, кроме того, сильно загрязняется вследствие притяжения к ней частичек пыли.

Для избежания вредных последствий электризации тел на производстве применяют различные методы борьбы с этим явлением: заземление оборудования, обработка материалов графитом или бронзовым порошком, увеличение влажности воздуха в помещении. В быту при стирке одежды применяют различные антистатики.

3.2. Когда электризация тел полезна

Статическое электричество может быть верным помощником человека.

Промышленность. Маляр без кисточки. Движущиеся на конвейере окрашиваемые детали, например, корпус автомобиля, заряжают положительно, а частицам краски придают отрицательный заряд, и они устремляются к положительно заряженной детали. Слой краски на ней получается тонкий, равномерный и плотный. Расход краски снижается.

Электрические копчености. При электрокопчении частицы коптильного дыма заряжают положительно, а отрицательным зарядом тушку рыбы. Заряженные частички дыма оседают на поверхности тушки и частично поглощаются ею. Все электрокопчение продолжается несколько минут. Прежде копчение было длительным процессом.

Смешение веществ. Если мелкие частицы одного вещества зарядить положительно, а другого - отрицательно, то легко получить их смесь, где частицы распределены равномерно. Например, на хлебозаводе, при замешивании теста.

С помощью электризации получают искусственные ковры и меха. Для этого измельченные частички шерсти, хлопка или искусственных волокон электризуют, продувая сквозь заряженную металлическую сетку, а на покрытую клеем тканевую основу помещают заряд противоположного знака. Притягиваясь к основе и отталкиваясь друг от друга, частички равномерно распределяются по основе и плотно приклеиваются. После просушки поверхность становится пушистой или ворсистой. Также при помощи статического электричества получают очень красивые ткани типа бархата.

На явлении электризации основано и действие электрокопировальных аппаратов. Свет, отраженный от копируемого документа, падает на положительно заряженную пластину. Из освещенных мест заряд стекает, в результате чего на пластине возникает невидимое «электрическое изображение». Затем на пластину насыпают тонкий слой отрицательно заряженного красящего порошка. Он притягивается к положительному «электрическому изображению», и оно становится видимым. Потом пластину прижимают к бумаге, на которой получается четкий отпечаток. Полученное на бумаге изображение для прочности «припекают» миниатюрной печкой.

Медицина. Влияние статического электричества на организм человека и животного ещё до конца не исследовано. Но уже известно, что электрические разряды, которые возникают вследствие электризации одежды, для людей безвредны, а в некоторых случаях, например при заболеваниях суставов, даже полезны. В медицине статическое электричество используют при создании так называемых электроаэрозолей, при проведение лечения электрофорезом, дефибллятором.

Электроаэрозольтерапия. Сильные электрические поля используются в медицине при создании электроаэрозолей. Они представляют собой лекарственные вещества в виде очень маленьких заряженных капелек, которые при вдохе проникают в лёгкие человека (вплоть до мельчайших легочных ячеек — альвеол), создавая в них запасы постепенно всасывающихся лекарственных или биологически активных веществ.

«Электрофорез» - это введение лекарственного вещества в кожу при помощи постоянного электрического тока. В результате этого вещество накапливается под кожей и оказывает лечебное воздействие от 4 часов до 20 суток. Кроме того и сам метод электрофореза предполагает биологическое воздействие постоянного тока на кожу. При помощи электрофореза в организм проникает около 5-10% вещества, которое использовалось во время процедуры. Препарат усиливает кровоток и стимулирует активное возобновление клеток.

Дефибриллятор. Энергия разряда конденсатора не только привела к возникновению жизни на Земле, но и может вернуть жизнь людям, у которых клетки сердца перестали синхронно сокращаться. Асинхронное (хаотичное) сокращение клеток сердца называют фибрилляцией. Фибрилляцию сердца можно прекратить, если пропустить через все его клетки короткий импульс тока. Устройство, обеспечивающее электрический разряд, прекращающий фибрилляцию сердца, называют дефибриллятором.

4. Как защитить себя от негативного воздействия

Защита от статического электричества в доме. Основной причиной образования статических зарядов является сильная сухость воздуха в помещении. В домашних условиях устранить заряды статического электричества довольно легко, повышая относительную влажность воздуха квартиры до 60 -70% (для этого можно использовать электрические увлажнители). Увлажнить воздух могут мокрые полотенца, развешанные на батареи центрального отопления. Верными союзниками в борьбе со статическим электричеством выступают комнатные растения. Хлорофитум, драцена, фикус, спатифилум способны не только снять статический заряд, но и поглотить частицы тяжелых металлов, дезинфицировать помещение. Электризация устраняется, если к воде, которой протирают пластиковые полы, добавить гидрофильные вещества, например хлорид кальция, а также если протирать электризующуюся поверхность глицерином. Химическая промышленность выпускает препарат «Антистатик», который снимает электрический заряд с синтетической одежды. Бытовые электромеханические приборы большой мощности оборудуются заземляющим контактом через электрическую розетку.

В интерьере квартиры нужно стараться отдавать предпочтение мебели, белью и ковровым покрытиям из натуральных тканей. Природные, экологически чистые материалы – залог отсутствия статического электричества в доме.

Другой важный фактор, влияющий на образование статики в помещении – наличие большого числа электрических приборов, сконцентрированных в одном месте. Следует следить за тем, чтобы она не работала одновременно на протяжении долгого времени.

Защита от статического электричества в автомобиле. Существует целый ряд мер, которые помогут избежать высвобождения статики. Для кузова машины существуют особые полоски антистатического типа. Такая графитовая или алюминиевая полоска будет гасить искры по мере появления. Кроме того, в машину можно одевать только ту одежду, которая гарантированно не копит электричество от трения.

Защита от статического электричества на одежде и обуви. Для того чтобы обезопасить себя от зарядов статического электричества стоит носить одежду из натуральных хлопчатобумажных или льняных материалов. Синтетические вещи нужно обрабатывать специальными спреями – антистатиками, либо полоскать их, используя кондиционер для белья.

Защита от статического электричества в промышленности. Одним из наиболее действенных способов борьбы со статическим электричеством считается заземление. С его помощью образующиеся на поверхности оборудования статические заряды отводятся («стекают») в землю, что препятствует их накапливанию до величины, которая способна вызвать искру.

Заключение

Подводя итог, можно сказать, что поставленные задачи выполнены: изучив специальную литературу и проведя опыты, мы выяснили, что такое статическое электричество, его происхождение и значение в окружающей среде. Статическое электричество – накопление электрических зарядов на предметах, телах. Явление сообщение телу электрических зарядов называется электризацией.

Мне очень понравилась практическая часть моей работы с проведением опытов, социологическое исследование среди моих ровесников, которое стимулировало мою работу.

Мы узнали много интересного и нового о полезных и вредных воздействиях статического электричества. Например, для меня стало открытием, что действие многих приборов основано на законах электростатики, что электризация широко используется в промышленности.

В целом сделали вывод, что статическое электричество не приносит большого вреда для меня и близких мне людей. Мне бы хотелось в дальнейшем продолжить эту работу и познакомиться поближе с другими способами электризации, о которых я узнал в своей работе.

Список литературы:

1. «Детское экспериментирование» Издательство ТЦ «Сфера»

2. «Потомучки» ООО Издательство «Астрель» 2002

3. «Занимательная физика- нескучный учебник»- В.Шабаловский: ТРИГОН- Санкт-Петербург 1997, 415с.

4. Я познаю мир: Дет. энцикл.: Физика/ Под общ. ред. . – М.: ТКО «АСТ», 1995. – 480с.

5. «Простые и безопасные научные опыты» С-2008 ООО «Новый формат»

6. Достоинства и недостатки статического электричества - http://www.electrofaq.com/FAQ2.htm

ПРИЛОЖЕНИЕ

1. Знаете ли вы, что такое статическое электричество, электризация?

1. Какой вред приносит вам статическое электричество?

1. Как вы боретесь с неприятным воздействием статического электричества?

1. Есть ли польза от статического электричества?