Проект ученика 10 класса "Поймать молнию...."

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Приамурский государственный университет

имени Шолом - Алейхема»

Проект по теме:

«Поймать молнию... »

2021г.

Содержание

1.Введение

Растет человек, вглядывается в окружающий мир. Видит с каждым днем все больше и больше. И все больше понимает: мир сложнее, чем представляется поначалу. Его нельзя оценивать под каким — то одним углом зрения, а надо видеть с разных позиций. Вот, например, молния.

Кто знает, сколько молний вспыхнуло в небе, прежде чем человеку удалось загнать это проявление атмосферного электричества не только в лабораторию, но и … в бытовую зажигалку. Но ведь удалось!И электричество теперь работает вокруг нас всюду. Меня заинтересовало атмосферное электричество, которое проявляется в явлении молния.

Выбор темы моего исследования обусловлен не только личным интересом, но и актуальным вопросом поиска новых видов энергии. Природа молнии также таит немало загадок, которые нужно знать для своей безопасности. В 10 классе подходим к изучению электрических явлений и в физическом кабинете предстоит получить минимолнию и изучить её свойства.

Объект исследования:

Атмосферное явление - молния(линейная)

Предмет исследования:

анализ возможного способа получения энергии от молнии;

анализ оборудования кабинета физики для изучения темы «Электризация тел»

Задачи исследования:

1)Объяснение явления на основе законов физики,

2)получение молнии в лабораторных условиях

3)способы защиты от молнии

4)анализ предлагаемых технологий использования энергии от молнии

5)Исследование молнии в лабораторных условиях для расширения возможных демонстраций при изучении свойств электрического заряда, способа его получения.

6)Изготовление приборов для кабинета физики.

2.Коротко о важном явлении природы

Электричество существует на Земле давно — дольше, чем живут на ней люди. Громыхали в небе грозы, в морях плавали электрические рыбы. Люди впервые задумались над странной силой, скрытой внутри «электрона»(так называли янтарь в Древней Греции), когда потерли его сухой тряпицей, а он вдруг стал притягивать к себе мелкий сор, пылинки. И ещё: гладишь кошку в темноте — искры сыпятся... Да и шерсть сама дыбом встает...

Долго ли, коротко ли размышляли люди, пока не придумали машину для получения электричества — электрофорную машину.

Историческая справка

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 молний и грома, понять их естественные причины. В древние века над этим размышлял Аристотель. Над природой молний задумывался Лукреций. Весьма наивно представляются его попытки объяснить гром как следствие того, что «тучи сшибаются там под натиском ветров».

Многие столетия, включая и средние века, считалось, что молния – это огненный пар, зажатый в водяных парах туч. Расширяясь, он прорывает их в наиболее слабом месте и быстро устремляется вниз, к поверхности Земли.

В 1752г 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.

О пыт: На крестовине змея была укреплена заостренная проволочка, к концу веревки привязаны ключ и шелковая лента, которую он удерживал рукой. Как только грозовая туча оказалась над змеем, заостренная проволока стала извлекать из нее электрический заряд, и змей вместе с бечевой наэлектризуется. После того, как дождь смочит змея вместе с бечевкой, сделав их тем самым свободными проводить электрический заряд, можно наблюдать как электрический заряд будет «стекать» при приближении пальца.

Одновременно с Франклиным исследованием электрической природы молнии занимались Михаил Васильевич Ломоносов и Георг Вильгельм Рихман.

Ломоносов в тандеме ученых играл не первую роль: кабинетом физики заведовал Рихман, оборудовавший все по последнему слову техники тех времен. Рихман изобрел электрометр - прибор, позволяющий измерить силу электрического заряда.

Ученые проводили многочисленные опыты, но изучение явлений электричества затрудняло то, что не было количественной оценки результатов.

Впрочем, теория атмосферного электричества, разработанная Ломоносовым, оказалась верна на все сто. Он предположил, что восходящие и нисходящие вертикальные потоки воздуха электризуются от трения при своем движении. Так считают и сейчас, через 200 с лишним лет!

Степень опасности молний для жизни человека со временем тоже не изменилась, но в середине 18 -го века элементарно не было известно даже о заземлении. И тот, кто узнает, каким опасным способом в своей лаборатории «ловил» молнии Рихман, ужаснется.

К проведению таких экспериментов ученых подтолкнула публикация научного труда Бенджамина Франклина. Ломоносов и Рихман решают повторить опыты Франклина и углубить их. Рихману, кроме того, не терпелось приспособить свой электрометр к измерению электрической силы молнии.

Особенно широкий размах приобрели исследования летом 1753 года. На 6 сентября того года назначено было ежегодное публичное собрание Академии наук, на котором оба ученых должны были выступить с докладами по атмосферному электричеству. Времени оставалось мало, и ученым нельзя было пропускать ни одной грозы.

Вот почему, едва только 26 июля с севера поднялась большая грозовая туча, оба ученых заспешили к своим инструментам. Правда, Ломоносову помешали докончить эксперимент домашние дела. А Рихман, пригласивший гравера Соколова для зарисовывания экспериментов, стал жертвой ужасного происшествия.

Так описывают это событие в литературе. 26 июля 1752 г. с утра в Петербурге было душно, а к середине дня сгустились тучи. В это время в физической лаборатории Петербургской Академии профессор Рихман приступил к эксперименту. Он дожидался грозы, чтобы понаблюдать, как она подействует на изобретенное им устройство для измерения атмосферного электрического поля. Вместе с Рихманом в лаборатории находился его друг-гравер Академии наук. Люди, оказавшиеся на улице вблизи лаборатории видели, как в металлический стержень на крыше попала молния. И тот час они услыхали громкие крики из лаборатории. Кричал гравер – на нем горела одежда. Что же произошло? Металлический стержень, выходящий на крышу, был соединен с измерительным устройством Рихтера. И вот, когда в стержень попала молния, от устройства отделился голубой светящийся шар величиной с кулак. Он ударил стоящего в полушаге от устройства Рихмана прямо в лоб. Раздался громкий треск, похожий на выстрел. Рихман упал – он был убит мгновенно. Раскалившаяся проволока от устройства задела гравера, зажгла на нем одежду. Имеется гравюра, сделанная очевидцем трагической смерти Рихмана. Все это позволяет сделать вывод, что Рихман был убит шаровой молнией, возникшей сразу после удара линейной молнии.

Положительным результатом стало то, что эта трагедия подтолкнула к поиску защиты от молний и разработкам мер безопасности при работе с электричеством.

Благодаря исследованиям в середине 18 века была доказана электрическая природа молнии. С этого времени стало ясно, что молния представляет собой мощный электрический разряд, возникающий при достаточно сильной электризации туч.

Линейные молнии

Распространенная линейная молния, с которой многократно встречается любой человек, имеет вид разветвляющейся линии. величина силы тока в канале линейной молнии составляет в среднем 60 - 170 кА, зарегистрирована молния с током 290 кА. средняя молния несет энергию 250 кВт/час (900 Мдж). энергия, в основном, реализуется в виде световой, тепловой и звуковой энергий.

Разряд развивается за несколько тысячных долей секунды; при столь высоких токах воздух в зоне канала молнии практически мгновенно разогревается до температуры 30 000-33 000° С. в результате резко повышается давление, воздух расширяется - возникает ударная волна, сопровождающаяся звуковым импульсом - громом.

Перед и во время грозы изредка в темное время на вершинах высоких заостренных объектов (макушках деревьев, мачтах, вершинах острых скал в горах, крестах церквей, молниеотводах, иногда в горах у людей на голове, поднятой руке или у животных) можно наблюдать свечение, получившее название «огни святого Эльма». Это название дано в древности моряками, наблюдавшими свечение на вершинах мачт парусников. Свечение возникает из-за того, что на высоких заостренных предметах напряженность электрического поля, создаваемого статическим электрическим зарядом облака, особенно высока; в результате начинается ионизация воздуха, возникает тлеющий разряд и появляются красноватые языки свечения, временами укорачивающиеся и опять удлиняющиеся. не следует пытаться тушить эти огни, т.к. горения нет. при высокой напряженности электрического поля может появиться пучок светящихся нитей - коронный разряд, который сопровождается шипением. линейная молния также изредка может возникнуть и при отсутствии грозовых облаков. не случайно возникла поговорка - «гром среди ясного неба».

Предположительно, молния уносит жизни тысячи человек в год и многих людей калечит. Она убивает тысячи животных и вызывает пожар. Вызванный ею скачок напряжения выводит из строя электрические установки, телевизоры, электронное оборудование, компьютеры и телефоны даже в нескольких километрах от точки удара.

Сталкиваясь с этим природным бедствием, прежде всего задаешься вопросами: что такое молния? Откуда она берется? Как действует? В данном случае дело не просто в любопытстве: чем больше мы будем знать о молнии, тем лучше сможем себя обезопасить.

Можно ли поймать молнию? Вопрос не новый. Японским ученым в лабораторных условиях с помощью лазерного пучка удалось это сделать.

Можно ли предугадать молнию? Да но, во-первых, незадолго до удара, а во-вторых, даже не пытаясь точно спрогнозировать, куда и когда она ударит. Но прогноз-дело многообещающее. Уже имеются системы обнаружения и отслеживания грозы.

Молния — лишь одна из составных частей грозы. Она знаменует собой финал действа, разворачивающегося в недрах гигантских облачных масс, которые называются кучево-дождевыми облаками или—в быту — просто грозовыми тучами. Это самые высокие, самые большие и самые грозные из всех облаков. Именно там рождаются и развиваются сильные грозовые дожди, град, грозовые разряды, гром и молния.

Основание кучево-дождевого облака находится примерно в 1-2 км. над землей. Его площадь — несколько квадратных километров, высота доходит до 10-15 км. Как же образуется этот монстр? Что позволяет ему разрастаться до такой устрашающей степени?

В классическом случае летней грозы действуют два фактора: с одной стороны, архимедова сила, с другой, скрытая теплота парообразования.

«Посеешь облако – пожнёшь молнию»

При формировании кучево-дождевого облака теплый и влажный воздух поднимается в восходящем потоке. Затем влага начинает испаряться по краям, что вызывает охлаждение и порождает нисходящие потоки. Постепенно эти потоки начинают преобладать, наступает фаза рассеивания. При этом положительные электрические заряды концентрируются в верхних слоях облака, а отрицательные—в нижних. Молния начинается с образования трассировщика—ионизированного, т. е. проводящего, канала, который скачками направляется к земле. На остроконечных и высоких объектах он индуцирует появление восходящего контртрассировщика—очень слабого разряда. Когда эти два канала смыкаются, между облаком и Землей происходит сильный электрический разряд, т. е. импульс тока. Часто бывает виден сам светящийся канал разряда, напоминающий разветвляющуюся реку или дерево. Это и есть молния.

Осторожно! Гроза!

На земном шаре молния бьёт в среднем 30 раз в секунду. Издалека она представляет собой зрелище, а вблизи смертельную опасность. Молния уносит тысячи жизней в год и многих колечит. Она убивает животных и вызывает пожары. Поэтому чем больше мы будем знать о молнии, тем лучше сможем себя обезопасить. При попадании в человека, молния оставляет на нём характерные ожоги, которые имеют очертания молнии. Бывают случаи, что при ударе молнии — на теле человека были ожоги в виде близлежащих объектов — деревьев, зданий и прочего. Каким образом молния может проецировать эти вещи еще не разгадано.

Если вы в мокрой одежде, то молния нанесет меньше вреда.

Около 71% людей которых ударила молния – выжили.

Даже дома в вас может попасть молния, но пожалуй, самое безопасное место во время грозы - в доме, но это не значит, что не нужно принимать мер предосторожности. Если в здание попала молния, то электрический ток скорей всего пройдет по водопроводу или проводке, прежде чем уйти в землю. Поэтому во время молнии не разговаривайте по проводному телефону, держитесь подальше от проточной воды (не принимайте душ, не мойте тарелки и руки). Не используйте кухонную плиту, компьютер или другие приборы, присоединенные к электрической сети.

• Во время грозы находиться на улице не безопасно. Если вы оказались на улице во время грозы, то постарайтесь укрыться в заземленном здании или в машине. Если это не представляется возможным, то следующие советы помогут минимизировать риск: избегайте открытых пространств и одиноко стоящих высоких объектов (например, деревьев). Держитесь подальше от воды - она хорошо проводит ток.

• Не ложитесь на землю - это увеличит площадь контакта, ведь если неподалеку от вас в землю ударит молния - то чем меньше площадь контакта, тем меньше тока перетечет в вас.

• необходимо оставаться дома еще в течении получаса после окончания грозы.

В большинстве случаев, молния попадает в людей не в самый разгар грозы. Согласно данным национальной метеорологической службы, молния может ударить с расстояния в 15 км от того места, где идет дождь, поэтому если вы слышите гром - значит вы в зоне угрозы попадания молнии.

Метеорологическая служба советует придерживаться следующего совета: "Если слышите гром, то переждите дома. Из дома будет безопасно выходить через полчаса после того, как в последний раз прогремел гром". приближающейся грозе.

Правила поведения во время грозы

Вспышку молнии мы видим практически мгновенно, т.к. свет распространяется со скоростью 300 000 км/с. скорость распространения звука в воздухе равна примерно 344 м/с, т.е. примерно за 3 секунды звук проходит 1 километр. таким образом, разделив время в секундах между вспышкой молнии и последовавшим за ней первым раскатом грома, определим расстояние в километрах до нахождения грозы.

Если эти промежутки времени уменьшаются, то гроза приближается, и необходимо принять меры защиты от поражения молнией. Молния опасна тогда, когда за вспышкой тут же следует раскат грома, т.е. грозовое облако находится над вами, и опасность удара молнии наиболее вероятна. Ваши действия перед грозой и во время ее должны быть следующими:

• не выходить из дома, закрыть окна, двери и дымоходы, позаботиться, чтобы не было сквозняка, который может привлечь шаровую молнию.

• во время грозы не топить печку, т.к. дым, выходящий из трубы, имеет высокую электропроводность, и вероятность удара молнии в возвышающуюся над крышей трубу возрастает;

• во время грозы подальше держаться от электропроводки, антенн, окон, дверей и всего остального, связанного с внешней средой. не располагаться у стены, рядом с которой растет высокое дерево;

• радио и телевизоры отключить от сети, не пользоваться электроприборами и телефоном (особенно важно для сельской местности);

• во время прогулки спрятаться в ближайшем здании. Особенно опасна гроза в поле. При поиске укрытия отдайте предпочтение металлической конструкции больших размеров или конструкции с металлической рамой, жилому дому или другой постройке, защищенной молниеотводом;если нет возможности укрыться в здании, не надо прятаться в небольших сараях, под одинокими деревьями;

• не находиться на возвышенностях и открытых незащищенных местах, вблизи металлических или сетчатых оград, крупных металлических объектов, влажных стен, заземления молниеотвода;

• при отсутствии укрытия лечь на землю, при этом предпочтение следует отдать сухому песчаному грунту, удаленному от водоема;

• если гроза застала вас в лесу, необходимо укрыться на низкорослом участке. Нельзя укрываться под высокими деревьями, особенно соснами, дубами, тополями. Лучше находиться на расстоянии 30 м от отдельного высокого дерева. обратите внимание - нет ли рядом деревьев, ранее пораженных грозой, расщепленных. лучше держаться в таком случае подальше от этого места. обилие пораженных молнией деревьев свидетельствует, что грунт на данном участке имеет высокую электропроводность, и удар молнии в этот участок местности весьма вероятен;

• во время грозы нельзя находиться на воде и у воды — купаться, ловить рыбу. необходимо подальше отойти от берега;

• в горах отойдите от горных гребней, острых возвышающихся скал и вершин. при приближении грозы в горах нужно спуститься как можно ниже. металлические предметы - альпинистские крючья, ледорубы, кастрюли, собрать в рюкзак и спустить на веревке на 20-30 м ниже по склону;

• во время грозы не занимайтесь спортом на открытом воздухе, не бегайте, т.к. считается, что пот и быстрое движение «притягивает» молнию;

• если вы застигнуты грозой на велосипеде или мотоцикле, прекратите движение и переждите грозу на расстоянии примерно 30 м от них;

3.Практическая часть

Технология использования энергии молнии

Проведем расчеты мощности, которая сосредоточена в молнии. Мощность рассчитывается по формуле

(1)

Ток в разряде молнии достигает 10—100 тысяч ампер, напряжение достигает до 50 миллионов вольт. Для расчетов воспользуемся следующими данными: сила тока – 40 000 А., а напряжение – 20 000 000 В. Подставляя в формулу (1), получается

Полученное число огромное. Поселок Ударный в месяц в среднем употребляет мощность 60 000 кВт. Узнаем во сколько раз мощность в молнии больше потребляемой мощности

Если перевести в года то получается следующий результат. Пусть Т – это время в годах, тогда произведя расчеты мы получим следующий результат

(2)

где 12 – это количество месяцев году.

Подставим в формулу (2) данные

То есть поселок Ударный можно питать данной энергией более 1000 лет!!! Результат впечатляет. Но как энергию молнии удержать и преобразовать в электрическую энергию? В настоящее время в США и Китае ведутся разработки по преобразовании энергии молнии в электричество.

Рассчитаем энергию в молнии. Длительность молнии около тысячной доли секунды, а в часе 3600 секунд. Можно определить количество энергии, которую дает молния.

(3)

Подставим данные в формулу (3), получаем

Цена 1кВт*ч 1,75р. При полном использовании стоимость энергии молнии составит 388,85 рублей.

Исследование советских учёных

Используя свойства молнии направляться к высоким предметам, особенно в том случае, если они хорошо проводят электрический ток, можно «ловить» молнию. Для этого в нашей стране были использованы воздушные шары, поднимавшие в грозовые тучи металлические тросы, присоединённые к земле. В этих случаях «пойманные» молнии были использованы лишь для научных целей.

Технология от ученых Китая

Китайские ученые разработали технологию использования энергии молнии в научных и промышленных целях, "Новая разработка позволяет захватывать молнию в воздухе и перенаправлять ее в коллекторы на земле для исследований и использования", - сообщил сотрудник института атмосферной физики Це Сюшу.

Для захвата молнии будут использоваться оснащенные специальными громоотводами ракеты, которые будут запускать в центр грозового облака. Ракета YL-1 должна стартовать за несколько минут до удара молнии.

"Проверки показали, что точность запусков составляет 70%", - сообщили разработчики аппарата.

Энергия молнии, а также производимое ей электромагнитное излучение будут использоваться для генной модификации сельскохозяйственных пород и производства полупроводников.

Кроме того, новая технология позволит значительно снизить экономический ущерб от гроз, поскольку разряды будут уходить в безопасные места. По статистике, в КНР от удара молнии ежегодно гибнет около тысячи человек. Экономический ущерб от гроз в Китае достигает 143 миллионов долларов в год.

Исследователи также пытаются найти способ использования молний в энергетике. По данным ученых, один разряд молнии производит миллиарды киловатт электричества. По всему миру каждую секунду происходит 100 ударов молний - это огромный источник электроэнергии.

Возможный вариант установки представляет собой приёмник молнии (молниеотвод) и конденсаторы для «хранения» полученной энергии. В теории всё просто. Тогда почему же до сих пор не созданы такие установки? В данном случае вопросов больше, чем ответов.

Приемник представляет собой проводник из стали. Конденсаторы соединятся параллельно, для того чтобы напряжение на каждом конденсаторе было одинаковым. Чтобы уменьшить вероятность попадания молнии в конденсатор можно поставить молниеотводы, но меньшей высоты, чем приемник. Чтобы молния ударила в приемник, можно закрепить лазер. Луч лазера ионизирует воздух, создает «ионизированный столб» направленный в облака. После попадания молнии в приемник, заряд поступает на конденсаторы, заряжая их. Желательно поставить ключ, чтобы исключить многократное попадание молнии, что может вызвать пробой конденсатора.

Рассчитаем энергию в конденсаторе и емкость конденсатора.

(4)

Энергия молнии равна

(5)

W=8*10¹¹Вт*10^-3с=8*10⁸Дж

Выразим из формулы (4) емкость конденсатора.

C=2*W/U² (6)

Вычислим размеры данного конденсатора.

(7)

Выразим из формулы (7) площадь пластин.

(8)

учитывая, что расстояние между пластинами 1 метр, а диэлектриком является вода , , получается следующий результат

S=4*10^-6Ф*1м /80*8,85*10^-12Ф/м=5649,7м²

Отсюда следует, что длина пластин должна быть примерно 25х230 метров!!! Размеры огромны.

В США ведутся разработки по постройке молниевых ферм.

Конденсаторы таких размеров следует располагать на площадях из-за больших размеров.

Технология от США

Представители компании Alternative Energy Holdings в 2006 году сделали заявление, что ими успешно создан прототип конструкции, при помощи которой можно наглядно показать, как происходит захват молнии и ее преобразование в энергию для бытовых нужд. Как сказали в Alternative Energy Holdings, действующий промышленный аналог способен окупить себя за 4-7 лет, если розничная стоимость энергии будет составлять 0,005 $ за киловатт/час. Но проведенная серия опытов, видимо, не продемонстрировала впечатляющих результатов, и руководители проекта закрыли его. После чего энергия молний и энергия атомной бомбы были поставлены в один ряд (по словам Мартина А. Умани).

Проблемы использования энергии молнии

Молнии представляют собой кратковременные энергетические всплески длительностью в доли секунды, которые необходимо осваивать очень быстро. Решить эту задачу можно при наличии мощных конденсаторов. Однако такие устройства еще не созданы, а если и будут разработаны в будущем, то окажутся очень дорогими. Не исключено применение и различных колебательных систем с наличием контуров 2 и 3 рода, которые позволяют проводить согласование нагрузки с внутренним сопротивлением генераторов;

• молнии могут образовываться из энергии, скопившейся в верхней и нижней частях облаков. В первом случае они будут положительными, во втором – отрицательными. Это тоже необходимо учитывать, оборудуя молниевую ферму. Кроме того, для «ловли» заряда со знаком плюс потребуется дополнительная энергия, наглядным доказательством чего служит люстра Чижевского;

• по своей мощности заряды тоже сильно различаются. У большинства молний данный параметр составляет от 5 до 20 кА, однако у некоторых всполохов может достигать 200 кА. Для бытового использования каждый из разрядов необходимо стандартизировть (50-60 Гц, 220 В);

• заряженные ионы в кубометре атмосферы имеют низкую плотность, а сопротивление воздуха, наоборот, высокое. Это говорит о том, что для улавливания молний необходимы ионизированные электроды, приподнятые над землей на максимальную величину, однако и они улавливают энергию лишь в виде микротоков. Но если электрод будет расположен слишком высоко (т.е. близко к облакам), то возможно самопроизвольное образование молнии, проще говоря, возникнет мощный и кратковременный всплеск напряжения, создающий риск поломки оборудования.

Исследования по теме «Электростатика»

Задание 1.

Цель: получить молнию в лабораторных условиях, используя электрофорную машину.

Для получения молнии необходимо поставить два электрометра вблизи друг друга так, чтобы расстояние между корпусами было около 10 мм. Соединить проводником шар одного электрометра с полюсом электрофорной машины, шар другого — с другим полюсом. Полюсы машины разведите и приведите её в действие. Между корпусами электрометров наблюдается непрерывный искровой разряд, хотя корпуса изолированы от шаров и стержней со стрелками.

ОБЪЯСНЕНИЕ: Наблюдаемое явление объясняется стеканием зарядов с концов стрелки и стержня. В итоге корпуса электрометров заряжаются разноименно, между ними возникает разность потенциалов и искровой разряд.

Задание 2.ИГОЛКА-МОЛНИЕОТВОД

Цель: изготовление молниеотвода

Существует до сих пор неправильное название приспособления, предохраняющего высокие здания и сооружения от губительных ударов молнии во время грозы—громоотвод. Но опасен не гром, а сама молния. Гром только пугает людей своими могучими раскатами. По сути дела это только треск от проскочившей между облаками гигантской искры—молнии. А длительные раскаты грома происходят благодаря возникающему эху—многократному отражению звука. Сейчас гораздо чаще употребляют слово молниеотвод ведь это защита от молнии. Грозовые облака заряжены электричеством. Когда между ними проскакивает высоко в небе искра, для земных строений и для людей опасности нет. Но когда молния из облака ударяет в высокие предметы на земле, она может и вызывать пожар, и убить животное или человека.

Молниеотвод—это металлический стержень, заостренный с одного конца. Стержень укрепляют на самой высокой точке здания. Острием он направлен вверх, а к другому его концу прикреплена толстая проволока. Противоположный конец проволоки соединен с металлическим листом, закопанным в землю. Вот и все устройство для предохранения зданий от удара молнии.

Теперь если в острие молниеотвода ударит гигантская искра—молния весь ее электрический заряд уйдет в землю, не причинив вреда.

Мы с вами можем услышать своеобразный гром от разряда миниатюрной молнии. В качестве молниеотвода будет у нас антенна, соединённая с миллиамперметром, а вместо грозовой тучи—наэлектризованная расческа. Молнии будут такие маленькие, а гром такой тихий, что мы просто услышим лишь щелчки. Для усиления звука можно включить транзисторный радиоприемник. Он усилит треск искр, которые будут проскакивать с расчески на кончик антенны. Стрелка миллиамперметра отклоняется одновременно с появлением щелчков. Наэлектризовав расческу несколько раз — каждый раз слышим небольшой треск. А если над антенной провести все зубья заряженной электричеством расчески — послышится серия щелчков — столько, сколько прошло зубьев.

Итак, молниеотвод: эффект острия.

Заземленные металлические шпили, укрепленные на крышах, защищают нас от молнии, проводя ее в Землю. И так—вот уже более двух столетий.

Задание №3

Цель: изготовление электроскопа

Электроскоп — прибор, который служит для обнаружения заряда и приблизительного определения их величины. В домашних условиях нетрудно изготовить простой электроскоп. Из литровой банки или бутылки с капроновой крышкой можно изготовить электроскоп, с помощью которого изучить степень электризации окружающих предметов. Электроскоп можно сделать так. Пропустить через крышку спицу или проволоку, отогните нижний ее конец под прямым углом и подвесьте на нем с помощью ниток два тонких бумажных листочка.

Изготовив такой электроскоп, я проверил степень электризации расчестки, пластмассовых игрушек и ручек.

Задание №4

Цель: проверить электризацию тел без электроскопа.

Наэлектризуйте пластмассовую расческу или линейку трением ее о волосы. Поднесите наэлектризованное тело к своему носу, но не касаясь его. Что вы ощущайте, когда перемещайте это тело относительно носа?

ОТВЕТ: Выполнив это задание, я убедился, что мой нос чувствует искорки проскакивающие между расчесткой и носом.

Задание№5

Цель:осмотреть бензовоз или легковой автомобиль. Объяснить, для какой цели к корпусу бензовоза крепится металлическая цепь, а к корпусу легкового автомобиля—металлорезиновая полоска, которые при движении машин касаются поверхности земли.

ОТВЕТ: к бензовозу крепиться металлическая цепь, а к легковому автомобилю — металлорезиновая полоска для того, чтобы с корпуса бензовоза и автомобиля уходили заряды, которые образуются при электризации этих тел о воздух. Искра, которая появиться при зарядке может привести к воспламенению автомобиля.

Задание №6

Цель: сбор информации об интересных фактах, связанных с молнией.

Интересные факты о молниях

Ацтеки считали, что молния рассекая воздух и уходя в землю сопровождает души мертвых в подземное царство. Ниже мы приведем ряд научно-доказанных фактов о молниях.

• В то время как вы читаете эти слова на Земле происходит около 1800 гроз.

• Ежегодно Земля поддается 25 000 000 ударов молний, это больше чем 100 молний в секунду.

• Среднестатистическая молния длится три четверти секунды, имеет температуру примерно 28 тысяч градусов Цельсия, что в 5 раз жарче поверхности Солнца, а протяженностью 8 и более километров.

• Энергии среднестатистической молнии хватило чтобы питать лампочку в 100 Вт целых 90 дней.

• «Молния никогда не бьет дважды в одно и тоже место», к сожалению, это миф. Молния может бить в одно и тоже место много раз.

• Иногда после попадания молнии деревья могут не обжечься и не травмироваться. Электричество проходит по мокрой коре и уходит в землю.

• Из за высокой температуры, молнии попадая в песок расплавляют его в стекло. Если прогуляться по песчаным местам после грозы, то можно обнаружить куски стекла.

• Молнии существуют и на других планетах, таких как Венера, Сатурн, Юпитер и Уран.

• Раскаты грома после удара молнии можно услышать на расстоянии 12 километров от места удара.

• Одновременно на Земле может существовать от 100 до 1000 шаровых молний, но шанс что вы увидите ее хоть раз в своей жизни равен 0,01% (Значит мне повезло, т.к. к нам однажды одна такая залетела в квартиру).

• Шанс умереть от удара молнии равен 1 к 2 000 000. У вас такие же шансы умереть от падения с кровати.

• Штат Флорида в США носит название «Смертельный штат». В этом штате в 2 раза больше смертей от удара молнии чем в любом другом государстве на Земле.

• Каждый год только на территории США в результате ударов молнии погибает 200 человек. Для сравнения в результате атак акул во всем мире погибает не более 90 человек в год.

Тайна молнии Кататумбо

Человечество постоянно развивается, идет вперед, но до сих пор остаются вещи, которые мы не в силах объяснить. Природа часто подкидывает тайны и загадки, которые неподвластны человеку. Одной из таких тайн является молния Кататумбо.На берегах озера Маракайбо (Венесуэла) можно наблюдать непрекращающуюся грозу, до нескольких тысяч молний за одну ночь. Никто не может сказать когда началось данное явление, но оно уже давно существует в преданиях народов, населяющих эту местность.

Молнии всегда наблюдаются в одном месте и бывают по 140-160 ночей в течение года. Многие исследователи подробно описывали это явление, например, это удалось Александру фон Гумбольдту.

С начала двадцатого века начинают выдвигаться разнообразные версии о происхождении молнии Кататумбо. Одни ученые считают, что это обусловлено особыми ветрами и необычным рельефом этих краев. Другие, например, Андрей Завротский, совершивший три поездки к месту исследования, склоняются к несколько иной версии. По его мнению существует три эпицентра молний, которые никак не связаны с наличием испарений нефти, которую долго считали причиной такой грозы. Говорили и том, что молнии вызваны метаном, но есть места, где его концентрация велика, а подобных гроз не наблюдается.

В 2005 году молния Кататумбо была включена в предварительный список Всемирного наследия ЮНЕСКО.

4.Заключение

Молния представляет большой интерес не только как своеобразное явление природы. Она дает возможность наблюдать электрический разряд в газовой среде при напряжении в несколько сотен миллионов вольт и расстоянии между электродами в несколько километров. Люди давным-давно поняли, какой вред может принести удар молнии, и придумали от нее защиту, но и в наше время природе молнии мы знаем лишь немного больше, чем 250 лет тому назад, хотя смогли их обнаружить даже на других планетах.

Оценить, насколько выгодно использовать энергию молнии для технических целей, можно, определив работу, которую может произвести грозовой разряд. Так как молния длится очень короткое время, то эта энергия оказывается очень небольшой. Подсчитали, что одна молния может «наработать» в среднем лишь на несколько рублей. При такой небольшой работоспособности молнии трудно говорить о целесообразности технического её использования. Применение молнии в качестве источника энергии затруднено ещё и потому, что за один грозовой сезон даже в очень высокий молниеприёмник (400–800 метров над землёй) молния ударяет не более 20–25 раз.

В данном проекте произведены расчеты энергии и мощности молнии. Сравнили мощности молнии и потребляемую энергию в городе.

Исследования в данном направлении будут вестись в будущем, так как молния это альтернативный источник энергии, а полезные ископаемые на планете Земля человечество со временем исчерпает.

Плюсы:

• большая энергия и мощность,

• малая стоимость энергии.

Минусы:

• количество молний на территории России не велико,

• молния ведет себя непредсказуемо, трудно контролировать,

• большие размеры конденсаторов,

• большая стоимость проекта.

5.Используемые источники:

1)Мякишев, Г.Я. Физика, 10 класс: учебник для ОУ / Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Стотский. - М.: Просвещение, 2010 — 365с.

2)Дуков, В.М. Исторические обзоры в курсе физике средней школы: пособие для учителя/В.М.Дуков. - М.: Просещение, 1983 — 160с.

3)http://100facts.ru/interesnye-fakty-o-molniyah.html

4)Ф.В.Рабиза «Опыты без приборов», М., «Детская литература»-1988г.

5)В.Ф.Шилов «Домашние экспериментальные задания по физике 7-9 классы»-М.:Школьная пресса,2003г.