Тема. Різні види самостійного розряду

Мета уроку: ознайомити учнів із видами самостійного розряду та їх

технічним застосуванням. Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

План уроку

Контроль знань	5 хв	1. Що таке газовий розряд? 2. Який розряд у газах називають несамостій- ним? 3. Який розряд у газах називають самостійним? 4. Поясніть іонізацію електронним ударом
Демонстрації	8 хв	1. Іскровий розряд. 2. Коронний розряд. 3. Електрична дуга. 4. Тліючий розряд
Вивчення нового матеріалу	25 хв	1. Іскровий розряд. 2. Коронний розряд. 3. Дуговий розряд. 4. Тліючий розряд
Закріплення вивченого матеріалу	7 хв	1. Контрольні питання. 2. Навчаємося розв'язувати задачі

ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Іскровий розряд

При дуже сильному електричному полі в повітрі виникають зиґзаґоподібні лінії, що дуже яскраво світяться. Це іскровий роз­ряд. Його характерною ознакою є переривчастість.

Іскровий розряд у невеликих масштабах виникає, наприклад, у звичайних вимикачах, коли ми вимикаємо світло. А в гігант­ських масштабах — це блискавка. Головний її канал має діаметр від 10 до 25 см, а його довжина може досягати кількох кілометрів, причому сила струму в блискавці досягає декількох сотень тисяч ампер.

Блискавка переважно влучає в місця, що мають гарну провід­ність. Так, ріка, сира глина, болотисті місця уражаються блискав­кою частіше, ніж сухий пісок чи кам'янистий ґрунт. Тому під час грози небезпечно знаходитися у воді чи на березі.

Крім того, блискавка часто уражає відокремлений предмет, що стоїть на узвишші. Тому в грозу не можна підходити до високих предметів і блискавковідводів і тим більше тулитися до них.

На застосуванні іскрового розряду засновані методи електроі­скрової обробки металів. Потужні, потужнострумові розряди у вод­ні були першими кроками на шляху до керованого термоядерного синтезу.

2. Коронний розряд

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

У часи середньовіччя коронний розряд, що виникає на верхів­ках корабельних щогл, копій, алебард, називали вогнями святого Ельма.

Яка ж їхня природа?

Справа в тому, що у досить сильному полі йонізація електро­нним ударом відбувається вже за атмосферного тиску. Саме така ситуація виникає перед грозою чи під час грози. Але в міру відда­лення від вістря поле швидко зменшується, тому далі від вістря електронна лавина не виникає.

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

3. Дуговий розряд

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

Завдяки термоелектронній емісії струм у повітрі не припиня­ється, і після роз'єднання електродів виникає самостійний розряд. Його називають дуговим розрядом.

Температура при дуговому розряді досягає 6000 °С (така темпе­ратура на поверхні Сонця).

Дуговий розряд був відкритий 1802 р. російським фізиком В. В. Петровим.

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

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

4. Тліючий розряд

За низького тиску (близько декількох паскалей) виникає роз­ряд, що називається тліючим.

При зменшенні тиску газу відстань, яку пролітає електрон між послідовними зіткненнями, збільшується. Завдяки цьому навіть невелике поле встигає розігнати електрони між зіткненнями, так що електрони одержують енергію, достатню для йонізації атомів і молекул газу.

Тліючий заряд використовують у люмінесцентних лампах і га-зонаповнених рекламних трубках.

Питання до учнів у ході викладу нового матеріалу

? Чому розрідження газу поліпшує його провідність? Чи за будь-яких умов це справедливо?

? Чому при менших густинах повітря електричний розряд від­бувається при більш низьких напругах?

? Як потрібно змінити тиск газу, щоб тліючий розряд починав­ся за меншої напруги?

? Наведіть приклади використання різних видів самостійного розряду.

ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

1. Якісні питання

1. Якої шкоди завдають іскри й електрична дуга ножам рубиль­ників, контактам вимикачів, струмозйомникам трамваїв, тро­лейбусів та електропоїздів?

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

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

4. Про які фізичні явища йдеться в загадці: «Блисне, мигне, ко­гось покличе»?

2. Навчаємося розв'язувати задачі

1. Чому збільшення діаметра проводу у високовольтних лініях передач електроенергії призводить до зменшення втрат на ко­ронний розряд?

2. Що відбудеться з палаючою електричною дугою, якщо сильно остудити негативний електрод? Позитивний?

3. Який фізичний зміст прислів'їв?

а) У грозу парасолька не захист.

б) Блискавка вдаряє у високе дерево.

в) Від грози у воді не сховаєшся.

г) Гроза застала в полі — сідай на землю.

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

Що ми дізналися на уроці

• Види самостійного розряду: іскровий, коронний, дуговий, тлі­ючий.

• На застосуванні іскрового розряду засновані методи електро­іскрової обробки металів. Потужні, потужнострумові розряди у водні служили першими кроками на шляху до керованого термоядерного синтезу.

• Коронний розряд використовують в електрофільтрах для очи­щення повітря.

• Дуговий розряд використовують для електрозварювання, освіт­лення, плавлення металів.

• Тліючий розряд використовують для освітлення й реклами.

Домашнє завдання

1. Підр.: § 22.

2. Зб.: № 11.13; 11.14; 11.30; 11.31.