Повні розв’язки, як у зошиті. Хочеш розібратися самостійно — під кожним завданням є «Пояснення з репетитором».
§ 5. Види самостійних газових розрядів
Завдання 1 (с. 46)
Ідентифікація розряду на фото
На зображенні показано електричні лінії, по яких проходять синьо-фіолетові разряди. Потрібно визначити тип самостійного газового розряду та назвати природне явище, що має подібний вигляд.
Розв’язання
Аналізуємо зображення: на фото видно, що розряди виникають навколо гострих кінців металевих стрижнів (електродів) і мають вигляд слабкого фіолетового світіння у формі пучків або «китиць».
Порівнюємо з описом у підручнику: текст стверджує, що коронний розряд спостерігається біля гострих частин предметів і являє собою слабке фіолетове світіння.
Встановлюємо відповідність: отже, на фото зображено саме коронний газовий розряд.
Згадуємо природне явище: за текстом параграфа та загальними знаннями, подібне явище називають «вогні святого Ельма», яке спостерігається на щоглах кораблів перед грозою.
Відповідь:
На фото зображено коронний газовий розряд. Подібним виглядом має природне явище, відоме як «вогні святого Ельма» (або просто коронні розряди на щоглах кораблів перед грозою).
Завдання 2 (с. 46)
Роль коронного розряду в захисті
Потрібно назвати вид самостійного газового розряду, який використовується для запобігання удару блискавки, та пояснити механізм його дії.
Розв’язання
Визначаємо пристрій: для захисту від блискавки використовують блискавковідвід (громовідвід), який являє собою загострений металевий стрижень, з'єднаний із землею.
Пояснюємо фізику процесу: під час грози на кінці такого стрижня виникає коронний розряд. Завдяки цьому заряд стікає з вістря в землю до того, як він накопичиться на будинку.
Висновкуємо: саме коронний газовий розряд забезпечує захист, оскільки не дозволяє електричному заряду зберігатися на об'єкті, а безперервно відводить його в ґрунт.
Відповідь:
Запобігає удару блискавки коронний газовий розряд. Це відбувається завдяки блискавковідводу (громовідводу): на його загостреній кінцівці виникає коронний розряд, який стікає заряд у землю і не дозволяє йому накопичуватися на захищуваних будівлях.
Завдання 3 (с. 46)
Опис явища за Сенекою
Який вид самостійного газового розряду описував Луцій Анней Сенека, використовуючи метафору про зірки, що сходять на щогли кораблів?
Розв’язання
Аналізуємо опис Сенеки: філософ говорив про те, що перед грозою «зорі ніби сходять із неба та сідають на щогли кораблів».
Згадуємо назву явища: подібне світіння біля гострих кінців корабельних щогл називається «вогні святого Ельма».
Визначаємо тип розряду: фізично це явище є прикладом коронного газового розряду, який виникає в атмосферному повітрі біля гострих предметів у сильному електричному полі грозової хмари.
Відповідь:
Описували коронний газовий розряд. Сенека спостерігав явище, відоме як «вогні святого Ельма», яке фізично є проявом коронного розряду біля гострих щогл кораблів перед грозою.
Завдання 4 (с. 46)
Умови виникнення тліючого розряду
Пояснити, чому низький тиск є необхідною умовою для виникнення тліючого газового розряду.
Розв’язання
При атмосферному тиску частинки газу знаходяться близько одна до одної, тому електрони встигають зіткнутися з ними ще до того, як наберуть необхідну для йонізації енергію.
За низького тиску відстань між атомами велика, що дає електронам час прискоритися і набути високої енергії під дією електричного поля.
Ця енергія дозволяє електрону при зіткненні вивільнити електрон з атома (ударна йонізація), що запускає ланцюгову реакцію світіння газу.
Відповідь:
Низький тиск необхідний, щоб збільшити середню вільну пробіг електрона між зіткненнями, що дозволяє йому набувати енергії, достатньої для йонізації атомів газу.
Завдання 5 (с. 46)
Зменшення розмірів електродів при дуговому розряді
Пояснити, чому під час дугового розряду вугільні електроди зменшуються в розмірах і чому анод руйнується швидше за катод.
Розв’язання
Електроди розжарюються через виділення теплоти при проходженні струму, що призводить до їх випаровування.
У електричному колі анод є позитивним полюсом, катод — негативним.
Позитивні йони прискорюються полем і з великою швидкістю влучають у поверхню анода, викликаючи його інтенсивне розжарення та випаровування.
Електрони ж відлітають від катода, тому катод руйнується повільніше.
Відповідь:
Електроди зменшуються через високі температури при проходженні струму; анод руйнується швидше, оскільки на нього падають енергійні позитивні йони, що викликають інтенсивне випаровування його матеріалу.
Завдання 6 (с. 46)
Історія дослідження блискавки
Визначити, як було доведено електричну природу блискавки та хто першими вченими дослідили це явище.
Розв’язання
Вчені використали електрофорну машину для створення високої напруги та спостереження за розрядами, що нагадували блискавку.
Бенджамін Франклін провів відомий експеримент із запущеним під час грози повітряним змієм з мідною дротом, доводячи, що блискавка — це потужний електричний розряд.
Едмонд Галлей також досліджував явище і стверджував, що блискавка є електричним розрядом, пояснюючи механізм перерозподілу зарядів у хмарах.
Відповідь:
Електричну природу блискавки довели експериментально за допомогою електрофорної машини та повітряних змій; першими вченими, які це досліджували, були Бенджамін Франклін та Едмонд Галлей.
Завдання 7
Шкідлива дія блискавки та правила безпеки
Наведіть кілька прикладів шкідливої дії блискавки (доповнення до переліку в параграфі) та запропонуйте додаткові правила поведінки під час грози.
Розв’язання
Опишіть фізичні наслідки удару блискавки: вона може викликати лісові пожежі через іскри, що виникають при зіткненні з деревами або будівлями; руйнує електромережі та електроніку завдяки високої напрузі (кілька мільйонів вольтів); викликає судоми або зупинку серця у людей, якщо струм пройде через тіло.
Додайте правила поведінки: не варто стояти біля відкритих вікон під час грози (оскільки блискавка може вдарити у стіну або дах); слід уникати використання мобільних телефонів та радіоприймачів, оскільки антени можуть стати провідниками; не варто ховатися під поодинокими деревами чи на майданчиках для відпочинку.
Відповідь:
Шкідлива дія блискавки полягає у виникненні лісових пожеж, руйнуванні будівель та техніки, а також у загрозі життю людей через проходження струму через тіло (судоми, зупинка серця). Додаткові правила безпеки: не користуватися мобільним телефоном під час грози, не стояти біля відкритих вікон, уникати перебування на майданчиках для відпочинку та не ховатися під поодинокими деревами.
