Электроэнергия физика. Физика электричества: определение, опыты, единица измерения. Магнитное поле Земли

Формулы электричества и магнетизма. Изучение основ электродинамики традиционно начинается с электрического поля в вакууме. Для вычисления силы взаимодействия между двумя точными зарядами и вычисления напряженности электрического поля, созданного точечным зарядом, нужно уметь применять закон Кулона. Для вычисления напряженностей полей, созданных протяженными зарядами (заряженной нитью, плоскостью и т.д.), применяется теорема Гаусса. Для системы электрических зарядов необходимо применять принцип

При изучении темы "Постоянный ток" необходимо рассмотреть во всех формах законы Ома и Джоуля-Ленца При изучении "Магнетизма" необходимо иметь в виду, что магнитное поле порождается движущимися зарядами и действует на движущиеся заряды. Здесь следует обратить внимание на закон Био-Савара-Лапласа. Особое внимание следует обратить на силу Лоренца и рассмотреть движение заряженной частицы в магнитном поле.

Электрические и магнитные явления связаны особой формой существования материи - электромагнитным полем. Основой теории электромагнитного поля является теория Максвелла.

Таблица основных формул электричества и магнетизма

Физические законы, формулы, переменные	Формулы электричество и магнетизм
Закон Кулона: где q 1 и q 2 - величины точечных зарядов, ԑ 1 - электрическая постоянная; ε - диэлектрическая проницаемость изотропной среды (для вакуума ε = 1), r - расстояние между зарядами.
Напряженность электрического поля: где Ḟ - сила, действующая на заряд q 0 , находящийся в данной точке поля.
Напряженность поля на расстоянии r от источника поля: 1) точечного заряда 2) бесконечно длинной заряженной нити с линейной плотностью заряда τ: 3) равномерно заряженной бесконечной плоскости с поверхностной плотностью заряда σ: 4) между двумя разноименно заряженными плоскостями
Потенциал электрического поля: где W - потенциальная энергия заряда q 0 .
Потенциал поля точечного заряда на расстоянии r от заряда:
По принципу суперпозиции полей, напряженность:
Потенциал: где Ē i и ϕ i - напряженность и потенциал в данной точке поля, создаваемый i-м зарядом.
Работа сил электрического поля по перемещению заряда q из точки с потенциалом ϕ 1 в точку с потенциалом ϕ 2 :
Связь между напряженностью и потенциалом 1) для неоднородного поля: 2) для однородного поля:
Электроемкость уединенного проводника:
Электроемкость конденсатора:
Электроемкость плоского конденсатора: где S - площадь пластины (одной) конденсатора, d - расстояние между пластинами.
Энергия заряженного конденсатора:
Сила тока:
Плотность тока: где S - площадь поперечного сечения проводника.
Сопротивление проводника: l - длина проводника; S - площадь поперечного сечения.
Закон Ома 1) для однородного участка цепи: 2) в дифференциальной форме: 3) для участка цепи, содержащего ЭДС: Где ε - ЭДС источника тока, R и r - внешнее и внутреннее сопротивления цепи; 4) для замкнутой цепи:
Закон Джоуля-Ленца 1) для однородного участка цепи постоянного тока: где Q - количество тепла, выделяющееся в проводнике с током, t - время прохождения тока; 2) для участка цепи с изменяющимся со временем током:
Мощность тока:
Связь магнитной индукции и напряженности магнитного поля: где B - вектор магнитной индукции, μ √ магнитная проницаемость изотропной среды, (для вакуума μ = 1), µ 0 - магнитная постоянная , H - напряженность магнитного поля.
Магнитная индукция (индукция магнитного поля): 1) в центре кругового тока где R - радиус кругового тока, 2) поля бесконечно длинного прямого тока где r - кратчайшее расстояние до оси проводника; 3) поля, созданного отрезком проводника с током где ɑ 1 и ɑ 2 - углы между отрезком проводника и линией, соединяющей концы отрезка и точкой поля; 4) поля бесконечно длинного соленоида где n - число витков на единицу длины соленоида.

Физика электричества - это то, с чем приходится сталкиваться каждому из нас. В статье мы рассмотрим основные понятия, связанные с ней.

Что такое электричество? Для человека непосвященного оно ассоциируется со вспышкой молнии или с энергией, питающей телевизор и стиральную машину. Он знает, что электропоезда используют О чем еще он может рассказать? О нашей зависимости от электричества ему напоминают линии электропередач. Кто-то сможет привести и несколько других примеров.

Однако с электричеством связано немало других, не столь очевидных, но повседневных явлений. Со всеми ними нас знакомит физика. Электричество (задачи, определения и формулы) мы начинаем изучать еще в школе. И узнаем много интересного. Оказывается, бьющееся сердце, бегущий спортсмен, спящий ребенок и плавающая рыба - все вырабатывает электрическую энергию.

Электроны и протоны

Определим основные понятия. С точки зрения ученого, физика электричества связана с движением электронов и других заряженных частиц в различных веществах. Поэтому научное понимание природы интересующего нас явления зависит от уровня знаний об атомах и составляющих их субатомных частицах. Ключом к этому пониманию служит крошечный электрон. Атомы любого вещества содержат один или более электронов, движущихся по различным орбитам вокруг ядра подобно тому, как планеты вращаются вокруг Солнца. Обычно в атоме равно количеству протонов в ядре. Однако протоны, будучи значительно тяжелее электронов, можно считать как бы закрепленными в центре атома. Этой предельно упрощенной модели атома вполне достаточно, чтобы объяснить основы такого явления, как физика электричества.

О чем еще необходимо знать? Электроны и протоны имеют одинаковый по величине (но разного знака), поэтому они притягиваются друг к другу. Заряд протона является положительным, а электрона - отрицательным. Атом, имеющий электронов больше или меньше, чем обычно, называется ионом. Если в атоме их недостаточно, то он называется положительным ионом. Если же он содержит их избыток, то его называют отрицательным ионом.

Когда электрон покидает атом, тот приобретает некоторый положительный заряд. Электрон, лишенный своей противоположности - протона, либо движется к другому атому, либо возвращается к прежнему.

Почему электроны покидают атомы?

Это объясняется несколькими причинами. Наиболее общая состоит в том, что под воздействием импульса света или какого-то внешнего электрона движущийся в атоме электрон может быть выбит со своей орбиты. Тепло заставляет атомы колебаться быстрее. Это означает, что электроны могут вылететь из своего атома. При химических реакциях они также перемещаются от атома к атому.

Хороший пример взаимосвязи химической и электрической активности дают нам мышцы. Их волокна сокращаются при воздействии электрического сигнала, поступающего из нервной системы. Электрический ток стимулирует химические реакции. Они-то и приводят к сокращению мышцы. Внешние электрические сигналы нередко используются для искусственного стимулирования мышечной активности.

Проводимость

В некоторых веществах электроны под действием внешнего электрического поля движутся более свободно, чем в других. Говорят, что такие вещества обладают хорошей проводимостью. Их называют проводниками. К ним относится большинство металлов, нагретые газы и некоторые жидкости. Воздух, резина, масло, полиэтилен и стекло плохо проводят электричество. Их называют диэлектриками и используют для изоляции хороших проводников. Идеальных изоляторов (абсолютно не проводящих тока) не существует. При определенных условиях электроны можно удалить из любого атома. Однако обычно эти условия столь трудно выполнить, что с практической точки зрения подобные вещества можно считать непроводящими.

Знакомясь с такой наукой, как "Электричество"), мы узнаем, что существует особая группа веществ. Это полупроводники. Они ведут себя отчасти как диэлектрики, а отчасти - как проводники. К ним, в частности, относятся: германий, кремний, окись меди. Благодаря своим свойствам полупроводник находит множество применений. Например, он может служить электрическим вентилем: подобно клапану велосипедной шины он позволяет зарядам двигаться только в одном направлении. Такие устройства называются выпрямителями. Они используются и в миниатюрных радиоприемниках, и на больших электростанциях для преобразования переменного тока в постоянный.

Тепло представляет собой хаотичную форму движения молекул или атомов, а температура - мера интенсивности этого движения (у большинства металлов с понижением температуры движение электронов становится более свободным). Это означает, что сопротивление свободному движению электронов падает с уменьшением температуры. Другими словами, проводимость металлов возрастает.

Сверхпроводимость

В некоторых веществах при очень низких температурах сопротивление потоку электронов исчезает полностью, и электроны, начав движение, продолжают его неограниченно. Это явление называется сверхпроводимостью. При температуре несколько градусов выше абсолютного нуля (— 273 °С) она наблюдается в таких металлах, как олово, свинец, алюминий и ниобий.

Генераторы Ван де Граафа

В школьную программу входят различные опыты с электричеством. Существует можество видов генераторов, об одном из которых нам хотелось бы подробнее рассказать. Генератор Ван де Граафа используется для получения сверхвысоких напряжений. Если предмет, содержащий избыток положительных ионов, поместить внутрь контейнера, то на внутренней поверхности последнего появятся электроны, а на внешней - такое же количество положительных ионов. Если теперь коснуться внутренней поверхности заряженным предметом, то на него перейдут все свободные электроны. На внешней же положительные заряды останутся.

В положительные ионы от источника наносятся на ленту конвейера, проходящего внутри металлической сферы. Лента связана с внутренней поверхностью сферы с помощью проводника в виде гребня. Электроны стекают с внутренней поверхности сферы. На внешней же стороне ее появляются положительные ионы. Эффект можно усилить, используя два генератора.

Электрический ток

В школьный курс физики входит и такое понятие, как электрический ток. Что же это такое? Электрический ток обусловлен движением электрических зарядов. Когда электрическая лампа, соединенная с батареей, включена, ток течет по проводу от одного полюса батареи к лампе, затем через ее волосок, вызывая его свечение, и возвращается назад по второму проводу к другому полюсу батареи. Если выключатель повернуть, то цепь разомкнется - движение тока прекратится, и лампа погаснет.

Движение электронов

Ток в большинстве случаев представляет собой упорядоченное движение электронов в металле, служащем проводником. Во всех проводниках и некоторых других веществах всегда происходит какое-то случайное их движение, даже если ток не протекает. Электроны в веществе могут быть относительно свободны или сильно связаны. Хорошие проводники имеют свободные электроны, способные перемещаться. А вот в плохих проводниках, или изоляторах, большинство этих частиц достаточно прочно связано с атомами, что препятствует их движению.

Иногда естественным или искусственным путем в проводнике создается движение электронов в определенном направлении. Этот поток и называют электрическим током. Он измеряется в амперах (А). Носителями тока могут служить также ионы (в газах или растворах) и «дырки» (нехватка электронов в некоторых видах полупроводников. Последние ведут себя как положительно заряженные носители электрического тока. Чтобы заставить электроны двигаться в том или ином направлении, необходима некая сила. В природе ее источниками могут быть: воздействие солнечного света, магнитные эффекты и химические реакции. Некоторые из них используются для получения электрического тока. Обычно для этой цели служат: генератор, использующий магнитные эффекты, и элемент (батарея), действие которого обусловлено химическими реакциями. Оба устройства, создавая заставляют электроны двигаться в одном направлении по цепи. Величина ЭДС измеряется в вольтах (В). Таковы основные единицы измерения электричества.

Величина ЭДС и сила тока связаны между собой, как давление и поток в жидкости. Водопроводные трубы всегда заполнены водой под определенным давлением, но вода начинает течь, только когда открывают кран.

Аналогично может быть соединена с источником ЭДС, но ток в ней не потечет до тех пор, пока не будет создан путь, по которому могут двигаться электроны. Им может быть, скажем, электрическая лампа или пылесос, выключатель здесь играет роль крана, «выпускающего» ток.

Соотношение между током и напряжением

По мере роста напряжения в цепи растет и ток. Изучая курс физики, мы узнаем, что электрические цепи состоят из нескольких различных участков: обычно это выключатель, проводники и прибор - потребитель электричества. Все они, соединенные вместе, создают сопротивление электрическому току, которое (при условии постоянства температуры) для этих компонентов не изменяется со временем, но для каждого из них различно. Поэтому, если одно и то же напряжение применить к лампочке и к утюгу, то поток электронов в каждом из приборов будет различен, поскольку различны их сопротивления. Следовательно, сила тока, протекающего через определенный участок цепи, определяется не только напряжением, но и сопротивлением проводников и приборов.

Закон Ома

Величина электрического сопротивления измеряется в омах (Ом) в такой науке, как физика. Электричество (формулы, определения, опыты) - обширная тема. Мы не будем выводить сложные формулы. Для первого знакомства с темой достаточно того, что было сказано выше. Однако одну формулу все-таки стоит вывести. Она совсем несложная. Для любого проводника или системы проводников и приборов соотношение между напряжением, током и сопротивлением задается формулой: напряжение = ток х сопротивление. Это математическое выражение закона Ома, названного так в честь Георга Ома (1787-1854 гг.), который первым установил взаимосвязь этих трех параметров.

Физика электричества - очень интересный раздел науки. Мы рассмотрели лишь основные понятия, связанные с ней. Вы узнали, что такое электричество, как оно образуется. Надеемся, эта информация вам пригодится.

Инвестиции в знания всегда дают наибольшую прибыль.
Бенджамин Франклин

ШКАТУЛКА КАЧЕСТВЕННЫХ ЗАДАЧ ПО ФИЗИКЕ
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО

Предлагаю вниманию читателей 50 качественных задач по физике на тему: «Электричество» , а также немножечко занимательных фактов…
Атмосферное электричество:
Молнии над извергающимся вулканом .
Биологическое электричество:
Электрические рыбы .
Физика и военная техника:
Гальваноударная мина .
И по традиции… маленечко живописи:-)
Задачи условно разделены на три группы:
1) Электризация тел;
2) Проводники и диэлектрики. Электрический ток;
3) .

Бенджамин Франклин (17.01.1706–17.04.1790) – политический деятель, дипломат, учёный, изобретатель, журналист, издатель. Первый американец, ставший иностранным членом Российской академии наук.
Бенджамин Франклин назвал один вид заряда положительным «+», а другой отрицательным «–»; объяснил принцип действия лейденской банки , установив, что главную роль в ней играет диэлектрик, разделяющий проводящие обкладки; установил тождество атмосферного и получаемого с помощью трения электричества и привёл доказательство электрической природы молнии ; установил, что металлические острия, соединённые с землёй, снимают электрические заряды с заряженных тел даже без соприкосновения с ними и предложил в 1752 году проект молниеотвода .
Выдвинул идею электрического двигателя и продемонстрировал «электрическое колесо», вращающееся под действием электростатических сил; впервые применил электрическую искру для взрыва пороха…
Дэвид Мартин (David Martin; 01.04.1737–30.12.1797) – британский живописец, гравёр.

Электризация тел

Задача №1
Почему между ремнём и шкивом, на который он надет, при работе время от времени проскакивает искра?

Задача №2
С какой целью на взрывоопасном производстве приводные ремни должны быть обработаны антистатической (проводящей) пастой, а шкивы заземлены?

Задача №3
Может ли в ременной передаче электризоваться только ремень, а шкив оставаться незаряженным? Почему? Считайте, что шкив не заземлён.

Задача №4
На текстильных фабриках нередко нити прилипают к гребням чесальных машин, путаются и рвутся. Для борьбы с этим явлением в цехах искусственно создаётся повышенная влажность. Объясните физическую сущность этой меры.

Задача №5
Почему два разноимённо заряженных шарика, подвешенные на нитях, притягиваются друг к другу, но после контакта сразу же отталкиваются?

АТМОСФЕРНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО
Молнии над извергающимся вулканом

К возникновению молний над извергающимся вулканом приводят как сейсмологические процессы , так и процессы, идущие в облаках при обычных грозах. Электрические заряды могут возникать за счёт пьезоэлектрических, трибоэлектрических и подобных явлений при разломах и подвижках горных пластов, сопровождающих извержение вулкана.
Возникают заряды и при трении между частицами пепла, вылетающими из жерла вулкана . При обычных грозах разница потенциалов, разряжающаяся затем в молнии, возникает потому, что более тяжёлые капельки или льдинки из-за своего веса скапливаются в нижних слоях грозового облака, а мелкие, лёгкие поднимаются восходящими потоками воздуха в верхнюю часть. Они накапливают противоположные заряды, которые после определённой величины напряжения пробивают слой воздуха. Сумма этих пока не до конца изученных «земных» и «небесных» явлений и вызывает молнию над извергающимся вулканом .

Везувий зев открыл – дым хлынул клубом – пламя Широко развилось, как боевое знамя. Земля волнуется – с шатнувшихся колонн Кумиры падают! Народ, гонимый страхом, Под каменным дождём, под воспалённым прахом, Толпами, стар и млад, бежит из града вон. август–сентябрь 1834 г., Александр Сергеевич Пушкин Последний день Помпеи Брюллов Карл Павлович, 1830–1833 год

О том, что извержения вулканов иногда сопровождаются ударами молний, известно почти 2000 лет. В 79 году нашей эры Плиний Младший , наблюдая извержение Везувия , записал, что над кратером собрались тёмные тучи и сверкали молнии.

Брюллов Карл Павлович (23.12.1799–23.06.1852) – русский живописец, монументалист, яркий представитель академизма.
Помпеи – древнеримский город недалеко от Неаполя, погребённый под слоем вулканического пепла в результате извержения Везувия 24 августа 79 года нашей эры.

Задача №6
Зачем электромонтёры во время работы по ремонту электрических сетей и установок надевают резиновые перчатки, резиновую обувь, становятся на резиновые коврики, пользуются инструментами с ручками из пластмассы?

Задача №7
Рабочие типографий, перекатывающие рулоны бумаги, работают в резиновых перчатках и резиновых сапогах. Объясните почему.

Задача №8
Электрическое поле мы не можем видеть, слышать, осязать и т.д., так как оно не действует непосредственно на органы чувств. Каким же способом можно обнаружить существование электрического поля?

Для любознательных: Термин электричество («янтарность»: др.-греч. ηλεκτρον – электрон, «янтарь» , англ. electron) был введён в 1600 году английским естествоиспытателем Уильямом Гилбертом в его сочинении «О магните, магнитных телах и о большом магните – Земле», в котором объясняется действие магнитного компаса и описываются некоторые опыты с наэлектризованными телами.

Задача №9
Поглаживая шерсть кошки ладонью, можно заметить в темноте небольшие искорки, возникающие между рукой и шерстью. Какова причина возникновения искр?

Задача №10
К тонкой струе воды поднесите наэлектризованную трением расчёску. Наблюдаемое зафиксируйте в виде рисунка, сопроводите комментарием.

Задача №11
Вопрос для аккуратных и внимательных хозяек;-) Где у вас дома быстрее всего собирается пыль? Почему?

Задача №12
Почему при расчёсывании волос пластмассовым гребнем, волосы как бы «прилипают» к нему (иногда слышно лёгкое потрескивание; в темноте проскакивают маленькие искорки)?

Задача №14
Почему мельчайшие капельки, из которых состоит душистая струя одеколона, духов, лака для волос, получаемая при помощи пульверизатора, оказываются наэлектризованными?

Задача №15
Капли дождя, и снежинки почти всегда электрически заряжены. Почему?

Проводники и диэлектрики. Электрический ток

Задача №16
Почему можно наэлектризовать трением стеклянную палочку, держа её в руке, а металлический стержень нельзя?

Задача №17
Как надо поступить, чтобы наэлектризовать металлический предмет, например ложку?

Задача №18
Почему присоединение к водопроводному крану может служить одним из способов заземления?

Задача №19
Почему мокрые волосы не электризуются при расчёсывании?

Задача №20
Почему в сырую погоду или при большой влажности в помещении опыты по электричеству оказываются чаще всего неудачными?

Один опыт я ставлю выше, чем тысячу мнений,
рождённых только воображением…
Михаил Васильевич Ломоносов

Фёдоров Иван Кузьмич (1853–1915?) – русский исторический живописец, жанрист.

В июне 1764 года Екатерина II посетила дом Михаила Ломоносова и в течение двух часов смотрела «работы мозаичного художества, новоизобретённые Ломоносовым физические инструменты и некоторые физические и химические опыты ».
На картине Ивана Кузьмича Фёдорова перед императрицей Екатериной II стоит электростатическая машина со стеклянным цилиндром, вращавшимся с помощью педального механизма и натиравшимся кожаными подушечками, прижимавшимися к стеклу с помощью пружин. Подушечки отделывались конским волосом и с помощью проволоки соединялись с землёй. Машина давала столь сильные искры, что ими можно было воспламенить эфир.

Задача №21
Опыты показали, что чёрная хлопчатобумажная нитка проводит ток лучше, чем белая! Как вы можете прокомментировать этот факт?

…Грянул гром. Чашка неба расколота.
Разорвалися тучи тесные.
На подвесках из лёгкого золота
Закачались лампадки небесные…
«Богатырский посвист». Сергей Александрович Есенин

Задача №22
Является ли электрическим током молния, возникающая между облаком и Землёй? между облаками? Почему молния может стать причиной пожара?

Задача №23
Молния чаще всего ударяет в деревья, имеющие большие, глубоко проникающие в почву корни. Почему?

Джордж Морланд (George Morland; 26.06.1763–29.10.1804) – английский художник.

Задача №24
Объясните, почему при ударе молнии в песчаную почву, образуются так называемые фульгуриты – неправильной формы куски плавленого кварца (песка).

Для любознательных: Ток в разряде молнии достигает 10–500 тысяч ампер, напряжение – от десятков миллионов до миллиарда вольт. Температура канала при главном разряде может превышать 20000–30000°C. Молнии также были зафиксированы на Венере, Юпитере, Сатурне и Уране…

…Ты небо недавно кругом облегала,
И молния грозно тебя обвивала;
И ты издавала таинственный гром
И алчную землю поила дождём…
«Туча». Александр Сергеевич Пушкин

Для любознательных: Гром возникает вследствие резкого расширения воздуха при быстром повышении температуры в канале разряда молнии. Вспышку молнии мы видим практически как мгновенную вспышку и в тот же момент, когда происходит разряд; ведь свет распространяется со скоростью 3·10 8 м/с . Что же касается звука, то он распространяется значительно медленнее. В воздухе скорость звука равна 330 м/с . Поэтому мы слышим гром уже после того, как сверкнула молния. Чем дальше от нас молния, тем, очевидно, длиннее пауза между вспышкой света и громом и, кроме того, слабее гром. Измеряя длительность этих пауз, можно приблизительно оценить, как далеко от нас в данный момент гроза , насколько быстро она приближается к нам, или напротив, удаляется от нас. Гром от очень далёких молний вообще не доходит – звуковая энергия рассеивается и поглощается по пути. Такие молнии называют зарницами . Заметим также, что отражением звука от облаков объясняется происходящее иногда усиление громкости звука в конце громовых раскатов. Впрочем, не только отражением звука от облаков объясняются раскаты грома ;-)

Александровская колонна (Александрийский столп) – один из известнейших памятников Петербурга. Воздвигнут в стиле ампир в 1834 году в центре Дворцовой площади архитектором Огюстом Монферраном по указу императора Николая I в память о победе его старшего брата Александра I над Наполеоном.
Раев Василий Егорович (1808–1871) – русский живописец, педагог.

Задача №26
Появление в атмосфере грозовых явлений затрудняет пользование магнитным компасом. Объясните это.

Задача №27
Во время грозы следует заземлять антенны радиоприёмников, телевизоров, особенно те, которые установлены высоко над землёй (например, крыши высотных зданий). Как, и с какой целью, это делается?

Для любознательных: В 1785 году голландский физик Ван Марум Мартин по характерному запаху свежести, а также окислительным свойствам, которые приобретает воздух после пропускания через него электрических искр , обнаружил озон – О 3 (от др.-греч. οζω - пахну) Однако как новое вещество он описан не был, Ван Марум считал, что образуется особая «электрическая материя» . Термин озон , за его пахучесть:-) был предложен немецким химиком Кристианом Фридрихом Шёнбейном в 1840 году.

Задача №28
«Страшная месть, 1832 г.,
Николай Васильевич Гоголь
«…Когда же пойдут горами по небу синие тучи, чёрный лес шатается до корней, дубы трещат и молния, изламываясь между туч, разом осветит целый мир – страшен тогда Днепр!».
Наблюдения показывают, что молния чаще всего ударяет во влажную землю у берегов озёр, рек, болот. Как это объяснить?

Васнецов Аполлинарий Михайлович (06.08.1856–23.01.1933) – русский художник, мастер исторической живописи, искусствовед.

Задача №29
Почему молния редко ударяет в открытые нефтехранилища («нефтяные озёра»)?

Задача №30
Почему нижний конец молниеотвода нужно закапывать поглубже, где слои земли всегда влажные?

Перун (др.-рус. Перунъ) – бог-громовержец в славянской мифологии, покровитель князя и дружины в древнерусском языческом пантеоне. После распространения христианства на Руси многие элементы образа Перуна были перенесены на образ Ильи-пророка (Ильи Громовника ). Имя Перуна возглавляет список богов пантеона князя Владимира в «Повести временных лет».

Шишкин Иван Иванович (25.01.1832–20.03.1898) – русский живописец-пейзажист, один из членов-учредителей Товарищества передвижников.
Саврасов Алексей Кондратьевич (12.05.1830–26.09.1897) – русский живописец-пейзажист, один из членов-учредителей Товарищества передвижников.

Для любознательных:
Правда ли, что молния предпочитает ударять в дубовые деревья?
Если дерево влажное, ток разряда молнии проходит через воду, и дерево остаётся невредимым. В сухом дереве ток может пройти в ствол и по древесному соку уйти в землю. При этом сок может нагреваться, испаряться и, расширяясь, «взрывать» дерево. Дуб страдает от молнии чаще, чем другие деревья, так как его кора очень неровная. Если молния ударит в дуб в начале грозы, то может оказаться, что намокнуть успеет только верхняя часть дерева, тогда как дерево с гладкой корой быстро становится мокрым сверху донизу. Поэтому при ударе молнии дуб может «взорваться», а дерево с гладкой корой − остаться целым. Лесной пожар возникает в тех случаях, когда в канале молнии происходит несколько разрядов, но в промежутках между основными разрядами в канале продолжает течь ток.

Перед грозой Васильев Фёдор Александрович 1870 год		После грозы Васильев Фёдор Александрович 1868 год

Васильев Фёдор Александрович (22.02.1850–06.10.1873) – русский живописец-пейзажист.

Дети бегущие от грозы Маковский Константин Егорович 1767 год

Для любознательных: Гроза – атмосферное явление , при котором внутри облаков или между облаком и земной поверхностью возникают электрические разряды – молнии, сопровождаемые громом . Как правило, гроза образуется в мощных кучево-дождевых облаках и связана с ливневым дождём, градом и шквальным усилением ветра. Одновременно на Земле действует около полутора тысяч гроз, средняя интенсивность разрядов оценивается как 46 молний в секунду .
По поверхности планеты грозы распределяются неравномерно. Над океаном гроз наблюдается приблизительно в десять раз меньше, чем над континентами.
Интенсивность гроз следует за солнцем : максимум гроз (в средних широтах) приходится на летнее время и послеполуденные дневные часы. Минимум зарегистрированных гроз приходится на время перед восходом солнца. На грозы влияют также географические особенности местности: сильные грозовые центры находятся в горных районах Гималаев и Кордильер.

Маковский Константин Егорович (20.06.1839–30.09.1915) – русский живописец, один из ранних участников Товарищества передвижников.

Задача №31
Получится ли гальванический элемент, если в водный раствор какой-либо кислоты или соли мы опустим две пластинки из одинакового металла (например, цинковые)?

Задача №32
Почему гальванометр показывает наличие тока, если к его зажимам присоединить стальную и алюминиевую проволоки, вторые концы которых воткнуты в лимон или свежее яблоко?

Для любознательных: Итальянский физик, химик и физиолог – Александро Вольта , в ходе изучения «животного электричества» , повторив и развив опыты Луиджи Гальвани , установил, что электрический ток можно «попробовать на вкус» – при протекании электрического тока через медный провод язык ощущает кислый привкус, причём, чем больше ток, тем сильнее ощущение кислоты; получается, что наш с Вами язык может выступать в роли весьма своеобразного амперметра;-) В 1800 году Вольта построил первый генератор электрического тока – «вольтов столб» . Это изобретение доставило ему всемирную славу.

Задача №33
Говорят, что в Заполярье зимой, когда температура воздуха –50°C, мир там становится «ужасно электрическим». Объясните это или опровергните.

Задача №34
Почему в очень сырых помещениях возможно поражение человека электрическим током даже при прикосновении к стеклянному баллону электрической лампочки?

Задача №35
Используя химическое действие тока, можно покрыть металлическим слоем изделие не только из проводящих материалов, но и из диэлектриков – воска, пластмассы, гипса, дерева, пластилина и др. Как это сделать?

БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО
Электрические рыбы

Ещё древним грекам было известно, что скаты обладают удивительной способностью поражать на расстоянии проплывающих вблизи мелких рыб, крабов, осьминогов. Оказавшись случайно поблизости от ската, они вдруг начинали конвульсивно дёргаться и тут же замирали. Их убивали электрические разряды , которые генерировали специальные органы скатов. У обыкновенных скатов эти органы находятся в хвосте, а у обитающих в тёплых морях электрических скатов – в области головы и жабер. Обыкновенные скаты создают напряжение около 5 В , электрические до 50 В . Древние греки использовали электрогенные свойства электрических скатов для обезболивания при операциях и деторождении.

В 1775 году британский физик и химик Генри Кавендиш пригласил семерых выдающихся учёных, чтобы продемонстрировать сконструированного им искусственного электрического ската , и дал каждому ощутить электрический разряд , абсолютно идентичный тому, каким настоящий скат парализует свои жертвы. Модель электрического ската , была «запитана» от батареи лейденских банок и погружена в подсолённую воду. По завершении показа Генри Кавендиш , опередивший своих современников Гальвани и Вольта , торжественно объявил приглашённым, что именно эта, продемонстрированная им новая сила когда-нибудь революционизирует весь мир!

Электрические скаты (лат. Torpediniformes) – отряд хрящевых рыб, у которых по бокам расположены почкообразные электрические органы . У них, однако, отсутствуют слабые электрические органы, имеющиеся в наличии у семейства ромбовых по обе стороны хвоста. Морская лисица , или колючий скат (лат. Raja clavata) – наиболее распространённый европейский вид скатов (семейство: Ромбовые; род: Ромбовые скаты).

Pierre Moulin du Coudray de La Blanchere (1821–1880) – французский натуралист, художник-иллюстратор.
Wilhelm Richard Paul Flanderky (1872–1937) – немецкий художник-иллюстратор.

Электрический сом (лат. Malapterurus electricus) – вид придонных пресноводных рыб, обитающих в тропических и субтропических водоёмах Африки. У электрического сома электрические органы расположены по всей поверхности тела, непосредственно под кожей. Они составляют 1/4 массы тела сома. В зависимости от размера, электрический сом способен вырабатывать напряжение , достигающее 350–450 В , при силе тока 0,1–0,5 А .
У многих электрических рыб (электрического угря; гимнарха; гнатонемуса – рыбы-слона; аптеронотуса – рыбы-ножа) хвост заряжается отрицательно, голова положительно, а вот у электрического сома , наоборот, хвост заряжается положительно , голова отрицательно .

Электрический сом (Malapterurus electricus),
Нильский многопёр, или бишир (Polypterus bichir),
Электрическая щука (Mormyrus oxyrhynchus).

Фридрих Вильгельм Кунерт (Friedrich Wilhelm Kuhnert; 1865–1926) – немецкий живописец, писатель и иллюстратор.

Обладающие электрическими свойствами рыбы используют эти свойства не только для нападения, но также для того, чтобы отыскивать потенциальную добычу, опознавать опасных противников и ориентироваться в неосвещённой или мутной воде. Электрическое поле вокруг электрической рыбы приводит также к электролизу воды , в результате которого происходит обогащение воды кислородом , что приманивает рыб и лягушек, облегчая тем самым электрическим рыбам поиски добычи.

Не все рыбы обладают электрическими свойствами. Число живых существ, имеющих специальные органы для генерации и восприятия электрических полей , не так уж велико. Тем ни менее в любом живом организме и даже в отдельных живых клетках создаются электрические напряжения ; их называют биопотенциалами . «Биологическое электричество» является неотъемлемым свойством всей живой материи. Оно возникает при функционировании нервной системы, при работе желёз и мышц. Так, работающая сердечная мышца создаёт на поверхности тела ритмично изменяющиеся электрические потенциалы . Изменение этих потенциалов со временем может быть зафиксировано в виде электрокардиограммы , позволяющей специалисту судить о работе сердца.

Продолжаем решать задачи ;-)

Сила тока. Напряжение. Сопротивление

Задача №36
Две разнородные металлические пластинки, опущенные в водный раствор соли, щёлочи или кислоты, всегда образуют гальванический элемент. Можно ли получить гальванический элемент из двух одинаковых металлических пластинок, но погружённых в различные растворы?

Задача №37
Последовательно с аккумулятором соединили лампу и амперметр и замкнули эту цепь концами проводников, опущенных в раствор медного купороса. Изменится показание амперметра, если раствор подогреть?

Задача №38
При растворении цинка в водном растворе серной кислоты раствор сильно нагревается. Почему в замкнутом во внешнюю цепь гальваническом элементе Вольта растворение цинка не сопровождается сильным нагреванием электролита?

Задача №39
Можно ли с помощью ртути, водного раствора серной кислоты, ножа и куска изолированной алюминиевой проволоки изготовить источник электрического тока?

Задача №40
В Вашем распоряжении имеются: поваренная соль, кусок мыла, вода, куски изолированной медной проволоки, нож, деревянная палочка, алюминиевая кастрюля и большой стеклянный сосуд. Длина палочки немного больше диаметра сосуда. Покажите, как используя данные материалы, можно изготовить источник электрического тока (гальванический элемент). Непосредственный контакт между медью и алюминием исключить.

ФИЗИКА И ВОЕННАЯ ТЕХНИКА
Гальваноударная мина образца 1908 года

«Под водой», 1915 г., Алексей Николаевич Толстой
«…Андрей Николаевич забарабанил пальцами по стеклу. Оставаться под водой было невозможно, появиться на поверхности – значит выдать себя и подвергнуться обстрелу. Всё же это был единственный выход определить точно место нахождения. Он скомандовал медленный подъём и вернулся к иллюминатору. Тени ушли вниз. Вода заметно светлела. И вдруг сверху, навстречу, стал опускаться тёмный шар. «Мина… Сейчас коснёмся…» – подумал Андрей Николаевич и, преодолев давящее мозг оцепенение, крикнул: «Левее, как можно левее!» Шар отдалился, а слева приближался второй. Не поднимаясь, продвинулись вперёд. Но и там, в зеленоватом полумраке, возникали чугунные шары, поджидая, когда их коснётся стальная обшивка лодки. «Кэт» заблудилась в минных заграждениях…»
Как устроена морская гальваноударная мина?

В представлении подавляющего большинства людей морская мина – это большой и страшный рогатый чёрный шар, свободно плавающий по волнам или закреплённый на якорном тросе под водой. Если проплывающий корабль заденет один из «рогов» такой мины, произойдёт взрыв и корабль вместе со всей командой отправится на дно морское. Рогатые чёрные шары это самые распространённые мины – якорные гальваноударные .

1 – прибор потопления; 2 – гальваноударный колпак; 3 – запальный патрон; 4 – запальный стакан; 5 – лапа якоря; 6 – роульс; 7 – вьюшка с минрепом; 8 заряд BB; 9 – груз со штертом; 10 – предохранительный прибор.

Как устроена морская гальваноударная мина?

Эта мина являлась дальнейшим развитием гальваноударных мин образца 1898 и 1906 годов. В гальваноударной мине предохранитель размещался в крышке единственной монтажной горловины сверху мины, пружинный буфер смягчал рывки минрепа, пять гальванических свинцовых колпаков – «рогов» мины размещались по периметру её корпуса. Каждый рог-колпак содержал в себе сухую угольно-цинковую батарею с электролитом в стеклянной ампуле – «склянке».
При ударе корабля о мину свинцовый колпак сминался, «склянка» разбивалась и электролит активизировал батарею. Ток от батареи поступал на запальное устройство и воспламенял детонатор.
В качестве взрывчатого вещества вместо пироксилина стал использоваться тротил, якорь установили на 4 ролика, для удержания мины при качке предусмотрели рельсовые захваты. Мина была оборудована противотральными патронами – минными защитниками конструкции П.П. Киткина.
Для постановки мины на заданное углубление использовался автоматический штерто-грузовой способ. Порядок приготовления мины к постановке состоял из двух этапов. Предварительный этап: установка гальваноударных колпаков, «склянок» с электролитом, предохранительного прибора, приращивание проводников и проверка всех электрических цепей. Окончательный этап предусматривал лишь установку запальной принадлежности.

Конструкция гальваноударной мины оказалась настолько удачной, что, после незначительной модернизации в 1939 году, под шифром «образца 1908/39 гг.» она оставалась на вооружении отечественного флота вплоть до середины 60-х годов.

Бордачёв Иван Васильевич (13.08.1920…) Член Союза художников СССР с 1957 года. Участник Великой Отечественной войны. Награждён орденами Красной Звезды, Отечественной войны II степени, медалью «За победу над Германией в Великой Отечественной войне 1941–1945 гг.» и другими медалями СССР.

Русский флот с первых дней своего существования стал настоящей кузницей всевозможных новинок и передовых новшеств. Ярче всего это проявилось в сфере минного оружия. Русским морякам принадлежит приоритет в создании морской мины, противоминного трала, надводных и подводных минных заградителей и минного тральщика. Первые опыты в этой области в России начались в начале XIX века, а уже 20 июня 1855 года на поставленных у Кронштадта морских минах подорвались четыре судна англо-французской эскадры. В память об этом событии день 20 июня с 1997 года отмечается как День специалистов минно-торпедной службы ВМФ России .

Продолжаем решать задачи ;-)

Сила тока. Напряжение. Сопротивление

Задача №41
Ученик по ошибке включил вольтметр вместо амперметра при измерении величины тока в лампе. Что при этом произойдёт с накалом нити лампы?

Задача №42
Требуется вдвое уменьшить ток в данном проводнике. Что для этого нужно сделать?

Задача №43
Кусок проволоки разорвали пополам и половинки свили вместе, как изменилось сопротивление проводника?

Задача №44
Проволоку пропустили через волочильный станок, в результате чего её сечение уменьшилось вдвое (объём не изменился). Как изменилось при этом сопротивление проволоки?

Задача №45
Почему медные провода не используются для изготовления реостатов?

Задача №46
Почему для изготовления электрических проводов применяют обычно медную или алюминиевую проволоку?

Задача №47
С какой целью провода покрывают слоем резины, пластмассы, лака и т.п. или обматывают бумажной пряжей пропитанной парафином?

Задача №48
Как можно определить длину медного провода в пластмассовой изоляции, свёрнутого в большой моток, не разматывая его?

Задача №49
Почему не убивает током птицу, садящуюся на один из проводов высокого напряжения?

Задача №50
Почему окраска небольших предметов методом разбрызгивания краски экономически выгодна, а также безвредна для здоровья работающего, если между пульверизатором и предметом создать высокое напряжение?

Важным и вполне закономерным шагом на пути изучения электрических явлений был переход от качественных наблюдений к установлению количественных связей и закономерностей, к разработке основ теории электричества . Наиболее значительный вклад в решение этих проблем внесли петербургские академики Михаил Васильевич Ломоносов , Георг Вильгельм Рихман и американский учёный Бенджамин Франклин .
§ Виртуальная физическая лаборатория «Начала электроники»: Выпуск №1
Решение расчётных задач по физике .
+ Установочный файл программы «Виртуальная лаборатория НАЧАЛА ЭЛЕКТРОНИКИ» (с проверкой файла антивирусом Dr.WEB )
+ Увлекательные эксперименты на виртуальном монтажном столе;-)
…
§ Виртуальная физическая лаборатория «Начала электроники»: Группа С

Желаю Вам успехов в самостоятельном решении
качественных задач по физике!

Литература:
§ Лукашик В.И. Физическая олимпиада
Москва: издательство «Просвещение», 1987
§ Тарасов Л.В. Физика в природе
Москва: издательство «Просвещение», 1988
§ Перельман Я.И. Знаете ли вы физику?
Домодедово: издательство «ВАП», 1994
§ Золотов В.А. Вопросы и задачи по физике 6-7 класс
Москва: издательство «Просвещение», 1971
§ Тульчинский М.Е. Качественные задачи по физике
Москва: издательство «Просвещение», 1972
§ Кириллова И.Г. Книга для чтения по физике 6-7 класс
Москва: издательство «Просвещение», 1978
§ Ердавлетов С.Р., Рутковский О.О. Занимательная география Казахстана
Алма-Ата: издательство «Мектеп», 1989.

Сессия приближается, и пора нам переходить от теории к практике. На выходных мы сели и подумали о том, что многим студентам было бы неплохо иметь под рукой подборку основных физических формул. Сухие формулы с объяснением: кратко, лаконично, ничего лишнего. Очень полезная штука при решении задач, знаете ли. Да и на экзамене, когда из головы может «выскочить» именно то, что накануне было жесточайше вызубрено, такая подборка сослужит отличную службу.

Больше всего задач обычно задают по трем самым популярным разделам физики. Это механика , термодинамика и молекулярная физика , электричество . Их и возьмем!

Основные формулы по физике динамика, кинематика, статика

Начнем с самого простого. Старое-доброе любимое прямолинейное и равномерное движение.

Формулы кинематики:

Конечно, не будем забывать про движение по кругу, и затем перейдем к динамике и законам Ньютона.

После динамики самое время рассмотреть условия равновесия тел и жидкостей, т.е. статику и гидростатику

Теперь приведем основные формулы по теме «Работа и энергия». Куда же нам без них!

Основные формулы молекулярной физики и термодинамики

Закончим раздел механики формулами по колебаниям и волнам и перейдем к молекулярной физике и термодинамике.

Коэффициент полезного действия, закон Гей-Люссака, уравнение Клапейрона-Менделеева - все эти милые сердцу формулы собраны ниже.

Кстати! Для всех наших читателей сейчас действует скидка 10% на .

Основные формулы по физике: электричество

Пора переходить к электричеству, хоть его и любят меньше термодинамики. Начинаем с электростатики.

И, под барабанную дробь, заканчиваем формулами для закона Ома, электромагнитной индукции и электромагнитных колебаний.

На этом все. Конечно, можно было бы привести еще целую гору формул, но это ни к чему. Когда формул становится слишком много, можно легко запутаться, а там и вовсе расплавить мозг. Надеемся, наша шпаргалка основных формул по физике поможет решать любимые задачи быстрее и эффективнее. А если хотите уточнить что-то или не нашли нужной формулы: спросите у экспертов студенческого сервиса . Наши авторы держат в голове сотни формул и щелкают задачи, как орешки. Обращайтесь, и вскоре любая задача будет вам «по зубам».

Электричество и магнетизм (электродинамика) изучают электромагнитные взаимодействия. Носителем данных взаимодействий является электромагнитное поле, оно представляет собой совокупность двух взаимосвязанных полей: магнитного и электрического.

Учения про электричество, в наши дни основано на уравнениях Максвелла, они определяют поля через их вихри и источник.

Электрические факты в истории

Электрические явления были известны еще в глубокой древности, среди них можно выделить следующие факты:

1. Около 500 лет до н. э. Фалес Милетский обнаружил, что янтарь потертый шерстью легко притягивает легкие пушинки. Даже его дочь, когда чистила шерстью янтарное веретено увидела данный эффект. Слово «электрон», переводится с греческого как «янтарь», отсюда произошел термин «электричество». Данное понятие ввел в. XVI веке английский врач Гильберт. После ряда опытов он обнаружил, что ряд веществ электризуется.
2. В Вавилоне (4000 лет назад) были обнаружены сосуды из глины, они содержат медный и железный стержни. На дне был битум, который изолирует материал. Стержни разъединялись уксусной или лимонной кислотой, то есть эта находка напоминает про гальванический элемент. Золото на вавилонских украшениях наносилось гальваническим способом.

Электромагнитном поле

Определение 1

Электромагнитное поле – это вид материи, посредством которого производится электромагнитное взаимодействие между частицами, обладающими электрическим зарядом. Это вид материи, который передает действия электромагнитных сил.

В электричестве находится представление об электромагнитном поле. Стоит вспомнить, что термин «поле» в физике используется для обозначения ряда различных по своему содержанию понятий, которые включают в себя следующее:

1. Слово «поле» полностью характеризуют распределение любой физической величины, скалярной или векторной. При изучении, к примеру, теплового состояния в разных точках среды, сообщают про скалярное поле температуры. При рассмотрении процесса механических колебаний в упругой среде, здесь говорится про механическое волновое поле. В данных примерах понятие «поле» описывает физическое состояние изучаемой материальной среды.
2. Полем называют и особый вид материи. Термин поле (как вид материи), появился из-за общей проблемы взаимодействия. Теория, где действие сил передается через общую пустоту мгновенно, называется теория дальнодействия. Теория, которая утверждает, что действие сил передается с конечной скоростью через промежуточную материальную среду, носит название теория близкодействия.

Электрические и магнитные поля рассматриваются обычно раздельно, хотя в действительности «чисто» магнитных или «чисто» электрических явлений не существует. Существует лишь один единый электромагнитный процесс. Разделение электромагнитного взаимодействия на магнитное и электрическое, а также разделение единых электромагнитных сил на магнитные и электрические носит условный характер, и подобная условность может легко быть доказана. Настолько же условна и терминология – «магнитные», «электрические» силы.

Электрический заряд

Определение 2

Электрический заряд – это неотъемлемое свойство, которое присуще некоторым «простейшим» частицам материи – «элементарным» частицам. Электрический заряд с энергией, массой и т.д. создает «комплекс» фундаментальных свойств частиц.

Из известных элементарных частиц обладают электрическим зарядом только позитроны, электроны, антипротоны, протоны, некоторые гипероны и мезоны и их античастицы. При этом, не обладают электрическим зарядом нейтрино, нейтроны, нейтральные гипероны и мезоны и их античастицы, а также фотоны.

Известны лишь два рода электрических зарядов, называемые условно отрицательными и положительными (понятия «отрицательное» и «положительное» электричество были введены впервые В. Франклином (США) в XVIII в.).

Прямое определение величины элементарного заряда было осуществлено в 1909 – 1904 гг. А.Ф. Иоффе (Россия), а также Р.Э. Милликеном (США). После проведения опытов Иоффе и Милликена была отвергнута гипотеза о существовании суб электронов, т.е. зарядов, которые меньше заряда электрона.

Такой заряд нельзя отделить от частиц, которым он принадлежит. Общая неуничтожимость материи влечёт за собой неуничтожимость электрического заряда. К популярным в теоретической механике законам импульса, сохранения массы, энергии, момента импульса нужно добавить закон сохранения электрического заряда: в замкнутой системе частиц или тел алгебраическая сумма зарядов величины постоянная, какие бы не происходили процессы в данной системе. Общий закон сохранения заряда устанавливался экспериментально М. Фарадеем (Англия) и Ф. Эпинусом (Россия).

С движением каждого элементарного заряда взаимосвязано наличие электромагнитного микрополя. Стоит отметить, что электрическое и магнитное поля, изучаемые макроскопической и электростатикой электродинамикой, стали усредненными: все они представляют из себя суперпозицию или наложение микрополей, которая создает большую совокупностью движущихся элементарных зарядов. Как показывает опыт усредненное электрическое поле также может быть полностью отлично от нуля лишь тогда, когда его «источник» – макрозаряд полностью неподвижен, а также тогда, когда он в движении.