Электрический ток в газах

Цели: 

• Образовательная: сформировать представления об электрическом токе в газах;
• ознакомить учащихся с проявлениями в природе, связанными с прохождением электрического тока в газах;
• формирование навыков коллективной работы в сочетании с самостоятельностью учащегося.
• Развивающая: развитие мышления, внимания и умения выделять главное;
• Воспитательная: приобретение навыков общения и самоорганизации;

Оборудование: персональный компьютер, мультимедийный проектор, экран.

Методы обучения: объяснительно - иллюстративный.

План урока:

1. Организационный момент (цели, задачи урока, подготовка учащихся к восприятию информации).
2. Мотивация учебной деятельности.
3. Лекция (сопровождение презентацией и беседой).
4. Домашнее задание.
5. Итог урока

Эпиграф к уроку:

            Природа так обо всем позаботилась, что повсюду ты находишь, чему учится.

Леонардо да Винчи.

Ход урока

1.  Здравствуйте. Присаживайтесь. Все готовы к уроку? На сегодняшнем уроке мы продолжим работать с вами по разделу «электрический ток».
2. Введение в урок:

Электричество кругом,

Полна природа, даже дом

Везде заряды: там и тут,

В любом атоме «живут»

А если вдруг они бегут,

То тут же токи создают.

Нам токи очень помогают,

Жизнь кардинально облегчают!

Прежде чем приступить к изучению нового материала, мы немного повторим пройденный.

Игра  «Закончить фразу» (За правильный быстрый ответ, выдается жетон)

1. Электрическим током называется…
2. Действия электрического тока…
3. Электрическое сопротивление зависит от…
4. Электрическое напряжение измеряется…
5. Сила тока измеряется…
6. Положительный ион, это атом…
7. Наименьшая электрически заряженная частица…
8. Электрический ток направлен от…

 Укажите графическую зависимость силы тока от напряжения, выражающая закон Ома для участка цепи. – смотри документ

Сформулируйте закон Ома для участка цепи.

Какие ошибки были допущены при составлении электрической цепи, схема которой изображена на рисунке.

Ответы:

1. Неправильное соединение элементов в батарею, надо при последовательном соединении положительный полюс одного элемента соединить с отрицательным полюсом другого.
2. Амперметр включен параллельно, а вольтметр последовательно, надо наоборот.
3. Провода от лампы и батареи присоединены только к одной клемме ключа.

А сейчас физическая эстафета - смотри документ.

Молодцы! Вы показали свои знания, сообразительность, любознательность, готовность идти дальше.

А дальше!? Обратите внимание на доску. (Показать слайды с разрядами в газах)

Вопрос: Что вы сейчас увидели? (Ответы детей)

- Да, действительно, это электрические явления. Явления, происходящие в природе.

Таким образом, мы начинаем изучение нового раздела «Электрический ток в различных средах» и тема сегодняшнего урока «электрический ток в газах».

Запишите тему урока, будьте внимательны, основные понятия следует законспектировать.

Обратите внимание на рисунок 1, две разноименно заряженные металлические пластины, между которыми воздух, подсоединены к электрометру. Пластины разноименные, а тока нет. Почему?

Потому что в естественном состоянии воздух – диэлектрик. В обычных условиях в газе почти нет свободных носителей электрического заряда, движение которых могло бы создавать электрический ток. Этим и объясняется, например, широкое использование воздуха в качестве изолирующего вещества. Принцип действия выключателей и рубильников как раз и основан на том, что размыкая их металлические контакты, мы создаем между ними прослойку воздуха, не проводящую ток.

Для того чтобы газ стал проводящим, необходимо создать в нем свободные заряженные частицы, т.е. превратить нейтральные молекулы или атомы в ионы.

Видоизменим опыт.

Нагреем воздух между пластинами пламенем спиртовки.

Вопрос: Изменится ли положение стрелки электрометра?

Ответ: Угол отклонения стрелки электрометра быстро уменьшается, т.е. уменьшается разность потенциалов между дисками конденсатора – конденсатор разрежается.

Вопрос: А почему?

Ответ: Нагретый воздух между дисками стал проводником и в нем устанавливается электрический ток.

Электрический ток через газ называют газовым разрядом.

Ионизация газа. 

Этот опыт показывает, что в воздухе между дисками под действием пламени появились заряженные частицы. Тщательными исследованиями было установлено, что носителями электрических зарядов в газах являются ионы и электроны.

Вопрос: Откуда же они берутся?

При нагревании газа (воздуха) молекулы начинают двигаться быстрее. При этом некоторые молекулы начинают двигаться так быстро, что часть из них при столкновениях распадается на положительно заряженные ионы и электроны. Чем выше температура, тем больше образуется ионов.

Распад молекул газа на электроны и положительные ионы называется ионизацией газа.

Ионизацию газа вызывают также:

• рентгеновские лучи
• излучения радиоактивных веществ
• ультрафиолетовые лучи и т.д.

Факторы, вызывающие ионизацию газа, называются ионизаторами.

Вопрос: А что произойдет, если убрать пламя горелки?

Процесс ионизации газа всегда сопровождается противоположным ему процессом восстановления нейтральных молекул из разноименно заряженных ионов вследствие их электрического (кулоновского) притяжения. Такой процесс называют рекомбинацией заряженных частиц.

Процесс восстановления нейтральных молекул из разноименно заряженных ионов вследствие их электрического (кулоновского) притяжения называют рекомбинацией.

Вопрос: Что собой представляет электрический ток в газах?

Ответ: Электрический ток в газах – это направленное движение положительных ионов и свободных электронов.

Существует два вида газовых разрядов: 

• несамостоятельный
• самостоятельный

Разряд в газе, происходящий под действием внешнего ионизатора, называется несамостоятельным.

Рассмотрим график. - смотри документ.

При изменении напряжения между электродами, сила тока через газ возрастает не пропорционально напряжению и рост тока замедляется. При достижении определенного напряжения рост тока вообще прекращается и при дальнейшем изменении напряжения, ток остается постоянным, не зависящим от напряжения.

Такой ток называют током насыщения.

Причиной установления тока насыщения является полное прекращение процесса рекомбинации. Начиная с этого момента, все ионы, создаваемые ионизатором, участвуют в образовании тока, и ток достигает максимального значения.

Разряд, происходящий  без внешнего ионизатора, называется самостоятельным.

 Типы газовых разрядов и условия их возникновения

Если увеличить напряжение электрического поля, в котором находится ионизованный газ, то разогнанные электрическим полем электроны, сталкиваясь с нейтральными молекулами, ионизируют их, выбивая электроны. Те в свою очередь, также разгоняясь электрическим полем, вызывают ионизацию других молекул газа и т.д. Происходит лавинообразное увеличение числа электронов и ионов. Такая ионизация газа называется ударной ионизацией.

Ударной ионизацией называется лавинообразное увеличение числа электронов и положительных ионов.

Тлеющий разряд.

Самостоятельный разряд, возникающий в газе при пониженном давлении, называют тлеющим

Тлеющий разряд применяется в газоразрядных трубках, неоновых лампах, цифровых индикаторах, лампах дневного света.

Дуговой разряд.

Дуговой разряд – это самостоятельный разряд, возникающий в газе при нормальном атмосферном давлении.

Дуговой разряд применяется в ртутных лампах высокого давления, при сварке металлов, в электроплавильных печах.

Коронный разряд.

Коронный разряд – это высоковольтный самостоятельный электрический разряд в газе возникающий в резко неоднородном электрическом поле, вблизи электродов с большой кривизной поверхности. (острия, провода и т.д.)

Коронный разряд применяется в электрофильтрах для очистки газов от твердых частиц. Отрицательно то, что данный разряд вызывает утечку энергии на высоковольтных линиях.

Искровой разряд.

Искровой разряд, длится, тысячные доли секунды при высоком напряжении и применяется при обработке металлов.

Молния.

Молния - гигантский электрический искровой разряд в атмосфере, проявляющийся обычно яркой вспышкой света и сопровождающим её громом. 

Чаще всего мы с вами наблюдаем разряд называемый молнией. До урока я вам дал опережающее задание по этому вопросу. Давайте послушаем, наших поисковиков.

Пожалуйста, кто из вас начнет? (слушают ребят)

Молодцы! Теперь вы все знаете о последствиях этого газового разряда.

Закрепление.

Ответьте на вопросы

1. В отличие от проводов осветительной сети провода линии высокого напряжения не покрыты изолирующей оболочкой. Почему?

В обычных условиях воздух не является проводником тока.

2. Почему электроскоп, находящийся недалеко от пламени газовой горелки, разряжается весьма быстро?

Воздух ионизируется, образуется некоторое количество свободных зарядов, электроскоп разрежается.

3. Если баллон неоновой лампы потереть, то можно заметить, что лампа некоторое время светится. Как объяснить это явление?

Для свечения газа в неоновой лампе нужно создать в ней электрическое поле. В результате трения о стекло неоновой лампы возникают электрические заряды, поле которых достаточно для кратковременного свечения лампы.

4.Проходит ли электрический ток через тела птиц, сидящих на голых проводах высоковольтной линии передачи электрической энергии?

Проходит, но не ощущается птицами вследствие крайне незначительной величины разрядного тока.

5. Зачем на электроды свечи в цилиндре двигателя внутреннего сгорания подается высокое напряжение (до 20000 в)?

Для возникновения искры, зажигающей горючую смесь.

6. Для чего к корпусу комбайна прикрепляется массивная металлическая цепь, десяток звеньев которой волочатся по земле?

Таким образом комбайн заземляется. Это предохраняет его от повреждений во время грозы.

Домашнее задание: § 6.2, 6.3 Конспект урока.

Итог урока

Вы познаете тайны природы. Много в ней загадочного и необъяснимого. Сегодня мы прикоснулись еще к одной тайне, тайне  электрических разрядов.

Выставление оценок по жетонам.