Самостоятельный разряд в газах и его техническое применение

ЦЕЛИ УРОКА: 1.Ознакомление учащихся с природой, свойствами различных типов газового разряда и их  техническим применением; проявление самостоятельного газового разряда в природе.

                            2.Развитие навыков самостоятельной работы с различными источникам информации и выполнения физического эксперимента, расширение

кругозора и политехническое просвещение учащихся. Развитие коммуникативных  навыков работы в группе.

                            3. Развитие интереса к предмету, показ красоты и силы науки физики, формирование материалистического мировоззрения, научных представлений о явлениях природы (познаваемости и материальном единстве мира, несостоятельности религиозных представлений о явлениях природы в атмосфере).

ОБОРУДОВАНИЕ УРОКА: 

1. Высоковольтный генератор «Разряд-1»; выпрямите селеновый на 6 В.

2. Лампа дневного света (люминесцентная демонстрационная);

3. Прибор « Спектр», набор газосветных трубок;

4. Дуговой фонарь, трансформатор стабилизирующий, реостат на 12- 15 Ом;

5. Трубка для демонстрации газового разряда при пониженном давлении;  

6. Насос (ручной) Комовского;

7. Тонкая проволока (медная) на изолирующих штативах;

8. Таблица « Газовые разряды»;

9. Иллюстрации, фото, рисунки учащихся, магнитная доска

10. Мультимедийный проектор, экран, компьютер, авторская п резе нтация.

ХОД УРОКА

I  ВСТУПЛЕНИЕ

УЧИТЕЛЬ: «Между катодом и анодом происходит больше явлений, чем это доступно вашему воображению. Г. Ретер. Электронные лавины в газах).

Не следует думать, что ученый был пессимистом, отнюдь. Просто он понимал ограниченные возможности человеческого разума и необычайную сложность природы. До сих пор ясны не все детали электрического пробоя в газе ( именно так называют процесс прохождения электрического тока через газ). Однако, чтобы понять, как протекает процесс в целом, надо учитывать сравнительно небольшое число деталей процесса. До полного понимания явления электрического пробоя еще очень далеко. Но даже то, что изучено, позволило создать самые мощные электронные приборы, самые мощные источники света, самые мощные лазеры.

          В обычных условиях, как известно, газ является диэлектриком. Механизм проводимости газов, условия возникновения несамостоятельного и самостоятельного разряда и основные понятия, связанные с возникновением электрического тока  (т.е. газового разряда,  электрического пробоя) в стеклянной трубке с двумя электродами (катодом и анодом) мы рассмотрели на предыдущих уроках.

 Актуализация знаний по  терминам (фронтальный опрос учащихся): газовый разряд, ионизация газов, диэлектрик, рекомбинация, ионизатор, несамостоятельный разряд, самостоятельный разряд, катод, анод, длина свободного пробега, энергия ионизации, ионизация электронным ударом, электронная лавина, эмиссия, плазма (написаны на отдельном листе).

 Учитель: Особый интерес представляет именно самостоятельный разряд в газах,  различные виды которого можно наблюдать в природе (что порою рождало веру в «чудеса» и божественные силы), учитывается или используется в науке и технике.

В зависимости от свойств и состояния газа, а также от формы  и расположения электродов, значения и распределения  приложенного к ним напряжения возникают различные виды (типы) самостоятельного разряда в газах. Подробнее об этом сегодня нам расскажут учащиеся, которые получили предварительно темы работы в группе.

II ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ УРОКА

Учитель сообщает  учащимся, что в ходе урока им предстоит начать заполнение таблицы и показывает ее (самодельная демонстрационная, на доске). Аналогичные таблицы малого размера есть на столах учащихся. (См. Приложение №1.)

1.ТЛЕЮЩИЙ РАЗРЯД (группа№1)

Учитель: При каких условиях наблюдается тлеющий разряд? Опишите, как протекает этот процесс.

(теорию отвечает один ученик, дополняет другой – «экспериментатор» и показывает  с помощью «ассистента» опыт)

ДЕМОСТРАЦИОННЫЙ ОПЫТ №1(в затемненном классе)

Стеклянная трубка с патрубком присоединяется к насосу Комовского, а выводы трубки к источнику высокого напряжения  (5кВ). При откачивании воздуха наблюдают вначале тонкие светящиеся нити, затем светящийся « шнур» сиреневого цвета, затем красивое сиреневатое свечение разреженного воздуха, почти полностью заполнившее всю трубку.

«Экспериментатор» обращает внимание на «структуру» столба, объясняет наблюдаемое явление.

ОПЫТ №2 - с люминесцентной лампой дневного света (газовый разряд в парах ртути).

 ОПЫТ №3 - с помощью прибора  «Спектр» и газосветных трубок (свечение Ne,  Ar, Kr, He, H2 )

Затем все слушают сообщения учащихся данной группы (кратко!):

1. Применение тлеющего разряда в технике (рекламные трубки, лампы дневного света, газовые лазеры)
2. Полярное сияние (тлеющий разряд в природе).

(На магнитной доске рисунки, фото полярного сияния.)

Учитель: 26 апреля 1986 года – трагический день для нашей страны. В этот день произошла авария, взрыв на четвертом блоке ЧАЭС. В результате сильной радиации воздух над этим энергоблоком был ионизирован и, по свидетельству очевидцев, «над станцией стоял пятидесятиметровый ионный столб, освещавший дьявольским светом развороченное здание. По сравнению с этим свечением пламя пожара, начинавшегося на станции, казалось слабенькой церковной свечкой». Этот гигантский тлеющий разряд был словно страшным предостережением людям на будущее о недопустимости небрежного, халатного отношения к использованию научно-  -технических  достижений.

2.ДУГОВОЙ РАЗРЯД (ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ДУГА) (группа №2)

Учитель: Какие условия необходимы для образования электрической дуги в газах? Каковы особенности (свойства дугового разряда)?

Ответ учащихся на этот вопрос дополняет «экспериментатор», который вместе со своим «ассистентом» демонстрирует горение электрической дуги.

ОПЫТ №4  Получение дугового разряда (дуговой фонарь с механически регулируемой дугой между двумя угольными электродами, расположенными перпендикулярно). Внимание! Дугу наблюдаем через темное стекло на фонаре, свет от нее при устойчивом горении  проецируем на экран)

   Сообщения учащихся(краткие):

1. Из истории изобретения электрической дуги («русский свет», В.В.Петров, 1802 г.)
2. Технические применения и учет дугового разряда (сварка металлов,  дуговая печь, дуговые источники света, возникновение дуги при отрыве контактов от токонесущего провода при движении электрического транспорта и др.)

   3.КОРОННЫЙ РАЗРЯД (группа учащихся №3)

Учитель: Как образуется коронный разряд? Каковы его свойства?

Отвечает ученик,  а экспериментатор в процессе демонстрации разряда обращает внимание на его особенности.

(Следует обратить внимание на то, что все демонстрации учащиеся выполняют под контролем учителя, соблюдая правила техники безопасности при работе с электро –оборудованием).

ОПЫТ №5. Высоковольтный генератор «Разряд-1» ( на вход с выпрямителя подается 6 Вольт, включение на выходе на 5кВ). Демонстрируется коронный разряд на острие борна (электрода) в виде маленького «шарика». При этом чувствуется запах озона.

ОПЫТ №6.  Получение коронного разряда меду натянутыми на изолирующих штативах тонкими параллельными проволоками, концы которых присоединяются к полюсам высоковольтного выпрямителя. При включении выпрямителя около проволок наблюдается слабое свечение. Разряд сопровождается шипением  и потрескиванием.

Если возле этой модели ЛЭП вблизи держать газоразрядные трубки (неон, гелий, криптон и т.д.), то разреженный газ в них начинает светиться, возникает тлеющий разряд, что говорит о большой напряженности электрического поля вблизи проволок.

          Поскольку опыты проводятся в затемненном кабинете, эффект нагляден, привлекает внимание учащихся необычностью.

Сообщения учащихся:

1. Коронный разряд в природе: «огни святого Эльма», «святой Елены».
2. Учет и применение в технике (линии электропередач, Счетчики Гейгера, громоотвод, электрические фильтры и др.)

  ( учащиеся показывают рисунки по теме сообщений)

4.ИСКРОВОЙ РАЗРЯД( группа № 4)

Учитель:     Короткий гром- глухой обвал,

                     Рожденье света и озона,

                    Далеких молний карнавал.

                                     Н.Майоров

Учитель: В этих трех строчках уместилась практически вся информация о молнии, хотя автор их был поэтом, а не физиком. Не все еще ясно в теории молнии, представителя одного из конкретных видов пробоя в газе – искрового разряда, природа которого долгое время оставалась невыясненной, что порождало у людей суеверия и страх.

Вопрос к учащимся: Когда, при каких условиях в газах возникает и протекает искровой разряд? Откуда берется энергия этого разряда?

Рассказывает ученик, а «экспериментатор» в процессе демонстрации дополняет, объясняет наблюдаемое.

ОПЫТ №7.  С помощью прибора «Разряд»-1(напряжение 5кВ, получение искрового разряда на сферических электродах, затем  со сферическим и заостренным электродами).. Показывают воспламенение ватки, смоченной эфиром, «пробой» листа бумаги , обращают внимание на характерный запах озона).

Сообщения учащихся:

1. Молния в атмосфере (природа молнии, о работах М.В.Ломоносова и Г.Рихмана по исследованию атмосферного электричества,  виды, «шаровая» молния, суеверия).

2. Искровая обработка металла.

     На магнитной доске фотографии, рисунки, иллюстрации по теме сообщений.

III ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Учитель: Сегодня вы познакомились с особенностями различных типов самостоятельного газового разряда, их учетом и применением в технике, проявление в природе. Однако, до полного познания природы электрического пробоя в газах еще далеко. Кроме того, вы познакомились с особым четвертым состоянием материи (вещества) в природе - плазмой (от греч. «plasma» - оформление), которая возникает при всех видах разряда в газе: тлеющем, дуговом, искровом, коронном.

                            Была века неуловима,

                            И вот в обличии иглы

                            Она металл кроит без дыма,

                            Без малой горсточки золы.

                            В машине ей не вскинуть крылья,

                            Идет, куда велят идти,

                            Но дышит яростно всесилье

                            Ее слепящей красоты!

 IVПОДВЕДЕНИЕ ИТОГОВ УРОКА. ВЫСТАВЛЕНИЕ ОЦЕНОК

ПРИМЕЧАНИЕ: Урок проводится в форме «аукциона», поэтому оценки (отметки) выставляются по количеству набранных баллов. В течение урока после ответов учащиеся получают цветные «фишки».

 V Домашнее задание.