Научная работа электричество и живые организмы. Электрические явления в природе

Электричество в живой природе Травников Андрей 9 «Б»

Электричество Электричество - совокупность явлений, обусловленных существованием, взаимодействием и движением электрических зарядов.

Электричество в теле человека В организме человека присутствуют множество химических веществ (например, кислород, калий, магний, кальций или натрий), реакции которых друг с другом способствуют возникновению электрической энергии. В числе прочего, это происходит в процессе так называемого «клеточного дыхания» - извлечения клетками тела энергии, необходимой для жизнедеятельности. Например, в сердце человека есть клетки, которые в процессе поддержания сердечного ритма поглощают натрий и выделяют калий, что создаёт в клетке положительный заряд. Когда заряд достигает определённого значения, клетки обретают способность воздействовать на сокращения сердечной мышцы.

Молнии Молния - гигантский электрический искровой разряд в атмосфере, обычно может происходить во время грозы, проявляющийся яркой вспышкой света и сопровождающим её громом.

Электричество у рыб Все виды электрических рыб имеют особый орган, который вырабатывает электричество. С его помощью животные охотятся, защищаются приспосабливаясь к жизни в водной среде. Электрический орган у всех рыб сконструирован одинаково, но отличается по размерам и местоположению. Но почему ни у одного наземного животного не обнаружено электрического органа? Причина этого заключается в следующем. Только вода с растворенными в ней солями является прекрасным проводником электричества, что позволяет использовать действие электрического тока на расстоянии.

Электрический скат Электрические скаты - отряд хрящевых рыб, у которых по бокам тела между головой и грудными плавниками расположены почкообразные парные электрические органы. В отряде числятся 4 семейства и 69 видов. Электрические скаты известны своей способностью производить электрический заряд, напряжение которого (в зависимости от вида) колеблется от 8 до 220 вольт. Скаты используют его в обороне и могут оглушить добычу или врага. Они обитают в тропических и субтропических водах всех океанов

Электрический угорь Длина от 1 до 3 м, вес до 40 кг. Кожа у электрического угря голая, без чешуи, тело сильно удлинённое, округлое в передней части и несколько сжатое с боков в задней части. Окраска взрослых электрических угрей оливково-коричневая, нижняя сторона головы и горла ярко-оранжевая, край анального плавника светлый, глаза изумрудно-зелёные. Генерирует разряд напряжением до 1300 В и силой тока до 1 A. Положительный заряд находится в передней части тела, отрицательный - в задней. Электрические органы используются угрём для защиты от врагов и для парализации добычи, которую составляют в основном некрупные рыбы.

Венерина мухоловка Венерина мухоловка - небольшое травянистое растение с розеткой из 4-7 листьев, которые растут из короткого подземного стебля. Стебель - луковицеобразный. Листья размером от трёх до семи сантиметров, в зависимости от времени года, длинные листья-ловушки обычно формируются после цветения. В природе питается насекомыми, иногда могут попадаться моллюски (слизни). Движение листьев происходит за счет электрического импульса.

Мимоза стыдливая Прекрасным наглядным доказательством проявления токов действия у растений является механизм складывания листьев под влиянием внешних раздражителей у мимозы стыдливой имеющих ткани, способные резко сокращаться. Если поднести к ее листьям чужеродный предмет, то они закроются. От этого и происходит название растения.

Подготовив эту презентацию, я узнал много нового об организмах в живой природе, и о том, как они применяют электричество в своей жизни.

Источники http://wildwildworld.net.ua/articles/elektricheskii-skat http://flowerrr.ru/venerina-muholovka http:// www.valleyflora.ru/16.html https://ru.wikipedia.org

Тема моей работы: Живое электричество

Целью работы было: выявление способов получения электроэнергии из растений и экспериментальное подтверждение некоторых из них.

Мы поставили перед собой следующие задачи:

Для достижения поставленных задач использовали следующие методы исследования: анализ литературы, экспериментальный метод, метод сравнения.

Прежде чем электрический ток попадет к нам в дом, он пройдет большой путь от места получения тока до места его потребления. Ток вырабатывается на электростанциях. Электростанция - электрическая станция, совокупность установок, оборудования и аппаратуры, используемых непосредственно для производства электрической энергии, а также необходимые для этого сооружения и здания, расположенные на определённой территории.

«РАБОТА ЖИВОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО»

Министерство образования, науки и молодежи Республики Крым

Крымский конкурс исследовательских работ и проектов школьников 5-8 классов «Шаг в науку»

Тема: Живое электричество

Работу выполнила:

Асанова Эвелина Асановна

ученица 5 класса

Научный руководитель:

Аблялимова Лиля Ленуровна,

учитель биологии и химии

МБОУ «Веселовская средняя школа»

с. Веселовка – 2017

1.Введение……………………………………………………………..…3

2.Источники электрического тока…………………………..…….……4

2.1. Нетрадиционные источники энергии………………………….…..4

2.2. «Живые» источники электрического тока………………………...4

2.3. Фрукты и овощи как источники электрического тока…………...5

3. Практическая часть……………………………..………….…………6

4. Заключение……………………………………………….………..…..8

Список источников литературы………………………………………….9

ВВЕДЕНИЕ

Электричество и растения – что может быть общего у них? Однако еще в середине XVIII века естествоиспытатели поняли: эти два понятия объединяет какая-то внутренняя связь.

Люди столкнулись с «живым» электричеством еще на заре цивилизации: им была известна способность некоторых рыб с помощью какой-то внутренней силы поражать добычу. Об этом свидетельствуют наскальные рисунки и начертания некоторых египетских иероглифов, изображающих электрического сома. И не его одного выделяли тогда по этому признаку. Римские врачи умудрялись использовать «удары» скатов для лечения нервных болезней. Очень много сделано учёными в изучении удивительного взаимодействия электричества и живого, но многое пока ещё скрывает от нас природа.

Впервые на электрический заряд обратил внимание Фалес Милетский за 600 лет до н.э. Он обнаружил, что янтарь, потертый о шерсть, приобретет свойства притягивать легкие предметы: пушинки, кусочки бумаги. Позже считалось, что таким свойством обладает только янтарь. Первый химический источник электрического тока был изобретен случайно, в конце XVII века итальянским ученым Луиджи Гальвани. На самом деле целью изысканий Гальвани был совсем не поиск новых источников энергии, а исследование реакции подопытных животных на разные внешние воздействия. В частности, явление возникновения и протекания тока было обнаружено при присоединении полосок из двух разных металлов к мышце лягушачьей лапки. Теоретическое объяснение наблюдаемому процессу Гальвани дал неверное. Будучи врачом, а не физиком, он видел причину в так называемом «животном электричестве». Свою теорию Гальвани подтверждал ссылкой на известные случаи разрядов, которые способны производить некоторые живые существа, например «электрические рыбы».

В 1729 году Шарль Дюфе установил, что существует два рода зарядов. Опыты, проведенные Дюфе, говорили, что один из зарядов образуется при трении стекла о шелк, а другой – при трении смолы о шерсть. Понятие о положительном и отрицательном заряде ввел немецкий естествоиспытатель Георг Кристоф. Первым количественным исследователем был закон взаимодействия зарядов, экспериментально установленный в 1785 году Шарлем Кулоном с помощью разработанных им чувствительных крутильных весов.

ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

НЕТРАДИЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

Кроме традиционных источников тока существует множество нетрадиционных источников. Электричество, по сути, можно практически получать из всего, что угодно. Нетрадиционные источники электрической энергии, где невосполнимые энергоресурсы практически не тратятся: ветроэнергетика, приливная энергетика, солнечная энергетика.

Есть и другие предметы, которые на первый взгляд не имеют никакого отношения к электричеству, однако могут служить источником тока.

«ЖИВЫЕ» ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

В природе есть животные, которых мы называем «живыми электростанциями». Животные очень чувствительны к электрическому току. Даже незначительной силы ток для многих из них смертелен. Лошади погибают даже от сравнительно слабого напряжения в 50-60 вольт. А есть животные, которые не только обладают высокой устойчивостью к электрическому току, но и сами вырабатывают ток в своём теле. Это рыбы - электрические угри, скаты, и сомы. Настоящие живые электростанции!

Источником тока служат особые электрические органы, расположенные двумя парами под кожей вдоль тела - под хвостовым плавником и на верхней части хвоста и спины. По внешнему виду такие органы представляют продолговатое тельце, состоящее из красновато-желтого студенистого вещества, разделённого на несколько тысяч плоских пластинок, ячеек-клеток, продольными и поперечными перегородками. Что-то вроде батареи. От спинного мозга к электрическому органу подходит более 200 нервных волокон, ответвления от которых идут к коже спины и хвоста. Прикосновение к спине или хвосту этой рыбы вызывает сильный разряд, который может мгновенно убить мелких животных и оглушить крупных животных и человека. Тем более, что в воде ток передаётся лучше. Оглушённые угрями крупные животные нередко тонут в воде.

Электрические органы – средство не только для защиты от врагов, но и для добычи пищи. Охотятся электрические угри ночью. Приблизившись к добыче, произвольно делает разряд своих «батарей», и всё живое – рыбы, лягушки, крабы - парализуются. Действие разряда передаётся на расстояние в 3-6 метров. Ему остаётся только заглотать оглушённую добычу. Израсходовав запас электрической энергии, рыба долгое время отдыхает и пополняет её, «заряжает» свои «батареи».

2.3. ФРУКТЫ И ОВОЩИ КАК ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

Изучив литературу, я узнала, что электроэнергию можно получить из некоторых фруктов и овощей. Электрический ток можно получить из лимона, яблок и, самое интересное, из обычного картофеля – сырого и вареного. Такие необычные батареи способны работать несколько дней и даже недель, а вырабатываемое ими электричество в 5-50 раз дешевле получаемого от традиционных батареек и, по меньшей мере, вшестеро экономичнее керосиновой лампы при использовании для освещения.

Индийские ученые решили использовать фрукты, овощи и отходы от них для питания несложной бытовой техники. Батарейки содержат внутри пасту из переработанных бананов, апельсиновых корок и других овощей или фруктов, в которой размещены электроды из цинка и меди. Новинка рассчитана, прежде всего, на жителей сельских районов, которые могут сами заготавливать фруктово-овощные ингредиенты для подзарядки необычных батареек.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Срезы листьев, стебля всегда заряжены отрицательно по отношению к нормальной ткани. Если взять лимон или яблоко и разрезать, а потом приложить к кожуре два электрода, то они не выявят разницы потенциалов. Если же один электрод приложить к кожуре, а другой к внутренней части мякоти, то появится разность потенциалов, и гальванометр отметит появление силы тока.

Я решила проверить на опыте и доказать, что в овощах и фруктах есть электричество. Для исследований мною были выбраны следующие фрукты и овощи: лимон, яблоко, банан, мандарин, картофель. Отмечала показания гальванометра и, действительно, в каждом случае получала ток.

В результате проделанной работы:

1. Я изучила и проанализировала научную и учебную литературу об источниках электрического тока.

2.Познакомилась с ходом работы по получению электрического тока из растений.

3. Доказала, что в плодах различных фруктов и овощей есть электричество и получила необычные источники тока.

Конечно, электрическая энергия растений и животных, в настоящее время не могут заменить полноценные мощные источники энергии. Однако и недооценивать их не стоит.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Для достижения цели моей работы решены все поставленные задачи исследования.

Анализ научной и учебной литературы позволил сделать вывод о том, что вокруг нас очень много предметов, которые могут служить источниками электрического тока.

В ходе работы рассмотрены способы получения электрического тока. Я узнала много интересного о традиционных источниках тока - различного рода электростанциях.

С помощью опыта показала, что можно получить электроэнергию из некоторых плодов, конечно, это небольшой ток, но сам факт его наличия дает надежду, что в последующем такие источники можно будет использовать в своих целях (зарядить мобильный телефон и др.). Такие батареи могут использовать жители сельских районов страны, которые могут сами заготавливать фруктово-овощные ингредиенты для подзарядки биобатареек. Использованный состав батареек не загрязняет окружающую среду, как гальванические (химические) элементы, и не требует отдельной утилизации в отведенных местах.

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ ЛИТЕРАТУРЫ

Гордеев А.М., Шешнев В.Б. Электричество в жизни растений. Издательство: Наука - 1991г.

Журнал «Наука и жизнь», №10, 2004г.

Журнал. «Галилео» Наука опытным путем. № 3/ 2011 г. «Лимонная батарейка».

Журнал «Юный эрудит» № 10 / 2009 г. «Энергия из ничего».

Гальванический элемент - статья из Большой советской энциклопедии.

В. Лаврус «Батарейки и аккумуляторы».

Просмотр содержимого документа
«ТЕЗИСЫ»

Тема: Живое электричество

Научный руководитель: Аблялимова Лиля Ленуровна, учитель биологии и химии МБОУ «Веселовская средняя школа»

Актуальность выбранной темы: в настоящее время в России наметилась тенденция роста цен на энергоносители, в том числе и на электроэнергию. Поэтому вопрос поиска дешёвых источников энергии имеет важное значение. Перед человечеством стоит задача освоения экологически чистых, возобновляемых, нетрадиционных источников энергии.

Цель работы: выявление способов получения электроэнергии из растений и экспериментальное подтверждение некоторых из них.

Изучить и проанализировать научную и учебную литературу об источниках электрического тока.

Ознакомиться с ходом работы по получению электрического тока из растений.

Доказать, что в растениях есть электричество.

Сформулировать направления полезного использования получившихся результатов.

Методы исследования: анализ литературы, экспериментальный метод, метод сравнения.

Просмотр содержимого презентации
«ПРЕЗЕНТАЦИЯ»

Живое электричество Работу выполнила: Асанова Эвелина, ученица 5 класса МБОУ «Веселовская средняя школа»

Актуальность работы:

В настоящее время в России наметилась тенденция роста цен на энергоносители, в том числе и на электроэнергию. Поэтому вопрос поиска дешёвых источников энергии имеет важное значение.

Перед человечеством стоит задача освоения экологически чистых, возобновляемых, нетрадиционных источников энергии.

Цель работы:

Выявление способов получения электроэнергии из растений и экспериментальное подтверждение некоторых из них.

Изучить и проанализировать научную и учебную литературу об источниках электрического тока.
Ознакомиться с ходом работы по получению электрического тока из растений.
Доказать, что в растениях есть электричество.
Сформулировать направления полезного использования получившихся результатов.

Анализ литературы
Экспериментальный метод
Метод сравнения

Введение

Наша работа посвящена необычным источникам энергии.

В окружающем нас мире очень важную роль играют химические источники тока. Они используются в мобильных телефонах и космических кораблях, в крылатых ракетах и ноутбуках, в автомобилях, фонариках и обыкновенных игрушках. Мы каждый день сталкиваемся с батарейками, аккумуляторами, топливными элементами.

Современная жизнь просто немыслима без электричества - только представьте существование человечества без современной бытовой техники, аудио- и видеоаппаратуры, вечера со свечой и лучиной.

Живые электростанции

Самые сильные разряды производит южно американский электрический угорь. Они достигают 500-600 вольт. Такое напряжение способно свалить с ног лошадь. Угорь создает особенно сильное напряжение тока, когда изогнется дугой так, что жертва находится между его хвостом и головой: получается замкнутое электрическое кольцо .

Живые электростанции

Скаты являются живыми электростанциями, вырабатывающими напряжение около 50-60 вольт и дающими разрядный ток 10 ампер.

Все рыбы, дающие электрические разряды, используют для этого специальные электрические органы.

Кое – что об электрических рыбах

Рыбы используют разряды:

чтобы освещать свой путь;
для защиты, нападения и оглушения жертвы;
передают сигналы друг другу и обнаруживают заранее препятствия.

Нетрадиционные источники тока

Кроме традиционных источников тока существует множество нетрадиционных. Оказывается, электричество можно практически получать из всего, что угодно.

Эксперимент:

Электроэнергию можно получить из некоторых фруктов и овощей. Электрический ток можно получить из лимона, яблок и самое интересное, из обычного картофеля. Я провела опыты с этими плодами и действительно получила ток.

В результате проделанной работы:
1. Я изучила и проанализировала научную и учебную литературу об источниках электрического тока.
2.Познакомилась с ходом работы по получению электрического тока из растений.
3. Доказала, что в плодах различных фруктов и овощей есть электричество и получила необычные источники тока.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ:

Для достижения цели моей работы решены все поставленные задачи исследования. Анализ научной и учебной литературы позволил сделать вывод о том, что вокруг нас очень много предметов, которые могут служить источниками электрического тока.

С помощью опытов показала, что можно получить электроэнергию из некоторых плодов, конечно, это небольшой ток, но сам факт его наличия дает надежду, что в последующем такие источники можно будет использовать в своих целях (зарядить мобильный телефон и др.). Такие батареи могут использовать жители сельских районов страны, которые могут сами заготавливать фруктово-овощные ингредиенты для подзарядки биобатареек. Использованный состав батареек не загрязняет окружающую среду, как гальванические (химические) элементы, и не требует отдельной утилизации в отведенных местах.

Знали ли Вы, что некоторые растения используют электричество, а некоторые виды рыб ориентируются в пространстве и оглушают добычу с помощью электрических органов?

: В издании «Nature» шла речь о том, как в растениях передаются электрические импульсы. В качестве ярких примеров на ум сразу приходят венерина мухоловка и мимоза стыдливая, у которых движение листьев вызывается электричеством. Но существуют и другие примеры.

«Нервная система млекопитающих передает электрические сигналы со скоростью до 100 метров в секунду. Растения живут в более медленном режиме. И хотя у них нет нервной системы, некоторые растения, такие как мимоза стыдливая (Mimosa pudica ) и венерика мухоловка (Dionaea muscipula ), используют электросигналы, провоцирующие быстрое движение листьев. Передача сигнала в этих растениях достигает скорости 3 см в секунду - и эта скорость сопоставима со скоростью нервных импульсов в мышцах . На странице 422 данного выпуска , автор Мусави и его коллеги исследуют интересный и не до конца понятный вопрос о том, как растения генерируют и передают электрические сигналы . Авторы называют два протеина, схожих с глутаматными рецепторами, которые являются важнейшими компонентами процесса индукции электрической волны, провоцируемой ранением листа. Она распространяется на соседние органы, заставляя их усиливать защитные реакции в ответ на потенциальную атаку травоядных».

Кто бы мог подумать, что, срезая лист, можно спровоцировать электрический сигнал? Эксперименты над растением резуховидка Таля продемонстрировали отсутствие реакции при воздействии на лист , однако при поедании листа возникал электрический сигнал, распространяющийся со скоростью 9 см в минуту.

«Передача электрического сигнала была наиболее эффективна в листьях, расположенных непосредственно над или под раненным листом, - отмечается в статье. – Эти листья соединены между собой сосудистым руслом растения, по которому передается вода и органические компоненты, а также отлично передаются сигналы на дальние расстояния» . Полученный сигнал включают в гене защитные компоненты. «Эти невероятные наблюдения отчетливо демонстрируют, что генерация и передача электрического сигнала играет важнейшую роль в инициации защитных реакций в отдаленных объектах при нападении травоядных».

Авторы оригинальной статьи не затрагивали тему эволюции, если не считать предположения о том, что «глубоко законсервированная функция этих генов, возможно , является связующим звеном между восприятием повреждений и периферийными защитными реакциями». Если это так, что эта функция, должно быть «существовала еще до расхождения в развитии животных и растений».

Электрические рыбки : Два новых вида электрических рыб были найдены в бассейне реки Амазонка, однако они оснащены электричеством по-разному. Одна из них, как и большинство остальных электрических рыб, двухфазна (или является источником переменного тока), а другая – монофазна (является источником постоянного тока). В одной из статей издания «Science Daily» рассматривались эволюционные причины, по которым это устроено именно так, и интересно то, что «эти хрупкие рыбки производят импульсы всего в несколько сотен милливольт с помощью органа, который немного выступает из волокнистого хвоста». Этот импульс слишком слаб, чтобы убить жертву, как это делает знаменитый электрический угорь, однако эти импульсы читаются представителями других видов, и используются представителями противоположного пола для общения. Рыбки используют их для «электролокации» в сложной водной среде ночью» . Что касается их эволюции, то эти две рыбы настолько похожи, что их относят к одному виду, и единственным различием является разница в электрической фазе их сигналов.

Существует огромное количество способов получать информацию об окружающем мире: прикосновение, взгляд, звук, запах, а теперь еще и электричество. Мир живой природы – это чудо общения между отдельными организмами и их окружением. Каждый орган чувств тонко сконструирован и несет огромную пользу для организма. Утонченные системы не являются результатом слепых неконтролируемых процессов. Мы верим, что если рассматривать их, как системы, созданные в соответствии с разумным замыслом, это ускорит процесс исследования, поможет искать понимания высшего замысла и имитировать их, чтобы усовершенствовать сферу инженерии. А настоящим препятствием в развитии науки является такое предположение: «О, этот организм эволюционировал только потому, что он эволюционировал». Это усыпляющий подход, обладающий снотворным воздействием.

Человечество пыталось логично объяснить различные электрические явления, примеры которых они наблюдали в природе. Так, в древности молнии считались верным признаком гнева богов, средневековые мореплаватели блаженно трепетали перед огнями святого Эльма, а наши современники чрезвычайно боятся встречи с шаровыми молниями.

Всё это - электрические явления. В природе всё, даже мы с вами, несёт в себе Если объекты с большими зарядами разной полярности сближаются, то возникает физическое взаимодействие, видимым результатом которого становится окрашенный, как правило, в жёлтый или фиолетовый цвет поток холодной плазмы между ними. Её течение прекращается, как только заряды в обоих телах уравновешиваются.

Самые распространённые электрические явления в природе - молнии. Ежесекундно в поверхность Земли их ударяет несколько сотен. Молнии выбирают своей целью, как правило, отдельностоящие высокие объекты, поскольку, согласно физическим законам, для передачи сильного заряда требуется кратчайшее расстояние между грозовым облаком и поверхностью Земли. Чтобы обезопасить здания от попадания в них молний, их хозяева устанавливают на крышах громоотводы, которые представляют собой высокие металлические конструкции с заземлением, что при попадании молний позволяет отводить весь разряд в почву.

Ещё одно электрическое явление, природа которого очень долгое время оставалась неясной. Имели с ним дело в основном моряки. Проявляли огни себя следующим образом: при попадании корабля в грозу вершины его мачт начинали полыхать ярким пламенем. Объяснение явлению оказалось очень простым - основополагающую роль играло высокое напряжение электромагнитного поля, что всякий раз наблюдается перед началом грозы. Но не только моряки могут иметь дело с огнями. Пилоты крупных авиалайнеров также сталкивались с этим явлением, когда пролетали сквозь облака пепла, подброшенного в небо извержениями вулканов. Огни возникают от трения частиц пепла об обшивку.

И молнии, и огни святого Эльма - это электрические явления, которые видели многие, а вот с столкнуться удавалось далеко не каждому. Их природа так и не изучена до конца. Обычно очевидцы описывают шаровую молнию как яркое светящееся образование шарообразной формы, хаотично перемещающееся в пространстве. Три года назад была выдвинута теория, которая поставила под сомнение реальность их существования. Если ранее считалось, что разнообразные шаровые молнии - это электрические явления, то теория предположила, что они являются не чем иным, как галлюцинациями.

Есть ещё одно явление, имеющее электромагнитную природу - северное сияние. Оно возникает вследствие воздействия солнечного ветра на верхние Северное сияние похоже на всполохи самых разных цветов и фиксируется, как правило, в довольно высоких широтах. Есть, конечно, и исключения - если достаточно высока, то сияние могут видеть в небе и жители умеренных широт.

Электрические явления являются довольно интересным объектом исследования для физиков по всей планете, так как большинство из них требует подробного обоснования и серьёзного изучения.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Электричество

2. История

4. Электричество в природе

1. Электричество

Электричество - совокупность явлений, обусловленных существованием, взаимодействием и движением электрических зарядов. Термин введён английским естествоиспытателем Уильямом Гилбертом в его сочинении «О магните, магнитных телах и о большом магните -- Земле» (1600 год), в котором объясняется действие магнитного компаса и описываются некоторые опыты с наэлектризованными телами. Он установил, что свойством наэлектризовываться обладают и другие вещества.

2. История

Одним из первых электричество привлекло внимание греческого философа Фалеса в VII веке до н. э., который обнаружил, что потёртый о шерсть янтарь (др.-греч.?лекфспн: электрон) приобретает свойства притягивать легкие предметы. Однако долгое время знание об электричестве не шло дальше этого представления. В 1600 году появился сам термин электричество («янтарность»), а в 1663 году магдебургский бургомистр Отто фон Герике создал электростатическую машину в виде насаженного на металлический стержень серного шара, которая позволила наблюдать не только эффект притягивания, но и эффект отталкивания. В 1729 годуангличанин Стивен Грей провел опыты по передаче электричества на расстояние, обнаружив, что не все материалы одинаково передают электричество. В 1733 году француз Шарль Дюфе установил существование двух типов электричества стеклянного и смоляного, которые выявлялись при трении стекла о шелк и смолы о шерсть. В 1745 г. голландец Питер ван Мушенбрук создает первый электрический конденсатор -- Лейденская банка.

Первую теорию электричества создает американец Б. Франклин, который рассматривает электричество как «нематериальную жидкость», флюид («Опыты и наблюдения над электричеством», 1747 год). Он также вводит понятие положительного и отрицательного заряда, изобретает молниеотвод и с его помощью доказывает электрическую природу молний. Изучение электричества переходит в категорию точной науки после открытия в 1785 году Закона Кулона.

Далее, в 1791 году, итальянец Гальвани публикует «Трактат о силах электричества при мышечном движении», в котором описывает наличие электрического тока в мышцах животных. Другой итальянец Вольта в 1800 году изобретает первый источник постоянного тока -- гальванический элемент, представляющий собой столб из цинковых и серебряных кружочков, разделенных смоченной в подсоленной воде бумагой. В 1802 г. Василий Петров обнаружил вольтову дугу.

Майкл Фарадей -- основоположник учения об электромагнитном поле

В 1820 году датский физик Эрстед на опыте обнаружил электромагнитное взаимодействие. Замыкая и размыкая цепь с током, он увидел колебания стрелки компаса, расположенной вблизи проводника. Французский физик Ампер в 1821 году установил, что связь электричества и магнетизма наблюдается только в случае электрического тока и отсутствует в случае статического электричества. Работы Джоуля, Ленца, Ома расширяют понимание электричества. Гаусс формулирует основную теорему теории электростатического поля (1830).

Опираясь на исследования Эрстеда и Ампера, Фарадей открывает явление электромагнитной индукции в 1831 году и создает на его основе первый в мире генератор электроэнергии, вдвигая в катушку намагниченный сердечник и фиксируя возникновение тока в витках катушки. Фарадей открывает электромагнитную индукцию (1831) и законы электролиза (1834), вводит понятиеэлектрического и магнитного полей. Анализ явления электролиза привел Фарадея к мысли, что носителем электрических сил являются не какие-либо электрические жидкости, а атомы -- частицы материи. «Атомы материи каким-то образом одарены электрическими силами», -- утверждает он. Фарадеевские исследования электролиза сыграли принципиальную роль в становлении электронной теории. Фарадей создал и первый в мире электродвигатель -- проволочка с током, вращающаяся вокруг магнита. Венцом исследований электромагнетизма явилась разработка английским физиком Д. К. Максвеллом теории электромагнитных явлений. Он вывел уравнения, связывающие воедино электрические и магнитные характеристики поля в1873 году.

В 1880 году Пьер Кюри открывает пьезоэлектричество. В том же году Д. А. Лачинов показал условия передачи электроэнергии на большие расстояния. Герц экспериментально регистрирует электромагнитные волны (1888 год).

В 1897 году Джозеф Томсон открывает материальный носитель электричества -- электрон, место которого в структуре атома указал впоследствии Эрнест Резерфорд.

В XX веке была создана теория Квантовой электродинамики. В 1967 году был сделан очередной шаг на пути изучения электричества. С. Вайнберг, А. Салам и Ш. Глэшоу создали объединенную теорию электрослабых взаимодействий.

Электрический заряд -- это свойство тел (количественно характеризуемое физической величиной того же названия), проявляющееся, прежде всего, в способности создавать вокруг себя электрическое поле и посредством него оказывать воздействие на другие заряженные (то есть обладающие электрическим зарядом) тела. Электрические заряды разделяют на положительные и отрицательные (выбор, какой именно заряд назвать положительным, а какой отрицательным, считается в науке чисто условным, однако этот выбор уже исторически сделан и теперь -- хоть и условно -- за каждым из зарядов закреплен вполне определенный знак). Тела, заряженные зарядом одного знака, отталкиваются, а противоположно заряженные -- притягиваются. При движении заряженных тел (как макроскопических тел, так и микроскопических заряженных частиц, переносящих электрический ток в проводниках) возникает магнитное поле и имеют, таким образом, место явления, позволяющие установить родство электричества и магнетизма (электромагнетизм) (Эрстед, Фарадей, Максвелл). В структуре материи электрический заряд как свойство тел восходит к заряженным элементарным частицам, например, электрон имеет отрицательный заряд, а протон и позитрон -- положительный.

Наиболее общая фундаментальная наука, имеющая предметом электрические заряды, их взаимодействие и поля, ими порождаемые и действующие на них (то есть практически полностью покрывающая тему электричества, за исключением таких деталей, как электрические свойства конкретных веществ, как тоэлектропроводность (и т. п.) -- это электродинамика. Квантовые свойства электромагнитных полей, заряженных частиц (и т. п.) изучаются наиболее глубококвантовой электродинамикой, хотя часть из них может быть объяснена более простыми квантовыми теориями.

4. Электричество в природе

Ярким проявлением электричества в природе служат молнии, электрическая природа которых была установлена в XVIII веке. Молнии издавна вызывали лесные пожары. По одной из версий, именно молнии привели к первоначальному синтезу аминокислот и появлению жизни на земле (Эксперимент Миллера -- Юри и Теория Опарина -- Холдейна).

Для процессов в нервной системе человека и животных решающее значение имеет зависимость пропускной способности клеточной мембраны для ионов натрия от потенциала внутриклеточной среды. После повышения напряжения на клеточной мембране натриевый канал открывается на время порядка 0,1 -- 1,0 мс., что приводит к скачкообразному росту напряжения, затем разность потенциалов на мембране снова возвращается к своему первоначальному значению. Описанный процесс кратко называется нервным импульсом. В нервной системе животных и человека информацию от одной клетки к другой передают нервные импульсы возбуждения длительностью около 1 мс. Нервное волокно представляет собой цилиндр, наполненный электролитом. Сигнал возбуждения передается без уменьшения амплитуды вследствие эффекта кратковременного увеличения проницаемости мембраны для ионов натрия.

Многие рыбы используют электричество для защиты и поиска добычи под водой. Разряды напряжения южно-американского электрического угря могут достигать величины напряжения в 500 вольт. Мощность разрядов электрического ската может достигать 0,5 кВт. Акулы, миноги, некоторые сомообразные используют электричество для поиска добычи. Электрический орган рыб работает с частотой несколько сотен герц и создает напряжение в несколько вольт. Электрическое поле улавливается электрорецепторами. Находящиеся в воде предметы искажают электрическое поле. По этим искажениям рыбы легко ориентируются в мутной воде.

5. Образ электричества в культуре

В мифологии существуют боги, способные метать разряды молнии: у греков Зевс, Юпитер, Волгенче из марийского пантеона, Агни -- бог индусов, одна из форм которого -- молния, Перун -- бог-громовержец в древнерусском пантеоне, Тор -- бог грома и бури в германо-скандинавской мифологии.

Одной из первых попыталась осмыслить образ электричества Мэри Шелли в драме «Франкенштейн, или Современный Прометей», где оно предстает силой, с помощью которой можно оживлять трупы. В диснеевском мультфильме Чёрный Плащ существует повелевающий электричеством антигерой Мегавольт, а в японской анимации и играх -- электрические покемоны (самый известный из которых Пикачу).

6. Производство и практическое использование

фарадей электричество природа заряд

Генерирование и передача

Ранние эксперименты эпохи античности, такие, как опыты Фалеса с янтарными палочками, были фактически первыми попытками изучения вопросов, связанных с производством электрической энергии. Этот метод в настоящее время известен как трибоэлектрический эффект, и хотя с его помощью можно притягивать легкие предметы и порождать искры, в сущности он чрезвычайно малоэффективен. Функциональный источник электричества появился только в XVIII веке, когда было изобретено первое устройство для его получения -- вольтов столб. Он и его современный вариант, электрическая батарея, являются химическими источниками электрического тока: в основе их работы лежит взаимодействие веществ в электролите. Батарея дает возможность получить электричество в случае необходимости, является многофункциональным и широко распространенным источником питания, который хорошо подходит для применения в различных условиях и ситуациях, однако ее запас энергии конечен, и после истощения последнего батарея нуждается в замене или перезарядке. Для удовлетворения более существенных потребностей в большем ее объеме электрическая энергия должна непрерывно генерироваться и передаваться по линиям электропередач.

Обычно для ее порождения применяются электромеханические генераторы, приводимые в действие либо за счет сжигания ископаемого топлива, либо с использованием энергии от ядерных реакций, либо посредством силы воздушных или водных течений. Современная паровая турбина, изобретенная Ч. Парсонсом в1884 году, в настоящее время генерирует примерно 80 % всего электричества в мире, используя те или иные источники нагрева. Эти устройства более не напоминают униполярный дисковый генератор Фарадея, созданный им в 1831 году, однако в их основе по-прежнему лежит открытый им принцип электромагнитной индукции -- возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него. Ближе к концу XIX века был изобретен трансформатор, что позволило более эффективно передавать электроэнергию при более высоком напряжении и меньшей силе тока. В свою очередь, эффективность передачи энергии обусловливала возможность генерировать электричество на централизованных электростанциях с выгодой для последних и затем перенаправлять его на довольно протяженные дистанции к конечным потребителям.

Получение электричества из кинетической энергии ветра набирает популярность во многих странах мира

Поскольку электроэнергию затруднительно хранить в таких количествах, которые были бы достаточны в масштабах государства, необходимо соблюдать баланс: генерировать ровно столько электричества, сколько потребляется пользователями. Для этого энергетическим компаниям необходимо тщательно прогнозировать нагрузку и постоянно координировать производственный процесс со своими электростанциями. Некоторое количество мощностей при этом держится в резерве, чтобы в случае возникновения тех или иных проблем или потерь энергии подстраховывать электросети.

По мере того, как идет модернизация и развивается экономика того или иного государства, спрос на электричество быстро возрастает. В частности, для Соединенных Штатов этот показатель составил 12 % роста в год на протяжении первой трети XX века, а в настоящее время аналогичный прогресс наблюдается у таких интенсивно развивающихся экономик, как Китай и Индия. Исторически рост потребности в электричестве опережает аналогичные показатели для других видов энергоносителей. Следует также заметить, что беспокойство по поводу влияния производств электроэнергии на окружающую среду привело к сосредоточению внимания на генерировании электричества посредством возобновляемых источников -- в особенности за счет энергии ветра и воды.

Применение

Электрическая лампа

Использование электричества обеспечивает довольно удобный способ передачи энергии, и в силу этого оно было адаптировано для существенного и по сей день растущего спектра практических приложений. Одним из первых общедоступных способов применения электричества было освещение; условия для этого оказались созданы после изобретения лампы накаливания в 1870-х годах. Хотя с электрификацией были сопряжены свои риски, замена открытого огня на электрическое освещение в значительной степени сократило количество возгораний в быту и на производстве.

В целом, начиная с XIX века, электричество плотно входит в жизнь современной цивилизации. Электричество используют не только для освещения, но и для передачи информации (телеграф, телефон, радио, телевидение), а также для приведения механизмов в движение (электродвигатель), что активно используется на транспорте (трамвай, метро, троллейбус, электричка) и в бытовой технике (утюг, кухонный комбайн, стиральная машина, посудомоечная машина).

В целях получения электричества созданы оснащенные электрогенераторами электростанции, а для его хранения -- аккумуляторы и электрические батареи.

Сегодня также электричество используют для получения материалов (электролиз), для их обработки (сварка, сверление, резка), умерщвления преступников (электрический стул) и создания музыки (электрогитара).

Закон Джоуля-Ленца о тепловом действии электрического тока обусловливает возможности для электрического отопления помещений. Хотя такой способ довольно универсален и обеспечивает определенную степень управляемости, его можно рассматривать как излишне ресурсозатратный -- в силу того, что генерирование используемого в нем электричества уже потребовало производства тепла на электростанции. В некоторых странах, например -- в Дании, были даже приняты законодательные нормы, ограничивающие или полностью запрещающие использование электрических средств отопления в новых домах. В то же время электричество -- это практичный источник энергии для охлаждения, и одной из активно растущих областей спроса на электричество является кондиционирование воздуха.

Список используемой литературы

1. Боргман И.И.- «Электричество»

2. Матвеев А. Н.- «Электричество и магнетизм»

3. Поль Р. В.- «Учение об электричестве»

4. Тамм И. Е.- «Основы теории электричества»

5. Франклин В.- «Опыты и наблюдения над электричеством»

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Электричество - совокупность явлений, обусловленных существованием, взаимодействием и движением электрических зарядов. Открытие электричества: работы и теории естествоиспытателей Франклина, Гальвани, Вольта, Ампера, Кулона, Эрстеда, Фарадея, Гилберта.

презентация , добавлен 29.01.2014

Природа молнии и методы ее измерения. Возникновение статического электричества при накоплении неподвижных зарядов. Шаровая молния как сферический газовый разряд, возникающий при ударе обычной молнии. Проявление электрических явлений в живой природе.

реферат , добавлен 20.10.2009

Изучение биоэлектрических явлений, открытие электрогенеза. Развитие представлений о природе "животного электричества". Механизмы биоэлектрических явлений. Мембранно-ионная теория Бернштейна. Современные представления о природе биоэлектрических явлений.

реферат , добавлен 20.04.2012

История открытия и исследования электричества. Возникновение и проявление электрического заряда в природе. Движущиеся заряды. Напряжение и электрический ток. Применение электричества, возникающего в результате трения, или статическое электричество.

реферат , добавлен 08.05.2008

Научная деятельность М. Фарадея - основоположника учения об электромагнитном поле. Обнаружение химического действия электрического тока, взаимосвязи между электричеством и магнетизмом, магнетизмом и светом. Открытие явления электромагнитной индукции.

презентация , добавлен 06.04.2010

Этапы развития науки об электричестве. Теории электрических явлений. Физика и живые организмы, их связь. Электричество в различных классах живых организмах. Исследование протекания электричества в земноводных, опыты Гальвани, Александра Вольта.

реферат , добавлен 20.12.2010

Фундаментальные взаимодействия в природе, их сравнительная характеристика: гравитационное, электромагнитное. Электростатика как раздел учения об электричестве, в котором изучаются взаимодействия и свойства систем зарядов. Формулировка закона Кулона.

презентация , добавлен 22.08.2015

Сущность и физическое обоснование явления электростатического электричества, этапы его исследований. Роль Бенджамина Франклина и Кулона в развитии данной сферы знаний. Закон и формула Шарль Огюстен де Кулона, пути ее разработки и доказательство.

презентация , добавлен 29.11.2010

Вихревое электрическое поле. Интегральная форма уравнений Максвелла. Единая теория электрических и магнитных явлений. Понятие о токе смещения. Постулат Максвелла, выражающий закон создания электрических полей действием зарядов в произвольных средах.

презентация , добавлен 24.09.2013

Фундаментальные взаимодействия в природе. Взаимодействие электрических зарядов. Свойства электрического заряда. Закон сохранения электрического заряда. Формулировка закона Кулона. Векторная форма и физический смысл закона Кулона. Принцип суперпозиции.