Электрические явления в технике

Электрические явления в природе и техники

Электрические явления в живой природе

Первыми объектами, свидетельствующими о наличии электрических явлений в живой природе, были рыбы. Жители Южной Америки давно подметили, что некоторые рыбы способны наносить парализующие удары. Такими способностями обладают электрические угри, нильский электрический сом, скаты. Еще древние римляне знали, как электрические скаты добывают себе пищу: они не гоняются за добычей, не сидят в засаде, но у крабов или осьминогов, оказавшихся рядом со спокойно плывущими в воде скатами, начинаются конвульсии, и они гибнут от электрического разряда.

Почти слепой электрический угорь ориентируется и распознает предметы, испуская слабые разряды – примерно один в минуту, - создающие на короткое время электрическое поле вокруг всего его тела. Если в это поле попадает какой-нибудь объект или потенциальная жертва, рыба сразу настораживается и либо огибает препятствие , либо спешит к добыче. Электрический угорь из Амазонии – пресноводная рыба из Южной Америки. В отличие от своих мелких сородичей он достигает 2, 5 м в длину, причем четыре пятых тела приходится на электрические органы. Это одно из немногих животных , убивающих током. Он генерирует напряжение до 600 вольт , которое способно свалить с ног лошадь. Свое длинное тело он может плавно провести под корягой или среди камней, ни разу не коснувшись их.

Удивительными электрическими свойствами обладает клюв утконоса, обитателя австралийских рек. Клюв утконоса помогает животному находить корм, плавая под водой с закрытыми глазами, ушами и ноздрями. Широкий кожистый клюв этого необычного млекопитающего покрыт тысячами крошечных пор с рецепторами, они воспринимают слабые электрические поля, создаваемые мышечными сокращениями их жертвы. Водя своим чувствительным клювом по дну, утконос удовлетворяет ненасытный аппетит: ежедневно он съедает почти столько пищи, сколько весит сам. Он ощущает и более слабые электрические поля, создаваемые движениями воды через препятствия вроде камней и бревен. Это помогает утконосу ориентироваться.

Электрические явления в неживой природе

С давних пор человек наблюдал грозу, молнию, «огни святого Эльма, северное сияние. Электрическая природа молнии была раскрыта в исследованиях американского физика Б. Франклина, по идее которого был проведён опыт по извлечению электричества из грозового облака. Широко известен опыт Франклина по выяснению электрической природы молнии. В 1750 им опубликована работа, в которой описан эксперимент с использованием воздушного змея, запущенного в грозу. Средняя длина молнии 2,5 км, некоторые разряды простираются в атмосфере на расстояние до 20 км.

Наиболее часто молния возникает в кучево-дождевых облаках, тогда они называются грозовыми; иногда молния образуется в слоисто-дождевых облаках, а также при вулканических извержениях, торнадо и пылевых бурях.

Молнии — серьезная угроза для жизни людей. Поражение человека или животного молнией часто происходит на открытых пространствах т.к. электрический ток идет по кратчайшему пути "грозовое облако-земля". Часто молния попадает в деревья и трансформаторные установки на железной дороге, вызывая их возгорание. Поражение обычной молнией внутри здания невозможно, однако бытует мнение, что так называемая шаровая молния может проникать через щели и открытые окна. Обычный грозовой разряд опасен для телевизионных и радиоантенн расположенных на крышах высотных зданий, а также для сетевого оборудования.

Наша планета полна загадок и необычных явлений.

Необычные электрические явления, существующие в природе

· Вистелеры (Свистовые волны)

Вистлеры ещё называют свистящими атмосфериками или электромагнитным хором рассвета за то, что звуки, которые они производят, напоминают пение птиц ранним утром. Это почти неземные звуки, образующиеся в верхних слоях атмосферы при разрядах молний, причём их можно записать даже на простейшем радиооборудовании. Существует даже такое понятие как «охотники за вистлерами», обозначающее радиолюбителей, путешествующих на дальние расстояния в районы с минимальным наличием линий электропередач и других электромагнитных помех для того, чтобы сделать чистые звуковые записи.

· Молнии Кататумбо

Молнии Кататумбо являются самым длительным грозовым явлением на Земле. Они зафиксированы в устье реки Кататумбо (Венесуэла), а их многочасовое свечение породило немало легенд и мифов среди коренного населения. Пары метана из местных болот в сочетании с ветром со стороны Анд поднимаются в атмосферу и фактически провоцируют непрерывные удары молний. Интенсивный гром с молниями начинается сразу после наступления сумерек и продолжается около 10 часов. Сами молнии красно-оранжевого цвета можно увидеть в ясные ночи из многих стран Карибского бассейна. Это явление настолько уникально, что его собираются включить в список Всемирного наследия ЮНЕСКО.

· Грязные грозы

«Грязная гроза» – это мощное электрическое грозовое явление, формирующееся в шлейфе вулканического извержения. Что именно порождает эти массивные электрические разряды пока неизвестно, учёные предполагают, что частицы льда и пыли трутся друг о друга и вырабатывают статическое электричество, что и вызывает эти удивительные молнии необычного цвета. В течение 2011 года массовые грязные грозы наблюдались в Чили. Температура и плотность фонтанов пепла без присутствия воды, которая могла бы объяснить формирование молнии, по-прежнему делает это явление неразгаданной природной тайной.

· Триболюминесценция

Триболюминесценции – световое явление, излучаемое из кристаллического вещества при его разрушении. На сегодняшний день считается, что через это вещество проходит электрический ток и заставляет молекулы газа, находящиеся внутри кристалла, светиться. Практическое современное использование триболюминесценции включает в себя обнаружение трещин внутри зданий, а также внутри космических аппаратов, плотин и мостов. Когда наши предки обнаружили этот источник, они приписали ему божественное происхождение. Индейские шаманы наполняли церемониальные трещотки кварцевыми кристаллами, которые светились при тряске, что придавало особую атмосферу проводимым ритуалам. Кстати, вы можете пронаблюдать этот свет в домашних условиях. Положите кусочки сахара на ровную поверхность в темном помещении и раздавите их стеклянным стаканом, чтобы увидеть синеватые вспышки света.

· Шаровая молния

Оказывается, что шаровые молнии как явление стали восприниматься всерьез только в 60-х годах, хотя их появление фиксировалось постоянно в течение многих столетий. Эти странные шары могут различаться по размерам: от горошины до небольшого автобуса. Трещащие, шипящие, яркие шары возникают во время грозы, в некоторых случаях они могут спонтанно и громко взрываться. Одна из самых странных тайн шаровой молнии – это её «разумное» поведение. Она влетает в здания через дверные проемы или окна и путешествует по комнатам, огибая столы, стулья и прочие предметы. Происхождение шаровых молний до сих пор тщательно изучается, но к единому мнению учёные так ещё и не пришли.

· Огни святого Эльма

Еще во времена Колумба Огни святого Эльма считались сверхъестественным явлением. Моряки часто рассказывали о ярко-синем или фиолетовом свечении вокруг корабля. Свечение напоминало мерцающие на ветру языки пламени вокруг мачт. Внезапное появление Огней святого Эльма считалось добрым предзнаменованием, поскольку странный пучкообразный свет возникал перед окончанием мощных штормов. Наука имеет своё объяснение этому странному свечению. Разница в напряжении между воздушной атмосферой и морем вызывает ионизацию газов, которые начинают светиться. Кстати, Огни святого Эльма были также замечены на церковных шпилях, крыльях самолетов и даже рогах крупного скота.

· Северное сияние

Полярные (северные) сияния – это изумительные световые явления, возникающие в ночном небе. Аврора Бореалис в северном полушарии и Аврора Австралис в южном полушарии получили свои имена от римской богини рассвета. Они выглядят как волнистая, светящаяся завеса зелёного цвета, хотя были также зафиксированы сияния красного, розового, желтого и изредка синего цветов. Причина земных Аврор заключается в том, что заряжённые частицы, высвобождаемые из атмосферы Солнца, сталкиваются с частицами газа в атмосфере Земли, и в результате мы становимся свидетелями впечатляющего природного светового шоу.

Электрические явления в технике

Промышленные фильтры для очистки газовых выбросов от твёрдых частиц не могут уловить слишком мелкую пыль. Для этого используют электрофильтры. С заострённых концов сильно наэлектризованных электродов стекают потоки электронов, которые заряжают собой частицы пыли. Под действием электрического поля заряженные частицы пыли осаждаются на электродах с противоположным знаком заряда.

Устройство лазерного принтера основано на электрических явлениях . Когда принтер получает задание для печати, изображение с помощью лазера «рисуется» в виде положительно заряженных точек. Затем из контейнера на барабан сыплется очень мелкая сухая краска , которая прилипает только в тех местах, где есть положительно заряженные точки. С помощью специального механизма к барабану подаётся бумага, приобретая по пути отрицательный заряд. Бумага соприкасается с фотобарабаном, частицы положительно зарядившейся краски притягиваются к отрицательно заряженному листу, на котором остаётся отпечаток. Затем бумага проходит по горячему ролику, где частицы краски «вплавляются» в бумагу.

На современных автомобильных заводах кузова автомобилей окрашиваются в специальных камерах, где краска распыляется и одновременно электрически заряжается отрицательно, а затем оседает на кузове, заряженном положительно. Таким образом, процесс покраски автоматизируется, и достигается высокая равномерность окраски.

Аналогично процессу покраски автомобилей в пищевой промышленности коптят рыбу. Копчение – это процесс пропитывания продуктов дымом. Частицы дыма заряжают положительно, и они равномерно оседают на отрицательно заряженной тушке рыбы или мяса, поэтому процесс копчения происходит быстрее и качественнее.

Чтобы получить в электрическом поле слой ворса на каком-либо материале, надо материал заземлить, поверхность покрыть клеящим веществом, а затем через заряженную металлическую сетку, расположенную над этой поверхностью, пропустить порцию ворса. Ворсинки быстро ориентируются в поле и, распределяясь равномерно, оседают на клей строго перпендикулярно поверхности. Так получают покрытия, похожие на замшу или бархат. Легко получить разноцветный узор, заготовив порции разного по цвету ворса. Так можно сделать многоцветные ковры.

Если мелкие частицы одного вещества зарядить положительно, а другого — отрицательно, то легко получить их смесь, где частицы распределены равномерно. Например, на хлебозаводе теперь не приходится совершать большую механическую работу, чтобы замесить тесто. Заряженные положительно крупинки муки воздушным потоком подаются в камеру, где они встречаются с отрицательно заряженными капельками воды, содержащей дрожжи. Крупинки муки и капельки воды образуют однородное тесто.

Можно привести много других примеров полезного применения статической электризации. Основанная на этом явлении технология удобна: потоком заряженных частиц можно управлять, изменяя электрическое поле, а весь процесс легко автоматизировать.

В ситуациях, когда происходит трение соприкасающихся поверхностей, может наблюдаться явление электризации. Это очень опасно на некоторых производствах (например, мукомольные, текстильные и химические заводы), а также при изготовлении электронных приборов.

Например, кожаные или резиновые ремни, передающие вращение на мельницах электризуются, и возникающий при этом искровой разряд может вызвать взрыв мучной пыли. Во время работы ткацкого станка волокна ткани от трения приобретают разноимённые заряды, это приводит к их взаимному отталкиванию (они начинают «топорщиться»), что значительно затрудняет работу на станке. Кроме того, наэлектризованная ткань притягивает частицы пыли из воздуха, поэтому ткань в процессе выработки сильно загрязняется.

Во время сбора электронных приборов некоторые элементы, чувствительные к статическому электричеству (например, микросхемы), могут быть повреждены. Поэтому сотрудники, занимающиеся монтажом электронных микросхем, обязаны одевать специальные браслеты с проводом, подключаемым к заземлению.

Во время полёта из-за трения о воздух электризуются самолёты. Поэтому после посадки нельзя сразу же к самолёту приставлять металлический трап: может возникнуть электрическая искра и, как следствие, пожар. Сначала самолёт разряжают: опускают с него на землю металлический трос, соединённый с корпусом самолёта, и электрические заряды уходят в землю.

Похожие меры предосторожности используются и в автомобилях: к корпусу бензовоза прикрепляется металлическая цепь, которая волочится по земле, отводя в неё накапливающиеся заряды. При сливе топлива или заправке любой бензовоз обязательно подключают к заземлению металлическим тросом.

Чтобы нейтрализовать вредное действие статического электричества: на производстве заземляют станки и машины, увлажняют воздух, используют специальные нейтрализаторы зарядов; дома увлажняют помещения, используют специальные добавки к воде при мытье полов, антистатик для одежды.

Дата добавления: 2021-07-19; просмотров: 1182; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!