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.

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».

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 .

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.

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

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.

Современную жизнь невозможно представить без электричества, этот тип энергии используется человечеством наиболее полно. Однако далеко не все взрослые люди способны вспомнить из школьного курса физики определение электрического тока (это направленный поток протекания элементарных частиц, имеющих заряд), совсем мало кто понимает, что же это такое.

Что такое электричество

Наличие электричества как явления объясняется одним из главных свойств физической материи – способностью обладать электрическим зарядом. Они бывают положительными и отрицательными, при этом объекты, обладающие разнополюсными знаками, притягиваются друг к другу, а «равнозначные», наоборот, отталкиваются. Движущиеся частицы также являются источником возникновения магнитного поля, что лишний раз доказывает связь между электричеством и магнетизмом.

На атомарном уровне существование электричества можно объяснить следующим образом. Молекулы, из которых состоят все тела, содержат атомы, составленные из ядер и электронов, циркулирующих вокруг них. Эти электроны могут при определенных условиях отрываться от «материнских» ядер и переходить на другие орбиты. Вследствие этого некоторые атомы становятся «недоукомплектованными» электронами, а у некоторых их в избытке.

Поскольку природа электронов такова, что они текут туда, где их не хватает, постоянное перемещение электронов от одного вещества к другому и составляет электрический ток (от слова «течь»). Известно, что электричество имеет направление от полюса «минус» к полюсу «плюс». Поэтому вещество с нехваткой электронов считается заряженным положительно, а с переизбытком – отрицательно, и именуется оно «ионами». Если речь идет о контактах электрических проводов, то положительно заряженный называется «нулевой», а отрицательно – «фаза».

В разных веществах расстояние между атомами различно. Если они очень маленькие, электронные оболочки буквально касаются друг друга, поэтому электроны легко и быстро переходят от одного ядра к другому и обратно, чем создается движение электрического тока. Такие вещества, например, как металлы, называются проводниками.

В других веществах межатомные расстояния относительно велики, поэтому они являются диэлектриками, т.е. не проводят электричество. Прежде всего, это резина.

Дополнительная информация . При испускании ядрами вещества электронов и их движении происходит образование энергии, которая прогревает проводник. Такое свойство электричества называется «мощность», измеряется она в ваттах. Также эту энергию можно преобразовывать в световую или другой вид.

Для непрерывного течения электричества по сети потенциалы на конечных точках проводников (от линий ЛЭП до домовой электропроводки) должны быть разными.

История открытия электричества

Что такое электричество, откуда оно берется, и прочие его характеристики фундаментально изучает наука термодинамика с сопредельными науками: квантовой термодинамикой и электроникой.

Сказать, что какой-либо ученый изобрел электрический ток, было бы неверным, ибо с древних времен много исследователей и ученых занимались его изучением. Сам термин «электричество» ввел в обиход греческий ученый-математик Фалес, это слово означает «янтарь», поскольку именно в опытах с янтарной палочкой и шерстью Фалесу получилось выработать статическое электричество и описать это явление.

Римлянин Плиний также занимался исследованием электрических свойств смолы, а Аристотель изучал электрических угрей.

В более позднее время первым, кто досконально стал изучать свойства электрического тока, стал В. Жильбер, врач английской королевы. Немецкий бургомистр из Магдебурга О.ф Герике считается создателем первой лампочки из натертого серного шарика. А великий Ньютон вывел доказательство существования статического электричества.

В самом начале 18 века английский физик С. Грей поделил вещества на проводники и непроводники, а голландским учёным Питером ван Мушенбруком была изобретена лейденская банка, способная накапливать электрический заряд, т. е. это был первый конденсатор. Американский ученый и политический деятель Б. Франклин впервые в научных терминах вывел теорию электричества.

Все 18 столетие было богатым на открытия в сфере электричества: установлена электрическая природа молнии, сконструировано искусственное магнитное поле, выявлено существование двух видов зарядов («плюс» и «минус») и, как следствие, двух полюсов (естествоиспытатель из США Р. Симмер), Кулоном открыт закон взаимодействия между точечными электрозарядами.

В следующем веке изобретены батарейки (итальянский ученый Вольта), дуговая лампа (англичанин Дейви), а также прототип первой динамо-машины. 1820 год считается годом зарождения электродинамической науки, сделал это француз Ампер, за что его имя присвоили единице для показаний силы электротока, а шотландец Максвелл вывел световую теорию электромагнетизма. Россиянин Лодыгин изобрел лампу накаливания, имеющую стержень из угля, – прародитель современных лампочек. Чуть более ста лет назад была изобретена неоновая лампа (французский ученый Жорж Клод).

И по сей день исследования и открытия в области электричества продолжаются, например, теория квантовой электродинамики и взаимодействия слабых электрических волн. Среди всех ученых, занимавшихся исследованием электричества, особое место принадлежит Николе Тесла –многие его изобретения и теории о том, как работает электричество, до сих пор не оценены по достоинству.

Природное электричество

Долгое время считалось, что электричества «самого по себе» не существует в природе. Это заблуждение развеял Б. Франклин, который доказал электрическую природу молний. Именно они, по одной из версий ученых, способствовали синтезу первых аминокислот на Земле.

Внутри живых организмов также вырабатывается электричество, которое порождает нервные импульсы, обеспечивающие двигательные, дыхательные и другие жизненно необходимые функции.

Интересно. Многие ученые считают человеческое тело автономной электрической системой, которая наделена функциями саморегуляции.

У представителей животного мира тоже имеется свое электричество. Например, некоторые породы рыб (угри, миноги, скаты, удильщики и другие) используют его для защиты, охоты, добывания пищи и ориентации в подводном пространстве. Особый орган в теле этих рыб вырабатывает электроэнергию и накапливает ее, как в конденсаторе, его частота – сотни герц, а напряжение – 4-5 вольт.

Получение и использование электричества

Электричество в наше время – это основа комфортной жизни, поэтому человечество нуждается в его постоянной выработке. Для этих целей возводятся различного рода электростанции (гидроэлектростанции, тепловые, атомные, ветровые, приливные и солнечные), способные с помощью генераторов вырабатывать мегаватты электричества. В основе этого процесса лежит преобразование механической (энергия падающей воды на ГЭС), тепловой (сжигание углеродного топлива – каменного и бурого угля, торфа на ТЭЦ) или межатомной энергии (атомного распада радиоактивных урана и плутония на АЭС) в электрическую.

Много научных исследований посвящено электрическим силам Земли, все они стремятся использовать атмосферное электричество для блага человечества – выработки электроэнергии.

Учеными предложено множество любопытных устройств генераторов тока, которые дают возможность добывать электричество из магнита. Они используют способности постоянных магнитов совершать полезную работу в виде крутящего момента. Он возникает в результате отталкивания между одноименно заряженными магнитными полями на статорном и роторном устройствах.

Электричество популярнее всех остальных источников энергии, поскольку обладает множеством преимуществ:

• легкое перемещение до потребителя;
• быстрый перевод в тепловой или механический вид энергии;
• возможны новые области его применения (электромобили);
• открытие все новых свойств (сверхпроводимость).

Электричество – это движение разнозаряженных ионов внутри проводника. Это большой подарок от природы, который люди познают с давних времен, и процесс этот еще не закончен, хотя человечество уже научилось добывать его в огромных объемах. Электричество играет огромную роль в развитии современного общества. Можно сказать, что без него жизнь большинства наших современников просто остановится, ведь недаром при отключении электричества люди говорят, что «отключили свет».

Видео