Номер 4, страница 214 - гдз по физике 8 класс учебник Хижнякова, Синявина

Примерные темы учебных проектов. III. Практические приложения физических знаний - номер 4, страница 214.

Условие.

• Виды самостоятельного разряда и их применение в технике.

Решение.

Виды самостоятельного разряда и их применение в технике.

Самостоятельный электрический разряд — это процесс протекания электрического тока через газ, который поддерживается сам по себе, без необходимости во внешнем источнике ионизации (например, ультрафиолетового излучения или нагревания). Существует несколько основных видов такого разряда, различающихся условиями возникновения, внешним видом и свойствами.

1. Тлеющий разряд.
Возникает при низких давлениях газа и относительно невысоких напряжениях. Характеризуется неравномерным свечением, которое заполняет значительную часть разрядного промежутка, при этом сам газ почти не нагревается.
Применение:
- Люминесцентные лампы (лампы дневного света): разряд в парах ртути создает невидимое ультрафиолетовое излучение, которое заставляет светиться люминофор, нанесенный на внутренние стенки трубки.
- Газосветные рекламные трубки (например, неоновые вывески), где цвет свечения зависит от рода газа.
- Газовые лазеры (например, гелий-неоновый лазер).
- Плазменные панели телевизоров и мониторов.
- Индикаторные лампочки (неоновые лампы) и газоразрядные стабилизаторы напряжения (стабилитроны).

2. Дуговой разряд.
Характеризуется очень высокой плотностью тока и низким напряжением между электродами. Возникает, как правило, при атмосферном давлении. Сопровождается выделением большого количества теплоты (температура плазмы достигает 5000–7000 К) и очень ярким свечением. Разряд поддерживается за счет интенсивной термоэлектронной эмиссии — испускания электронов с раскаленного катода.
Применение:
- Электрическая сварка и резка металлов, где высокая температура дуги плавит металл.
- Дуговые сталеплавильные печи в металлургии.
- Мощные источники света: дуговые лампы в прожекторах, кинопроекторах, уличных фонарях (ртутные, натриевые лампы высокой интенсивности).
- Плазмотроны для нанесения износостойких покрытий и обработки материалов.

3. Искровой разряд.
Возникает при высоких напряжениях и давлении, близком к атмосферному. Имеет вид прерывистого, ярко светящегося и разветвленного канала плазмы, который существует очень короткое время (микросекунды). Сопровождается характерным звуком (треском) из-за резкого расширения нагретого газа в канале искры.
Применение:
- Системы зажигания в двигателях внутреннего сгорания (свечи зажигания воспламеняют топливно-воздушную смесь).
- Электроэрозионная обработка (электроискровая) для изготовления деталей сложной формы из твердых и тугоплавких материалов.
- Разрядники для защиты линий электропередач и электрооборудования от перенапряжений, вызванных ударами молнии.
- Устройства для поджигания газа в бытовых плитах и водонагревательных котлах (пьезозажигалки).

4. Коронный разряд.
Возникает в сильно неоднородных электрических полях вблизи электродов с очень малой кривизной поверхности (острия, тонкие провода) при высоком напряжении. Имеет вид слабого голубоватого или фиолетового свечения (короны) вокруг такого электрода. Ток при коронном разряде невелик.
Применение:
- Электрофильтры для очистки промышленных газов от частиц пыли и дыма (частицы заряжаются в поле короны и осаждаются на электродах).
- Счетчики Гейгера-Мюллера для регистрации ионизирующих излучений.
- Озонаторы для получения озона (используется для обеззараживания воздуха и воды).
- Лазерные принтеры и копировальные аппараты (ксероксы) для зарядки фоточувствительного барабана.

Ответ: Основные виды самостоятельного разряда — тлеющий, дуговой, искровой и коронный. Тлеющий разряд используется в люминесцентных лампах и газовых лазерах. Дуговой — в электросварке, дуговых печах и мощных источниках света. Искровой — в системах зажигания ДВС и для защиты ЛЭП. Коронный — в электрофильтрах, счетчиках Гейгера и копировальной технике.

Электрические разряды в природе. Меры предосторожности.

Электрические разряды являются распространенным природным явлением, а их проявления могут быть как красивыми, так и чрезвычайно опасными.

Электрические разряды в природе:
- Молния: это гигантский искровой разряд в атмосфере. Он может возникать между грозовыми облаками, внутри одного облака или между облаком и земной поверхностью. Молния возникает из-за накопления и разделения огромных электрических зарядов в облаках в результате конвекции и трения частиц льда и воды.
- Огни Святого Эльма: это форма коронного разряда. Наблюдается как светящиеся кисточки или пучки света на острых концах высоких предметов (мачты кораблей, шпили зданий, законцовки крыльев самолетов) во время грозы или сильной метели. Это явление безвредно.
- Шаровая молния: редкое и до конца не изученное явление, которое обычно описывают как светящийся плазменный шар, свободно перемещающийся в воздухе. Его природа до сих пор является предметом научных споров.
- Полярное (северное) сияние: это свечение верхних разреженных слоев атмосферы, вызванное их ионизацией заряженными частицами солнечного ветра, которые проникают в атмосферу вдоль силовых линий магнитного поля Земли. По механизму свечения атомов газа оно напоминает тлеющий разряд.

Меры предосторожности во время грозы:
- В помещении: следует закрыть окна, двери и дымоходы. Необходимо отключить от сети все электроприборы, так как скачок напряжения при ударе молнии в ЛЭП может их повредить. Не стоит пользоваться проводным телефоном и находиться рядом с окнами, трубами и другими металлическими коммуникациями.
- На открытой местности: нужно избегать открытых пространств и возвышенностей. Категорически нельзя прятаться под высокими, одиноко стоящими деревьями, так как они являются естественными громоотводами. Наиболее безопасным местом будет низина или овраг. Нужно сесть на корточки, сгруппировавшись и опустив голову.
- У водоема: необходимо немедленно выйти из воды и отойти от берега. Вода является хорошим проводником электричества, и разряд молнии, ударившей в воду, может распространиться на десятки метров.
- В автомобиле: находиться в машине во время грозы безопасно. Ее металлический корпус образует "клетку Фарадея", которая защищает людей внутри от удара молнии. Рекомендуется остановить автомобиль, закрыть окна и опустить радиоантенну.

Ответ: В природе наблюдаются такие электрические разряды, как молния (искровой), огни Святого Эльма (коронный), шаровая молния и полярные сияния (напоминают тлеющий разряд). Основной мерой предосторожности во время грозы является поиск безопасного укрытия (здание, автомобиль), а также избегание открытых пространств, высоких объектов (особенно деревьев) и водоемов.