Творческое задание, страница 158 - гдз по физике 8 класс учебник Закирова, Аширов

Подготовьте сообщение по темам (на выбор):

1. «Действие тока на организм человека».

2. «Электрические рыбы».

3. «Все о молниях».

1. «Действие тока на организм человека»

Электрический ток, проходя через тело человека, оказывает сложное воздействие, которое может привести к серьезным травмам и даже смерти. Характер и степень поражения зависят от множества факторов. Основные виды воздействия тока на организм — термическое, электролитическое и биологическое.

Термическое действие проявляется в виде ожогов. Согласно закону Джоуля-Ленца, количество теплоты $Q$, выделяемое в проводнике (в данном случае, в тканях тела), пропорционально квадрату силы тока $I$, сопротивлению $R$ и времени прохождения $t$: $Q = I^2 \cdot R \cdot t$. Это приводит как к поверхностным ожогам в местах входа и выхода тока, так и к внутренним ожогам органов, лежащих на пути тока.

Электролитическое действие связано с разложением (электролизом) жидких составляющих организма, в первую очередь крови и лимфы. Это нарушает их физико-химический состав, что негативно сказывается на функционировании тканей и органов.

Биологическое действие является наиболее опасным. Ток раздражает и возбуждает живые ткани, что приводит к непроизвольным судорожным сокращениям мышц. Особенно опасно сокращение мышц сердца и легких. Прохождение тока через область сердца может вызвать фибрилляцию — хаотичные и неэффективные сокращения сердечной мышцы, что равносильно ее остановке. Судороги дыхательных мышц могут привести к удушью.

Тяжесть поражения определяется следующими факторами:

• Сила тока: Основной поражающий фактор. Ток силой 0.5-1.5 мА ощущается человеком. При 10-15 мА возникает так называемый «неотпускающий ток» — из-за судорог человек не может самостоятельно разжать руку, держащую проводник. Ток 50-100 мА (при частоте 50 Гц) вызывает фибрилляцию желудочков сердца и является смертельным. Ток свыше 200 мА может вызвать остановку сердца и тяжелейшие ожоги.

• Напряжение и сопротивление: Согласно закону Ома ($I = U/R$), сила тока зависит от напряжения $U$ и сопротивления тела человека $R$. Сопротивление тела сильно варьируется (от 1000 Ом до 100 000 Ом) в зависимости от состояния кожи (сухая, влажная, поврежденная), площади контакта и других условий. Поэтому даже относительно низкое напряжение может быть смертельно опасным при неблагоприятных условиях (например, в сыром помещении).

• Тип тока: Переменный ток промышленной частоты (50-60 Гц) считается более опасным, чем постоянный ток того же напряжения, так как он с большей вероятностью вызывает фибрилляцию сердца. Постоянный ток опаснее при высоких напряжениях, вызывая сильные электролитические эффекты и глубокие ожоги.

• Путь тока: Наиболее опасны пути, при которых ток проходит через жизненно важные органы: «рука-рука» или «правая рука-ноги», когда ток затрагивает сердце, и «голова-ноги», поражая головной мозг.

• Время воздействия: Чем дольше человек находится под действием тока, тем тяжелее последствия.

При поражении электрическим током необходимо немедленно прекратить его действие (отключить рубильник, перерубить провод), соблюдая собственную безопасность. Затем, если пострадавший без сознания, проверить дыхание и пульс и при их отсутствии приступить к сердечно-легочной реанимации, предварительно вызвав скорую помощь.

Ответ: Электрический ток оказывает комплексное, крайне опасное воздействие на организм, тяжесть которого зависит от множества факторов, что требует неукоснительного соблюдения правил электробезопасности.

2. «Электрические рыбы»

Электрические рыбы — это удивительная группа рыб, обладающих способностью генерировать электрические поля. Эта способность используется ими для разных целей: для ориентации в пространстве (электролокации), общения (электрокоммуникации), а также для охоты и защиты. Всех электрических рыб можно условно разделить на сильноэлектрических и слабоэлектрических.

Электричество генерируется в специальных электрических органах, которые представляют собой видоизмененные мышечные или нервные клетки, называемые электроцитами. Эти клетки утратили способность к сокращению и специализировались на создании разности потенциалов. Они собраны в столбики, подобно последовательно соединенным батарейкам, что позволяет суммировать напряжение. Несколько таких столбиков, соединенных параллельно, увеличивают силу генерируемого тока.

Сильноэлектрические рыбы способны генерировать разряды высокого напряжения, используемые для оглушения добычи или отпугивания хищников.

• Электрический угорь (Electrophorus electricus), обитающий в реках Южной Америки, является самым известным примером. Он способен генерировать разряды напряжением до 860 Вольт и силой тока до 1 Ампера, что смертельно опасно не только для его добычи, но и для человека.

• Электрические скаты (Torpediniformes) — морские обитатели, известные с античных времен. Их электрические органы расположены по бокам тела и могут создавать разряды от 8 до 220 Вольт.

• Электрические сомы (Malapteruridae), живущие в пресных водах Африки, генерируют разряды напряжением до 450 Вольт.

Слабоэлектрические рыбы генерируют разряды очень малой мощности (менее 1 Вольта). Эти разряды создают вокруг рыбы электрическое поле. С помощью специальных электрорецепторов, разбросанных по телу, рыба улавливает малейшие искажения этого поля, вызванные предметами или другими живыми существами. Этот процесс, называемый электролокацией, позволяет им ориентироваться и находить пищу в мутной воде или в полной темноте. К таким рыбам относятся, например, гимнотообразные (включая черного ножа) и мормировые (например, рыбы-слоны).

Кроме того, слабоэлектрические рыбы используют свои разряды для общения. Изменяя частоту, форму и длительность импульсов, они могут передавать информацию о своем виде, поле, статусе и намерениях, что является формой электрокоммуникации.

Способность генерировать электричество возникала в процессе эволюции независимо в шести разных группах рыб, что является ярким примером конвергентной эволюции.

Ответ: Электрические рыбы представляют собой уникальный пример адаптации живых организмов, использующих электричество как для ориентации и общения, так и для нападения и защиты в своей среде обитания.

3. «Все о молниях»

Молния — это гигантский электрический искровой разряд в атмосфере, который обычно происходит во время грозы. Это одно из самых впечатляющих и опасных природных явлений.

Возникновение молнии связано с процессом электризации облаков. В мощных кучево-дождевых (грозовых) облаках из-за интенсивных восходящих потоков воздуха происходит разделение зарядов. В результате столкновений капель воды и кристаллов льда более легкие и мелкие положительно заряженные частицы льда уносятся вверх, а более тяжелые отрицательно заряженные частицы (граупель) опускаются в нижнюю часть облака. Таким образом, верхняя часть облака приобретает положительный заряд, а нижняя — отрицательный. Иногда у самой земли под облаком формируется небольшой положительно заряженный слой.

Процесс удара молнии в землю (самый изученный тип) происходит в несколько этапов:

1. Лидер. Когда разность потенциалов между облаком и землей достигает критического значения (сотни миллионов вольт), из отрицательно заряженной части облака к земле начинает двигаться канал ионизированного воздуха — ступенчатый лидер. Он движется скачками (ступенями) по 50-100 метров, прокладывая путь для основного разряда. Этот процесс обычно невидим для глаза.

2. Стример. В ответ на приближение лидера с высоких объектов на поверхности земли (деревьев, зданий) навстречу ему устремляются восходящие разряды — стримеры.

3. Главный разряд. Когда один из стримеров соединяется с лидером, образуется единый канал. По этому каналу снизу вверх, от земли к облаку, устремляется мощнейший импульс тока — главный (или обратный) удар. Именно он создает яркую вспышку, которую мы видим. Сила тока в главном разряде может достигать сотен тысяч ампер, а температура в канале — 30 000 °C, что в 5 раз выше температуры поверхности Солнца.

Часто за первым разрядом по уже проложенному каналу следуют несколько повторных, что создает эффект мерцания молнии.

Гром — это звуковая волна, возникающая из-за резкого расширения воздуха, мгновенно нагретого каналом молнии. Поскольку скорость света намного больше скорости звука, мы сначала видим вспышку и лишь затем слышим раскаты грома. Посчитав секунды между вспышкой и громом и разделив их на 3, можно примерно определить расстояние до грозы в километрах.

Существуют разные типы молний: между облаком и землей, внутри одного облака (самый частый тип), между двумя облаками и из облака в чистое небо. Также существуют редкие и загадочные явления, такие как шаровая молния, спрайты и эльфы — высотные разряды над грозовыми облаками.

Во время грозы необходимо соблюдать осторожность: находясь в помещении, закрыть окна и держаться подальше от электроприборов и металлических труб; на улице — избегать открытой местности, высоких деревьев и воды, а лучшим укрытием будет здание или автомобиль с металлической крышей.

Ответ: Молния — это мощное и сложное природное явление, представляющее собой электрический разряд в атмосфере; понимание его природы и соблюдение правил безопасности могут спасти жизнь.