Електричний струм у газах

Тема уроку: Електричний струм у газах.  Самостійні і несамостійні  розряди.

Мета уроку: Ознайомити учнів з особливостями проходження електричного струму в  газах. Домогтися того, щоб учні зрозуміли які частинки є носіями струму в            газах, при яких умовах створюються різні види самостійного газового  розряду, засвоїли особливості застосування різних видів газового розряду.  Розвивати логічне мислення учнів, аналізувати і оцінювати виступи однокласників, формувати вміння виділити в учбовому матеріалі головне і другорядне. , спостерігати фізичні явища навколо себе і навчитися пояснювати їх.  Виховувати активність, пізнавальний інтерес до предмета, явищ, що відбуваються в природі, до майбутньої професії.

Тип уроку:  урок вивчення нового матеріалу.

 Обладнання:  ноутбук, презентація  «Види самостійних газових розрядів»,   опорний конспект, два металевих диски, електрометр, сірники, ебонітова паличка.

Хід уроку:

1.  Організація  класу.                                                                                                                                       

 2. Актуалізація опорних знань .

 Методом фронтального опитування повторити:

 - Що таке електричний струм?

( Електричним струмом називають упорядкований рух заряджених частинок.)

-  За якої умови струм у провіднику буде протікати як завгодно довго?

(Коли у провіднику існуватиме електричне поле.)

-       Що називають силою струму?

(Силою струму називають фізичну величину, яка дорівнює відношенню заряду , який проходить через поперечний переріз провідника за одиницю часу.)

-Поясніть природу електричного струму в металах.

( Електричний струм у металах являє собою напрямлений рух вільних електронів .)

-       Що являє собою електричний струм  у розчинах і розплавах електролітів ?

(Електричний струм  у розчинах і розплавах електролітів являє собою напрямлений рух вільних іонів.)

 Слово вчителя. На минулих уроках ми з’ясували основні носії електричного струму для металів та електролітів.

Наше завдання сьогодні з’ясувати, чи проводять гази електричний струм, якщо проводять, то за яких умов і що являється основними носіями електричного струму у газах.

(Оголошується тема і мета уроку).

3.Засвоєння нових знань.

Струм в газах ... На перший погляд, це неможливий процес тому, що для звичайних газів не виконується одна з необхідних умов існування струму в речовині. Яка саме умова існування струму в речовині не виконується для звичайних газів? Давайте разом поміркуємо і спробуємо знайти відповідь на запитання які умови треба створити, щоб у газах міг проходити електричний струм.

·         Які саме частинки можуть бути носіями струму в газах?

·         Яким чином можна створити в газах ці частинки?

·         Які способи іонізації газів ви могли б запропонувати?                                                                       

                Слово вчителя. Чи являється повітря, яке оточує нас, провідником електричного струму.

Учень. Не являється, тому що, якби повітря проводило електричний струм, то іскри при включенні світла було б достатньо для того, щоб по всьому класу пройшов електричний струм.

Вчитель. Давайте проведемо дослід і з’ясуємо, чи може повітря проводити електричний струм і за яких умов

Дослід «Електропровідність газів»

Вчитель. Зарядимо електрометр за допомогою ебонітової палички. Що ви спостерігаєте?

Учень. Стрілка відхилилася і знаходиться в цьому стані як завгодно довго.

Вчитель. Як зробити так, щоб електрометр розрядився швидко?

Учень. Для того, щоб електрометр розрядився швидко, необхідно нагріти повітря між пластинами.

Вчитель. Отже, при певних умовах повітря, а значить газ може проводити електричний струм.

Тепер наше завдання з’ясувати, що являється основними носіями електричного струму в газах.  Знову повернемося до досліду. (проводиться повторно дослід). Вчитель разом із учнями з’ясовує, що при збільшенні температури між пластинами молекули повітря починають рухатися швидше ударяються одна об одну і розпадаються на позитивно заряджені іони і електрони. У газі можуть утворитися і негативні іони. Вони виникають внаслідок приєднання електрона до нейтральних атомів. Процес утворення позитивних і негативних іонів та вільних електронів з молекул (атомів) називають іонізацією, а електричний струм у газах являє собою напрямлений рух вільних електронів , позитивних і негативних іонів

Отже, з’ясовується , що основними носіями електричного струму в газах є електрони і іони. (Це учні записують у зошити).

Вчитель. Проходження електричного струму у газах називається газовим розрядом.

Газовий розряд, який відбувається тільки за наявності зовнішнього іонізатора , називають несамостійним газовим розрядом.

Газовий розряд, який відбувається  без дії  зовнішнього іонізатора , називають самостійним газовим розрядом.

Розглянемо, як відбувається самостійний газовий розряд.

( Сильніші  учні заздалегідь  одержали перед уроком завдання підготувати повідомлення про

один з видів самостійного газового розряду. )

• Коронний розряд.

Даний вид розряду виникає на електродах з тонкого дроту або із загостреними кінцями, увімкненими до джерела високої напруги. Поблизу таких дротів чи загострених кінців створюється дуже сильне електричне поле. Коронний розряд може виникнути на загострених частинах провідників або у проводах високовольтних ліній електропередач, що приводить до значних втрат електроенергії.

      

Тліючий розряд.

Тліючий розряд – це розряд, який виникає в газах за дуже низьких тисків. Тліючий розряд у парах ртуті, натрію використовується в лампах денного освітлення, у газі неоні використовується у сигнальних лампах і рекламних трубках. Пояснити виникнення тліючого розряду за дуже низьких тисків можна наступнимим чином. Коли газ дуже розріджений і відстані між молекулами великі, то іони, рухаючись деякий час без зіткнень, можуть набувати великих швидкостей і, отже, мати велику кінетичну енергію. При ударі в катод швидких іонів з металевої поверхні катода вибиватимуться електрони. Ці два процеси: іонізація електронним ударом і вибивання електронів з катоду і є основними в тліючому розряді.

     

• Дуговий розряд.

Дуговий розряд, або електрична дуга, є неперервним потужнім самостійним газовим розрядом. Його можна продемонструвати за допомогою двох вугільних електродів, приєднаних до джерела високої напруги. Для запалювання електроди треба звести так, щоб вони дотикалися один до одного. Умісті контакту, що має великий опір, із проходженням струму виділятиметься велика кількість теплоти. Кінці електродів сильно розжарюються і, якщо їх трохи розсунути, спалахне дуга. Внаслідок високої температури в дуговому проміжку газ буде сильно іонізованим, опір його малим, а сила струму великою. За великої сили струму удари позитивних іонів та електронів викликатимуть ще сильніше розжарення катода і анода. З поверхні катода при цьому відбувається емісія електронів, що забезпечує підтримання самостійного розряду та горіння газової дуги.

              

• Іскровий розряд.

Іскровий розряд виникає в повітрі між двома електродами за нормального тиску. Він триває короткий інтервал часу. За зовнішнім виглядом нагадує пучок зигзагоподібних смужок, що розгалужуються від тонкого каналу. Смужки швидко пронизують  проміжок між електродами, гаснуть, потім виникають знову. Іскровий розряд виникає за такої високої напруги між електродами, коли кількість електронів, які мчать з величезною швидкістю до анода, і позитивно заряджених іонів, які рухаються до катода, наростає, мов лавина. Виникає, так званий, пробій повітряного проміжку. Іскровий розряд супроводжується звуковим ефектом за рахунок утворення ударної хвилі в повітрі за рахунок локального підвищення температури. Найяскравішим прикладом іскрового розряду є блискавка, яка виникає між зарядженими хмарами або зарядженими хмарами і Землею. Різниця потенціалів між хмарою і Землею становить приблизно 14*10⁹ В.

   

4.Закріплення одержаних знань.

Закріплення одержаних знань проводжу у формі бесіди, обговорюючи питання які виникли у учнів під час виступу їх однокласників. Після обговорення цих питань підводжу підсумки уроку .

           5.Підсумок уроку .

Слово вчителя. Отже, сьогодні на уроці вивчили типи газових розрядів, умови їх виникнення та застосування. . Придивіться до природи і ви зможете відкрити для себе цілий світ, об’єктами якого є красиві і до кінця нерозгадані фізичні явища: кульові блискавки, блискавки – примари, полярні сяйва. Спробуйте стати в цьому світі зацікавленим мандрівником і дослідником.

А на домашнє завдання вам буде:

Опрацювати  тему: «Електричний струм у газах. Самостійний і несамостійний газовий розряд»