Различные виды электромагнитных излучений и их практическое применение

Электромагнитное излучение подразделяется на:
- радиоволны (начиная со сверхдлинных),
- инфракрасное излучение,
- видимый свет,
- ультрафиолетовое излучение,
- рентгеновское излучение и жесткое (гамма-излучение).

Применение: 1) Радиосвязь; 2) Медицина, безконтактный нагрев; 3) трудно сказать где оно не ипользуется; 4) искуственный загар, искуственное освещение для растений; 5) медицина, дефектоскопия.

 

 

Билет №22

Строение атома является сложным. Это подтверждают открытия таких явлений, как электрон, рентгеновские лучи и радиоактивность. В результате теоретических исследований и многочисленных опытов была построена теория строения атома. Особенно важный вклад в создание теории строения атома внёс английский физик Эрнест Резерфорд (1871 – 1937), который проводил опыты по изучению прохождения альфа-частиц через тонкие металлические пластины золота и платины.

Резерфорд в 1906 году предложил провести зондирование атомов тяжёлых элементов альфа-частиц с энергией 4,05 МэВ, которые испускались ядром урана или радия. Таким образом предлагалось изучить рассеяние (изменение направления движения) альфа-частиц в веществе.

Масса альфа-частицы примерно в 8000 раз больше массы электрона. Положительный заряд равен по модулю удвоенному заряду электрона 2е. Скорость альфа-частицы составляет 1/15 скорости света или 2 * 10⁷ м/с. Альфа-частица – это полностью ионизированный атом гелия.

Упрощенная схема опытов Резерфорда изображена на рис. 1.1. Альфа-частицы испускались радиоактивным источником 1, помещённым внутри свинцового цилиндра 2 с узким каналом 3. Узкий пучок альфа-частиц из канала падал на фольгу 4 из исследуемого материала, перпендикулярно к поверхности фольги. Из свинцового цилиндра альфа-частицы проходили только через канал, а остальные поглощались свинцом. Прошедшие сквозь фольгу и рассеянные ею альфа-частицы попадали на полупрозрачный экран 5, который был покрыт люминесцирующим веществом (сульфатом цинка). Это вещество было способно светиться при ударе об него альфа-частицы. Столкновение каждой частицы с экраном сопровождалось вспышкой света. Эта вспышка называется сцинтилляция (от латинского scintillation – сверкание, кратковременная вспышка света). За экраном находился микроскоп 6. Чтобы не происходило дополнительного рассеяния альфа-частиц в воздухе, весь прибор размещался в сосуде с достаточным вакуумом.

Рис. 1.1. Упрощённая схема опытов Резерфорда.

В отсутствие фольги на экране возникал светлый кружок, состоящий из сцинтилляций, вызванных тонким пучком альфа-частиц. Но когда на пути движения альфа-частиц помещали тонкую золотую фольгу толщиной примерно 0,1 мк (микрон), то наблюдаемая на экране картинка сильно менялась: отдельные вспышки появлялись не только за пределами прежнего кружка, но их можно было даже наблюдать с противоположной стороны золотой фольги.

Подсчитывая число сцинтилляций в единицу времени в разных местах экрана, можно установить распределение в пространстве рассеянных альфа-частиц. Число альфа-частиц быстро убывает с увеличением угла рассеяния.

Наблюдаемая на экране картина позволила заключить, что большинство альфа-частиц проходит сквозь золотую фольгу без заметного изменения направления их движения. Однако некоторые частицы отклонялись на большие углы от первоначального направления альфа-частиц (порядка 135^о…150^о) и даже отбрасывались назад. Исследования показали, что при прохождении альфа-частиц сквозь фольгу примерно на каждые 10000 падающих частиц только одна отклоняется на угол более 10^о от первоначального направления движения. Лишь в виде редкого исключения одна из огромного числа альфа-частиц отклоняется от своего первоначального направления.

Тот факт, что многие альфа-частицы проходили сквозь фольгу, не отклоняясь от своего направления движения, говорит о том, что атом не является сплошным образованием. Так как масса альфа-частицы почти в 8000 раз превосходит массу электрона, то электроны, входящие в состав атомов фольги, не могут заметно изменить траекторию альфа-частиц. Рассеяние альфа-частиц может вызывать положительно заряженная частица атома – атомное ядро.

Атомное ядро – это тело малых размеров, в котором сконцентрированы почти вся масса и почти весь положительный заряд атома.

Чем ближе альфа-частица подходила к ядру, тем больше была сила электрического взаимодействия и тем на больший угол частица отклонялась. На малых расстояниях от ядра положительно-заряженная альфа-частица испытывает значительную силу отталкивания F от ядра, которую определяют по закону Кулона:

F =

•

где r – расстояние от ядра до альфа-частицы; ε₀ – электрическая постоянная в единицах измерения СИ; p – число протонов в ядре; е = 1,6*10-19 Кл – абсолютное значение элементарного электрического заряда (заряда электрона); 2e – заряд альфа-частицы

На рисунке 1.2 показаны траектории альфа-частиц, пролетающих на различных расстояниях от ядра.

Резерфорд смог ввести формулу, связывающую количество рассеянных на определённый угол альфа-частиц с энергией альфа-частиц и протонов р в ядре атома. Опытная проверка формулы подтвердила её справедливость и показала, что количество протонов в ядре равно числу внутриатомных электронов Z и определяется атомным номером химического элемента (то есть порядковым номером элемента в периодической системе Д.И.Менделеева):

p = Z

Рис. 1.2. Траектории альфа-частиц.

Подсчитывая количество альфа-частиц, рассеянных на различные углы, Резерфорд смог оценить линейные размеры ядра. Чтобы положительное ядро могло отбросить альфа-частицу назад, потенциальная энергия электростатического (кулоновского) отталкивания у границ ядра атома должна равняться кинетической энергии альфа-частицы:

=

•

Оказалось, что ядро имеет диаметр:

d_я = 10^-13…10^-12 см = 10^-15…10^-14 м

Линейный диаметр самого атома:

d_a = 10^-8 см = 10^-10 м

 

 

Планетарная модель атома

После анализа многочисленных опытов, Резерфордом в 1911 году была предложена планетарная модель атома (ядерная модель атома).

Согласно этой модели в центре атома находится положительно заряженное ядро, в котором сосредоточена почти вся масса атома. Вокруг ядра вращаются по орбитам отрицательно заряженные электроны. Электроны движутся вокруг ядра на относительно больших расстояниях, подобно тому, как планеты вращаются вокруг солнца. Из совокупности этих электронов образуется электронная оболочка или электронное облако.

Атом в целом нейтрален, следовательно, абсолютное значение суммарного отрицательного заряда электронов равно положительному заряду ядра: число Z*e протонов в ядре равно числу электронов в электронном облаке и совпадает с порядковым номером (атомным номером) Z атома данного химического элемента в периодической системе Д.И.Менделеева.

Например, атом водорода имеет порядковый номер Z = 1, следовательно, атом водорода состоит из положительного ядра с зарядом, равным абсолютному значению заряда электрона. Вокруг ядра вращается один электрон. Ядро атома водорода названо протоном. Атом лития имеет порядковый номер Z = 3, следовательно, вокруг ядра атома лития вращаются 3 электрона.

Почему атомы каждого химического элемента имеют свой строго индивидуальный набор спектральных линий? Почему совпадают линии излучения и поглощения в спектре данного элемента? Чем обусловлены различия в спектрах атомов разных элементов?

Ответы на эти и многие другие вопросы удалось найти только в начале XX в. благодаря возникновению новой физической теории — квантовой механики. Одним из основоположников этой теории был датский физик Нильс Бор.

Бор пришёл к заключению, что свет излучается атомами вещества.

В связи с этим в 1913 г. он сформулировал два постулата.

• 1. Атом может находиться только в особых, стационарных состояниях. Каждому состоянию соответствует определённое значение энергии — энергетический уровень. Находясь в стационарном состоянии, атом не излучает и не поглощает

Стационарным состояниям соответствуют стационарные орбиты, по которым движутся электроны. Номера стационарных орбит и энергетических уровней (начиная с первого) в общем случае обозначаются латинскими буквами: п, k и т. д. Радиусы орбит, как и энергии стационарных состояний, могут принимать не любые, а определённые дискретные значения. Первая орбита расположена ближе всех к ядру.

• 2. Излучение света происходит при переходе атома из стационарного состояния с большей энергией Е_к в стационарное состояние с меньшей энергией Е_n

Согласно закону сохранения энергии, энергия излучённого фотона равна разности энергий стационарных состояний:

hv = E_k - E_n.

 

Лазерами называются устройства, преобразующие различные виды энергии в энергию светового излучения в результате вынужденного излучения или вынужденного рассеяния света.

 

Спектры бывают сплошные, линейчатые и полосатые.

 

 

Билет№23

Квантовые свойства света в том, что он испускается квантами, т. е. порциями, фотонами.

Фотоэффе́кт — это испускание электронов веществом под действием света (и, вообще говоря, любого электромагнитного излучения). В конденсированных веществах (твёрдых и жидких) выделяют внешний и внутренний фотоэффект.
Законы фотоэффекта:
Формулировка 1-го закона фотоэффекта:

Сила фототока прямо пропорциональна плотности светового потока.
Согласно 2-му закону фотоэффекта,

максимальная кинетическая энергия вырываемых светом электронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от его интенсивности.
3-й закон фотоэффекта:

для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, то есть минимальная частота света V0 (или максимальная длина волны 0), при которой ещё возможен фотоэффект, и если v

 

Применение фотоэффекта:

 

фотоаппарат (цифровой ессно), телекамера, сканер, оптические датчики всего и вся: положения, перемещения,..вплоть до концентрации углекислого газа, инфракрасные датчики охранной сигнализации, инфракрасные барьеры, пожарные датчики, оптроны и оптронные развязки, приёмники волоконно-оптической (и атмосферной лазерной) связи, стабилизаторы лазеров,..измерители оптических величин и дистанционные - температуры.

 

Билет№24

Ядро атома состоит из нуклонов, которые подразделяются на протоны и нейтроны.

Символическое обозначение ядра атома:

А- число нуклонов, т.е. протонов + нейтронов (или атомная масса)
Z- число протонов (равно числу электронов)
N- число нейтронов (или атомный номер)

N = A – Z

ЯДЕРНЫЕ СИЛЫ

- действуют между всеми нуклонами в ядре;
- силы притяжения;
- короткодействующие.

Нуклоны притягиваются друг к другу ядерными силами, которые совершенно непохожи ни на гравитационные, ни на электростатические.. Ядерные силы очень быстро спадают с расстоянием. Радиус их действия порядка 0,000 000 000 000 001 метра.
Для этой сверхмалой длины, характеризующей размеры атомных ядер, ввели специальное обозначение - 1 Фм (в честь итальянского физика Э. Ферми, 1901-1954). Все ядра имеют размеры нескольких ферми. Радиус ядерных сил равен размеру нуклона, поэтому ядра - сгустки очень плотной материи. Возможно, самой плотной в земных условиях.
Ядерные силы - сильные взаимодействия. Они многократно превосходят кулоновскую силу (на одинаковом расстоянии). Короткодействие ограничивает действие ядерных сил. С ростом числа нуклонов ядра становятся неустойчивыми, и поэтому большинство тяжелых ядер радиоактивны, а совсем тяжелые вообще не могут существовать.
Конечное число элементов в природе - следствие короткодействия ядерных сил.

ЭНЕРГИЯ СВЯЗИ АТОМНЫХ ЯДЕР

Ядра атомов представляют собой сильно связанные системы из большого числа нуклонов.
Для полного расщепления ядра на составные части и удаление их на большие расстояния друг от друга необходимо затратить определенную работу А.

Энергией связи называют энергию, равную работе, которую надо совершить, чтобы расщепить ядро на свободные нуклоны.

Е связи = - А

По закону сохранения энергия связи одновременно равна энергии, которая выделяется при образовании ядра из отдельных свободных нуклонов.

 

ДЕФЕКТ МАСС

Измерения масс ядер показывают, что масса ядра (Мя) всегда меньше суммы масс покоя слагающих его свободных нейтронов и протонов.

При делении ядра: масса ядра всегда меньше суммы масс покоя образовавшихся свободных частиц.

При синтезе ядра: масса образовавшегося ядра всегда меньше суммы масс покоя свободных частиц, его образовавших.

Дефект масс является мерой энергии связи атомного ядра.

Дефект масс равен разности между суммарной массой всех нуклонов ядра в свободном состоянии и массой ядра:

где Мя – масса ядра (из справочника)
Z – число протонов в ядре
mp – масса покоя свободного протона (из справочника)
N – число нейтронов в ядре
mn – масса покоя свободного нейтрона (из справочника)

ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ

- это искусственные превращения атомных ядер, вызванные их взаимодействием с частицами (протонами, нейтронами, альфа-частицами, гамма-частицами) или другими ядрами.

Условие, когда протекание ядерной реакции становится возможным:

- когда ядро и частица (или другое ядро) сближаются на расстояния, при которых начинают действовать ядерные силы.

Так как в реакцию могут вступать ядро и положительно заряженная частица (протон), то необходимо преодолеть возникающие между ними силы отталкивания. Это возможно при больших скоростях частиц.
Такие скорости достигаются в ускорителях элементарных частиц.

Источниками заряженных частиц для проведения ядерных реакций могут быть:

- естественные радиоактивные элементы
- ускорители элементарных частиц
- космическое излучение.

 

Ядерная энергетика является отраслью энергетики, которая использует атомную энергию (ядерную энергию) в целях выработки электрического тока и параллельно тепловой энергии. Источниками энергии АЭС (атомных электростанций) являются ядерные реакторы, в которых протекает контролируемая цепная реакция деления ядер в тяжелых элементах, в ходе которой (при делении ядер плутона или урана) производится тепловая энергия, которая путем преобразования превращается электрическую энергию (таким же образом, как и на тепловых электростанциях).

 

Билет№25

 

РАДИОАКТИВНОСТЬ – превращение атомных ядер в другие ядра, сопровождающееся испусканием различных частиц и электромагнитного излучения.

Например: уран, торий, радий, актиний и полоний…

а-Распад представляет собой излучение а-частиц (ядер гелия) высоких энергий. При этом масса ядра уменьшается на 4 единицы, а заряд — на 2 единицы.

B-Распад — излучение электронов, заряд которых возрастает на единицу, массовое число не изменяется.

у-Излучение представляет собой испускание возбужденным ядром квантов света высокой частоты. Параметры ядра при у-излучении не меняются, ядро лишь переходит в состояние с меньшей энергией. Распавшееся ядро тоже радиоактивно, т. е. происходит цепочка последовательных радиоактивных превращений. Процесс распада всех радиоактивных элементов идет до свинца. Свинец — конечный продукт распада.

Приборы, применяемые для регистрации ядерных излучений, называются детекторами ядерных излучений. Наиболее широкое применение получили детекторы, обнаруживающие ядерные излучения по производимой ими ионизации и возбуждению атомов вещества: газоразрядный счетчик Гейгера, камера Вильсона, пузырьковая камера. Существует также метод фотоэмульсий, основанный на способности пролетающей частицы создавать в фотоэмульсии скрытое изображение. След пролетевшей частицы виден на фотографии после проявления.

Радиоактивные излучения оказывают сильное биологическое действие на ткани живого организма, заключающееся в ионизации атомов и молекул среды. Возбужденные атомы и ионы обладают сильной химической активностью, поэтому в клетках организма появляются новые химические соединения, чуждые здоровому организму. Под действием ионизирующей радиации разрушаются сложные молекулы и элементы клеточных структур. В человеческом организме нарушается процесс кроветворения, приводящий к дисбалансу белых и красных кровяных телец. Человек заболевает белокровием, или так называемой лучевой болезнью. Большие дозы облучения приводят к смерти.

Билет№26

Билет по физике № 2

1. Механическое движение и его виды. Относительность движения. Система отсчета. Скорость. Ускорение. Прямолинейное равноускоренное движение.

2. Экспериментальное задание по теме «Элементы электростатики»:

Наблюдение явления электризации тел.

Поднесите к гильзе из фольги заряженную эбонитовую палочку. Гильза сначала

притянется, а затем оттолкнется. Почему гильза отталкивается? Как можно

проверить, какой заряд получила гильза положительный или отрицательный?

1. Задание. Прочитайте текст. Ответьте на вопросы в конце текста.

ДАВЛЕНИЕ СВЕТА. ОПЫТЫЛЕБЕДЕВА

Важным экспериментальным доказательством того, что свету присущи все свойства любого материального объекта, являются опыты знаменитого русского физика П. Н. Лебедева по измере нию давления света.

 

То, что свет оказывает давление на препятствия, следует из электромагнитной теории света Максвелла. Для доказатель ства справедливости теории Максвелла было важно измерить давление света. Многие ученые пытались это сделать, но безуспеш но, так как световое давление очень мало. В яркий солнечный день на 1 м2 действует сила всего лишь 4∙10 -8 Н. Впервые давление света измерил П. Н. Лебедев в 1900 г.Прибор Лебедева состоял из очень легкого стерженька на тонкой стеклянной нити, по краям которого были приклеены легкие крылышки. Весь прибор помещался в сосуд, из которого был выкачан воздух. Свет падал на крылышки, расположенные по одну сторону от стерженька. О величине давления можно было судить по углу закручивания нити. Труд ности точного измерения давления света были связаны с не возможностью выкачать из сосуда весь воздух. Движение мо лекул воздуха, вызванное неодинаковым нагревом крылышек и стенок сосуда, закручивает нить. Кроме того, на закручивание нити влияет неодинаковый нагрев сторон крылышек (сторона, обращенная к источнику света, нагревается больше, чем противо положная сторона). Молекулы, отражающиеся от более нагретой стороны, передают крылышку больший импульс, чем молекулы, отражающиеся от менее нагретой стороны.

Лебедев сумел преодолеть все эти трудности, несмотря на низ кий уровень тогдашней экспериментальной техники, взяв очень большой сосуд и очень тонкие крылышки. В конце концов су ществование светового давления на твердые тела было доказано и оно было измерено. Полученное значение давления света совпало с предсказанным Максвеллом. Впоследствии после трех лет ра боты Лебедеву удалось осуществить еще более тонкий экспери мент: измерить давление света на газы.

Квантовая теория света более просто объясняет появление светового давления. Фотоны, подобно частицам вещества, имею щим массу покоя, обладают импульсом. При поглощении их телом они передают ему свой импульс. Согласно закону сохранения импульса, импульс тела равен импульсу поглощенных фотонов. Поэтому покоящееся тело приходит в движение. Изменение импульса тела означает согласно второму закону Ньютона, что на тело действует сила. Опыты Лебедева можно рассматривать как экспериментальное доказательство того, что фотоны обладают импульсом. Закон сохранения импульса является совершенно общим. Он справедлив как для обычного вещества, так и для фотонов – квантов электромагнитного поля

Вопросы: 1. Какие трудности возникали при измерении светового давления?

2. С какой целью в опытах Лебедева из сосуда выкачивался воздух?

3. Какой вывод сделал Лебедев о свойствах фотона?

Билет по физике № 3

1.Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета. Взаимодей ствие тел. Сила. Масса. Второй закон Ньютона. Третий закон Ньютона.

2.Экспериментальное задание по теме «Оптика»:

Наблюдение полного отражения и преломления света.

Приборы и материалы: 1) стакан высокий вместимостью 50 мл с водой, 2) пробирка,

3) карандаш.

Порядок выполнения работы.

 

1. Расположите карандаш наклонно в стакане с водой, под нимите стакан выше уровня глаз и посмотрите снизу через стенку на поверхность воды. Почему при рассматривании снизу поверхность воды в стакане кажется зеркальной?Опустите пустую пробирку в стакан с водой, и посмотрите на нее сверху. Почему при рассматривании сверху часть пробирки, погруженная в воду, кажется блестящей?
2. Налейте воду в пробирку и повторите наблюдение. Почему исчезло ранее наблюдаемое явление?
3. Энергично взболтайте воду в стакане карандашом, чтобы в ней образовались воздушные пузырьки. Рассмотрите их. Почему воздушные пузырьки в воде кажутся блестящими?

3. Задание. Прочитайте текст. Ответьте на вопросы в конце текста.

 

ПРИНЦИП РАБОТЫХОЛОДИЛЬНИКАОхлаждение жидкостей при их испарении лежит в основе устройства холодильников — приборов для получения умерен но низких температур, необходимых для хранения продуктов в пищевой промышленности и в бытовых условиях, хранения ме дикаментов и т. д.

Рассмотрим принцип действия так называемого циркуля ционного. Схема его устройства приведена на рисунке, где / — компрессор, 2 — конденсатор и 3 — испаритель или холодильная камера. В качестве рабочего тела выбирают газ, который легко сжижается комнатной температуре, т. е. газ, имеющий высокую критиче скую температуру и небольшое критическое давление, напри мер аммиак, фреон и т. д.

Поршневой компрессор этого холодильника состоит из ци линдра с двумя клапанами К1 и К2 и поршнем, который приво дится в движение электродвигателем. При движении порш ня (согласно схеме) вниз открывается впускной клапан К1 и в цилиндр засасывается газ из испарителя. Когда поршень под нимается, клапан К1 закрывается (закрыты оба клапана) и газ сжимается до необходимого давления. Затем он, преодолевая действие пружины, открывает выпускной клапан К2 и посту пает в конденсатор, который состоит из длинной трубки, укреп ленной зигзагами на металлическом листе, расположенном сна ружи на задней стенке холодильника.

Вследствие сжатия газ немного нагревается (до температу ры 30—40°С), а, проходя по трубкам конденсатора, он постепен но охлаждается до комнатной температуры, которая ниже его критической температуры, поэтому при давлении, создаваемом компрессором, газ превращается в жидкость. Эта жидкость через длинную узкую трубку 4 (капилляр) поступает в испари тель. Назначение капилляра — создавать большое сопротивле ние движению жидкости, с тем чтобы на его концах возникала большая разность давлений, которая необходима, с одной сто роны, для сохранения высокого давления в конденсаторе, не дающего жидкости возможности испаряться в его трубках, и, с другой стороны, для обеспечения малого давления в испари теле, обусловливающего интенсивное испарение поступающей в него жидкости. На испарение жидкости, которая в испарителе вся превращается в газ, расходуется ее внутренняя энергия, по этому стенки испарителя, воздух, окружающий его, охлаждают ся, и в камере, в которой находится испаритель, создается по ниженная температура. Образовавшийся газ снова поступает в компрессор, и процесс повторяется. Таким образом, один и тот же газ служит передатчиком теплоты от внутренней камеры хо лодильника наружу.

Для сжижения образовавшегося в испарителе газа и перего на полученной жидкости в конденсатор под давлением, боль шим, чем давление в испарителе, необходимо произвести рабо ту, которую и выполняет компрессор. Таким образом, количе ство теплоты, поглощенное изнутри холодильной камеры при испарении рабочей жидкости, передается вместе с газом (в фор ме потенциальной энергии его частиц) наружу и там выделяет ся в окружающую среду при охлаждении и сжижении газа в конденсаторе. Процесс переноса теплоты происходит в соответ ствии с циклами изменения состояния рабочей жидкости (испарение — конденсация) и поддерживается с помощью компрессо ра, на работу которого расходуется энергия, потребляемая из электрической сети его электродвигателем.

Чем ниже температура в испарителе, тем значительнее раз ность температуры между ним и окружающей средой и тем больше приток теплоты от окружающей среды к испарителю. При непрерывной работе холодильника температура в испари теле понижается до тех пор, пока это понижение не будет ком пенсироваться притоком соответствующего количества теплоты из окружающей среды. При этом условии температура в каме ре работающего холодильника будет постоянной. Большинство холодильников имеет терморегулятор, который выключает дви гатель, приводящий в действие компрессор, при достижении испарителем необходимой низкой температуры и вновь вклю чает его, когда температура испарителя повышается.

Вопросы: 1. На чем основано действие холодильников?

1. Какие газы берутся в качестве рабочего тела для холодильников?
2. Вы, очевидно, обращали внимание на то, что задняя стенка работающего бытового холодильника горячая. Почему?
3. Вследствие чего охлаждается испаритель?
4. В жаркий летний день домохозяйка открыла дверцу работающего холодильника, чтобы охладить воздух в ком нате. Могла ли она достичь желаемого результата? По чему?

Билет по физике № 4

1. Импульс тела. Закон сохранения импульса. Реактивное движение в природе и технике.
2. Экспериментальное задание по теме «Молекулярная физика»:

Наблюдение изменения давления воздуха при изменении температуры и объема.

 

Оборудование: цилиндр переменного объема (сильфон), манометр, термометр, стеклянная банка, чайник с горя чей водой, резиновая трубка.Ход работы:

1. Соберите установку по рисунку. Для этого цилиндр переменного объема соедините резиновой трубкой с маномет ром. Начальное давление воздуха в цилиндре удобно взять
равным атмосферному, для чего цилиндр вначале опыта надо соединить с окружающим пространством, открыв у манометра оба крана.

1. Закройте свободный кран у манометра и измерьте объем воздуха в цилиндре, его температуру и давление (оно равно ат мосферному). Результаты этих и последующих измерений и вычислений запишите в таблицу.
2. Уменьшите объем воздуха в цилиндре с помощью винта. Измерьте давление воздуха в цилиндре. Как изменилось давление?
3. Налейте в банку горячей воды. Когда цилиндр прогреется, снова измерьте. Повторите измерения несколько раз, изменяя температуру воды в сосуде (а, следовательно, и воздуха в цилиндре).

Контрольные вопросы:

1. Почему цилиндр переменного объема надо помещать в воду так, чтобы она покрывала его полностью?
2. Можно ли в данной работе объем воздуха в цилиндре из мерять в условных единицах?
3. Как меняется давление в зависимости от изменения объёма воздуха в цилиндре и его температуры?

3.Задание. Прочитайте текст. Ответьте на вопросы в конце текста.

Электрическое поле и живые организмы

Человек, как и большинство животных, довольно быстро замечает даже незначительные изменения в окружающей среде с помощью пяти органов чувств: зрения, слуха, осязания, обоняния, вкуса. Однако есть факторы окружающей среды, которые мы не видим, не ощущаем, но они оказывают важное влияние на организмы. К таким факторам относятся электрическое и магнитное поля.

Электрическое поле образуется вокруг заряженных тел. Самый простой пример — электрическое поле пластмассовой расчески, которой вы только что причесались. Поднесите ее к маленьким кусочкам бумажки — они притягиваются в результате действия электрических сил. Электри ческое поле создается около экрана телевизора. Хотите прове рить — поднесите палец к экрану. Вы услышите характерное потрескивание электрических разрядов. Есть электрическое поле, которое постоянно присутствует рядом с нами,— это земное электрическое поле. Вся наша жизнь проходит под его влиянием. Оно такой же важный фактор окружающей среды, как вода, тепло, солнечный свет. Это поле образуется между ионосферой и отрица тельно заряженной поверхностью Земли (рис. 1).

Отрицательный заряд поверхности Земли возникает под действием движения потоков воздуха. В результате трения слоев воздуха при их движении они электризуются. Такая гипотеза была высказана еще М. В. Ломоносовым. Похожее явление наблюдается в опытах по электризации.

Заряды на поверхности Земли распределяются неравномерно. Они скапливаются на вершинах деревьев, холмов и гор, на крышах зданий. Именно поэтому молнии чаще всего ударяют в выступаю щие элементы ландшафта. На этом основано действие громоотво дов, которые устанавливают на высоких мачтах либо на крышах зданий.

Электрическое поле вблизи линии электропередач может быть намного сильнее естественного, поэтому санитарными нормами всех стран запрещено селиться и даже заниматься некоторыми формами хозяйственной деятельно сти вблизи высоковольтных линий.

Рис. 1. Электрическое поле Земли

В помещении источниками искусственных электрических полей служат синтетическое покрытие полов, светильники с газо разрядными лампами, телевизоры и дисплеи компьютеров. Для тех, кто работает с компьютерами, вводятся ограничения.

Существует точка зрения, что экраны компьютеров и телевизо ров излучают рентгеновские лучи. Это не так. Незначительное по мощности излучение существует внутри трубки, но не снаружи.

Вы уже знаете, что можно зарядить какой-либо предмет в результате трения, воздействия потока электронов или ультрафи олетового излучения.

Создаются заряды и в живом организме. Иногда это явление называют живым электричеством. Например, некоторые рыбы генерируют мощный заряд для охоты и защиты. Работа сердца и мозга человека приводит к возникновению зарядов на поверхности тела. Это явление используется в медицине для диагностики и лечения методами кардиографии, энцефалографии и электротерапии.

До сих пор мы говорили о вреде, который электрическое поле может нанести живым организмам, однако электрические явления используются и для защиты от загрязнений атмосферы и вредных источников. Например, электрические фильтры оказываются самыми эффективными в тех случаях, когда в атмосферу выбрасывается очень большое количество сильно запыленных газов. Обычно это связано с цементным и металлургическим производством.

 

Принцип действия такого фильтра довольно прост. Газы пропускают через металлическую трубу, вдоль оси которой установлен проводник. Трубу и осевой проводник подключают к источнику высокого напряжения в несколько тысяч вольт. В трубе возникает электрическое поле, резко ускоряющее частички пыли. Пылинки сталкиваются в ускоренном движении, при этом часть электронов может перейти от одной пылинки к другой. В результа те этого они оказываются заряженными.На выходе газов из трубы устанавливают набор из противо положно заряженных пластин с большим напряжением между ними, до 200 тыс. В. Положительно заряженные пылинки прилипают к отрицательным пластинам и наоборот. В день такой фильтр только на одной цементной печи собирает несколько тонн цемента. В результате сберегается цемент и воздух не загрязняется цементной пылью.

Вопросы: 1) Что такое электризация тел? При каком условии она происходит? Объясните механизм электризации.

2) Почему на экране телевизора всегда много пыли, хотя он расположен вертикально.

3) Одежда из синтетической ткани, когда её снимают, иногда издает треск, а в темноте при этом возникает свечение. Почему это происходит? Полезна ли такая одежда для нашего здоровья?

4) На чем основано действие громоотвода?

5) Что называют живым электричеством?

Билет по физике № 5

1. Закон всемирного тяготения. Сила тяжести. Невесомость.
2. Качественные задачи по теме «Электростатика».

Маленький металлический шарик на шелковой нити вносят в простран ство между пластинами заряженного плоского воздушного конденсатора. Объясните, почему шарик начинает колебаться.

Тело во время скольжения с наклонной плоскости наэлектризовалось. Повлияет ли это на время скольжения и скорость движения в конце плоскости?

3.Задание. Прочитайте текст. Ответьте на вопросы в конце текста.

Естественный радиационный фон окружающей нас среды, образованный проникающими в биосферу косми ческими излучениями и рассеянными в природе радиоактивными элементами (уран, торий, радий и другие), очень мал и почти не менялся за последние миллионы лет существования нашей планеты, создавая в среднем погло щенную дозу в 0,2 рад в год. (Напом ним, что 1 рад — это единица погло щенной дозы ионизирующих излуче ний, он соответствует энергии излуче ния в 100 эрг, поглощенной веществом массой в 1 г.)

Правомерен вопрос: насколько мо жет повысить эту цифру, которая, кста ти, изменяется в несколько раз в зави симости от того, находится ли человек на равнине или в горах, на полюсе или на экваторе, развивающаяся атомная энергетика? Специалистами Научного комитета по действию атомной радиа ции при ООН подсчитано, что радиационный фон повысится незначительно (поскольку он всё равно будет в деся ток раз меньше той дозы, что ежегод но получают жители высокогорных районов Памира или Кавказа, отличаю щиеся, как известно, своим долголе тием).

Чтобы убедиться в этом, мы в экспе риментах увеличивали радиоактивный фон выше естественного не на несколь ко процентов, а в 10—30 раз. И наблюдали за развитием крысят.

Удивительное дело. Когда я говорил коллегам, что зверьки переносят все без последствий — это воспринима лось более или менее спокойно. Но если я утверждал: такое повышение дозы может повлиять на организм кры сят положительно, то, как правило, сталкивался с предубеждением. Оно связано с тем, что влияние на живые организмы небольших доз ионизирую щего излучения пока мало изучено.

Если животных од ной популяции облучить очень большой дозой радиации, порядка 900 рад, все они погибнут, средней — часть останется в живых, малой — вероятность летального исхода становится ничтожной. А вот при дальнейшем снижении дозы начинает проявляться стиму лирующее действие облучения.

Малые дозы радиа ции служат своего рода «стартовым выстрелом» для тех благотворных про цессов, что лежат в основе обмена веществ. Например, у человека с по ниженным иммунитетом «запускает ся» в работу система, которая до этого находилась в малоактивном или выклю ченном состоянии.

Естественно, что стимулирующее воздействие малых, строго дозируе мых уровней радиации все шире при меняется в медицине, курортологии.

Так, у пациента, находящегося, ска жем, на радоновых курортах типа Цхалтубо или Пятигорска, где он в те чение месяца принимает радоновые ванны, вдыхает обогащенный радоном воздух, почти вдвое увеличивается ак тивность иммунной системы, повыша ется его жизненный тонус, улучшается самочувствие и т. д.

Не только в медицине, но и в сель ском хозяйстве эксперимента