«Тепловые явления»
| Вид материала | Документы |
- Урок-экскурсия Физика на весенней тропе (Тема "Тепловые явления"), 79.68kb.
- Блочно-модульное планирование темы: «Молекулярная физика. Тепловые явления.» (16 часов), 61.79kb.
- Спецификация темы «Тепловые явления» и примеры заданий к ней, 23.63kb.
- Методическая разработка урока собеседования по физике в 8 классе по теме: «Тепловые, 63.49kb.
- Общая характеристика обработки резанием. Сущность процесса резания. Виды стружек. Силы, 129.66kb.
- Урок в 8-м классе по теме: "Тепловой баланс. Решение задач", 94.3kb.
- Урок по теме: «Изменение агрегатных состояний вещества», 56.45kb.
- Строительные нормы и правила тепловые сети, 411.02kb.
- Сравнение теплового гидродинамического насоса типа тс1 и классического теплового насоса, 124.32kb.
- Строительные нормы и правила тепловые сети сниП 05. 03-85, 962.65kb.
Биолог: Способность различных морских животных ориентироваться под водой долгое время оставалось загадкой, однако исследования показали, что некоторые из них реагируют на электрические поля, которые возникают впоследствии движения океанических течений и поля Земли. Под воздействием нервного импульса некоторые особые клетки начинают пропускать через мембраны поток ионов. У электрических рыб эти клетки соединены последовательно от головы до хвоста и между головой и хвостом рыбы создается большая разность потенциалов. Множество таких последовательных цепочек электрических клеток соединяются параллельно. В результате возникает ток, достаточный для того, чтобы оглушить врага или убить жертву.
У гигантского ската Торпедо Нобилнана параллельно соединены 2000 таких цепочек, каждый из которых содержит 1000 соединенных последовательно электрических клеток. При подобном последовательно – параллельном соединении у каждой клетки напряжение не большое, а суммарное напряжение достаточно велико. У пресноводных электрических рыб последовательно соединяются еще большее число клеток. Так как проводимость пресной воды значительно меньше, то для того, чтобы рыба могла создать ток такой же величины, разность потенциалов между ее головой и хвостом должна быть значительно больше. По наружности электрические рыбы – сомы мало отличаются от обыкновенных сомов, но у электрических сомов есть одна важная особенность. На поверхности всего тела, непосредственно под кожей, а также и в мускулах лежит тонким слоем особого строения ткань, похожая на жир. Ткань эта состоит из шести и более налегающих друг на друга тонких пластинок, которые отделены друг от друга студенистыми слоями. Это и есть электрические органы, в которых может накопиться довольно большой электрический заряд. Если дотронуться рукой, то происходит сильный электрический удар, как от гальванической батареи. Электрический орган этих рыб представляет собой мелкопластинчатую структуру чередующихся тонких слоев мышечной и соединительной ткани. Мышечная ткань служит проводником, а соединительная – изолятором. Следовательно, с физической точки зрения, этот орган является батареей конденсаторов. Разность потенциалов, возникающая, например, в электрическом органе электрического ската достигает 300в, а в органе электрического угря – 400- 600В.
Ведущая: Мы хотим рассказать об исследованиях, связанных с именем итальянского профессора анатомии и медицины Луиджи Гальвани. Перенесемся в 1780 год, в Балонский университет, в помещение медицинского факультета.
Открытие биоэлектричества.
Представим, что мы поднимаемся на 2-ой этаж, где в лаборатории практической анатомии синьор профессор готовит материал к своим занятиям. О, да, здесь не только препаратская. На столе , на котором Гальвани препарирует лягушек, стоит электрофорная машина и лейденская банка. Трещат искры. А под ножом препаратора в сумасшедном танце дергаются отрезанные лапки квакух. Что же заставляет сокращаться мышцы лягушечьей лапки? Что вызывает кисловатый привкус при прикосновении языка к полюсам батареи? Что приводит к вспышке лампы, соединенной с заряженным конденсатором? Ответы на эти вопросы нам известен – это электрический ток, представляющий собой направленное движение заряженных частиц.
Основные законы постоянного тока.
Физик: Для существования электрического тока необходимо 2 условия: во- первых, наличие в веществе свободных заряженных частиц, способных перемещаться под воздействием электрического поля. Заметим, что вещества, в которых имеются такие частицы, называются проводниками, в отличие от изоляторов, где нет свободных заряженных частиц; во- вторых, между концами проводника необходимо поддерживать разность потенциалов для создания электрического поля в проводнике. Сила тока равна отношению заряда, переносимого через поперечное сечение проводника за интервал времени, к величине этого интервала. Для измерения силы тока используется амперметр. Если сила тока со временем не меняется, то ток называется постоянным. Для создания постоянного тока используют химические источники: батареи и аккумуляторы, позволяющие поддерживать постоянное напряжение на концах проводника в течение длительного времени. Несмотря на сложность конструкции и применение самых современных материалов, в основе лежит изобретение Алессандро Вольта, которое он совершил с помощью своего языка.
Немецкий физик Георг Ом установил, что сила тока в проводнике зависит от напряжения на его концах и от сопротивления проводника. Сопротивление, в свою очередь, зависит от поперечного сечения, длины проводника и удельного сопротивления, характеризующего материал проводника. Удельное сопротивление зависит от концентрации свободных зарядов в веществе.
Внимание! Электрический ток!
Ведущая: Электрический ток, проходя через электролит, оказывает химическое действие, а какое действие оказывает электрический ток при прохождении через тело человека?
Минус: Этот вопрос, мне кажется, нужно адресовать инженеру по технике безопасности, а врач расскажет о первой помощи.
Инженер по ТБ: Сила тока, который протекает по телу человека, определяется законом Ома, т.е. зависит от приложенного напряжения и от сопротивления тела. Сопротивление кожи является определяющим фактором, который ограничивает ток.
Если провести эксперимент и цепь, содержащую источник тока напряжением 2В и последовательно включенный амперметр, замкнем сначала сухими, а затем мокрыми руками, то, зная силу тока, напряжения, можно вычислить сопротивление рук в каждом случаи:
сухими руками - 2000 Ом
мокрыми - 700 Ом
Итак, сопротивление сухих рук значительно больше сопротивления мокрых рук.
Ведущая: Почему сопротивление человека так велико? Кровь человека хороший электролит. Как видно из таблицы, содержание ионов велико, а значит, проводимость должна быть высока, а сопротивление – мало.
Инженер по ТБ: Действительно, ионы, находящиеся в крови, обеспечивают беспрепятственное прохождение тока в теле. Однако, основную роль играет поверхностный слой кожи – эпидермис, сопротивление которого велико.
Плюс: Мы выяснили, что сопротивление тела человека зависит, в основном, от состояния поверхностного слоя – кожи. Как же тонкий слой эпидермиса может оказывать такое сильное влияние на величину общего сопротивления человеческого тела?
Инженер по ТБ: Если мы проследим путь электрического тока через тело человека, мы увидим, что он последовательно проходит по цепи следующие участки: кожный покров, органы, кожный покров. Эквивалентную электрическую цепь можно представить в виде суммы трех последовательно соединенных сопротивлений. Общее сопротивление такой цепи равно сумме отдельных сопротивлений и определяется, в основном, наибольшим из них, в нашем случае – сопротивлением кожи.
Ведущая: Какие органы человека наиболее чувствительны к электрическому току, какие могут быть эффекты действия электрического тока на организм – расскажет нам учитель ОБЖ.
Учитель ОБЖ: Наиболее чувствительными к электрическому току являются: мозг, грудные мышцы, нервные центры, которые контролируют дыхание и сердце. Если ток от внешнего источника пропускать через сердце, то возникают нескоординированные сокращения желудочков. Самопроизвольные сокращения желудочков не прекращаются, даже если прекратилось действие тока. Вызвать их может ток от 500 до 1000 мА.
Ведущая: Что же делать в этом случае?
Учитель ОБЖ: В течение 1 – 2 минуты сердечные мышцы, не получающие коронарной крови, слабеют. В результате, они не могут нормально сокращаться и наступает смерть. Дефибрилляция сердца, применяемая в этом случае, заключающаяся в пропускании через сердце в течении нескольких миллисекунд тока 10 А, помогает сохранить жизнь Токи, величина которых недостаточна, чтобы вызвать сокращения желудочков, может привести к остановке дыхания, парализуя действия нервных центров, контролирующих легкие. Дыхательный паралич возникает в диапазоне 20 – 100 мА.
Инженер по ТБ: Возможность поражения электрическим током существует во многих повседневных ситуациях: при контакте с поврежденной изоляцией проводника или стоя в ванной на влажном полу босиком и держась за заземленную трубу – сопротивление будет низким и через тело пойдет значительный ток. При всех несчастных случаях необходимо:
а) освободить человека от воздействия электрического тока;
б) при низком напряжении можно воспользоваться сухой палкой, веревкой или другими изоляторами;
в) нельзя работать неизолированными руками, иначе вы окажетесь в этой же цепи и не сможете освободиться. Ваша изоляция: резиновая обувь, перчатка, сухая доска и др.;
г) если пострадавший в состоянии подпрыгнуть над полом, необходимо изолировать его от земли.
Учитель ОБЖ: Пострадавшему необходимо: полный покой, расстегнуть одежду, либо дать ему вдохнуть нашатырный спирт, а также согреть тело. Затем срочно вызвать врача, а пока проводить искусственное дыхание. Существуют два способа искусственного дыхания: изо рта в рот, изо рта в нос. При втором – нос прикрывается куском марли. Число вдуваний 12 – 14 раз в минуту. При искусственном дыхании изо рта в рот удобно пользоваться Г- образной трубкой, которая вводится между языком и небом на глубину 8 -10 см. При искусственном дыхании голову пораженного слегка запрокидывают, чтобы воздух свободно проходил в легкие.
Ведущая: Но ведь поражение электрическим током может произойти и при ударе молнии. А при каких условиях образуются молнии?
Инженер по ТБ: Сейчас нам очевидно, что молния – это искра, которая проскакивает между двумя облаками, заряженными электричеством разных знаков. Однако в свое время М.В.Ломоносов и Франклин положили немало сил для доказательства этого утверждения. А Георг Рихман, работавший вместе с Ломоносовым, поплатился своей жизнью при попытке отвести молнию в землю через проводящую ток бечевку – хвост воздушного змея, запущенного во время грозы. Напряжение между Землей и облаком 10 – 10 В, сила тока колеблется от десятков до сотен тысяч А, диаметр светящегося канала – 10 – 12 см, длительность вспышки - порядка микросекунд.
При нормальных условиях у поверхности Земли всегда существует стационарное электрическое поле с напряженностью 130 Ф/м, так как постоянно движущиеся потоки воздуха трутся: друг об друга, о различные препятствии. Но во время грозы напряженность возрастает до 1000 Ф/м. Человек может пострадать от этого природного явления – молнии!
Врач: Да, к сожалению, может. Поэтому не стоит рисковать и находиться во время грозы вблизи высоких деревьев, столбов.
А когда через тело человека проходит значительный ток, то смерть может наступить от внутренних ожогов. Согласно закону Джоуля – Ленца, количество теплоты, выделявшийся при прохождении тока, прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению и времени, в течении которого проходил ток.
Если одежда и кожные покровы мокрые, то разряд молнии может и не проникнуть в тело: основная часть тока пойдет по слою воды на поверхности кожи. В этом случаи в результате действия электрического тока может прекращаться сердечная деятельность и дыхание. Бывали случаи, когда при поражении молнией дыхание человека останавливалось почти на 20 минут. И человека считали погибшим, когда же его оплакивали, пострадавший открывал глаза. В таких случаях во время сделанное искусственное дыхание возвращало человека к жизни. Он полностью приходил в себя, у него не обнаруживалось никаких остаточных мозговых повреждений из–за кислородного голодания или электрического тока, хотя во время такого тока потребность мозга в кислороде увеличивается.
Нередко человека поражает не прямой удар молнии, а ответвленные по земле токи или вторичный разряд от предмета, в которой попала молния. Часто люди погибают потому, что их слишком рано начинают считать умершими. Потому им следует оказать первую помощь.
Минус: Все, что вы сейчас рассказали, страшно. Напрашивается вывод – электричество приносит вред всему живому.
Врач: Ну, что вы. Просто им надо умело пользоваться, быть аккуратным – внимательным.
Плюс: Так вы хотите сказать, что оно приносит пользу?
Врач: Конечно, ведь оно стоит на страже здоровья человека. Лечение электричеством появилось еще на заре человечества за 30 лет до нашей эры. Диаскорд электрическими ударами от соприкосновения с электрическим угрем, лечил подагру и хроническую боль.
Лечение электрическим током используется и в настоящее время с помощью современных электрических приборов. Больного помещают между двумя электродами, соединенными с источником постоянного напряжения 40 - 50 кВ. Один электрод в виде звезды с небольшими остриями, направленными к больному, помещают над головой на расстоянии 10 – 15 см. Второй электрод находится под ногами на изолирующей подставке. Электрическое поле имеет большую напряженность около остриев головного электрода, где возникает слабый электрический разряд. Образующийся в зоне разряда поток ионов направляется к телу больного преимущественно в области его головы и шеи. Аэроионы действуют на нервные окончания, заложенные в кожных покровах этой области, а также на рецепторы слизистых оболочек при вдыхании ионизированного воздуха. Такой способ лечения электрическим током называется франклинизацией.
Посредством тока в организм можно ввести лекарственные вещества, образующие в растворе заряженные частицы. Эта процедура называется лечебным электрофорезом. Этот метод применяется при лечении воспаления верхних дыхательных путей, легких, почек и др.
Ведущая: Электрический ток используется не только для лечения, но и для диагностики заболеваний.
Биолог: Для диагностики заболеваний используется регистрация электрических сигналов сердца – электрокардиограмма, головного мозга – электрофалограмма, нервных окончаний и мышц – электромиография. Все эти методы регистрируют биопотенциалы. Биопотенциалами называют разность электрических потенциалов, возникающих в клетках, тканях и органах живого организма.
Одной из теории, объясняющей происхождение биопотенциалов, является мембранная теория. Согласно ей, клеточная оболочка как полупроницаемая мембрана, легко проходима для ионов калия, плохопроницаемая для ионов натрия и совсем непроницаема для анионов. Так как содержание калия в клетке во много раз превышает его содержание в окружающей среде, то его ионы выходят на поверхность клеточной оболочки, сообщая ей положительный заряд и электростатически задерживая на ее внутренней поверхности анионы, для которых мембрана непроходима. С помощью этой теории возможно удается объяснить загадку электрического ската и многих других тайн природы.
Ведущая: Так, кто же был прав: Гальвани или Вольта? Ведь доля истины в теории Гальвани присутствует, живая клетка носит в себе электричество. В историческом споре обе оказались правы. Биолог Гальвани вошел в историю науки как основоположник биоэлектричества, физик Вольта - как основоположник электрических источников тока.
А теперь, давайте, поговорим о мембранном электричестве. Перед вами электрофизиологическая лаборатория университета, в ней за чашкой кофе спорят два представителя науки: электрофизиолог и скептик, который не хочет принять его теорию.
(Сцена)
Физиолог: Ты уже читал? Сенсация! Удалось показать наличие мембранного потенциала в живой клетке!
Скептик: Ни читать, ни писать я не буду! Во – первых, я там ничего не пойму, а во – вторых, ничего значительного не вижу в этих исследованиях: замерают эти биотоки, то в одной части тела, то в другой. А кто скажет, какое это имеет значение?
Физиолог: Погоди, мне известны такие случаи, что ты изменишь свое мнение.
Скептик: Вот как! Приведи примеры!
Физиолог: Для чего растениям нужен солнечный свет?
Скептик: Давай договоримся говорить по существу. Ответ на этот вопрос дала наука, изучающая жизнь растений.
Физиолог: Могу с тобой поспорить. Сегодня на этот вопрос отвечают иначе: солнечный свет нужен растениям для того, чтобы делать электрический мембранный потенциал, создавать аккумуляторы энергии.
Скептик: Ну, это ты хватил! Значит, разводи в комнате растения – и вот тебе источник электричества.
Физиолог: Зря иронизируешь про батарейку из растений. Я точно знаю некоторые данные о жизни гапофильных бактерий, обожающих соленую воду. В среде, где обитают эти пурпурные бактерии, профессор Стокениус из Калифорнии, при облучении их светом, обнаружил таинственное появление положительных зарядов. Другой ученый Пакер даже собрал из них батарейку. Электрическая лампа, подключенная к такой батарейке, горела целых 90 минут, а вся система сохраняла свою «боеспособность» в течении шести месяцев.
Скептик: Что–то неладное получается. Появился новый источник энергии? Где официальные испытания?
Физиолог: В 1978 году английскому ученому Питеру Митчеллу была присуждена Нобелевская премия за открытия в области мембранного электричества.
Скептик: В чем же состоит его открытие?
Физиолог: На, читай!
Скептик: (читает) «Химико – соматическое сонапряжение Митчелла. При окислении питательных веществ дыхательной цепью митохондрии происходит разделение электронов по разные стороны мембраны…» Я же говорил, что ничего не пойму, и уверен, что среди присутствующих не найдется такого человека, который бы повторил или объяснил смысл прочитанного. Может быть ты нам расскажешь, что понимаешь под мембранным электричеством?
Физиолог: Ну, ладно, расскажу, слушай! Очень упрощенно это происходит так: химическая энергия, выделяющаяся при окислении молекулы питательного вещества, преобразуется в электрическую. Это значит, что ферменты дыхательной цепи перенесли электроны с одной поверхности мембраны на ее другую поверхность. Мембрана зарядилась подобно конденсатору.
Скептик: Стоп! Стоп! Ничего не понимаю!..
Ведущая: Спор продолжается…
А я, в заключение, хочу предложить вашему вниманию викторину об ученых, фамилии которых были упомянуты во время выступлений.
Итак, вопросы:
1. Кто первым купил у финикийских купцов веретено из драгоценного камня – электрона, желтого, прозрачного, как первый летний мед? (Фалес)
2. Ученый, открывший основной закон электростатики. (Кулон)
3. Кто объяснил взаимодействие электрических зарядов тем, что вокруг каждого электрического заряда существует электрическое поле? (Фарадей)
4. Ученый – основоположник биоэлектричества . (Гальвани)
5. Ученый – открывший закон постоянного тока. (Ом)
6. Ученый, который разработал теорию мембранного потенциала и получил за это Нобелевскую премию. (Митчелл)
Спасибо всем участникам викторины. Мы на этой конференции рассказали только о некоторых фактах науки, о наиболее интересных экспериментах. Мы убедились, окончательных побед не бывает. Открыто и сделано много, но предстоит сделать еще больше!
А в заключение хотим выразить огромную благодарность всем тем, кто помог нам в проведении этой конференции.
Спасибо за внимание!!!
Научно – познавательная игра
«Физический бой»
Цель игры: закрепление знаний учащихся по теме «Оптика», развитие умственных способностей, логического мышления, формирование культуры речи.
Эпиграф: «Нередко шутка служит проводником
такой истины, которая не достигла бы
цели без ее помощи»
1. Ученики проигрывают разные сцены, а команды должны будут ответить на вопросы ведущего.
Сцена 1.
Начальник полиции:
- Посмотрите, как выглядит этот мужчина на фотографии. Найдите его и следуйте за ним как тень! Поняли: как тень!
Сыщик:
- Так точно, понял. А что мне делать, если не будет солнца?
Вопрос: когда не бывает тени от предметов? Почему возникают нерезкие тени?
Сцена 2.
Учитель, поясняя, что такое стороны света, спрашивает:
- Петя, если я встану лицом к востоку, что будет за моей спиной?
- Ваша тень.
Вопрос: как бы вы ответили на этот вопрос? Какое время суток имел в виду Петя, отвечая учителю?
Сцена 3.
Прохожий, увидев, что Насреддин копает в степи ямы:
- Что это ты тут делаешь?
- Да зарыл в этой степи деньги, но как ни бьюсь, не могу найти.
- А ты не запомнил никаких примет?
- А как же! Когда я зарывал деньги, в том месте была тень от облака, но теперь ни облака нет, ни тени.
Вопрос: правильную ли примету выбрал Насреддин, зарывая клад?
Сцена 4.
Учительница сообщает классу:
- Сегодня вечером, ребята, будет лунное затмение.
Лучший ученик тут же спрашивает:
- По какому каналу телевидения?
Вопрос: как возникают лунные затмения? Если на Земле наблюдается лунное затмение, то что увидит космонавт, оказавшийся в это время на Луне?
Сцена 5.
Пациент обращается к врачу:
- Доктор, мне нужна ваша помощь!
- А в чем дело?
- Доктор, одна моя подчиненная весь день смотрится в зеркало и восхищается своей внешностью!
- Так…А где вы работаете?
- В комнате смеха…
Вопрос: какие зеркала используются в комнате смеха? Каким становится изображение человека в этих зеркалах?
Сцена 6.
Одна женщина сказала Сократу:
- О, как уродливо лицо твое, Сократ!
На то он ей ответил:
- Будь ты чистым и прямым зеркалом, твои слова огорчили бы меня. Но ты, как мутное и кривое зеркало, все искажаешь.
Вопрос: почему кривое зеркало все искажает?