Электризация. Электростатика вокруг нас

ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ КЕМЕРОВСКОЙ ОБЛАСТИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ НЕТИПОВОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«ГУБЕРНАТОРСКИЙ МНОГОПРОФИЛЬНЫЙ ЛИЦЕЙ-ИНТЕРНАТ»

Научно-исследовательское общество лицеистов «Юность. Поиск. Открытие»

IX научно-исследовательская конференция «Мы­–будущие Кузбасса»

Секция точных наук

Электризация. «Электростатика вокруг нас»

(зачетная работа)

Автор: Шепить Сергей, 9 «А» класс

Научный руководитель: Иванов С.А.,

учитель физики высшей квалификационной

категории

2010г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВСТУПЛЕНИЕ

Глава 1 Понятие электростатики

Глава 2 Человек и статическое напряжение

Глава 3 Применение электростатики в акустике

Глава 4 Плюсы и минусы статического электричества

4.1 Плюсы

4.2 Минусы

СОДЕРЖАНИЕ

Цель работы:

Задача работы:

Введение

Из жизни мы хорошо знаем, что многие предметы после натирания начинают притягивать к себе соринки, бумажки, волосы и т.д. Наша жизнь сегодня такова, что далеко не всегда мы задумываемся о том, что происходит вокруг нас, и уж тем более почему. Мы очень часто говорим, что мир слишком сложен, и мы не можем, да и не имеем времени на то, чтобы остановиться и попытаться сделать хоть небольшой шаг к его пониманию. А на самом деле человек вынужден подчас бороться с отрицательными воздействиями статического электричества и изобретать различные антистатики, браслеты для специалистов, обслуживающих современную электронику, спецодежду и т.д.
Впрочем, всё не так уж и сложно, что касается хоть той же расчески. В основе этого явления лежит поляризация диэлектриков, а это явление из электростатики, которая в свою очередь одна из электромагнитных сил, которые в своей совокупности составляют 97% от всех существующих в природе сил, с которыми и благодаря которым мы живем как днем, так и ночью.

Глава 1. Понятие электростатика.

В природе существуют два рода электрических зарядов, условно назывные «положительными» и «отрицательными» зарядами. Носителями электрических зарядов являются элементарные частицы, входящие в состав атомов,– электрон, заряженный отрицательно, и протон с положительным зарядом. Электрические заряды взаимодействуют таким образом, что одноименные заряды отталкиваются, а разноименные – притягиваются.

Взаимодействие, покоящихся электрических зарядов, осуществляется с помощью электростатического поля, которое передает действие одних наэлектризованных тел на другие. Электростатическое поле представляет собой одну из форм материи, существующую в пространстве вокруг электрического заряда и проявляющую себя силами, действующими на другие заряды, расположенные в этом пространстве. Сила взаимодействия между двумя покоящимися точечными зарядами определяется законом Кулона, установленным опытным путем: в воздухе сила взаимодействия пропорциональна произведению зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними: Она направлена по прямой, соединяющей две точки, в которых расположены заряды.

Взаимодействие электрических зарядов было количественно описано Кулоном, но оставался вопрос: как же именно один заряд оказывает действие на другой? Согласно теории близкодействия, удалённые тела могут взаимодействовать только за счёт промежуточных звеньев или среды, передающих взаимодействие от точки к точке; передача взаимодействия происходит с конечной скоростью. Многие учёные для объяснения электромагнитных взаимодействий на основе этой теории придумывали невидимые всевозможные атмосферы и истечения, вокруг заряженных тел, но науке эти размышления ничего не давали.

Максвелл не смог доказать это экспериментально, но в этом теперь нет необходимости, так как известно множество фактов, подтверждающих, что электромагнитное поле реально, а электромагнитные взаимодействия передаются с конечной скоростью. В настоящее время теория близкодействия полностью подтверждена. Электромагнитные взаимодействия передаются в электромагнитном поле. По современным представлениям, гравитационные взаимодействия осуществляются гравитационным полем (полем тяготения). Скорость их распространения равна скоростисвета, это доказано экспериментально в 2004 году.

• Электрическое поле материально, то есть реально существует. Его природу, строение и механизм действия невозможно установить на данном этапе развития науки. Зато можно установить его свойства. Электрическое поле неподвижных зарядов называют электростатическим. Электростатическое поле создаётся только электрическими зарядами. Оно постоянно существует в пространстве, окружающем эти заряды.
• Электрическое поле действует на находящиеся в нём заряды с некоторой силой, зависящей от расстояния до порождающего поле заряда.
• Электрическое поле неограниченно в пространстве. Сила, с которой оно действует на заряд, уменьшается с расстоянием, но не до нуля (из закона Кулона следует, что сила равна нулю, если равен нулю хотя бы один из зарядов, а в этом случае не имеет смысла говорить о взаимодействии).
• Электрическое поле взаимопроницаемо. На заряд, находящийся в полях нескольких других зарядов, каждый из них действует с такой же силой, как если бы других зарядов не было.

Глава 2.Человек и статическое напряжение.

Накопление зарядов статического электричества на теле человека происходит при его трении о синтетическою одежду, обшивку дивана или напольные покрытия при ходьбе, вставание со стула и т.д. При этом электростатический заряд человека обусловлен трением или контактов двух материалов, один из которых должен быть хорошим диэлектриком. Использование в помещение напольных покрытий с высоким значением объемного удельного сопротивления приводит к значительной электризации человека. Особенно актуальна эта проблема в жилых объектах, где относительная влажность составляет не более 40%. В это время наблюдается наиболее интенсивное накопление зарядов СЭ, которое может привести к возникновению разрядов между заряженным человеком (потенциал тела человека достигает 10-20кВ) и корпусами заземлённого оборудования и компьютерной техники. В момент разряда человек получает болевые ощущения, которые могут привести к травмам, а во взрывоопасных и пожароопасных помещениях может привести к возникновению аварийных ситуаций с летальным исходом.

Глава 3. Применение электростатики в акустике.
Электростатическая головка

Как и в ленточном преобразователе, в электростатической головке для возбуждения звуковых колебаний используется тонкая мембрана. Но на этом сходство заканчивается. Динамический и ленточный громкоговорители являются электромагнитными преобразователями и работают за счет электрически индуцируемого магнитного взаимодействия. Принцип работы электростатического громкоговорителя совершенно иной — электростатическое взаимодействие.

В электростатической головке тонкая подвижная мембрана — иногда сделанная из прозрачной майларовой пленки — натянута между двумя неподвижными электродами, называемыми статорами. К мембране подводится очень высокое напряжение относительно статоров. На статоры подается звуковой сигнал, создающий вокруг них электростатические поля, изменяющиеся под влиянием изменения звукового сигнала. Возникающие вокруг статоров переменные электростатические поля взаимодействуют с постоянным электростатическим полем мембраны, отталкивая и притягивая ее. Один статор притягивает мембрану, другой ее отталкивает, тем самым воспроизводя звук. В электростатическом громкоговорителе используются очень высокие напряжения. Приложенное к диафрагме поляризующее напряжение достигает 10000 В (10 кВ). Вдобавок, напряжение звукового сигнала при помощи повышающего трансформатора, размещенного внутри электростатического громкоговорителя, увеличивается с нескольких десятков (на первичной обмотке) до нескольких тысяч вольт (на вторичной обмотке). Столь высокие напряжения необходимы для создания вокруг диафрагмы и статоров электростатических полей достаточной напряженности.

Для предотвращения искрения (электрического разряда) статоры часто покрывают изоляционным материалом. Тем не менее, если на электростатический громкоговоритель подано избыточное напряжение, то электростатическое поле отнимает свободные электроны у находящегося в воздухе кислорода, ионизируя его; это создает проводящий путь для электрического заряда. Большие отклонения диафрагмы (при высоком уровне громкости) приближают диафрагму к статорам и также способствуют возникновению искрения. Оно может разрушить электростатические панели, пробивая небольшие отверстия в мембране. Искрение является более серьезной проблемой во влажных климатических условиях, чем в сухих, поскольку влага увеличивает электропроводность воздуха между статорами.

Прослушайте такие гибридные громкоговорители; иногда в них обнаруживается неравномерность амплитудно-частотной характеристики в районе частоты разделения, где НЧ-головка "передает эстафету" электростатической панели. Обратите внимание, например, на изменение тембра фортепиано, на воздушность и размер образа при звучании в различных регистрах. Акустический бас при воспроизведении джаза — это также хорошая проверка на однородность звучания гибридного громкоговорителя, состоящего из динамической и электростатической головок.

Одно из серьезных достоинств широкополосных ленточных и электростатических акустических систем — отсутствие разделительного фильтра: на диафрагму подается весь звуковой сигнал. Это исключает неоднородность звучания, возникающую при воспроизведении разных частот различными головками. Вдобавок, отсутствие резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности, используемых в разделительном фильтре, существенно увеличивает прозрачность и точность звучания широкополосных планарных громкоговорителей. Даже в гибридных планарных акустических системах частота разделения между динамической НЧ-головкой и планарной панелью очень низкая (ниже 800 Гц, что примерно на октаву выше среднего "ля"), поэтому неоднородность звучания головок отсутствует в большей части звукового спектра.

Глава 4. Плюсы и минусы статического электричества.

Импульсные помехи возникающие при разрядах СЭ представляют большую опасность для микроэлектронной техники и часто приводят к выходу из строя транзисторов и микросхем, используемых в электронном оборудовании и компьютерах. Накопление зарядов статического электричества (СЭ) на теле человека может привести к: повышенной утомляемости, раздражительности, нарушению сна, депрессии, нарушению центральной нервной системы, болезни верхних дыхательных путей, выпадению волос, прыщи, покраснения кожи, дерматит.