Почему человек бьется током? Клуб почемучек

Добрый день! Ко мне в "Клуб почемучек" пришло сразу два похожих вопроса. Один от мамы Жени и ее сыночка Димы (4,5 года) "Почему когда кошку гладишь, она искриться?" и второй от мамы Юли и ее сыночка Дениски (6,5 лет) "Почему человек бьется током?". Думаю, вы уже догадались, что сегодня у нас речь пойдет о статическом электричестве. Что же это такое и почему  возникает это явление? Сейчас мы с вами в этом разберемся!

(Обращаю ваше внимание, что весь материал в статье дается с учетом возраста маленьких читателей, и призван лишь только познакомить их с физическими понятиями, а не дать им полный курс физики).

Давайте начнем рассказ с простого физического опыта.

ОПЫТ 1. Веселые рыбки

Материалы: 

Шерстяная ткань (свитер, шарф, одеяло). 

Предмет из хорошо накапливающего электрический заряд материала: пластмассы, пенопласта, резины и т.п. Это может быть пластмассовая линейка, ручка, расческа, кусочек пенопласта или воздушный шарик (мы использовали последний).

Бумага - салфетки, кусочки газеты или тетрадного листа.

Ход эксперимента:

Предложите ребенку нарезать или нарвать бумагу на мелкие кусочки - это будут наши рыбки. Для правдоподобия можно воспользоваться фигурным дыроколом - наделав много мелкого конфетти.

После этого потрите о волосы или шерстяную одежду воздушный шарик и поднесите его к кусочкам бумаги, насыпанным на столе - они начнут смешно подскакивать и прилипать к шарику.

Наэлектризованные рыбки

Спросите малыша - на какое явление это похоже? Думаю, он сразу вспомнит, как точно так же притягивает мелкие железные предметы магнит. Все правильно - это родственные явления. У магнитов есть полюса - северный и южный. Если два магнита поднести друг к другу одинаковыми полюсами - они будут отталкиваться. А если разными - то притягиваться. (подробнее о магнитах и множество игр и опытов с ними можно почитать в моей бесплатной электронной книге и частично в статье "Опыты с магнитами"). 

Похоже происходит и с электрическими зарядами. Одинаково заряженные тела отталкиваются, противоположно заряженные - притягиваются.

Откуда же взялись электрические заряды в бумаге и воздушном шарике? Для ответа на этот вопрос нам надо обратиться к самым основам мироздания :)

Все на свете состоит из мельчайших частиц - атомов. А они сами "сделаны" из одного большого положительно заряженного ядра (его заряд обозначают знаком "плюс") и нескольких маленьких отрицательно заряженных электронов (их заряды обозначают знаком "минус"). В обычном атоме заряд ядра уравновешивается зарядами электронов. Поэтому тело, состоящие из таких атомов, электрически нейтрально. Но если каким-то образом у атома отнять или добавить электронов, то атом уже становится не нейтральным. У него становится какого-то из зарядов больше. Или положительного, или отрицательного. А если все тело состоит из таких атомов, то оно и получается положительно или отрицательно заряженным.

ЗАДАНИЕ 1. Математика на атомном уровне

Давайте посчитаем заряды в атомах? Для этого нарисуйте на бумаге схематическую модель атома. Правда, она очень похожа на модель нашей Солнечной системы? В центре - огромное положительно заряженное "Солнце" - ядро, а вокруг него по своим орбитам "летают" небольшие отрицательно заряженные "планеты" - электроны. Давайте электрончики сделаем из монеток, пуговок или шариков. Каждый электрон несет на себе только один заряд со знаком "минус". А вот в ядре может находится находится несколько протонов - частиц с зарядом со знаком "плюс". 

Сначала сделаем обычный нейтральный атом. Да хотя бы кислорода (в химии его обозначают буквой "О" и называют "оксиген"). У него положительный заряд равен 8. Мы напишем на ядре +8. Если атом нейтральный, значит и "минусов" у него должно быть 8. То есть, вокруг ядра летает 8 электронов - столько же, сколько планет в нашей Солнечной системе :)

Каким станет заряд этого атома - положительным или отрицательным, - если какой-то другой атом "утащит" у него один электрон? (Предложите ребенку забрать одну из пуговок и посчитать, осталось больше или меньше восьми).

А если этот атом сам "перетащит" к себе чей-то чужой электрон? Какого заряда в нем станет больше?

Поиграйте с малышом в "отнимание" и "прибавление" атомов. Спрашивайте его, сколько надо добавить или убавить электронов, чтобы заряд атома уравновесился.

Строение атома кислорода

Теперь у нас достаточно знаний, чтобы объяснить опыт с рыбками. Раз шарик притягивал их, значит какие у них были заряды? Разные или одинаковые? Разные! А откуда в шарике взялся заряд? Похоже, он появился от того, что мы терли его о шерсть. Некоторые электроны с шерсти от трения поотрывались от ее атомов и поприлипали к атомам шарика. И шарик приобрел какой заряд? Правильно, отрицательный. Поэтому он и стал притягивать бумагу. И мы наблюдали явление, которое называется статическим электричеством.

Это явление люди знали уже в давние времена. Еще древние греки заметили, что если потереть кусочек янтаря о шерсть, то он начинает притягивать к себе мелкие соринки, шерстинки и т.п. А так как по-гречески "янтарь" звучит как "электрон", то это явление потом и назвали электричеством.  

А почему статическим? По-гречески "статический" - это "стоящий". То есть статическое электричество - это стоящее электричество, в отличие от электрического тока, который, как известно даже младенцам, постоянно куда-то "течет" :) А статическое электричество очень спокойное: оно может лишь только накапливаться в телах, а потом разряжаться (высвобождаться на волю). И вот когда происходит разряд, тогда говорят, что тело "бьется током". 

ОПЫТ 2. Гром и молнии

Этот опыт надо проводить в темноте. Для него вам понадобится кошка или хотя бы шерстяной свитер или синтетическая одежда. Погладьте рукой кошку или потрите одежду - вы увидите, как между рукой и шерстью станут проскакивать искры. И услышите характерный треск. (Еще лучше эффект будет, если трогать шерсть не рукой, а пластмассовой расческой).

Это электроны с вашей руки "перебегают" на шерсть, создавая электрический разряд. Такой же самый, который мы можем наблюдать во время грозы. Наши искорки - это маленькие молнии, а треск от них - это раскаты грома.

Опыт по получению искр от  кота :)

Чем суше воздух, тем лучше получается этот опыт. Именно поэтому зимой, когда воздух очень сухой, мы постоянно бьемся током: надеваем ли мы одежду, застилаем ли постель покрывалом, расчесываемся ли, гладим ли домашних любимцев, прикасаемся ли к разным предметам - холодильнику, батарее, электроприборам и даже к струе воды. 

Для человека такой разряд не страшен - сила тока в нем очень небольшая, поэтому мы чувствуем только слабенькое пощипывание. А вот для чувствительных электронных приборов статическое электричество бывает очень опасным. От разряда они могут сгореть. 

Кроме того, заряженные предметы притягивают к себе всю пыль и мусор. Наверное вы и сами замечали, что экраны телевизора и компьютера просто собирают на себя всю пыль в квартире. Поэтому на заводах со статическим электричеством обычно борются, используя специальные антистатические жидкости и покрытия.

Но неужели оно такое бесполезное и годится лишь только на пускание искр? Вовсе нет! Используя свойства статического электричества люди научились делать многие вещи. 

Например, чтобы краска на автомобиль ложилась ровным красивым слоем, на заводе машины красят так: сам автомобиль заряжают положительно, а краску - отрицательно. А потом начинают разбрызгивать краску над корпусом автомобиля. Частицы краски притягиваются корпусом - поэтому она как-бы облепляет его со всех сторон. А так как ее капельки все одинаково заряженные, то они отталкиваются друг от друга - из-за этого слой краски получается равномерным.

А еще статическое электричество используют для замешивания теста. На хлебозаводе муку заряжают положительно, а воду отрицательно. И когда потом их распыляют в специальной камере, то частички воды равномерно перемешиваются с частичками муки. И тесто получается очень однородным, без всяких комочков.

Ну а мамам с детками тоже может пригодится статическое электричество :) Предлагаю вам сделать научную игрушку, основанную на этом явлении:  забавного осьминожку, который умеет хватать все своими щупальцами. (Как его сделать, я рассказываю ЗДЕСЬ).

Наш осьминожка умеет хватать за руку

А еще со статическим электричеством можно играть в игры! Например, об этой игре мне рассказал Витя - они в школе, в 9 классе(!)  забавляются ею на уроках)))

ИГРА 1. Электробой

Для игры понадобятся: две пластмассовые ручки и кусочки обычной бумаги. 

Игроки берут по ручке, трут их о волосы или одежду и стараются перетянуть друг у друга бумажечки. Кому это удастся - тот и выиграл)))

Кто сильнее?

ИГРА 2. Электрорыбалка

На этом же принципе основана игра в рыбалочку. Для нее понадобятся пластмассовые ручки или линейка и мелкие разноцветные бумажки. Задача ребенка - выловить всех рыбок только с помощью ручки или линейки. А для этого ее надо периодически наэлектризовывать, потерев об одежду. Если играют двое, то можно ловить рыбки каждый своего цвета.
В общем, принцип тот же, что и во всем известной магнитной рыбалке. Только теперь мы для ловли "рыбы" используем силу статического электричества.

На нашу удочку поймалась целая цепочка рыбок

Надеюсь, Диме и Дениске  понравился мой ответ? На следующем занятии мы будем разбирать вопрос: "Откуда на окнах морозные узоры?"
А чтобы я ответила на ваши вопросы, вступайте в Клуб и задавайте их!

Для этого надо:

1) Поставить баннер на боковую панель вашего блога или сайта (код баннера можно взять, перейдя на страницу "Клуба почемучек"), а если блога нет, то дать ссылку на страницу Клуба в своих соц. сетях.

2) Прислать ваш вопрос мне на почту tavika2000 @ yandex.ua (убрать пробелы) с пометкой "Клуб почемучек".  

Подписаться на новости Клуба можно прямо тут, заполнив форму рассылки.

После этого вам на почту будут приходить ссылки на новые выпуски "Клуба почемучек" и сообщения о розыгрышах призов.

Ваше имя: Ваш email:

Архив прошлых выпусков "Клуба почемучек" можно посмотреть ЗДЕСЬ.

Материалы по теме:

1. Статическое электричество в природе и технике. ЭлектрикИнфо(http://electrik.info/main/fakty/48-staticheskoe-jelektrichestvo-v-prirode.html)
2. Статическое электричество. Википедия. (https://ru.wikipedia.org/wiki/Статическое_электричество)
3. Занимательные опыты. В мире физики. (http://likt590shevchuk.blogspot.com/2011/05/blog-post_10.html)