Физическая викторина. Электричество и магнетизм. Электрический ток в жидкостях и газах
* Задачи, не требующие для решения эксперимента, отмечены звездочкой. Решая такие задачи, можно использовать рисунки (если они есть в задании), выводя их на экран.
1*. Ток силой 1 А проходит через электролит, причем ежесекундно положительные ионы переносят к катоду положительный заряд величиной 0,5 К, отрицательные — к аноду отрицательный заряд 0,5 К. Какому заряду соответствует количество веществ, выделившихся в 1 с на электродах?
2. Взять две цинковые прямоугольные пластинки размерами 60 X 30 X 0,5 мм и сделать из них две коробочки а высотой 7 мм. К середине дна каждой коробочки припаять концы медной проволоки диаметром 1 мм и длиной 150 мм, а к середине самой проволоки — железный стержень b длиной 20 мм и сечением 1 мм (рис.). Другой конец припаять к колпачку угольного электрода с от использованной батарейки, который предварительно укоротить до 25 мм. Изготовленный электрод осторожно опустить на поверхность слабого водного раствора серной кислоты с примесью двухромовокислого калия, налитого в стеклянную ванночку. Под середину ванночки положить полосовой магнит, а над ней — другой полосовой магнит разноименным с первым магнитом полюсом. Электрод будет вращаться. Объяснить явление.
3. В кристаллизатор налить раствор медного купороса и опустить в него металлическое кольцо, а в центре укрепить металлический стержень (рис.).
Кристаллизатор поставить на полюс сильного электромагнита (можно использовать катушку на 110 В универсального трансформатора). Через обмотку электромагнита пропустить электрический ток напряжением 6—8 В. Стержень и кольцо включить в цепь источника постоянного тока напряжением 6—8 В. При замыкании цепи раствор начнет вращаться, что будет видно по плавающей в нем пробке. Объяснить явление.
4. Катушку от школьного разборного трансформатора на 220 В, надетую на железный сердечник, установить вертикально. Над катушкой на деревянных штативах укрепить два горизонтально расположенных угольных стержня, которые включить в сеть через водяной реостат. Между стержнями зажечь электрическую дугу (рис.). При пропускании тока через катушку дуга гаснет. Объяснить явление.
5. Бегущий дуговой разряд.
Из проволоки толщиной 2—3 мм изготовить электроды в виде рогов длиной 12 см каждый (рис.). В нижней части расстояние между электродами равно 2 см, а в верхней части — 4—5 см. Клеммы электродов присоединить к полюсам вторичной обмотки высоковольтного индуктора. При разряде катушки в узком месте рогового разрядника возникнет небольшая дуга, которая будет скользить вверх и там погаснет, затем возникнет вторая дуга и т. д. Объяснить явление.
Примечание. С высоковольтным индуктором надо обращаться очень осторожно.
6. Стеклянная трубка 1, в которую вставлены два электрода из алюминиевой проволоки, соединена с колбой 2 и пробиркой 3 (рис.). Вскипятить воду в колбе и, приведя в действие индукционную катушку 4, непрерывно пропускать искровой разряд между электродами. В пробирку 3, вытесняя из нее воду, будет поступать газ. После получения достаточного количества газа в пробирке 3 зажать пробирку пальцем, вынуть ее из воды и зажечь газ спичкой. Газ воспламенится, это явление будет сопровождаться характерным звуком. Объяснить явление. Какой практический вывод можно сделать из опыта?
7. Продемонстрировать прибор, состоящий из стекла, на котором наклеены полоски фольги. Подключить прибор к полюсам электрофорной машины. Вращать диски машины. На стекле обозначится светящийся контур цветка. Объяснить появление этого контура.
8. Изготовить прибор (рис.), состоящий из квадратной дощечки 1, в которой укреплены две группы проволочек 2, а посредине между ними находится железная трубочка 3. Проволочки 2 присоединить к высоковольтному индуктору и накрыть химическим стаканом. В железную трубочку 3 вставить кусочек киноленты и поджечь снизу. Стакан наполнится дымом. После включения индуктора дым исчезнет. (Во время опыта надо следить, чтобы между электродами не проскакивали искры.) Объяснить явление. Можно ли использовать это явление в практике?
9. Баллон пустотной лампы обернуть фольгой, к которой присоединить конец тонкой проволоки, второй конец соединить со стержнем электроскопа (рис.).
Зарядить электроскоп с помощью стеклянной палочки положительно. Включить лампу в сеть, после чего листочки электроскопа опустятся. Затем электроскоп зарядить с помощью эбонитовой палочки отрицательно. При включении лампы листочки электроскопа не опадут. Объяснить явление.
Ответы
1. Количество выделившихся веществ соответствует 1 К на катоде и 1 К на аноде, так как за 1 с к катоду не только подходят положительные ионы с зарядом 0,5 К, но от него уходят отрицательные ионы с зарядом 0,5 К и, следовательно, у катода освобождается еще 0,5 К положительных ионов.
2. Прибор представляет собой замкнутый плавающий элемент. Циркулирующий в нем электрический ток идет в разные стороны от железного стержня по двум горизонтально расположенным участкам медного провода. Пользуясь правилом левой руки, можно показать, что на эти участки, находящиеся в магнитном поле, действуют две силы, направленные в разные стороны, которые и заставляют элемент вращаться.
3. При радиальном движении ионов, образующих ток в вертикальном магнитном поле, на них будут действовать горизонтально направленные силы, перпендикулярные к радиусам сосуда, при этом ионы, увлекая жидкость, приведут ее во вращение.
4. Магнитное поле катушки отклоняет в сторону движущиеся в пламени дуги заряженные частицы и гасит ее.
5. Движение искры вдоль роговидного разрядника объясняется действием магнитного поля подводящих проводов (рогов) на ток искры. Применяя правило левой руки, можно убедиться, что искра при любом направлении тока движется к раствору рогов.
6. 1. Поступающие в трубку 1 водяные пары под влиянием высокой температуры искрового разряда диссоциируют на водород и кислород, образуя гремучий газ, поступающий в пробирку 3.
2. Из опыта можно сделать вывод, что тушить пожар небольшим количеством воды нельзя. Это может вызвать даже усиление пожара, так как вода от сильного пламени будет диссоциировать.
7. Светящийся контур возникает из-за искровых разрядов в разрывах между полосками фольги.
Примечание. Для изготовления прибора надо нарезать фольгу узенькими полосками шириной 1—2 мм, наклеить их параллельно на стекло с промежутками 1 см, а затем соединить их концы так, чтобы получилась непрерывная зигзагообразная линия (рис.). На стекле острым мелом нарисовать какой-либо рисунок (например, цветок) и прорезать все полоски острым ножом по меловым линиям. Провода от электрофорной машины присоединить к точкам a и b с помощью зажимов (можно использовать прищепки для белья).
8. Электрическое поле между электродами ионизирует воздух. Ионы, осаждаясь на частицы дыма, заряжают их. Заряженные частицы дыма притягиваются к электродам и оседают на них. Это явление можно использовать, например, для очистки от частичек дыма продуктов сгорания, выходящих в атмосферу из фабричных труб.
9. Раскаленная нить электролампы излучает поток электронов, которые осаждаются на внутренней поверхности баллона. При этом фольга заряжается по индукции, а наведенный положительный заряд образует вместе с электронами на поверхности баллона двойной электрический слой. Наведенные отрицательные заряды поступают в электроскоп и разряжают его.