Как получить электричество из земли

Понятие об источниках

Источник- это
устройство,
которое выдает в цепь электрическую
энергию.

Различают источники
напряжения и источники тока.

Источник напряжения
— это источник, ЭДС которого не зависит
от сопротивления нагрузки.

Е
ЭДС;

Ri-внутреннее
сопротивление источника.

Схемное изображение

источника напряжения

Источник тока-
это источник,
ток которого не зависит от сопротивления
нагрузки.

Как получить электричество из земли
ток источника тока

Схемное изображение

источника тока

Источниками тока
являются электронные лампы, транзисторы.
Чтобы получить источник тока на практике
надо к источнику напряжения подключить
очень большое внутреннее сопротивление.

При расчетах
возникает необходимость преобразовать
источник тока в источник напряжений и
наоборот.

Рис. Схема с
источником напряжения

Чтобы получить
схему с эквивалентным источником тока
надо ток источника тока рассчитать по
формуле:
Как получить электричество из землии внутреннее сопротивление источника
напряжения, включенного последовательно,
включить к источнику тока параллельно.

Рис. Эквивалентная
схема с источником тока.

Каким образом организм человека продуцирует электричество

Внутри организма человека есть атомы, которые состоят из положительно заряженных протонов, отрицательно заряженных электронов и нейтронов (которые нейтральны).

Атомы с несимметричными электронами станут либо положительно, либо отрицательно заряженными. Переход от одного заряда к другому позволяет электронам течь от одного атома к другому. Это то, что называется электричеством.

Клетки человека генерируют электрические заряды через такие электролиты, как натрий и калий, используя механизм «натрий-калиевые ворота». Когда организм человека нуждается в том, чтобы отправить сообщение из одной точки в другую, он открывает ворота. Когда открываются ворота в мембране, ионы натрия и калия свободно перемещаются в клетку и из клетки. Отрицательно заряженные ионы калия покидают клетку, а положительно заряженные ионы натрия входят в клетку, двигаясь в направлении отрицательного заряда. Этот переключатель между положительными и отрицательными ионами генерирует электрический импульс. Этот импульс открывает ворота на следующей клетке, создавая другой заряд и т.д. Таким образом электрический импульс перемещается от нерва в ноге до части мозга, которая воспринимает боль.

Именно из-за электрической активности организма человека работают дефибрилляторы, которые поставляют к пораженному сердцу электрический ток; они помогают восстановить ритм сердца. Вот почему неправильный тип шока, электрический ток или удар молнии могут «сжарить» электрическую систему человека. Также справедливо правило, что вы можете использовать электрический заряд Земли, который оказывает положительное влияние на ваше здоровье во многих отношениях.

Организм человека может поглощать свободные электроны с Земли

Земля несет огромный отрицательный заряд. Она всегда богата электронами. Организм человека тонко настроен на «работу» с Землей в том смысле, что есть постоянный поток энергии между вашим телом и Землей. Когда вы стоите босиком на земле, ваш организм поглощает большое количество отрицательных электронов через ступни ваших ног.

Эффект является достаточным для поддержания организма человека отрицательно заряженным электрическим потенциалом. Этот простой процесс называется «заземление», а его эффект является одним из самых мощных антиоксидантов. Было показано, что заземление может снизить боль, уменьшить воспаление, улучшить сон, повысить самочувствие. Если вы носите обувь на каучуковой или пластиковой подошве, то ваш организм изолирован от этого полезного притока электронов от Земли.

Вопросы и задачи

  1. Потенциал электрического поля некоторого заряда убывает по мере удаления от него. Каков знак этого заряда?
  2. Всегда ли между проводником, заряженным положительно, и проводником, заряженным отрицательно, есть разность потенциалов?
  3. На расстоянии r от центра изолированного проводящего незаряженного шара находится точечный заряд q. Чему равен потенциал шара?
  4. Имеется заряженная сфера. Зависит ли потенциал в центре сферы от распределения зарядов на сфере?
  5. Внутрь проводящей заряженной сферы через небольшое отверстие вносится (без соприкосновения) металлический шарик, заряд которого равен по величине, но противоположен по знаку заряду сферы. Как изменится потенциал сферы?
  6. Как меняется потенциал поля сферического конденсатора с радиусами внутренней обкладки R1, (заряд +q) и внешней R2 (заряд —q) в зависимости от расстояния r от центра сфер? Начертите график.
  7. Двум удаленным друг от друга проводникам сообщены положительные заряды так, что потенциал первого 100 В, а второго 50 В. Будут ли положительные заряды переходить с первого проводника на второй, если привести их в соприкосновение (никаких других тел вблизи нет)?
  8. Пробный шарик соединяют проволочкой с электрометром и обводят по всему контуру заряженного тела, изображенного на рисунке. Будут ли при этом меняться показания электрометра? Почему для этого опыта берут длинную проволочку?
  9. В однородное электрическое поле плоского конденсатора помещен проводящий незаряженный шар так, что центр его находится на равных расстояниях от пластин конденсатора. Потенциалы пластин равны +100 В и -100 В соответственно. Что представляет собой поверхность нулевого потенциала?
  10. Упругий металлический шарик, несущий заряд q, закреплен на изолирующей упругой подставке. На него с высоты h падает точно такой же и так же заряженный второй шарик. На какую высоту поднимется второй шарик после удара о первый?
  11. По гладкой наклонной плоскости, составляющей угол 45° с горизонтом, соскальзывает небольшое тело, несущее заряд —q. Повлияет ли на его скорость у основания наклонной плоскости заряд +q, закрепленный так, как показано на рисунке?
  12. Между точками А и В некоторой цепи, содержащей конденсаторы, разность потенциалов равна U. Если к этим точкам присоединить конденсатор емкостью С, то будет ли его заряд равен CU?
  13. Параллельно пластинам заряженного и отключенного от батареи плоского конденсатора вводят незаряженную металлическую пластину, толщина которой в два раза меньше расстояния между обкладками. Как изменится разность потенциалов между обкладками?
  14. Почему к оборванному трамвайному проводу, лежащему на земле, следует подходить все более мелкими шажками?
  15. Между любыми двумя точками однородного проволочного кольца разность потенциалов равна нулю, а ток в кольце существует. Когда это возможно?
  16. Можно ли, находясь в самолете, летящем в магнитном поле Земли, обнаружить разность потенциалов, возникающую между концами крыльев самолета?
  17. Вольфрамовый шарик, находящийся в вакууме, облучают ультрафиолетовым светом. Как со временем будет меняться потенциал шарика?

Что читать в Кванте о потенциале

  1. «Гроза и грозоотвод» — 1991, № 1, с. 35;
  2. «Энергия электрического поля» — 1991, № 8, с. 58;
  3. «Первый источник электрического тока» — 1992, № 1, с. 35;
  4. «Заряженные частицы в электростатическом поле» — 1993, № 11/12, с. 53;
  5. «Электромагнитная индукция» — 1995, № 3, с. 45;
  6. «Метод электростатических изображений» — 1996, № 1, с. 42;
  7. Калейдоскоп «Кванта» — 1996, № 3, с. 32;
  8. «Электризация капель жидкости…» — 1996, № 5, с. 44;
  9. «Движение тел в гравитационных полях» — 1997, № 1, с. 45;
  10. «Занимательный электролиз» — 1997, № 2, с. 40;
  11. «Участок цепи с источником тока» — 1997, № 3, с. 35;
  12. «Потенциал электростатического поля» — 1997, № 3, с. 41.

Выражение для потенциала поля точечного заряда

Пусть положительный заряд  находится на расстоянии от положительного заряда  (см. рис. 3).

Рис. 3. Изначальное положение заряда

Какую работу совершит электрическое поле при перемещении заряда  вдоль радиуса в точку, отдаленную на  от ? (См. рис. 4.)

Рис. 4. Конечное положение заряда

По определению работа силы равна этой силе, умноженной на перемещение:

В данном случае действует сила электрического взаимодействия (см. рис. 5), по закону Кулона .

Рис. 5. Действие силы электрического взаимодействия

Сила и перемещение в нашем случае сонаправлены,  и . Так мы можем находить работу для случая, когда сила постоянна на всей траектории. Здесь же сила изменяется по мере отдаления зарядов друг от друга.

Обозначим перемещение заряда (см. рис. 6).

Рис. 6. Перемещение заряда

По мере перемещения заряда  сила изменяется, но на малом (в сравнении с расстоянием до заряда ) отрезке можем считать ее постоянной и находить работу по определению, которое мы привели выше.

Работа, совершаемая силой Кулона на таком малом отрезке  равна , где силу  можно считать постоянной на всем отрезке . Тогда работа при перемещении на расстояние  будет равна сумме работ на  участках (), на каждом из которых сила Кулона постоянна и равна .

Эта сумма будет равна 

Подробный вывод этой формулы вы можете проследить в ответвлении.

Работа при перемещении электрического заряда

Работа по перемещению заряда на малом участке  равна:

Работа на участке  равна сумме работ на каждом участке :

Как получить электричество из земли

Воспользуемся приближенным равенством:

Прежде чем его применить, покажем, что равенство справедливо. Приведем правую часть к общему знаменателю:

Как получить электричество из земли

Раскроем скобки:

Как получить электричество из земли

Заметим, что  – пренебрежимо малая по сравнению с  величина,  не может считаться пренебрежимо малой, т. к. количество  участков  велико. Поэтому в знаменателе можем пренебречь членами  и .

Вернемся к нахождению работы. Распишем выражение по полученной формуле:

Как получить электричество из земли

Распишем сумму:

Как получить электричество из земли

Мы знаем, что работа связана с энергией. Система обладает энергией, если силы, возникающие в системе, могут выполнить работу (в нашем случае это сила электростатического взаимодействия зарядов). Работа равна уменьшению потенциальной энергии:

Сравнив с выражением , делаем вывод, что  – это потенциальная энергия взаимодействия двух зарядов. Ранее мы приняли, что потенциальная энергия заряда, отдаленного от источника электрического поля на бесконечность, равна нулю. Посмотрим, как с этим согласуется полученная формула:

Действительно,  будет равна нулю на бесконечном отдалении от заряда , т. к.  при .

Теперь проверим, как полученный результат соотносится с моделью, в которой разноименные заряды обозначены знаками плюс и минус. Если заряды одноименные, то потенциальная энергия взаимодействия положительна . Система стремится к состоянию с наименьшей потенциальной энергией (как и, например, камень на некоторой высоте  над поверхностью земли, предоставленный сам себе, будет падать вниз, т. е. уменьшать высоту и с ней потенциальную энергию )

Действительно, заряды будут отталкиваться и сила электрического взаимодействия будет вызывать перемещение заряда на большее расстояние, потенциальная энергия  будет уменьшаться.

Если заряды разноименные, то потенциальная энергия взаимодействия  имеет знак минус. Заряды притягиваются, и сила их взаимодействия вызывает перемещение заряда на меньшее расстояние , потенциальная энергия  уменьшается.

Энергия магнита

Вы можете спросить: когда образуется энергия магнита, где она  берется, которая в конечном итоге становится частью магнитного поля? На самом деле это довольно интересный вопрос.

Ферромагнетик состоит из большого числа магнитных доменов, выровненных таким образом, что их дипольные моменты параллельны, так что все их поля производят сильное общее поле. Если два диполя изначально выравниваются в определенном порядке, это стоит ресурсов, чтобы выровнять, потому что естественная тенденция для диполя быть в хаотическом порядке. Как получить электричество из земли

Диполи выравниваются, если попытаться сталкивать два стержневых магнита таким образом, что северная  часть выравнивается с южной.

Таким образом, ресурсы заложенные в систему, чтобы выровнять домены, становятся типа магнитный хранитель как источник энергии.

Закон сохранения энергии утверждает, что она не исчезает и не появляется вновь. Она может быть преобразована из одного типа в другой — от солнечных батарей, которые превращают солнечный свет в электричество или при преобразования природного газа молекул в тепло, которое готовит наш ужин и нагревает наши дома.

Магнетизм является силой, но не имеет энергии. Магнетизм является чрезвычайно полезным для преобразования силы из одной формы в другую. Около 99% электроэнергии, вырабатываемой из ископаемых видов топлива, ядерной и гидроэлектрической и ветра приходит от систем, которые используют магнетизм в процессе преобразования.

Все технологии движения электронов  проталкиваются  магнетизмом через цепи и генераторы. Поскольку эти заряженные частицы движутся мимо магнитов внутри турбин, они создают поле вокруг них, что влияет на другие заряженные частицы. Эта магнитная сила преобразует силу ветра, угля и ядерного топлива в электричество, которое отправляется в электросети.

Большая часть этой сетки осуществляется с использованием принципов магнетизма. Линии  высокого напряжения от электростанций доставляют мощность до трансформаторных станций.  Далее электроны перемещаются через большие катушки трансформатора и образовывают магнитные поля, которые изменяют напряжение до безопасного  уровня для питания наших тостеров, прикроватных ламп, фена для волос и всего электрического остального.

Генераторы и двигатели гибридных автомобилей используют магниты и в настоящее время исследователи изучают потенциал редкоземельных металлов представляющих исключительно сильные постоянные магниты в составе сплавов редкоземельных элементов.

 Относительное движение между электромагнитной обмоткой в генераторе и на выходе обмоток генератора вызывает ток по закону Фарадея.

Любопытно, что

…Вольта, обнаруживший контактную разность потенциалов, введший в науку термин «напряжение», отмеченный потомками присвоением единице электрического напряжения наименования «вольт», создавший «вольтов столб» — «самый замечательный, — по словам французского ученого Доминика Араго, — прибор, когда-либо изобретенный людьми, не исключая телескопа и паровой машины», не имел ни малейшего представления о том, как и почему этот прибор работает.

…прохождение тока через электролит приводит к появлению ЭДС, направленной «навстречу» приложенной извне. На это явление, названное гальванической поляризацией, натолкнулись в начале XIX века. В дальнейшем оно легло в основу изобретения кислотного аккумулятора.

…задачу о распределении электричества на проводнике заданной формы наметил в свое время Кулон. Именно решая такого рода задачи, Пуассон, еще до Грина и Гаусса, пришел к мысли ввести некоторую функцию, зависящую от координат и принимающую постоянное значение на поверхности проводника.

…свою работу «Опыт применения математического анализа к теориям электричества и магнетизма» Грин написал, будучи самоучкой. До сорока лет, когда он поступил (!) в Кембриджский университет, Грин работал пекарем и мельником, самостоятельно штудируя науки

Важно отметить, что, вводя понятие потенциальной функции, Грин не связывал его с понятием работы, еще не используемым в физике

…электрический ток может протекать не только в цепи, где разность потенциалов между двумя произвольно взятыми точками равна нулю, но и течь от меньшего потенциала к большему, как, скажем, внутри источников тока.

…существуют такие электрические поля, для которых определить напряженность можно, а потенциал — нельзя. Например, поле, возникающее при электромагнитной индукции. Именно такие («непотенциальные») поля обеспечивают работу трансформаторов и электродвигателей.

…крупный угорь «вырабатывает» напряжение до 600 вольт при токе до 1 ампера. Это оказывается возможным за счет множества цепочек из последовательно соединенных электрических клеток, в каждой из которых создается разность потенциалов около 0,15 вольта. Сами же цепочки «подключаются» параллельно, поэтому суммарным током угорь способен оглушить или даже убить жертву.

…когда вы двигаетесь по ковру и, прикоснувшись к чему-либо, извлекаете электрические искры до сантиметра длиной, ваш потенциал составляет от 10000 до 20000 вольт.

…разность потенциалов (например, между облаком и землей) при возникновении молнии достигает 4 миллиардов вольт, а типичное значение силы тока в молнии порядка 20000 ампер.

…диапазон используемых человеком напряжений «раскинулся» на 12 порядков. Максимально достижимые из них ограничены электрической прочностью изоляторов и составляют миллионы вольт. Минимальные напряжения, с которыми имеют дело в технике, порядка долей микровольта.

Параметры электрических сигналов

Сигналы бывают
периодическими и непериодическими.
Периодические повторяются через
определенные промежутки времени.
Непериодические возникают один раз и
больше не повторяются.

1 Мгновенным
называется значение сигнала в любой
момент времени u,
i,
e;

2 Максимальными
называется наибольшее из мгновенных
значений Um,
Im,
Em;

3 Размах
это разность между максимальным и
минимальным значением сигнала Up,Ip,
Ep,

4 Период
— это наименьший промежуток времени.
через который, значение переменной
повторяется =с;

5 Циклическая
частота

это количество колебаний переменной
за 1 с.

=Гц

Как получить электричество из земли

1кГц=103Гц

1МГц=106Гц

Сигналы различной
формы

1 Сигнал не
изменяющийся во времени — это постоянное
напряжение или ток.

2 Сигнал гармонической
формы изменяется по закону sin
или cos

3 Сигнал треугольной
формы.

4 Сигнал пилообразной
формы.

5 Сигнал прямоугольной
формы (биполярный импульс)

6 Однополярный
импульс

tu
длительность импульса

скважность-
отношение периода к длительности
импульса

7 Сигнал на выходе
однополупериодного выпрямителя

8 Сигнал на выходе
двухполупериодного выпрямителя

Тестовые задания:

Задание

Варианты
ответов

1Является
ли скважность понятием, которое
характеризует гармонический сигнал?

Да;

Нет.

2
Укажите какой отрезок на временной
диаграмме соответствует размаху
сигнала?

Задание

Виды
сигналов

Временные
диаграммы

4.Укажите
какие временные диаграммы соответствуют
перечисленным видам сигналов.

однополярный
импульс;

гармонический
сигнал;

сигнал пилообразной
формы;
сигнал
треугольной формы.

ЭЛЕМЕНТЫ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ

Резистивное
сопротивление —
это
участок цепи, в которой происходит
процесс необратимого преобразования
электрической энергии в тепловую.

R]=Ом

1кОм=103
Ом

1МОм=106
Ом

Элемент, который
обладает электрическим сопротивлением,
называется
резистор

Как получить электричество из земли,

где ρ
удельное сопротивление

l
длина проводника.

S
площадь поперечного сечения

Электрическая
проводимость-
это
способность тела проводить электрический
ток.

=
См (Сименс)

Как получить электричество из земли

Индуктивность-
это способность
тела накапливать энергию магнитного
поля.

[L]=Гн
(Генри)

1мГн= 10-3Гн

1мкГн= 10-6Гн

Формула индуктивности
Как получить электричество из земли,
где;Как получить электричество из земли
потокосцепление катушки

Ф
магнитный поток, N
число витков катушки

Элемент который
обладает индуктивностью, называется
катушка индуктивности.

Для тороидальной
катушки запишем расчетную формулу ее
индуктивности

lср
длина средней магнитной силовой линии

Как получить электричество из земли

Как получить электричество из земли
магнитная постоянная,
Как получить электричество из землиμ
относительная магнитная проницаемость.

Запишем формулу
энергии магнитного поля
Как получить электричество из земли.

Емкость- это
способность тела накапливать энергию
электрического поля

[C]
Ф
(фарад)

С
электрическая емкость.

1мкФ=10-6
Ф

1нФ=10-9Ф

1пФ=10-12
Ф

Элемент обладающий
емкостью называют
конденсатором. Конденсатор —
это
две металлические пластины, разделенные
слоем диэлектрика.

Формула емкости
плоского конденсатора
Как получить электричество из земли

ε
электрическая постоянная, ε=
8,85
·10-12Ф/м

ε
относительная диэлектрическая
проницаемость

d
расстояние между пластинами

S
площадь одной пластины

Запишем формулу
энергии электрического поля
Как получить электричество из земли

Тестовые задания:

Задание

Варианты
ответов

2.Укажите
какие из приведенных математических
выражений соответствуют понятию
индуктивность.

а)
Как получить электричество из земли;
б)Как получить электричество из земли;
в)Как получить электричество из земли;
г)Как получить электричество из земли;
д)Как получить электричество из земли;

3.Выберите
из перечисленных величин величины,
соответстствующие 25мкФ.

а) 25·10-6
Ф; б) 25·10
6
Ф;

в) 25·103
нФ; г) 25·10
6
пФ;

д)
25·10
-9
нФ; е) 25·10
-12
пФ.

Задача 2

Какую работу надо совершить, чтобы перенести заряд 5 мкКл из бесконечности в точку поля, удаленную от центра заряженного шара на 18 см? Заряд шара – 20 мкКл.

Порассуждаем.

— Потенциал поля заряженного шара на бесконечности равен нулю. Следовательно, приближая заряд от бесконечности к шару, внешней силе нужно совершать работу для преодоления силы электростатического взаимодействия. Численно эта работа будет равна работе электрического поля заряженного шара по перемещения заряда с расстояния 18 см на бесконечность.

— Работа по переносу заряда в электрическом поле связана с разностью потенциалов между начальной и конечной точками траектории и величиной заряда.

— Величина переносимого заряда у нас есть.

— Потенциал поля заряженного шара на бесконечности, как мы уже отметили, равен нулю. А в конечной точке траектории мы сможем его вычислить, пользуясь формулой для потенциала поля точечного заряда, которая справедлива и для поля вне заряженного шара.

Приступим к решению.

Найдем потенциал электрического поля заряженного шара в конечной точке траектории.

Потенциал электрического поля заряженного шара на бесконечности равен нулю.

Разность потенциалов электрического поля по переносу заряда из точки с потенциалом  в точку с потенциалом  будет равна:

В то же время она будет равна работе электрического поля по переносу заряда, деленной на заряд:

Величина работы внешних сил, которую надо совершить, чтобы перенести заряд из точки с меньшим потенциалом в точку с большим потенциалом, равна работе электрического поля по переносу такого же заряда в обратном направлении.

Таким образом, мы получили систему из пяти уравнений, решив которую найдем искомую величину. Пронаблюдать математическую часть решения задачи вы можете в свертке.

Ответ: .

Математическая часть решения задачи 2

Подставим выражения для потенциалов из первого и второго уравнений в третье:

Подставим полученную разность потенциалов в четвертое уравнение.

И выразим работу электрического поля:

Согласно пятому уравнению это и есть искомая работа .

Подставим данные из условия и рассчитаем ответ:

Задача решена.

На этом наш урок закончен

Спасибо за внимание

Список литературы

1. Соколович Ю.А., Богданова Г.С Физика: Справочник с примерами решения задач. – 2-е издание передел. – X.: Веста: Издательство «Ранок», 2005. – 464 с.

2. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. Физика: Учеб. для общеобразоват. учреждений. Базовый и профильный уровни. 19-е издание – М.: Просвещение, 2010. 

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Интернет-сайт phyzika.ru (Источник)        

2. Интернет-сайт physics.ru ()  

3. Интернет-сайт knowlegeport.narod.ru (Источник)

Домашнее задание

1. Какой вид имеет формула для работы электрического поля?

2. Что такое потенциал электрического поля?

3. Решите задачу: точечный заряд , находясь в некоторой точке поля, обладает потенциальной энергией 1 мкДж. Найдите потенциал этой точки поля.

Instagram строителя, который переехал жить в Таиланд
Adblock
detector