Презентация - Исследование линейной молнии и сборка и испытание молниеотвода

«Исследование линейной молнии и сборка и испытание молниеотвода»
Заковряшина Елена МБОУ «СШ №3» Учащаяся 11 класса   Кощеева Ольга Николаевна, учитель физики , МБОУ «СШ №3»

Миллионы лет воображение человечества беспокоило такое явление природы как молния. О ней создавались различные сказания, с ней отождествлялись божества различных народов древнего мира– вселяющие ужас и восторг, поклонение и желание понять природу этого прекрасного и таинственного явления. С развитие науки человечество смогло понять происхождение молний, их природу, расширило познания о ней. Но и в современном мире во время грозы многие люди чувствуют в своей душе те же страхи и тоже восхищение, что и наши далёкие предки.

Цели и задачи
Для реализации цели были поставлены задачи: Изучить литературу по данной теме. Показать молнию в лабораторных условиях. Получить линейный газовый разряд с помощью электрофорной машины в лабораторных условиях. Изучить принцип действия молниеотвода. Сконструировать и опробовать систему молниезащиты игрушечного домика. Объект исследования: электрическая и звуковая энергия Определить правила техники безопасности при грозе.   Предмет исследования: особенности процесса формирования линейного газового разряда и способы отведения разряда с помощью системы заземления. Гипотеза:

Молния — это мощный электрический разряд, который возникает, когда облака сильно наэлектризованы. Грозовые разряды могут возникать как внутри облака, так и между соседними облаками, сильно наэлектризованными. Иногда между землей и наэлектризованным облаком возникает разряд. Перед вспышкой молнии возникают разности электрических потенциалов между облаком и землей или между соседними облаками. Наиболее часто молния возникает в кучево-дождевых облаках, тогда они называются грозовыми; иногда молния образуется в слоисто-дождевых облаках, а также при вулканических извержениях, торнадо и пылевых бурях.

Виды молний
Внутриоблачные: зарождение этого вида сопровождается изменением электрических и магнитных полей, а также излучением радиоволн. Такой вал, скорее всего, находится ближе к экватору. В умеренных широтах появляется крайне редко. Если в облаке есть молния, то побудить ее выйти наружу может и посторонний предмет, нарушающий целостность оболочки, например, наэлектризованный самолет или металлический трос. Длина может варьироваться от 1 до 150 километров.

Виды молний
Эльфы: представляют собой огромные, но слабосветящиеся вспышки-конусы диаметром около 400 км которые появляются непосредственно из верхней части грозового облака. Высота эльфов может достигать 100 км, длительность вспышек в среднем 3 м/с.  Джеты: представляют собой трубки-конусы синего цвета. Высота джетов может достигать 40-70 км, продолжительность больше чем у эльфов.  Спрайты: трудно различимы, они появляются в любую грозу на высоте от 55 до 130 км. Это некоторое подобие молнии, бьющей из облака вверх.

В организме пострадавших отмечаются
Жертва теряет сознание, падает, могут отмечаться судороги, часто оявляется внезапная остановка дыхания и сердцебиения от прямого действия молнии на дыхательный и сосудодвигательный центры продолговатого мозга.

Удары молнии представляют серьезную опасность для электрического и электронного оборудования. При прямом попадании молнии в провода в линии возникает перенапряжение, вызывающее разрушение изоляции электрооборудования, а большие токи вызывают тепловое повреждение проводников. В связи с этим аварии и пожары на сложном технологическом оборудовании могут возникать не сразу, а до восьми часов после удара молнии. Для защиты от грозовых перенапряжений электрические подстанции и распределительные сети оборудуются различными видами средств защиты, такими как разрядники, разрядники нелинейных перенапряжений, разрядники длинной искры. Молниеотводы и грозозащитные тросы используются для защиты от прямого удара молнии.

Виды защиты от молний:
Внешняя молниезащита: представляет собой общеизвестный громоотвод в виде металлического стержня, возвышающегося над крышей дома. Состоит такая защита из трех основных элементов. 1. Молниеприемник – металлический стержень, который может быть стальным, медным или алюминиевым. 2. Токоотвод, в качестве которого применяется металлический проводник, соединяющий молниеприемник с заземлением. 3. Заземление, состоящее из заглубленных в землю стальных заземлителей, соединенных в единый контур при помощи металлических шин.

Практическая часть: Создание искусственной молнии в лабораторных условиях
Оборудование: -источник тока -преобразователь высоковольтный школьный «Разряд-1»  Для опыта мы наклеили на стекло кусочки фольги шириной от 0,5 см до 1 см с промежутками между ними. Отдельные участки соединили между собой проволочками. К началу и концу цепочки подвели проводники от полюсов электрофорной машины. В темноте наблюдается свечение. Оно объясняется возникновением искровых разрядов в промежутках между кусочками фольги под действием высокого напряжения, которое подводится от электрофорной машины. Мы смогли получить несколько одновременных разрядов в искровых промежутках. Из бумаги мы склеили макет дома. Дом установили на металлическом листе. Внутри дома установили проволочку, на верхнем конце которой укреплена ватка, смоченная ацетоном. Через крышу дома пропустили вторую проволоку, нижний конец которой касается металлического листа, а верхний выступает над крышей на 5 см. Эта проволочка служит молниеотводом. Металлический лист с домом разместили на диэлектрическом основании. Лист соединили с одним из полюсов электрофорной машины, которую затем зарядили. Разрядник поднесли одновременно к концу молниеотвода на расстояние 2-3 см и другому полюсу машины. Между молниеотводом и разрядником наблюдается электрический разряд. При наличии молниеотвода дом остался невредимым. Затем мы убрали проволочку, играющую роль молниеотвода. Снова создали электрический разряд через дом, и он вспыхнул.

Напряжение зажигания искрового разряда:
Таким образом, мы измеряем две величины – расстояние между электродами и время зарядки машины до момента возникновения разряда – и рассчитываем напряжение.
Расстояние между электродами, мм.5.10.15.18.21.23.25
Время зарядки, сек.2.3.4.5.6.7.8
Напряжение зажигания разряда, МВ.2.3.4.5.6.7.8

Выводы
Возможно создать линейную молнию в своей лаборатории и получить искры до нескольких сантиметров в длину. Такая молния неопасна, но даже она способна зажечь ватку, смоченную спиртом, а значит вызвать пожар. Наличие простейшего молниеотвода предохраняет дом от возгорания при попадании в него молнии. Заряд стекает по молниеотводу в заземлитель. Напряжение зажигания искрового разряда увеличивается при увеличении расстояния между электродами электрофорной машины.

Заключение Молния представляет собой одно из самых захватывающих и удивительных зрелищ. При этом она является одним из самых грозных и непредсказуемых природных явлений. С помощью электрофорной машины мы получили искры до нескольких сантиметров в длину, которые по всему своему виду походили на линейную молнию. Молниеотвод (в быту он чаще называется громоотводом) - устройство для защиты сооружений от ударов молнии.Простейший громоотвод состоит из металлического наконечника, заземляющего проводника и надежного заземления. Основное назначение молниеотводов разных видов – это не  принимать удар молнии на себя, а предотвращать его появление. Это достигается тем,  что на острие молниеотвода скапливается заряд, который уходит затем в воздух. Электрическое поле в результате этого ослабевает, поэтому  уменьшается вероятность удара молнии. Гроза относится к быстротекущим, бурным и чрезвычайно опасным атмосферным явлениям природы. Предотвратить ее развитие невозможно. Для уменьшения случаев поражения человека молнией необходимо знать и соблюдать основные правила и требованиям безопасности в зависимости от конкретных условий. Лучше всего наслаждаться видом разбушевавшейся стихии в сухом теплом помещении. Ведь никакие рукотворные объекты и зрелища не смогут сравниться с красотой молнии.

Литература
Бенндорф Г. Атмосферное электричество: Пер. с нем. -- М.: ГИТТЛ, 1934, с. 51. 2. В. Сядро, Т.Иовлева, О.Очкурова "100 знаменитых загадок природы" Стекольников И. С. Физика молнии и грозозащита. - М.: Изд-во АН СССР, 1943, с. 145. Тарасов Л.В. Физика в природе. - М.: Просвещение, 1988. Смирнов Б.М. Проблема шаровой молнии. - М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988. - 208 с.

Спасибо за внимание