Глава 2. Электрические явления. § 37. Действия электрического тока — с. 137
§ 37. Вопрос 6. Какое действие тока используют в работе гальванометра?
В работе гальванометра используют магнитное действие тока. Внутри прибора есть подвижная катушка (рамка) с током, находящаяся в поле постоянного магнита. При появлении тока катушка взаимодействует с магнитом и поворачивается, а связанная с ней стрелка отклоняется. Чем больше ток, тем больше отклонение, а при смене направления тока стрелка отклоняется в другую сторону. Поэтому гальванометр показывает наличие тока в цепи и его направление.
§ 37. Дополнительный вопрос 1. Почему нельзя гасить огонь, вызванный электрическим током, водой или жидкостным огнетушителем, а необходимо применять сухой песок или пескоструйный огнетушитель?
Обычная вода (а тем более растворы в жидкостных огнетушителях) содержит растворённые соли и является электролитом, то есть проводит электрический ток. Струя воды или пены соединяет горящую проводку, находящуюся под напряжением, с телом человека и с землёй, и по этой цепи может пройти опасный для жизни ток. Кроме того, вода может привести к короткому замыканию и усилить пожар. Сухой песок и порошковые составы электрический ток не проводят, они перекрывают доступ воздуха к огню, поэтому тушить ими электропроводку безопасно (при этом лучше сначала отключить напряжение).
§ 37. Дополнительный вопрос 2. Имеет ли значение для теплового действия тока его направление?
Нет, направление тока на тепловое действие не влияет. Проводник нагревается потому, что свободные носители заряда сталкиваются с ионами кристаллической решётки и передают им энергию. Это происходит одинаково, в каком бы направлении ни двигались носители. Поэтому проводник нагревается одинаково и при постоянном токе любого направления, и при переменном токе, направление которого всё время меняется (лампа накаливания в бытовой сети светится при любом направлении тока). Значение имеет сила тока и сопротивление проводника, но не направление.
§ 37. Дополнительный вопрос 3. Для изготовления медной копии рельефного изделия (медали, гравюры и т. д.) поступают следующим образом. С предмета делают восковой слепок и покрывают его поверхность тонким слоем графита, чтобы она стала проводящей. Затем слепок помещают в ванну с раствором медного купороса и пропускают через раствор электрический ток. В чём идея этого способа?
Идея способа основана на химическом действии тока (электролизе). Раствор медного купороса — электролит, в нём есть положительные ионы меди и отрицательные ионы кислотного остатка. Воск ток не проводит, поэтому его поверхность покрывают графитом: слой графита проводит ток, и слепок можно использовать как электрод. Слепок соединяют с отрицательным полюсом источника, то есть делают катодом. Положительные ионы меди движутся к нему, получают электроны и осаждаются на поверхности слоя графита в виде металлической меди. Через некоторое время на слепке нарастает слой меди, точно повторяющий все мелкие детали рельефа. Затем воск удаляют (расплавляют), и получается точная медная копия изделия. Такой способ называют гальванопластикой.
Задание 18. Пункт 1. Возьмите батарейку: «плоскую» или «Крона». Приложите контакты батарейки к свежему срезу картофеля (рис. 88). Через несколько минут рассмотрите следы от контактов на картофеле. Опишите наблюдаемую картину. [на рисунке: клубень картофеля со срезом, к которому прижаты контакты плоской батарейки]
Ход выполнения. Разрезаем картофелину и свежий срез плотно прижимаем к двум клеммам плоской батарейки на 4,5 В (или к контактам «Кроны», 9 В) на 3–5 минут, не замыкая контакты между собой. Сок картофеля содержит воду и растворённые соли и кислоты, то есть является электролитом, поэтому через картофель идёт слабый ток.
Наблюдения (типичные). Через несколько минут на срезе в местах контактов появляются изменения: около положительного контакта (анода) ткань картофеля темнеет — становится бурой или тёмно-зелёной, около отрицательного контакта (катода) заметны пузырьки газа и более светлое, влажное пятно. Форма пятен повторяет форму контактов. Чем дольше опыт и чем сильнее батарейка, тем заметнее следы. Точный цвет и размер пятен зависят от сорта картофеля и батарейки.
Вывод: при прохождении тока через сок картофеля происходят химические реакции на электродах, то есть проявляется химическое действие электрического тока (электролиз).
Наблюдения (типичные). Через несколько минут на срезе в местах контактов появляются изменения: около положительного контакта (анода) ткань картофеля темнеет — становится бурой или тёмно-зелёной, около отрицательного контакта (катода) заметны пузырьки газа и более светлое, влажное пятно. Форма пятен повторяет форму контактов. Чем дольше опыт и чем сильнее батарейка, тем заметнее следы. Точный цвет и размер пятен зависят от сорта картофеля и батарейки.
Вывод: при прохождении тока через сок картофеля происходят химические реакции на электродах, то есть проявляется химическое действие электрического тока (электролиз).
Задание 18. Пункт 2. Сделайте простейший гальванический элемент и гальваноскоп и проверьте их действие. Возьмите кислое яблоко или солёный помидор и воткните в него две проволочки: железную и медную (вместо железной проволоки лучше взять цинковую пластинку). Гальванический элемент готов (рис. 89). Гальваноскоп — прибор для обнаружения очень слабых токов. Для его изготовления моток тонкой изолированной проволоки прикрепите к небольшой дощечке, в середину которой вставьте иглу остриём вверх. На остриё положите маленькую магнитную стрелку (рис. 90) (можно поместить внутри мотка компас). Дайте магнитной стрелке установиться в направлении магнитного меридиана. Замкните электрическую цепь (см. рис. 90). Отклонение стрелки гальваноскопа покажет наличие электрического тока, созданного в проводнике вашим гальваническим элементом. [на рисунке 89: яблоко с двумя проволочками; на рисунке 90: проволочки яблока соединены с мотком на дощечке, внутри которого на игле лежит магнитная стрелка]
Ход выполнения.
1. Воткнём в яблоко на расстоянии 2–3 см друг от друга железный гвоздь (или цинковую пластинку) и медную проволоку. Яблочный сок — электролит (раствор кислот), а два разных металла в нём — электроды гальванического элемента. Железо (цинк) окисляется и становится отрицательным электродом, медь — положительным.
2) Делаем гальваноскоп: на небольшую дощечку наматываем 20–30 витков тонкой изолированной проволоки, в середину дощечки втыкаем иглу остриём вверх, на остриё кладём маленькую магнитную стрелку (или кладём внутрь мотка компас). Поворачиваем дощечку так, чтобы плоскость витков проходила вдоль стрелки, которая указывает на север (по магнитному меридиану).
3) Концы мотка присоединяем проводами к проволочкам в яблоке и замыкаем цепь.
Результат (типичный). Стрелка гальваноскопа заметно отклоняется на несколько градусов, а при отсоединении одного из проводов возвращается в исходное положение. Если поменять местами провода, подключённые к электродам, стрелка отклонится в другую сторону. Величина отклонения зависит от фруктов и металлов, и у «слабого» элемента может быть всего 5–10°.
Вывод: между разными металлами в соке яблока возникает электрический ток (элемент преобразует химическую энергию в электрическую); гальваноскоп обнаруживает ток по магнитному действию: ток в мотке создаёт магнитное поле, которое поворачивает стрелку.
2) Делаем гальваноскоп: на небольшую дощечку наматываем 20–30 витков тонкой изолированной проволоки, в середину дощечки втыкаем иглу остриём вверх, на остриё кладём маленькую магнитную стрелку (или кладём внутрь мотка компас). Поворачиваем дощечку так, чтобы плоскость витков проходила вдоль стрелки, которая указывает на север (по магнитному меридиану).
3) Концы мотка присоединяем проводами к проволочкам в яблоке и замыкаем цепь.
Результат (типичный). Стрелка гальваноскопа заметно отклоняется на несколько градусов, а при отсоединении одного из проводов возвращается в исходное положение. Если поменять местами провода, подключённые к электродам, стрелка отклонится в другую сторону. Величина отклонения зависит от фруктов и металлов, и у «слабого» элемента может быть всего 5–10°.
Вывод: между разными металлами в соке яблока возникает электрический ток (элемент преобразует химическую энергию в электрическую); гальваноскоп обнаруживает ток по магнитному действию: ток в мотке создаёт магнитное поле, которое поворачивает стрелку.