30. Досліджуємо дії електричного струму - Засєкіна

• Назад до змісту

Думай

1. Де на практиці можна спостерігати дії електричного струму?

Дії електричного струму можна спостерігати в роботі побутових приладів (світіння індикаторів, нагрівання праски), у промисловості (зварювання, гальванопластика), у роботі магнітних замків та навіть у живих організмах (біоструми).

2. Де використовують теплову дію електричного струму?

Теплову дію використовують у лампах розжарювання, побутових нагрівальних приладах (електропраски, електроплити, чайники, обігрівачі) та у промисловості для контактного зварювання металів.

3. У чому полягає хімічна дія електричного струму?

Хімічна дія полягає у тому, що під час проходження струму через розчини солей, кислот або лугів відбуваються хімічні перетворення речовин, наприклад, виділення чистого металу (срібла) на електроді або розкладання води на кисень і водень.

4. У чому особливості магнітної дії струму?

Особливість магнітної дії в тому, що вона спостерігається завжди (у твердих, рідких, газуватих провідниках і у вакуумі), на відміну від теплової чи хімічної. Вона є основою роботи електродвигунів та генераторів.

Дій

РОЗВ’ЯЖИ ЗАДАЧІ

1. В електричних риб є живий генератор електроенергії, який складається з електроцитів. Один електроцит електричного ската створює напругу приблизно 0,02 В. Визнач максимальну напругу, яку може створити скат, якщо електроцити зібрано у стовпчик по чотириста штук, а всього таких стовпчиків п’ятсот.

Дано:

• $U_0 = 0{,}02\text{ В}$
• $n = 400$
• $N = 500$ (кількість стовпчиків)

Знайти:

• $U_{\text{max}} - ?$

Розв’язання:

Максимальна напруга джерела струму залежить від кількості елементів, з’єднаних послідовно. У ската електроцити зібрані у стовпчики, тому напруга одного стовпчика дорівнює сумі напруг окремих електроцитів. Стовпчики між собою з’єднані паралельно, що збільшує силу струму, але не напругу.

$U_{\text{max}} = n \cdot U_0$

$U_{\text{max}} = 400 \cdot 0{,}02 = 8\text{ В}$

Відповідь: 8 В.

Якби всі 500 стовпчиків були з’єднані послідовно, то:

U = 500 ⋅ 8 = 4000 В

2. Вугор має електричні органи, що становлять 4/5 довжини його тіла й утворюють напругу до 650 В. Порівняй значення напруги, що виробляє вугор, та обчислене тобою значення напруги ската (задача 1) зі значенням напруги в електричній мережі. Чому для людини є особливо небезпечним ураження струмом від цих тварин?

Дано:

• $U_{\text{вугор}} = 650\text{ В}$
• $U_{\text{скат}} = 8\text{ В}$ (з попередньої задачі)
• $U_{\text{мережа}} = 220\text{ В}$

Знайти:

• Порівняти значення.
• Пояснити небезпеку.

Розв’язання та відповідь:

Порівняння: Напруга електричного вугра ($650\text{ В}$) значно перевищує напругу електричного ската ($8\text{ В}$) і майже втричі більша за напругу в побутовій електричній мережі ($220\text{ В}$).

Небезпека: Ураження струмом від цих тварин особливо небезпечне, тому що рідини (зокрема вода, в якій знаходяться тварина і людина) добре проводять електричний струм. Висока напруга вугра створює велику силу струму, яка може призвести до паралічу м’язів, зупинки дихання або серця, оскільки небезпечним є струм вже понад $100\text{ мА}$ ($0{,}1\text{ А}$).

ОПРАЦЮЙ ІНФОРМАЦІЮ

На уроках біології ти вивчаєш організм людини. З огляду на вивчене тобою поєднай знання з фізики, хімії і біології. Об’єднайтесь у групи і підготуйте повідомлення про біомеханіку організму, теплорегуляцію й енергетичний баланс, біоструми й нервові імпульси.

Біомеханіка організму

Опорно-рухова система людини з точки зору фізики — це система важелів. Кістки виконують роль важелів, суглоби є точками опори, а м’язи створюють силу тяги, необхідну для руху. Завдяки цьому ми можемо піднімати вантажі, ходити та утримувати рівновагу, хоча й витрачаємо на це значні зусилля.

Теплорегуляція й енергетичний баланс

Організм людини підпорядковується закону збереження енергії. Їжа є джерелом хімічної енергії, яка в процесі обміну речовин (хімія) перетворюється на внутрішню енергію (тепло) та механічну роботу (фізика). Щоб підтримувати сталу температуру ($36{,}6\text{ }^\circ\text{C}$), організм використовує фізичні процеси теплообміну: випромінювання тепла шкірою та випаровування поту, яке охолоджує тіло.

Біоструми й нервові імпульси

Усі команди від мозку до органів передаються через нервову систему за допомогою електричних імпульсів. Це слабкі електричні струми (біоструми), які виникають внаслідок руху заряджених частинок — іонів (натрію, калію) через мембрани клітин. Саме реєстрація цих електричних сигналів лежить в основі медичних методів діагностики, таких як електрокардіографія (ЕКГ) для серця або електроенцефалографія (ЕЕГ) для мозку.