Aby zimą nie zmarznąć, zakładamy ciepłe ubrania, m.in. grube, wełniane swetry. Podczas zdejmowania takiego swetra słyszymy trzaski, jeśli jest ciemno – widzimy iskry, a nasze włosy zaczynają odstawać na wszystkie strony. Czy te iskry mają coś wspólnego z błyskawicami, które obserwujemy podczas burzy?

Ral36qYLkGWvX
Potężne wyładowania elektryczne podczas burzy
Źródło: Pixabay, domena publiczna.
Aby zrozumieć poruszane w tym materiale zagadnienia, przypomnij sobie:
  • jakie znasz składniki pogody;

  • jakie są stany skupienia wody;

  • jak bezpiecznie korzystać z urządzeń elektrycznych.

Twoje cele
  • Wyjaśnisz, czym jest wyładowanie elektryczne.

  • Opiszesz jak powstaje piorun.

  • Podasz zasady bezpiecznego zachowania się podczas burzy.

ixjTIprdRY_d5e197

1. Jak naelektryzować przedmioty?

Na początku zastanówmy się, skąd się biorą iskry na naszych ubraniach. Przypominają one iskry elektryczne. Poszukajmy więc odpowiedzi na pytania:

  • Czy iskry na ubraniu mają coś wspólnego z elektrycznością?

  • W jaki sposób powstają?

  • Czy mają one związek z piorunami?

R1NFxrDtU8KKo
Kiedy szybko szczotkujemy suche, świeżo umyte włosy, często mamy problemy z ich opanowaniem – podnoszą się do góry jak pióropusz. Gdy ich dotkniemy, czujemy lekkie kopnięcie prądu. To dowód na to, że są naelektryzowane
Źródło: Mad Ball, Flickr, licencja: CC BY-SA 2.0.
Zastanów się

Pomyśl, w jaki sposób można naelektryzować przedmioty?

Włosy naelektryzowały się, gdy zostały potarte grzebieniem lub szczotką. Podobnie, gdy szybko zdejmujemy sweter, słyszymy trzaski, a jeśli jest ciemno, możemy zauważyć przeskakujące iskry. Zjawiska te ogólnie nazywamy elektryzowaniem ciałelektryzowanie ciałelektryzowaniem ciał. Przeprowadźmy prosty eksperyment. Możemy użyć do niego kawałka prawdziwego bursztynu, a jeśli go nie posiadamy, wystarczy zwykła plastikowa linijka.

Elektryzowanie ciał
Doświadczenie 1

Pytanie: Czy pocieranie ma wpływ na elektryzowanie ciał?
Hipoteza: Pocieranie zwiększa elektryzowanie ciał.

Co będzie potrzebne
  • bursztyn lub linijka,

  • kartka papieru,

  • kawałek wełnianej tkaniny.

Instrukcja
  1. Podrzyj papier na drobne kawałeczki.

  2. Zbliż bursztyn lub linijkę do kawałków papieru. Zanotuj, co widzisz.

  3. Pocieraj energicznie przez kilkadziesiąt sekund bursztyn lub linijkę kawałkiem wełnianej tkaniny.

  4. Zbliż bursztyn lub linijkę do kawałeczków podartej kartki papieru. Zanotuj, co widzisz.

Podsumowanie

Początkowo nie widać żadnej reakcji. Jeśli jednak bursztyn lub linijka zostały odpowiednio energicznie potarte, to zaczną one przyciągać kawałki papieru.
Obserwacje: Bursztyn i linijka przyciągają kawałki papieru.
Wnioski: Pocieranie ma wpływ na elektryzowanie ciał.

Właściwości elektryczne zauważono już w VI wieku p.n.e. Jako pierwszy opisał je Tales z Miletu – grecki filozof, astronom i matematyk. Stwierdził on, że potarty suknem bursztyn przyciąga niektóre lekkie ciała.

bg‑azure
Ciekawostka

W języku greckim słowo określające bursztyn to elektron. Stąd nazwa – elektryczność.

ixjTIprdRY_d5e325

2. Wytwarzamy ładunki elektryczne

Zastanów się

W jaki sposób możemy wywoływać ładunki elektryczne? Czy jest możliwe ich przenoszenie między różnymi przedmiotami?

Ładunki elektryczne łatwo wywołać przez pocieranie jednego przedmiotu o inny. Ładunek ten nie przemieszcza się jak w przewodzie elektrycznym, lecz pozostaje w jednym miejscu, dlatego nazywa się go elektrostatycznym. Takie ładunki pojawiają się m.in. podczas czesania włosów lub pocierania wełnianych ubrań. Ładunek elektryczny najłatwiej można wywołać przez potarcie przedmiotu o inny, który jest już naelektryzowany, lub przez zbliżenie tych ciał. Można też pocierać o siebie dwa przedmioty nienaelektryzowane – wówczas ładunki pojawiają się na każdym z nich.

Elektryzowanie ciał
Doświadczenie 2

Pytanie: Jaki jest wpływ naelektryzowania na wodę?
Hipoteza: Naelektryzowany materiał przyciągnie wodę.

Co będzie potrzebne
  • 2 balony,

  • wełna,

  • dostęp do kranu z bieżącą wodą.

Instrukcja
  1. Nadmuchaj oba balony.

  2. Potrzyj energicznie powierzchnię jednego balonu wełną. Na jego powierzchni zostanie wywołany ładunek elektryczny.

  3. Odkręć lekko kran, by strumień wody był ciągły, ale niezbyt silny, i zbliż do niego najpierw balon potarty bawełną, potem drugi i ponownie pierwszy. Co obserwujesz?

Podsumowanie

Obserwacje: Naelektryzowany balon przyciąga strumień wody.

Wnioski: Naelektryzowany balon przyciąga strumień wody, gdyż na jego powierzchni istnieją ładunki elektryczne.

Demonstracja
R1L1vvpqDr148
Film pod tytułem Oddziaływanie naelektryzowanego przedmiotu na strumień wody.
ixjTIprdRY_d5e408

3. Jak powstaje piorun?

Zastanów się

Skąd się bierze piorun? Co w chmurach mogłoby wytwarzać ładunki elektryczne?

RLvJptGwQnwWl
Powstawanie pioruna
Źródło: Tomorrow Sp. z o.o., licencja: CC BY 3.0.

Piorun uderza, gdy w chmurze zachodzi zjawisko wyładowania elektrycznego - nagłego, intensywnego przepływu prądu. Sprzyjające temu warunki panują wyłącznie w chmurach burzowych. Gorące powietrze unosi się, jednocześnie niosąc ze sobą cząsteczki wody na duże wysokości, gdzie dochodzi do powstania kropel wody i kryształków lodu. Zbierają one ładunki elektryczne znajdujące się w powietrzu i pyle. W końcu ilość wytworzonych ładunków jest tak duża, że następuje potężne wyładowanie elektryczne. Jest to właśnie piorun.

R1C9C7gENaUnG
Kiedy piorun uderza w ziemię, płynie prąd o napięciu milionów woltów. Obserwowany piorun to nic innego, jak potężna iskra
Źródło: Jp Marquis, Wikimedia Commons, licencja: CC BY-SA 3.0.

4. Czym jest burza?

Burza to zjawisko meteorologiczne związane z wyładowaniami elektryczności atmosferycznej, przejawiające się krótkim i silnym błyskiem (błyskawica) oraz trzaskiem lub dudnieniem (grzmot). Powstawanie burzy związane jest z intensywnym rozwojem chmur Cumulonimbus.

ixjTIprdRY_d5e456
RpDDYclR7nOjB
Burza w Port‑la‑Nouvelle (południowa Francja)
Źródło: Maxime Raynal, Wikimedia Commons, licencja: CC BY-SA 2.0.

5. Jak zachować się podczas burzy?

Pioruny, a dokładniej wyładowania atmosferycznewyładowanie atmosferycznewyładowania atmosferyczne, to niezwykle widowiskowe zjawisko, ale bardzo niebezpieczne. Dlaczego? Wyładowanie atmosferyczne jest bardzo potężne – to prąd powstający przy napięciu nawet kilkuset milionów woltów! Jak więc należy się zachować, by uniknąć porażenia przez piorun?

1

Piorun niesie w sobie ogromną energię. Jego uderzenie może uszkodzić domy i urządzenia elektryczne, wywołać pożary. Niesie ze sobą znaczny ładunek elektryczny, dlatego też jest bardzo niebezpieczny dla człowieka. Jak uniknąć uderzenia pioruna? Trzeba pamiętać, że piorun przemieszcza się po najkrótszej drodze łączącej chmurę z ziemią, by jak najszybciej doprowadzić do wyładowania. Działające urządzenia elektryczne lub duże metalowe konstrukcje mogą przyciągać pioruny, gdyż są dobrymi przewodnikami prądu. Na szczęście odgłosy piorunów słychać z daleka, więc jest czas, aby się przygotować.

Rk4oohB369rwX
W celu ochrony przez uderzeniem pioruna na budynkach montuje się piorunochrony – wystające ponad dach metalowe pręty z linkami łączącymi je z ziemią. Pręt piorunochronu jest najwyższym spiczastym elementem, dlatego piorun uderza właśnie w niego
Źródło: Wikimedia Commons, licencja: CC BY-SA 3.0.
bg‑azure
Ciekawostka

Dlaczego najpierw widzimy piorun, a potem słyszymy grzmot? Dzieje się tak, ponieważ światło powstałe podczas wyładowania elektrycznego przemieszcza się z dużo większą prędkością niż dźwięk, który towarzyszy temu wyładowaniu.

ixjTIprdRY_d5e505

Podsumowanie

  • Pocierając o siebie ciała, można wytwarzać na ich powierzchni ładunki elektryczne.

  • Jednym ze skutków elektryzowania się ciał jest gromadzenie ładunków elektrycznych w chmurach burzowych i uderzenia piorunów.

  • Podczas burzy należy zachować ostrożność i postępować według określonych zasad.

bg‑azure

Praca domowa

1
Ćwiczenie 1

Wymień niebezpieczne zjawiska pogodowe, które towarzyszą burzy.

RmSktfThh5ygA
(Uzupełnij).
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
ixjTIprdRY_d5e557

Słownik

elektryzowanie ciał
elektryzowanie ciał

wywoływanie ładunków elektrycznych poprzez pocieranie dwóch przedmiotów lub zbliżenie ich do siebie

wyładowanie atmosferyczne
wyładowanie atmosferyczne

przepływ prądu elektrycznego na przykład między chmurą burzową a ziemią

ixjTIprdRY_d5e670

Zadania

1
Pokaż ćwiczenia:
11
Ćwiczenie 1
R1A356wPuSROe
Uzupełnij puste miejsca, wybierając brakujące elementy z listy. Drobiny w substancjach mogą nieść ładunek 1. przedmioty wykonane z izolatorów prądu, 2. prądu elektrycznego, 3. schować się pod drzewem, 4. dodatni lub ujemny, 5. dźwięku, 6. powiadomić przez telefon, gdzie się znajdujesz, 7. wyłącznie ujemny, 8. duże drewniane konstrukcje, 9. wyłącznie dodatni, 10. unikać otwartych przestrzeni, 11. działające urządzenia elektryczne, 12. światła. W wyniku nagromadzenia ładunków elektrycznych następuje przepływ 1. przedmioty wykonane z izolatorów prądu, 2. prądu elektrycznego, 3. schować się pod drzewem, 4. dodatni lub ujemny, 5. dźwięku, 6. powiadomić przez telefon, gdzie się znajdujesz, 7. wyłącznie ujemny, 8. duże drewniane konstrukcje, 9. wyłącznie dodatni, 10. unikać otwartych przestrzeni, 11. działające urządzenia elektryczne, 12. światła przez warstwę atmosfery, czyli piorun. Na powierzchni ziemi mogą go przyciągnąć 1. przedmioty wykonane z izolatorów prądu, 2. prądu elektrycznego, 3. schować się pod drzewem, 4. dodatni lub ujemny, 5. dźwięku, 6. powiadomić przez telefon, gdzie się znajdujesz, 7. wyłącznie ujemny, 8. duże drewniane konstrukcje, 9. wyłącznie dodatni, 10. unikać otwartych przestrzeni, 11. działające urządzenia elektryczne, 12. światła. Aby uniknąć uderzenia pioruna, przebywając na dworze, należy 1. przedmioty wykonane z izolatorów prądu, 2. prądu elektrycznego, 3. schować się pod drzewem, 4. dodatni lub ujemny, 5. dźwięku, 6. powiadomić przez telefon, gdzie się znajdujesz, 7. wyłącznie ujemny, 8. duże drewniane konstrukcje, 9. wyłącznie dodatni, 10. unikać otwartych przestrzeni, 11. działające urządzenia elektryczne, 12. światła.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
3
Ćwiczenie 2
R4YrGuEBb2qUl
Zaznacz prawdziwe stwierdzenie. Możliwe odpowiedzi: 1. W chmurze burzowej ciepłe powietrze unosi się bardzo szybko do góry. W trakcie tego procesu dochodzi do naelektryzowania kropel wody., 2. W chmurze burzowej ciepłe powietrze gwałtownie opada na dół, pociągając ze sobą naelektryzowane kryształki lodu., 3. W chmurze burzowej zimne powietrze unosi się gwałtownie do góry, elektryzując krople wody.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
2
Ćwiczenie 3
R1GkojoKJ1UKe
Łączenie par. Zaznacz, które zdania są prawdziwe, a które fałszywe.. Potarty bursztyn przyciąga kawałki papieru, ponieważ poprzez tarcie został naelektryzowany.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Naelektryzować można przedmiot, który nie jest wykonany z przewodnika prądu.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Elektryzowanie przez tarcie powoduje naelektryzowanie tylko jednego ciała – tego, które pocieramy.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
1
Ćwiczenie 4
RSyt15JlSkVNB
zadanie interaktywne
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
bg‑azure

Notatnik

R1CcZThCxwHUP
(Uzupełnij).
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.