Установка. Электрофорная машина. Лист тонкой писчей белой бумаги. Тонкая проволока длиной в 20 см. Свеча в подсвечнике с длинным фитилем, дающим коптящее пламя.

Условие задачи. Оторвите от листа бумаги кусочек, которым плотно оберните шарик на одном из полюсов электрической машины. Обвяжите бумажку проволокой в том месте, где шарик соединяется со стержнем. То же самое проделайте со вторым полюсом машины.

Затем зажгите свечу и выждите, пока она не разгорится полностью, и пламя ее не станет коптящим. Раздвиньте полюса машины так, чтобы между ними не проскакивала искра. Попросите товарища вращать машину, а сами приблизьте свечу к одному из полюсов машины так, чтобы пламя свечи касалось бумажки, которой вы обернули шарик на полюсе. Через минуту отодвиньте свечу от бумажки и посмотрите, не закоптилась ли слегка поверхность бумажки. Если нет, то еще раз подведите пламя свечи к бумажке и через минуту вновь осмотрите ее. Обнаружите вы на ней налет копоти или нет, в любом случае подведите теперь пламя свечи к бумажке второго полюса машины.

В результате вы убедитесь, что один полюс машины покрывается сажей, а другой нет. О чем это свидетельствует?

Попросите у учителя все, что вам нужно для определения знака полюсов машины. Определите, положительным или отрицательным был тот полюс, на котором бумажка покрывалась сажей.

Какой заряд несут раскаленные частицы углерода, находящиеся в пламени свечи?

Дополнения. 1. Вы, конечно, заметили, что во время опыта, который вы проделывали со свечой, пламя свечи нагибалось в сторону отрицательного полюса и, наоборот, отклонялось от положительного полюса машины. Почему?

2. Как можно было бы чисто теоретически предвидеть, какой заряд должен возникать на раскаленных твердых частицах углерода? Вспомните, с каким электрическим явлением связан накал твердого проводника до высокой температуры.

Решение и пояснения

110. (10-й кл.) Опыт показывает, что частицы углерода, образующие сажу, несут электрический заряд, поскольку они осаждаются только на одном полюсе машины. Определение заряда полюса показывает, что сажей покрывается отрицательный полюс. Следовательно, частицы углерода в пламени несут положительные заряды.

Дополнения. 1. Светящую часть пламени свечи создают не раскаленные газы, а несгоревшие мельчайшие раскаленные частицы углерода. Из решения задачи понятно, что видимая яркая часть пламени должна отклоняться от положительного полюса и наоборот, наклоняться в сторону отрицательного полюса.

2. При высокой температуре раскаленный уголь, как и металлы, излучает термоэлектроны, в результате чего сам приобретает положительный заряд.

Уничтожение дыма.

Установка. Стеклянная широкогорлая бутылка. Она накрывается сверху кусочком картона или папки, который предварительно тщательно парафинируется.

В этой парафинированной пластинке протыкается посередине отверстие, сквозь которое пропущена проволока с загнутой петлей на верхнем конце. Кроме того, вырезается круглое отверстие для ввода трубки при наполнении бутылки дымом. Стеклянная и эбонитовая палочки с соответствующими натирателями для их электризации. Приспособление для вдувания дыма в бутыль. Оно состоит из стеклянной или металлической трубки с внутренним диаметром приблизительно в 2 см и длиной около 18 см. Трубка с обоих концов закрывается пробками с отверстием посередине; сквозь каждую пробку пропущена стеклянная трубочка (рис. 24). Диаметр одной (длинной) трубочки надо подобрать таким, чтобы на трубочку можно было плотно надеть папиросу. Внешний конец второй (короткой) трубки можно соединить с резиновым баллоном от пульверизатора, если нежелательно производить вдувание воздуха ртом. Кусок бумажки.

Условие задачи. Проверьте с помощью маленьких кусочков бумаги, хорошо ли электризуется стеклянная и эбонитовая палочка. Если все в порядке, положите обе палочки на стол, завернув их электризуемые концы в соответствующие натиратели.

Выньте пробку из стеклянной трубки вместе с папиросой. Зажгите папиросу и вложите ее обратно вместе с пробкой в стеклянную трубку. Начните нажимать рукой на резиновый баллон. Когда из стеклянной трубки, на которую надета папироса, пойдет густой дым, перестаньте нажимать на баллон.

Попросите товарища начать наэлектризовывать эбонитовую палочку, а сами в это время введите конец стеклянной трубочки в бутылку, сквозь вырезанное в ее крышке отверстие, и наполните ее дымом. (Наполнение ее дымом производить не больше чем полминуты, так как дым начинает постепенно оседать на дно и стенки бутылки.) Наполнив бутылку дымом, выньте стеклянную трубочку из бутылки и попросите товарища поднести наэлектризованную эбонитовую палочку к петле на проволоке, проходящей сквозь крышку бутылки.

Что происходит с дымом в бутылке? Почему?

Если надо, можно вторично наэлектризовать палочку и снова поднести к петле на проволоке, входящей в бутылку.

Попросите теперь товарища начать наэлектризовывать стеклянную палочку, а сами, как и в первом опыте, наполните бутылку дымом, и наполнив ее, выньте трубочку из бутылки. Внимательно следите, что происходит с дымом, когда ваш товарищ подносит наэлектризованную стеклянную палочку к петле на проволоке.

Чем объяснить такое поведение дыма в бутылке?

Дополнения, 1. Почему дым в бутылке начинает по особенному клубиться и перемещаться уже тогда, когда наэлектризованная палочка только приближается к петле на проволоке?

2. Держите наэлектризованную эбонитовую палочку на расстоянии 1 см от петли на проволоке. Очень быстро дым в бутылке рассеется. Зарядилась ли при этом проволока, проходящая в бутылке? Если да, то каким электричеством?

3. Если опыт, описанный в предыдущих пунктах, проделать с наэлектризованной стеклянной палочкой, то зарядится ли при этом проволока, проходящая в бутылке? Если да, то каким электричеством?

4. В заводской практике для улавливания частиц дыма применяются, наряду с дымовыми фильтрами, и электрические, принцип устройства которых основан на том физическом явлении, какое вы наблюдали в этой задаче. Какие две практические цели преследуются при применении электрических дымовых фильтров?

Решение и пояснения

111. (7, 10-й кл.) В первом опыте клубящийся дым уплотняется около проволоки. Сначала от дыма освобождаются области, примыкающие к стенкам бутыли, в последнюю очередь – центральная область, примыкающая к проволоке.

Во втором опыте, наоборот, дым сначала рассеивается в центральной области и, двигаясь к стенкам бутыли, в последнюю очередь рассеивается около них.

Если первый опыт проделать несколько раз, то легко заметить, что стенки бутыли не изменяют своего цвета, а проволока покрывается коричневым налетом с неприятным запахом. Если второй опыт проделать несколько раз, то стенки бутыли покрываются коричневым налетом, а проволока остается чистой.

Причина этих явлений выяснена в решении задачи 110.

Дополнения (даются вместе с задачей). 1. Вследствие возникновения на проволоке наведенного заряда.

2. Зарядилась положительным электричеством, так как наведенный на проволоке отрицательный заряд частично или полностью нейтрализовался положительно заряженными частицами дыма.

3. Практически не зарядилась.

4. Воздух освобождается от дыма, что важно в гигиеническом отношении. Дома, полотно улиц и, вообще, все предметы, расположенные вблизи заводских труб, не покрываются копотью. Вторая цель – более полное использование горючего, так как собранный в фильтре углерод и масла могут быть вновь использованы в качестве топлива. (Бутылку можно наполнять дымом от папиросы и без всяких специальных приспособлений).

Пламенный детектор.

Установка. Детекторный приемник со включенным кристаллическим детектором и головным телефоном. К приемнику приключена наружная антенна и заземление. Спиртовая лампочка, у которой значительно вытянут наружный конец фитиля. Его надо сильно растрепать и посыпать солью (NaCl). Это делается для того, чтобы можно было получить большое и хорошо проводящее пламя. Разумеется, вытянутый кончик фитиля не должен служить помехой при закрывании фитиля колпачком. Жестяная пластинка, шириной примерно в 2 см и длиной около 15 см. К одному ее концу приклепывается (припаивается) медная проволока. Этот конец жестяной пластинки прикрепляется к дощечке (шириной в 2–3 см и длиной около 10 см), которая служит в качестве ручки. Штепсельная вилка с двумя гибкими изолированными проводами, свободные концы которых зачищены. Отрезок голой медной проволоки длиной в 15 см. Плоскогубцы.

Условие задачи. Наденьте головной телефон и настройте приемник на прием местной радиостанции. Снимите после этого колпачок с горелки спиртовой лампочки, намотайте на металлическую трубку горелки, сквозь которую проходит фитиль, несколько витков голой медной проволоки и закрепите ее, закрутив плоскогубцами. Выньте из гнезд кристаллический детектор и вложите вместо него штепсельную вилку с двумя гибкими проводниками. Конец одного соедините с проводом, идущим от жестяной пластинки, а конец другого – с проводом, идущим от горелки спиртовой лампочки. Зажгите фитиль лампочки и, взяв в руку деревянную дощечку, к которой прикреплена жестяная пластинка, внесите пластинку в верхнюю часть пламени спиртовки.

В головной телефон вы услышите радиопередачу местной радиостанции, на которую был настроен приемник.

Приближайте жестяную пластинку к фитилю, удаляйте от него, располагайте ее в различных плоскостях, пока не получите наибольшей громкости передачи.

Почему же пламя спиртовки можно использовать в качестве детектора?

Дополнения. 1. Почему пламенный детектор хуже кристаллического?

2. Усилится ли слышимость в телефоне, если пламя будет иметь более высокую температуру (примус, паяльная лампа) и если ввести в него соль (NaCl)?

Решение и пояснения

112. (10-й кл.) Положительные и отрицательные ионы пламени без наложенного электрического поля движутся в пламени снизу вверх. Положительные и отрицательные ионы газов имеют разные массы и вследствие этого разные скорости движения (подвижности).

При введении металлической пластинки в пламя оно будет включено в цепь переменного тока, и мы получим вследствие разной подвижности положительных и отрицательных ионов разные силы тока при положительном и отрицательном потенциале пластинки. Таким образом, пламя, лучше проводя ток в одном направлении, чем в противоположном, будет выполнять роль детектора.

Дополнения (даются вместе с задачей). 1. Имеет меньший коэффициент выпрямления, большее сопротивление и требует расхода горючего.

2. Значительно усилится.

При введении в пламя хлористого натрия можно пользоваться обыкновенным демонстрационным гальванометром. При этом опыт проходит безотказно.