Фрагменты методологического аппарата исследования по физике

1.

ФРАГМЕНТЫ
МЕТОДОЛОГИЧЕСКОГО
АППАРАТА ИССЛЕДОВАНИЯ
ПО ФИЗИКЕ

2. Тема: «Вращение тел в электрическом поле движущихся зарядов»

Объект исследования – процесс
воздействия электрического поля на
находящиеся в нем тела
Предмет исследования – явление
вращения тел в электрическом поле
движущихся зарядов
Цель исследования – рассмотреть
физические основы явления вращения
тел в электрическом поле движущихся
зарядов и возможности применения
данного явления на практике

3. Задачи исследования:

1. Изучить теорию явления вращения тел в электрическом поле
движущихся зарядов.
2. Изготовить экспериментальную установку для демонстрации данного явления.
3. Провести экспериментальное исследование вращения тел в
электрическом поле движущихся зарядов.
4. Описать возможности практического применения данного
явления:
► рассмотреть механизм осевого вращения Земли и изменение
скорости ее вращения под действием солнечного ветра;
► рассмотреть механизм связи между состоянием Солнца и
геофизическими процессами;
► показать значимость изучения воздействия солнечной энергии
на вращение Земли вокруг своей оси для управления развитием
природных процессов.

4. Методы исследования:

Теоретические – анализ научной литературы по
теме исследования, моделирование процесса
вращения тел в электрическом поле движущихся зарядов, проектирование экспериментальной установки для демонстрации
данного явления, обобщение сведений по
рассматриваемым вопросам.
Эмпирические – конструирование экспериментальной установки, демонстрационный
эксперимент, наблюдение.

5. Новизна и практическая значимость исследования –

обобщены и систематизированы сведения о
новых физических явлениях: вращение тел в
электрическом поле движущихся зарядов и
возбуждение тока в телах, вращающихся
(движущихся) в электрическом поле; изготовлена
экспериментальная установка для демонстрации
явления вращения тел в электрическом поле
движущихся зарядов, например, на спецкурсах
по разделу «Электродинамика»; обобщены и
систематизированы сведения о распространении
этих явлений на солнечно-земные процессы.

6.

Содержание работы
Введение
Глава 1. ЯВЛЕНИЕ ВРАЩЕНИЯ ТЕЛ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ
ДВИЖУЩИХСЯ ЗАРЯДОВ
1.1.Физические основы явления вращения тел в электрическом
поле движущихся зарядов
1.2.Исследование явления вращения тел в электрическом поле
движущихся зарядов
Выводы по главе 1
Глава 2.НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ
ВРАЩЕНИЯ ТЕЛ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ ДВИЖУЩИХСЯ
ЗАРЯДОВ
2.1.Механизм осевого вращения Земли солнечной энергией
2.2.Причины и механизм возникновения природных катаклизмов
Выводы по главе 2
Заключение
Литература

7. Заключение

Сопоставление результатов работы с поставленными задачами позволяет
заключить следующее.
1. Анализ исследований по изучению взаимодействия зарядов проводника и
кулоновского поля при их относительном перемещении позволяет
говорить о вращение тел в этом поле и возбуждении в этих телах
электрического тока вследствие электродинамической индукции.
2. Изготовленная нами экспериментальная установка позволила
продемонстрировать вращение тел в потоке ионизированных молекул
воздуха и качественно установить влияние расстояния электродов от тела
и рельефа поверхности тел на скорость их вращения.
3. На базе экспериментально выявленных новых физических
закономерностей и с учётом известных научных данных можно объяснить
механизм осевого вращения Земли и изменение скорости ее вращения
под действием солнечного ветра, а также механизм связи между
состоянием Солнца и геофизическими процессами. Движущиеся
заряженные частицы ионосферы (круговой электрический ток) увлекают
своим движением нейтральные молекулы и атомы атмосферы, и саму
планету. Направление вращения электропроводной Земли в
электрическом поле ионосферы совпадает с направлением ионосферного
тока – с запада на восток. Таким образом, энергия электромагнитного

8.

поля движущихся зарядов ионосферы преобразуется в механическую
энергию вращения Земли и определяет скорость её вращения. При
вращении электропроводной Земли в электрическом поле ионосферы,
вследствие электродинамической индукции, в Земле наводится
внутрипланетная токовая система. Экваториальная электроструя этой
системы создаёт, по законам электродинамики, геомагнитное поле
современной направленности. В конечном итоге, преобразованная
солнечная энергия сосредотачивается в электрическом поле Земли и
является источником энергии земных процессов. Таким образом, солнечная
энергия из атмосферы передаётся вглубь планеты через вращение Земли.
Этот механизм предопределяет связь состояния электрического поля Земли
с состоянием Солнца (солнечной активностью), что отражается на развитии
земных процессов, включая аномальное их проявление.
Таким образом, следует считать, что задачи исследования полностью
решены, цель достигнута. Вместе с тем, можно указать направления
дальнейшего продолжения работы: изготовление таких экспериментальных
тел, которые бы не на нити подвешивались, а насаживались на ось
вращения (так же, как колесо Франклина в одном из поставленных нами
экспериментов – см. §1.2).

9. Тема: «Эффект Кирлиан и его демонстрация»

Актуальность темы исследования (кратко)
В настоящее время под термином «эффект Кирлиан» понимается визуальное
наблюдение или регистрация на фотоматериале свечения газового разряда,
возникающего вблизи поверхности объекта при помещении его в электрическое
поле высокой напряженности. Поскольку основным источником формирования
изображения является газовый разряд вблизи поверхности исследуемого объекта,
учеными было введено новое название метода, учитывающее основные
физические процессы, характерные для эффекта Кирлиан – метод газоразрядной
визуализации (ГРВ). В настоящее время разработано и внедрено в практику
значительное количество устройств ГРВ. В современных приборах используются
современные технологии, постоянно производится модификация конструкции и
программного обеспечения.
Однако Кирлиан-прибор не входит в перечень приборов, предлагаемых
многочисленными производителями учебного оборудования по физике. Поэтому
изготовление устройства газоразрядной визуализации для демонстрации эффекта
Кирлиан на лекциях по курсу общей физики в ВУЗе, а также для демонстрации
газового разряда при изучении курса физики в средних (в том числе специальных)
учебных заведениях является актуальной проблемой.
Экспериментальная установка должна быть компактной, мобильной, удобной
в эксплуатации, позволяющей в реальном времени наблюдать эффект Кирлиан.

10.

Объект исследования – газовый
разряд
Предмет исследования – эффект
Кирлиан
Цель исследования – рассмотреть
физические основы эффекта Кирлиан
и изготовить устройство для его
демонстрации

11. Задачи исследования:

1. Рассмотреть историю изобретения и развития
2.
3.
4.
5.
6.
газоразрядной фотографии.
Изучить теорию эффекта Кирлиан.
Проанализировать различные принципиальные
схемы Кирлиан-прибора.
Изготовить устройство газоразрядной
визуализации.
Провести экспериментальное наблюдение
объектов, помещенных в переменное
электрическое поле высокой напряженности.
Описать практическое применение эффекта
Кирлиан.

12. Методы исследования:

Теоретические – анализ научной литературы по
теме исследования, обобщение сведений по
рассматриваемым вопросам, анализ и сравнение различных принципиальных схем
Кирлиан-прибора, проектирование экспериментальной установки для демонстрации
эффекта Кирлиан.
Эмпирические – конструирование экспериментальной установки, демонстрационный
эксперимент, наблюдение.

13. Новизна и практическая значимость исследования:

обобщены и систематизированы сведения по
истории появления и изучения эффекта
газоразрядной фотографии;
изготовлен компактный, мобильный, удобный в
эксплуатации прибор газоразрядной
визуализации (для использования в высших и
средних (в том числе специальных) учебных
заведениях). В этом заключается основное
преимущество выполненного исследования по
сравнению с аналогичными.

14.

Содержание работы
Введение
Глава 1. ЭФФЕКТ СВЕЧЕНИЯ ГАЗОВОГО РАЗРЯДА
1.1. Краткий исторический обзор изобретения и развития газоразрядной фотографии
1.2. Теоретические основы эффекта Кирлиан
1.2.1. Формирование импульсного электрического поля в газоразрядном
промежутке
1.2.2. Условия появления первичных электронов
1.2.3. Ионизационные процессы в газе
1.2.3.1. Ионизационные процессы, протекающие в объеме газоразрядного
промежутка
1.2.3.2. Процессы, протекающие на границе «галогенсеребряная фотоэмульсия –
ионизованный газ»
Выводы по главе 1
Глава 2. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ ЭФФЕКТА КИРЛИАН
2.1. Анализ различных схем Кирлиан-прибора
2.2. Изготовление Кирлиан-прибора
2.3. Применение эффекта Кирлиан
2.3.1. Влияние низких отрицательных температур на растительный объект
2.3.2. Оценка психофизиологического состояния человека
2.3.3. Цифровая обработка газоразрядной информации
Выводы по главе 2
Заключение
Литература

15. Заключение

В соответствии с задачами исследования выполнено следующее.
Систематизированы и представлены в хронологическом порядке сведения по истории
изобретения и развития газоразрядной фотографии. Эффект свечения различных объектов, в
том числе биологических, в электромагнитных полях высокой напряжённости известен уже
более двух столетий. Ещё в 1777 г. немецкий физик и философ профессор Г.Лихтенберг, изучая
электрические разряды на покрытой порошком поверхности изолятора, наблюдал характерное
веерообразное свечение. В России Я.Наркевич-Иодко экспериментируя с электрическими
генераторами, он обнаружил свечение рук человека в поле высоковольтного генератора и
изобрёл простое электрическое устройство, позволившее запечатлеть это свечение на
фотопластинке. В 1880 г. Н.Тесла продемонстрировал, что при подключении человеческого
тела к высокочастотной электрической цепи вокруг тела возникает яркое свечение. Благодаря
российским изобретателям супругам Кирлиан, обнаружившим независимо от других это
явление в 1930-40 гг., метод получил широкую известность. Поэтому во всём мире за этим
явлением закрепилось название «эффект Кирлиан».
2. Рассмотрены физические процессы, лежащие в основе газоразрядной визуализации. Свечение
газового разряда вызвано переходом электронов молекул воздуха на более высшие атомарные
уровни и обратно. За счет такого скачка электрона происходит излучение кванта света.
Величина скачка электрона молекулы воздуха зависит от собственного магнитного поля
исследуемого объекта. Поэтому в различных точках поля, окружающего объект, электроны
получают разные импульсы, т.е. перескакивают на разные атомарные уровни, что приводит к
испусканию квантов света разной длины. Последний факт регистрируется человеческим глазом
или цветной фотобумагой в качестве различных цветов, которые в зависимости от объекта
могут окрашивать корону свечения в разные цвета. Эти процессы дают общую картину
эффекта Кирлиан, который позволяет изучать магнитное поле исследуемого объекта.
1.

16.

3.
Проанализированы и рассмотрены различные варианты реализации Кирлианприбора. Задача сводилась к тому, чтобы схема прибора на выходе давала
высокое переменное напряжение до 40 кВ с частотой 200÷15000 Гц, была
проста, надежна и доступна в элементной базе. Согласно этим требованиям была
выбрана схема, построенная на тиристорном ключе, которая в процессе опытов
показала себя хорошо. Мы считаем, что данная схема наиболее удачный вариант
реализации Кирлиан-прибора, как для лабораторных наблюдений, так и для
демонстраций.
4. По выбранной схеме изготовлен действующий прибор газоразрядной
визуализации. Сама схема была собрана и размещена в отдельном корпусе,
удобном для транспортировки прибора. Высоковольтная катушка вынесена за
пределы корпуса прибора. Прибор изначально проектировался и собирался по
всем требованиям электробезопасности к приборам такого типа. Особенностью
нашей установки является то, что нами был собран специальный прозрачный
электрод для беспрепятственного наблюдения эффекта в реальном времени.
Под прозрачным электродом установлена миниатюрная видеокамера для вывода
изображения на любое устройство, воспроизводящее аналоговый видео-сигнал.
Все эти узлы закрыты от всевозможных источников света.

17.

5. Осуществлено наблюдение в реальном времени (на изготовленной установке) и
фотографирование свечение газового разряда вокруг разнообразных объектов
живой и неживой природы, таких как: апельсиновая корка, лист березы, долька
мандарина, медная монета и др.
6. Рассмотрена значимость изучения и применения газоразрядной визуализации в
различных сферах деятельности человека. Применение эффекта Кирлиан
исследуется в различных видах отраслях человеческой деятельности, таких как
криминалистика, психология, медицина, машиностроение, и многих других.
Таким образом, следует считать, что задачи исследования полностью
выполнены, цель достигнута. Вместе с тем, можно указать направления дальнейшего
продолжения исследования – разработка лабораторной работы по изучению эффекта
Кирлиан. Для этого нужно больше уделить внимания параметрам оценки газоразрядной информации и программам их обработки и расшифровки.