Презентация на тему "электрический ток". Постоянный электрический ток Понятие об электрическом токе
Электрический ток Электрический ток – упорядоченное (направленное) движение электрических зарядов. Ток проводимости (ток в проводниках) – движение микрозарядов в макротеле. Конвекционный ток – движение макроскопических заряженных тел в пространстве. Ток в вакууме – движение микрозарядов в вакууме.
Электрический ток В проводнике под действием приложенного электрического поля свободные электрические заряды перемещаются: положительные – по полю, отрицательные – против поля. Носители зарядов совершают сложное движение: 1)хаотическое со средней скоростью v ~ (10 3 ÷ 10 4 м/с), 2) направленное со средней скоростью v ~ Е (доли мм/с).
Таким образом, средняя скорость направленного движения электронов много меньше средней скорости их хаотического движения. Незначительная средняя скорость направленного движения объясняется их частыми столкновениями с ионами кристаллической решетки. В то же время всякое изменение электрического поля передается вдоль проводов со скоростью, равной скорости распространения электромагнитной волны – (3·10 8 м/с). Поэтому движение электронов под действием внешнего поля возникает на всем протяжении провода практически одновременно с подачей сигнала.
При движении зарядов нарушается их равновесное распределение. Следовательно, поверхность проводника уже не является эквипотенциальной и вектор напряженности электрического поля Е не направлен перпендикулярно поверхности, так как для движения зарядов необходимо, чтобы на поверхности Е τ 0. По этой причине внутри проводника существует электрическое поле, которое равно нулю только в случае равновесного распределения зарядов на поверхности проводника.
Условия появления и существования тока проводимости: 1. Наличие в среде свободных носителей заряда, т.е. заряженных частиц, способных перемещаться. В металле это электроны проводимости; в электролитах – положительные и отрицательные ионы; в газах – положительные, отрицательные ионы и электроны.
Условия появления и существования тока проводимости: 2. Наличие в среде электрического поля, энергия которого затрачивалась бы на перемещение электрических зарядов. Для того чтобы ток был длительным, энергия электрического поля должна все время пополняться, т.е. нужен источник электрической энергии – устройство, в котором происходит преобразование какой-либо энергии в энергию электрического поля.
– сила тока численно равна заряду, проходящему через поперечное сечение проводника за единицу времени. В СИ: . Движение носителей заряда одного знака эквивалентно движению носителей противоположного знака в противоположном направлении. Если ток создается двумя видами носителей:
Сторонние силы. Электродвижущая сила. Напряжение Если в цепи на носители тока действует только сила электростатического поля, то происходит перемещение носителей, которое приводит к выравниванию потенциалов во всех точках цепи и к исчезновению электрического поля. Следовательно, для существования постоянного тока необходимо наличие в цепи устройства, которое создает и поддерживает разность потенциалов φ за счет работы сил неэлектрического происхождения. Такие устройства называются источниками тока (генераторы – преобразуется механическая энергия; аккумуляторы – энергия химической реакции между электродами и электролитом).
Сторонние силы. Электродвижущая сила. Сторонние силы силы неэлектрического происхождения, действующие на заряды со стороны источников тока. За счет поля сторонних сил электрические заряды движутся внутри источника тока против сил электростатического поля. Следовательно, на концах внешней цепи поддерживается разность потенциалов и в цепи течет постоянный ток.
Сторонние силы. Электродвижущая сила. Сторонние силы совершают работу по перемещению электрических зарядов. Электродвижущая сила (э.д.с. – E) – физическая величина, определяемая работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда
Закон Ома для однородного участка цепи Однородным называется участок цепи не содержащий источника э.д.с. Закон Ома в интегральной форме: сила тока прямо пропорциональна падению напряжения на однородном участке цепи и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка.
Закон Ома не является универсальной связью между током и напряжением. а)Ток в газах и полупроводниках подчиняется закону Ома только при небольших U. б)Ток в вакууме не подчиняется закону Ома. Закон Богуславского-Лэнгмюра (закон 3/2): I ~ U 3/2. в) в дуговом разряде – при увеличении тока напряжение падает. Неподчинение закону Ома обусловлено зависимостью сопротивления от тока.
Закон Ома В СИ сопротивление R измеряется в омах . Величина R зависит от формы и размеров проводника, а также от свойств материала, из которого он сделан. Для цилиндрического проводника: где ρ – удельное электрическое сопротивление [Ом·м], для металлов его величина порядка 10 –8 Ом·м.
Сопротивление проводника зависит от его температуры: α – температурный коэффициент сопротивления, для чистых металлов (при не очень низких температурах α 1 / 273 К -1, ρ 0, R 0 – соответственно удельное сопротивление и сопротивление проводника при t = 0 o C. Такая зависимость ρ(t) объясняется тем, что с ростом температуры интенсивность хаотического движения положительных ионов кристаллической решетки увеличивается, направленное движение электронов тормозится.
Закон Ома для неоднородного участка цепи Неоднородный – участок цепи, содержащий источник э.д.с. Замкнутая цепь содержит источник э.д.с., который в направлении 1–2 способствует движению положительных зарядов. Е – напряженность поля кулоновских сил, Е ст – напряженность поля сторонних сил.
Закон Ома для неоднородного участка цепи Работа, совершаемая кулоновскими и сторонними силами по перемещению единичного положительного заряда q 0+ – падение напряжения (напряжение). Так как точки 1, 2 были выбраны произвольно, то полученные соотношения справедливы для любых двух точек электрической цепи:
Работа и мощность электрического тока Закон Джоуля-Ленца При соударении свободных электронов с ионами кристаллической решетки они передают ионам избыток кинетической энергии, которую приобретают за время ускоренного движения в электрическом поле. В результате этих соударений амплитуда колебаний ионов около узлов кристаллической решетки увеличивается (тепловое движение ионов становится более интенсивным). Следовательно, проводник нагревается: температура – мера интенсивности хаотического движения атомов и молекул. Выделившееся тепло Q равно работе тока A.
Законы Кирхгофа Используются для расчета разветвленных цепей постоянного тока. Неразветвленная электрическая цепь – цепь, в которой все элементы цепи соединены последовательно. Элемент электрической цепи – любое устройство, включенное в электрическую цепь. Узел электрической цепи – точка разветвленной цепи, в которой сходится более двух проводников. Ветвь разветвленной электрической цепи – участок цепи между двумя узлами.
Второй закон Кирхгофа (обобщенный закон Ома): в любом замкнутом контуре, произвольно выбранном в разветвленной электрической цепи, алгебраическая сумма произведений сил токов I i на сопротивление соответствующих участков R i этого контура равна алгебраической сумме э.д.с. в контуре.
Второй закон Кирхгофа Ток считается положительным, если его направление совпадает с условно выбранным направлением обхода контура. Э.д.с. считается положительной, если направление обхода происходит от – к + источника тока, т.е. э.д.с. создает ток, совпадающий с направлением обхода.
Порядок расчета разветвленной цепи: 1. Произвольно выбрать и обозначить на чертеже направление тока во всех участках цепи. 2. Подсчитать число узлов в цепи (m). Записать первый закон Кирхгофа для каждого из (m-1) узлов. 3. Выделить произвольно замкнутые контуры в цепи, произвольно выбрать направления обхода контуров. 4. Записать для контуров второй закон Кирхгофа. Если цепь состоит из р-ветвей и m-узлов, то число независимых уравнений 2- го закона Кирхгофа равно (p-m+1).
Слайд 1
План лекции 1. Понятие о токе проводимости. Вектор тока и сила тока. 2. Дифференциальная форма закона Ома. 3. Последовательное и параллельное соединение проводников. 4. Причина появления электрического поля в проводнике, физический смысл понятия сторонних сил. 5. Вывод закона Ома для всей цепи. 6. Первое и второе правила Кирхгофа. 7. Контактная разность потенциалов. Термоэлектрические явления. 8. Электрический ток в различных средах. 9. Ток в жидкостях. Электролиз. Законы Фарадея.
Слайд 2
Электрическим током называется упорядоченное движение электрических зарядов. Носителями тока могут быть электроны, ионы, заряженные частицы. Если в проводнике создать электрическое поле, то в нем свободные электрические заряды придут в движение – возникает ток, называемый током проводимости. Если в пространстве перемещается заряженное тело, то ток называется конвекционным. 1. Понятие о токе проводимости. Вектор тока и сила тока
Слайд 3
За направление тока принято принимать направление движения положительных зарядов. Для возникновения и существования тока необходимо: 1.наличие свободных заряженных частиц; 2.наличие электрического поля в проводнике. Основной характеристикой тока является сила тока, которая равна величине заряда, прошедшего за 1 секунду через поперечное сечение проводника. Где q – величина заряда; t – время прохождения заряда; Сила тока величина скалярная.
Слайд 4
Электрический ток по поверхности проводника может быть распределен неравномерно, поэтому в некоторых случаях пользуются понятием плотность токаj. Средняя плотность тока равна отношению силы тока к площади поперечного сечения проводника. Где j – изменение тока; S – изменение площади.
Слайд 5
Плотность тока
Слайд 6
В 1826 г. немецкий физик Ом опытным путем установил, что сила тока J в проводнике прямо пропорциональна напряжению U между его концами Где k – коэффициент пропорциональности, называемый электропроводностью или проводимостью; [k] = [См] (сименс). Величина называется электрическим сопротивлением проводника. закон Ома для участка электрической цепи, не содержащей источника тока 2. Дифференциальная форма закона Ома
Слайд 7
Выражаем из этой формулы R Электрическое сопротивление зависит от формы, размеров и вещества проводника. Сопротивление проводника прямо пропорционально его длине l и обратно пропорционально площади поперечного сеченияS Где – характеризует материал, из которого изготовлен проводник и называется удельным сопротивлением проводника.
Слайд 8
Выразим : Сопротивление проводника зависит от температуры. С увеличением температуры сопротивление увеличивается ГдеR0 – сопротивление проводника при 0С; t – температура; – температурный коэффициент сопротивления (для металла 0,04 град-1). Формула справедлива и для удельного сопротивления Где0 – удельное сопротивление проводника при 0С.
Слайд 9
При низких температурах (
Слайд 10
Перегруппируем члены выражения Где I/S=j– плотность тока; 1/= – удельная проводимость вещества проводника; U/l=Е – напряженность электрического поля в проводнике. закон Ома в дифференциальной форме.
Слайд 11
Закон Ома для однородного участка цепи. Дифференциальная форма закона Ома.
Слайд 12
3. Последовательное и параллельное соединение проводников
Последовательное соединение проводников I=const(по законусохранения заряда); U=U1+U2 Rобщ=R1+R2+R3 Rобщ=Ri R=N*R1 (Для N одинаковых проводников) R1 R2 R3
Слайд 13
Параллельное соединение проводников U=const I=I1+I2+I3 U1=U2=U R1 R2 R3 Для N одинаковых проводников
Слайд 14
4. Причина появления электрического тока в проводнике. Физический смысл понятия сторонних сил Для поддержания постоянного тока в цепи, необходимо разделять положительные и отрицательные заряды в источнике тока, для этого на свободные заряды должны действовать силы неэлектрического происхождения, называемые сторонними силами. За счет создаваемого сторонними силами поля электрические заряды движутся внутри источника тока против сил электростатического поля.
Слайд 15
Благодаря этому на концах внешней цепи поддерживается разность потенциалов и в цепи идет постоянный электрический ток. Сторонние силы вызывают разделение разноименных зарядов и поддерживают разность потенциалов на концах проводника. Добавочное электрическое поле сторонних сил в проводнике создается источниками тока (гальваническими элементами, аккумуляторами, электрическими генераторами).
Слайд 16
ЭДС источника тока Физическая величина равная работа сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда между полюсами источника называется электродвижущей силой источника тока (ЭДС).
Слайд 17
ЗаконОма для неоднородного участка цепи
Слайд 18
5. Вывод закона Ома для замкнутой электрической цепи
Пусть замкнутая электрическая цепь состоит из источника тока с , с внутренним сопротивлением r и внешней части, имеющей сопротивление R. R – внешнее сопротивление; r – внутреннее сопротивление. где – напряжение на внешнем сопротивлении; А – работа по перемещению заряда q внутри источника тока, т. е. работа на внутреннем сопротивлении.
Слайд 19
Тогда так как, то перепишем выражение для : , Так как согласно закона Ома для замкнутой электрической цепи (=IR) IR и Ir – падение напряжения на внешнем и внутреннем участках цепи,
Слайд 20
То -закон Ома для замкнутой электрической цепи В замкнутой электрической цепи электродвижущая сила источника тока равна сумме падений напряжения на всех участках цепи.
Слайд 21
6. Первое и второе правила Кирхгофа Первое правило Кирхгофа является условием постоянства тока в цепи. Алгебраическая сумма сил тока в узле разветвления равна нулю где n – число проводников; Ii – токи в проводниках. Токи, подходящие к узлу, считаются положительными, выходящие из узла – отрицательными. Для узла А первое правило Кирхгофа запишется:
Слайд 22
Первое правило Кирхгофа Узлом электрической цепи называется точка в которой сходится не менее трех проводников. Сумма токов сходящихся в узле равна нулю – первое правило Кирхгофа. Первое правило Кирхгофа является следствием закона сохранения заряда – в узле электрический заряд накапливаться не может.
Слайд 23
Второе правило Кирхгофа Второе правило Кирхгофа является следствием закона сохранения энергии. В любом замкнутом контуре разветвленной электрической цепи алгебраическая сумма Ii на сопротивления Ri соответствующих участков этого контура равна сумме приложенных в нем ЭДС i
Слайд 24
Второе правило Кирхгофа
Слайд 25
Для составления уравнения необходимо выбрать направление обхода (по часовой стрелке или против нее). Все токи, совпадающие по направлению с обходом контура, считаются положительными. ЭДС источников тока считаются положительными, если они создают ток, направленный в сторону обхода контура. Так, например, правило Кирхгофа для I, II, III к. I I1r1 + I1R1 + I2r2 + I2R2 = – 1 –2 II–I2r2 – I2R2 + I3r3 + I3R3= 2 + 3 IIII1r1 + I1R1 + I3r3 + I3R3 = – 1 + 3 На основании этих уравнений производится расчет цепей.
Слайд 26
7. Контактная разность потенциалов. Термоэлектрические явления Электроны, обладающие наибольшей кинетической энергией, могут вылететь из металла в окружающее пространство. В результате вылета электронов образуется “электронное облако”. Между электронным газом в металле и “электронным облаком” существует динамическое равновесие. Работа выхода электрона – это работа, которую нужно совершить для удаления электрона из металла в безвоздушное пространство. Поверхность металла представляет собой двойной электрический слой, подобный очень тонкому конденсатору.
Слайд 27
Разность потенциалов между обкладками конденсатора зависит от работы выхода электрона. Гдее – заряд электрона; – контактная разность потенциалов между металлом иокружающей средой; А – работа выхода (электрон-вольт – Э-В). Работа выхода зависит от химической природы металла и состояния его поверхности(загрязнение, влага).
Слайд 28
Законы Вольта: 1. При соединении двух проводников, изготовленных из различных металлов, между ними возникает контактная разность потенциалов, которая зависит только от химического состава и температуры. 2. Разность потенциалов между концами цепи, состоящей из последовательно соединенных металлических проводников, находящихся при одинаковой температуре, не зависит от химического состава промежуточных проводников. Она равна контактной разности потенциалов, возникающих при непосредственном соединении крайних проводников.
Слайд 29
Рассмотрим замкнутую цепь, состоящую из двух металлических проводников 1 и 2. ЭДС, приложенная к этой цепи равна алгебраической сумме всех скачков потенциала. Если температуры слоев равны, то =0. Если температуры слоев различны, например, тогда Где – постоянная, характеризующая свойства контакта двух металлов. В этом случае в замкнутой цепи появляется термоэлектродвижущая сила, прямо пропорциональная разности температур обоих слоев.
Слайд 30
Термоэлектрические явления в металлах широко используются для измерения температуры. Для этого используются термоэлементы или термопары, представляющие собой две проволоки, изготовленные из различных металлов и сплавов. Концы этих проволок спаяны. Один спай помещается в среду, температуру Т1 которой нужно измерить, а второй – в среду с постоянной известной температурой. Термопары имеют ряд преимуществ перед обычными термометрами: позволяют измерять температуры в широком диапазоне от десятков до тысяч градусов абсолютной шкалы.
Слайд 31
Газы в нормальных условиях являются диэлектрикамиR=>∞, состоят их электрически нейтральных атомов и молекул. При ионизации газов возникают носители электрического тока (положительные заряды). Электрический ток в газах называется газовым разрядом. Для осуществления газового разряда к трубке с ионизированным газом должно быть электрическое или магнитное поле.
Слайд 32
Ионизация газа - это распад нейтрального атома на положительный ион и электрон под действием ионизатора (внешних воздействий – сильного нагревания, ультрафиолетовых и рентгеновских лучей, радиоактивных излучений, при бомбардировке атомов (молекул) газов быстрыми электронами или ионами). Ион электрон атом нейтральный
Слайд 33
Мерой процесса ионизации является интенсивность ионизации, измеряемая числом пар противоположно заряженных частиц, возникающих в единичном объеме газа за единичный промежуток времени. Ударной ионизацией называется отрыв от атома (молекулы) одного или нескольких электронов, вызванный соударением с атомами или молекулами газа электронов или ионов, разогнанных электрическим полем в разряде.
Слайд 34
Рекомбинация - это соединение электрона с ионом в нейтральный атом. Если действия ионизатора прекращается, газ снова становится диалектиком. электрон ион
Слайд 35
1.Несамостоятельный газовый разряд – это разряд, существующий только под действием внешних ионизаторов. Вольтамперная характеристика газового разряда:по мере увеличения U растет число заряженных частиц, достигающих электрода и возрастает ток до I=Iк, при котором все заряженные частицы достигают электродов. При этом U=Uк ток насыщения Где е – элементарный заряд; N0 – максимальное число пар одновалентных ионов, образующихся в объеме газа за 1 с.
Слайд 36
2.Самостоятельный газовый разряд – разряд в газе, который сохраняется после прекращения действия внешнего ионизатора. Поддерживается и развивается за счет ударной ионизации. Несамостоятельный газовый разряд переходит в самостоятельный при Uз – напряжении зажигания. Процесс такого перехода называется электрическим пробоем газа. Различают:
Слайд 37
Коронный разряд– возникает при высоком давлении и в резко неоднородном поле с большой кривизной поверхности, применяется при обеззараживании семян сельскохозяйственных культур. Тлеющий разряд– возникает при низких давлениях, используется в газосветных трубках, газовых лазерах. Искровойразряд – при Р=Ратм ипри больших электрического поля - молния (токи до нескольких тысяч Ампер, длина – несколько километров). Дуговой разряд – возникает между близко сдвинутыми электродами,(Т=3000 °С – при атмосферном давлении. Используется как источник света в мощных прожекторах, в проекционной аппаратуре.
Слайд 38
Плазма – особое агрегатное состояние вещества, характеризующееся высокой степенью ионизации его частиц. Плазма подразделяется на: – слабо ионизированную ( – доли процента – верхние слои атмосферы, ионосфера); – частично ионизированную (несколько %); – полностью ионизированную (солнце, горячие звезды, некоторые межзвездные облака). Искусственно созданная плазма используется в газоразрядных лампах, плазменных источниках электрической энергии, магнитодинамических генераторах.
Слайд 39
Эмиссионные явления: 1. Фотоэлектронная эмиссия – вырывание под действием света электронов с поверхности металлов в вакууме. 2. Термоэлектронная эмиссия – испускание электронов твердыми или жидкими телами при их нагревании. 3. Вторичная электронная эмиссия – встречный поток электронов с поверхности, бомбардируемой электронами в вакууме. Приборы, основанные на явлении термоэлектронной эмиссии, называются электронными лампами.
Слайд 40
В твердых телах электрон взаимодействует не только со своим атомом, но и с другими атомами кристаллической решетки, происходит расщепление энергетических уровней атомов с образованием энергетической полосы. Энергия этих электронов может находиться в пределах заштрихованных областей, называемых разрешенными энергетическими зонами. Дискретные уровни разделены областями недозволенных значений энергии – запрещенными зонами (ширина их соизмерима с шириной запретных зон). Различия в электрических свойствах различных типов твердых тел объясняется: 1) шириной запрещенных энергетических зон; 2) различным заполнением электронами разрешенных энергетических зон
Слайд 41
Многие жидкости очень плохо проводят электрический ток (дистиллированная вода, глицерин, керосин и т.д.). Водные растворы солей, кислот и щелочей хорошо проводят электрический ток. Электролиз – прохождение тока через жидкость, вызывающее выделение на электродах веществ, входящих в состав электролита. Электролиты – вещества, обладающие ионной проводимостью. Ионная проводимость – упорядоченное движение ионов под действием электрического поля. Ионы – атомы или молекулы, потерявшие или присоединившие к себе один или несколько электронов. Положительные ионы – катионы, отрицательные – анионы.
Слайд 42
Электрическое поле создается в жидкости электродами (“+” – анод, “–” – катод). Положительные ионы (катионы) движутся к катоду, отрицательные – к аноду. Возникновение ионов в электролитах объясняется электрической диссоциацией – распадом молекул растворимого вещества на положительные и отрицательные ионы в результате взаимодействия с растворителем (Na+Cl-; H+Cl-; K+I-…). Степенью диссоциацииαназывается число молекул n0, диссоциировавших на ионы, к общему числу молекул n0 При тепловом движении ионов происходит и обратный процесс воссоединения ионов, называемый рекомбинацией.
Слайд 43
Законы М. Фарадея (1834 г.). 1.Масса вещества, выделяющегося на электроде, прямо пропорциональна электрическому заряду q, прошедшему через электролит или Где k – электрохомический эквивалент вещества; равен массе вещества, выделившегося при прохождении через электролит единицы количества электричества. Где I – постоянный ток, проходящий через электролит.
Слайд 46
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ
Посмотреть все слайды
Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com
Подписи к слайдам:
Постоянный электрический ток
Электрическим током называется упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц.
Электрический ток – упорядоченное движение заряженных частиц. Для существования электрического тока необходимы следующие условия: Наличие свободных электрических зарядов в проводнике; Наличие внешнего электрического поля для проводника.
Сила тока равна отношению электрического заряда q , прошедшего через поперечное сечение проводника, ко времен его прохождения t . I= I -сила тока(А) q- электрический заряд(Кл) t- время(с) g t
Единица измерения силы тока -7
Ампер Андре Мари Родился 22 января 1775 в Полемье близ Лиона в аристократической семье. Получил домашнее образование.. Занимался исследованиям связи между электричеством и магнетизмом (этот круг явлений Ампер называл электродинамикой). Впоследствии разработал теорию магнетизма. Умер Ампер в Марселе 10 июня 1836.
Амперметр Амперметр- прибор для измерения силы тока. Амперметр включают в цепь последовательно с тем прибором, силу тока в котором измеряют.
ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА
Биологическое действие тока
Тепловое действие тока
Химическое действие электрического тока Впервые было открыто в 1800г.
Химическое действие тока
Магнитное действие тока
Магнитное действие тока
Сравни опыты, проводимые на рисунках. Что общего и чем отличаются опыты? Источник тока - это устройство, в котором происходит преобразование какого-либо вида энергии в электрическую энергию. Устройства, разделяющие заряды, т.е. создающие электрическое поле, называют источниками тока.
Первая электрическая батарея появилась в 1799 году. Её изобрел итальянский физик Алессандро Вольта (1745 - 1827) - итальянский физик, химик и физиолог, изобретатель источника постоянного электрического тока. Его первый источник тока – «вольтов столб» был построен в точном соответствии с его теорией «металлического» электричества. Вольта положил друг на друга попеременно несколько десятков небольших цинковых и серебряных кружочков, проложив меж ними бумагу, смоченную подсоленной водой.
Механический источник тока - механическая энергия преобразуется в электрическую энергию. До конца XVIII века все технические источники тока были основаны на электризации трением. Наиболее эффективным из этих источников стала электрофорная машина (диски машины приводятся во вращение в противоположных направлениях. В результате трения щеток о диски на кондукторах машины накапливаются заряды противоположного знака) Электрофорная машина
Тепловой источник тока - внутренняя энергия преобразуется в электрическую энергию Термопара Термоэлемент (термопара) - две проволоки из разных металлов необходимо спаять с одного края, затем нагреть место спая, то в них возникает ток. Заряды разделяются при нагревании спая. Термоэлементы применяются в термодатчиках и на геотермальных электростанциях в качестве датчика температуры. Термоэлемент
Энергия света c помощью солнечных батарей преобразуется в электрическую энергию. Солнечная батарея Фотоэлемент. При освещении некоторых веществ светом в них появляется ток, световая энергия превращается в электрическую. В данном приборе заряды разделяются под действием света. Из фотоэлементов составлены солнечные батареи. Применяются в солнечных батареях, световых датчиках, калькуляторах, видеокамерах. Фотоэлемент
Электромеханический генератор. Заряды разделяются путем совершения механической работы. Применяется для производства промышленной электроэнергии. Электромеханический генератор Генератор (от лат. generator - производитель) - устройство, аппарат или машина, производящая какой-либо продукт.
Рис. 1 Рис. 2 Рис. 3 Какие источники тока вы видите на рисунках?
Устройство гальванического элемента Гальванический элемент- химический источник тока, в котором электрическая энергия вырабатывается в результате прямого преобразования химической энергии окислительно-восстановительной реакцией.
Из нескольких гальванических элементов можно составить батарею.
Аккумулятор (от лат. accumulator - собиратель) - устройство для накопления энергии с целью ее последующего использования.
Источник тока Способ разделения зарядов Применение Фотоэлемент Действие света Солнечные батареи Термоэлемент Нагревание спаев Измерение температуры Электромехани-ческий генератор Совершение механической работы Производство промышленной эл. энерг. Гальванический элемент Химическая реакция Фонарики, радиоприемники Аккумулятор Химическая реакция Автомобили Классификация источников тока
Что называют электрическим током? (Электрическим током называется упорядоченное движение заряженных частиц.) 2. Что может заставить заряженные частицы упорядоченно двигаться? (Электрическое поле.) 3. Как можно создать электрическое поле? (С помощью электризации.) 4. Можно ли искру, возникшую в электрофорной машине, назвать электрическим током? (Да, так как имеет место кратковременное упорядоченное движение заряженных частиц?) Закрепление материала. Вопросы:
5. Что является положительным и отрицательным полюсами источника тока? 6. Какие источники тока вы знаете? 7. Возникает ли электрический ток при заземлении заряженного металлического шарика? 8. Движутся ли заряженные частицы в проводнике, когда по нему идет ток? 9. Если вы возьмёте картофелину или яблоко и воткнёте в них медную и цинковую пластинки. Затем подсоедините к этим пластинкам 1,5-В лампочку. Что у вас получится? Закрепление материала. Вопросы:
Решаем в классе Стр.27 задача 5.2
Для опыта тебе понадобится: Прочное бумажное полотенце; пищевая фольга; ножницы; медные монеты; поваренная соль; вода; два изолированных медных провода; маленькая лампочка (1,5 В). Твои действия: Раствори в воде немного соли; Нарежь аккуратно бумажное полотенце и фольгу на квадратики чуть крупнее монет; Намочи бумажные квадратики в солёной воде; Положи друг на друга стопкой: медную монету, кусочек фольги, снова монету, и так далее несколько раз. Сверху стопки должна быть бумага, внизу – монета. Защищённый конец одного провода подсунь под стопку, второй конец присоедини к лампочке. Один конец второго провода положи на стопку сверху, второй тоже присоедини к лампочке. Что получилось? Домашний проект. Сделай батарейку.
Использованные ресурсы и литература: Кабардин О.Ф.физика 8класс М.:Просвещение,2014г. Томилин А.Н. Рассказы об электричестве. http://ru.wikipedia.org http:// www.disel.r u http:// www.fizika.ru http:// www.edu.doal.ru http:// schools.mari-el.ru http:// www.iro.yar.ru Домашнее задание: § 5,6,7 стр27, задача №5.1; Домашний проект. Сделай батарейку (инструкция выдаётся каждому ученику).
ЧТО ПРЕДСТАВЛЯЕТ СОБОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В МЕТАЛЛАХ?
Электрический ток в металлах – это упорядоченное движение электронов под действием электрического поля. Опыты показывают, что при протекании тока по металлическому проводнику не происходит переноса вещества, следовательно, ионы металла не принимают участия в переносе электрического заряда.
ПРИРОДА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА В МЕТАЛЛАХ
Электрический ток в металлических проводниках никаких изменений в этих проводниках, кроме их нагревания, не вызывает.
Концентрация электронов проводимости в металле очень велика: по порядку величины она равна числу атомов в единице объёма металла. Электроны в металлах находятся в непрерывном движении. Их беспорядочное движение напоминает движение молекул идеального газа. Это дало основание считать, что электроны в металлах образуют своеобразный электронный газ. Но скорость беспорядочного движения электронов в металле значительно больше скорости молекул в газе.
ОПЫТ Э.РИККЕ
Немецкий физик Карл Рикке провёл опыт, в котором электрический ток пропускал в течении года через три прижатых друг к другу, отшлифованных цилиндра - медный, алюминиевый и снова медный. После окончания было установлено, что имеются лишь незначительные следы взаимного проникновения металлов, которые не превышают результатов обычной диффузии атомов в твёрдых телах. Измерения, проведённые с высокой степенью точности, показали, что масса каждого из цилиндров осталась неизменной. Поскольку массы атомов меди и алюминия существенно отличаются друг от друга, то масса цилиндров должна была бы заметно измениться, если бы носителями заряда были ионы. Следовательно, свободными носителями заряда в металлах являются не ионы. Огромный заряд, который прошёл через цилиндры, был перенесён, очевидно, такими частицами, которые одинаковы и в меди, и в алюминии. Естественно предположить, что ток в металлах осуществляют именно свободные электроны.
Карл Виктор Эдуард Рикке
ОПЫТ Л.И. МАНДЕЛЬШТАМА И Н.Д. ПАПАЛЕКСИ
Русские ученые Л. И. Мандельштам и Н. Д. Папалекси в 1913 году поставили оригинальный опыт. Катушку с проводом стали крутить в разные стороны. Раскрутят, по часовой стрелке, потом резко остановят и - назад. Рассуждали они примерно так: если электроны и вправду обладают массой, то, когда катушка внезапно останавливается, электроны еще некоторое время должны двигаться по инерции. Так и получилось. Подсоединили к концам провода телефон и услышали звук, а это означало что через него протекает ток.
Мандельштам Леонид Исаакович
Николай Дмитриевич Папалекси (1880-1947)
ОПЫТ Т.СТЮАРТА И Р.ТОЛМЕНА
Опыт Мандельштама и Папалекси в 1916 году повторили американские ученые Толмен и Стюарт.
- Катушка с большим числом витков тонкой проволоки приводили в быстрое вращение вокруг своей оси. Концы катушки с помощью гибких проводов присоединили к чувствительному баллистическому гальванометру. Раскрученная катушка резко тормозилась, в цепи возникал кратковременных ток, обусловленный инерцией носителей заряда. Полный заряд, протекающий по цепи, измерялся по отбросу стрелки гальванометра.
Батлер Стюарт Томас
Ричард Чейз Толмен
КЛАССИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ ТЕОРИЯ
Предположение о том, что за электрический ток в металлах ответственны электроны, существовало и до проведения опыта Стюарта и Толмена. В 1900 году немецкий ученый П. Друде на основании гипотезы о существовании свободных электронов в металлах создал свою электронную теорию проводимости металлов, названную после классической электронной теорией . Согласно этой теории, электроны в металлах ведут себя как электронный газ, во многом схожий с идеальным газом. Он заполняет пространство между ионами, образующими кристаллическую решетку металла
На рисунке показана траектория одного из свободных электронов в кристаллической решетке металла
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ:
- Наличие большого числа электронов в металлах способствует их хорошей проводимости.
- Под действием внешнего электрического поля на беспорядочное движение электронов накладывается упорядоченное движение, т.е. возникает ток.
- Сила электрического тока, идущего по металлическому проводнику, равна:
- Так как внутреннее строение у разных веществ различное, то и сопротивление тоже будет различным.
- При увеличении хаотического движения частиц вещества происходит нагревание тела, т.е. выделение тепла. Здесь соблюдается закон Джоуля-Ленца:
l = e * n * S * Ū д
СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
- Некоторые металлы и сплавы обладают сверхпроводимостью, свойством обладать строго нулевым электрическим сопротивлением при достижении ими температуры ниже определённого значения (критическая температура).
Явление сверхпроводимости было обнаружено голландским физиком Х.Камерлингом – Онессом в 1911 году у ртути (Т кр =4,2 о К).
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА:
- получение сильных магнитных полей
- передача электроэнергии от источника к потребителю
- мощные электромагниты со сверхпроводящей обмоткой в генераторах, электродвигателях и ускорителях, в нагревательных приборах
В настоящее время в энергетике существует большая проблема, связанная с большими потерями при передаче электроэнергии по проводам.
Возможное решение проблемы:
Строительство дополнительных ЛЭП - замена проводов на большие поперечные сечения - повышение напряжения - расщепление фазы
