Какви условия са необходими за съществуването на електрически ток. Електрически ток и условия за неговото съществуване. Сили на трети страни. Електродвижеща сила и напрежение

Раздели: Физика

Цели на урока.

урок:

формиране на знания на учениците за условията за възникване и съществуване на електрически ток.

Разработване:

развитие на логическо мислене, внимание, умения за използване на придобитите знания на практика.

Образователни:

създаване на условия за проява на независимост, внимателност и самоуважение.

Оборудване.

Галванични клетки, батерия, генератор, компас.
Карти (приложени).
Демонстрационен материал (портрети на изключителни физици Ампер, Волта; плакати "Електричество", "Електрически заряди").

Демо версии:

Действие електрически токв проводника към магнитната стрелка.
Източници на ток: галванични клетки, батерия, генератор.

План на урока

1. Организационен момент.

2. Въведениеучител.

3. Подготовка за възприемане на нов материал.

4. Учене на нов материал.

а) източници на ток;

б) действието на електрически ток;

в) физическа оперета “Кралицата на електричеството”;

г) попълване на таблица “Електрически ток”;

д) мерки за безопасност при работа с електрически уреди.

5. Обобщаване на урока.

6. Рефлексия.

7. Домашна работа:

а) Въз основа на знанията, получени в уроците по безопасност на живота, специални технологии, подгответе и запишете в тетрадка бележка „Мерки за безопасност при работа с електрически уреди“

б) Индивидуална задача: Подгответе доклад за използването на източник на енергия в бита и техниката.

Обобщение на урока

1. Организационен момент

Отбележете присъствието на учениците, назовете темата на урока, целта.

2. Встъпително слово на учителя

С думите електричество, електрически ток, ние сме запознати от ранна детска възраст. Електрическият ток се използва в домовете ни, в транспорта, в производството, в осветителната мрежа.

Но какво е електрически ток, каква е неговата природа, не е лесно да се разбере.

Думата електричество идва от думата електрон, която се превежда от гръцки като кехлибар. Кехлибарът е вкаменена смола от древни иглолистни дървета. Думата ток означава поток или движение на нещо.

3. Подготовка за възприемане на нов материал

Въпроси от встъпителния разговор.

Какви са двата вида заряди, които съществуват в природата? Как си взаимодействат?

Отговор: В природата има два вида заряди: положителни и отрицателни.

Положителните носители на заряд са протоните, отрицателните носители на заряд са електроните. Еднакво заредените частици се отблъскват, противоположно заредените частици се привличат.

Има ли електрическо поле около електрона?

Отговор: Да, има електрическо поле около електрона.

Какво представляват свободните електрони?

Отговор: Това са електроните, които са най-отдалечени от ядрото, те могат свободно да се движат между атомите.

4. Учене на нов материал

а) Източници на ток.

На масата има специални устройства. Как се казват? За какво са нужни?

Отговор: Това са галванични клетки, батерия, генератор - общоприетото наименование на източници на ток. Те са необходими за доставяне на електрическа енергия, създаване на електрическо поле в проводника.

Знаем, че има заредени частици, електрони и протони, знаем, че има устройства, наречени източници на ток.

б) Действия на електрически ток.

Кажете ми, как да разберем, че във веригата има електрически ток, с какви действия?

Отговор: Електрическият ток има различни видове действие:

Термичен - проводникът, през който протича електрически ток, се нагрява (електрическа печка, ютия, лампа с нажежаема жичка, поялник).
Химическият ефект на тока може да се наблюдава при преминаване на електрически ток през разтвор на меден сулфат - освобождаване на мед от разтвор на витриол, хромиране, никелиране.
Физиологичен - свиване на мускулите на хора и животни, през които е преминал електрически ток.
Магнитна - при преминаване на електрически ток през проводник, ако наблизо се постави магнитна стрелка, тя може да се отклони. Това действие е основното. Демонстрация на опит: батерия, лампа с нажежаема жичка, свързващи проводници, компас.

в) Физическа оперета “Кралица електричество”. (Приложение № 1)

Сега зрелостниците ще представят на вашето внимание оперетата "Кралицата на електричеството". Не забравяйте руската народна поговорка „Приказката е лъжа, но в нея има намек, урок за добри хора“. Тоест вие не само слушате и гледате, но и вземате определена информация от него. Вашата задача е да запишете възможно най-много физически термини, които се срещат в представянето.

г) Попълване на таблица „Електрически ток”. (Приложение № 2)

Кажете ми кое едно понятие обединява всички термини, които сте записали?

Отговор: електрически ток.

Нека започнем да попълваме таблицата "Електрически ток".

Попълвайки таблицата, нека обобщим знанията, получени в урока, и да получим нова информация.

В процеса на попълване на таблицата заключаваме какви условия са необходими за създаване на електрически ток.

Първото условие е наличието на свободни заредени частици.
Второто условие е наличието на електрическо поле вътре в проводника.

д) Мерки за безопасност при работа с електрически уреди.

Къде в промишлената практика срещате използването на електрически ток? Отговори на учениците.

Отговор: При работа с електроуреди.

Забранен.

Ходете по земята, като държите електрическите уреди, включени в мрежата. Особено опасно е да ходите боси по мокра почва.
Влезте в електрически и други електрически помещения.
Поемете счупени, голи, висящи и лежащи на земята проводници.
Забийте пирони в стената на място, където може да има скрито окабеляване. В този момент е смъртоносно опасно да заземите батерии за централно отопление, водоснабдяване.
Пробиване на стени в местата на възможно електрическо окабеляване.
Боядисване, варосане, измиване на стени с външна или скрита инсталация под напрежение.
Работете с включени електрически уреди в близост до акумулатори или водопроводи.
Работа с електроуреди, смяна на крушки, стоене на баня.
Работа с неизправни електрически уреди.
Ремонт на повредени електроуреди.

5. Обобщаване на урока

Следвайки законите на физиката, времето се движи неумолимо напред и нашият урок стигна до своя логичен завършек.

Нека обобщим нашия урок.

Какво според вас е електрическият ток?

Отговор: Електрическият ток е насочено движение на заредени частици.

Какви условия са необходими за създаване на електрически ток?

Отговор: Първото условие е наличието на свободни заредени частици.

Второто условие е наличието на електрическо поле вътре в проводника.

6. Рефлексия

7. Домашна работа

б) Индивидуална задача: Подгответе доклад за използването на източник на енергия в бита и техниката. (

Заряд в движение. Може да приеме формата на внезапно изпускане на статично електричество, като например мълния. Или може да е контролиран процес в генератори, батерии, слънчеви или горивни клетки. Днес ще разгледаме самата концепция за "електрически ток" и условията за съществуването на електрически ток.

Електрическа енергия

Повечето отЕлектричеството, което използваме, идва под формата на променлив ток от електрическата мрежа. Създава се от генератори, които работят съгласно закона за индукция на Фарадей, поради което променящото се магнитно поле може да индуцира електрически ток в проводник.

Генераторите имат въртящи се намотки от тел, които преминават през магнитни полета, докато се въртят. Докато намотките се въртят, те се отварят и затварят спрямо магнитно полеи създава електрически ток, който променя посоката си при всеки завой. Токът преминава през пълен цикъл напред и назад 60 пъти в секунда.

Генераторите могат да се захранват от парни турбини, нагрявани с въглища, природен газ, нефт или ядрен реактор. От генератора токът преминава през поредица от трансформатори, където напрежението му се увеличава. Диаметърът на проводниците определя количеството и силата на тока, който могат да пренасят без прегряване и загуба на енергия, а напрежението е ограничено само от това колко добре са изолирани линиите от земята.

Интересно е да се отбележи, че токът се носи само от един проводник, а не от два. Двете му страни са обозначени като положителна и отрицателна. Въпреки това, тъй като полярността на променливия ток се променя 60 пъти в секунда, те имат други имена - горещи (главни електропроводи) и заземени (преминаващи под земята, за да завършат веригата).

Защо е необходимо електричество?

Има много приложения на електричеството: то може да освети къщата ви, да изпере и изсуши дрехите ви, да повдигне вратата на гаража ви, да заври вода в чайник и да захранва други домакински предмети, които правят живота ни много по-лесен. Способността на тока да предава информация обаче става все по-важна.

Когато е свързан към интернет, компютърът използва само малка част от електрическия ток, но това е нещо, без което модерен човекне представлява живота му.

Концепцията за електрически ток

Подобно на речното течение, поток от водни молекули, електрическият ток е поток от заредени частици. Какво го причинява и защо не върви винаги в една и съща посока? Когато чуете думата поток, какво си представяте? Може би ще бъде река. Това е добра асоциация, защото това е причината електрическият ток да получи името си. Той е много подобен на потока вода, само че вместо водните молекули, движещи се по канала, заредените частици се движат по протежение на проводника.

Сред условията, необходими за съществуването на електрически ток, има елемент, който предвижда наличието на електрони. Атомите в проводящ материал имат много от тези свободни заредени частици, които се носят около и между атомите. Тяхното движение е произволно, така че няма поток в дадена посока. Какво е необходимо, за да съществува електрически ток?

Условията за съществуване на електрически ток включват наличието на напрежение. Когато се приложи към проводник, всички свободни електрони ще се движат в една и съща посока, създавайки ток.

Любопитен за електрическия ток

Интересното е, че когато електрическата енергия се предава през проводник със скоростта на светлината, самите електрони се движат много по-бавно. Всъщност, ако вървите спокойно до проводящ проводник, скоростта ви ще бъде 100 пъти по-бърза от движението на електроните. Това се дължи на факта, че не е необходимо да изминават огромни разстояния, за да предават енергия един на друг.

Постоянен и променлив ток

Две са широко използвани днес. различни видоветок - постоянен и променлив. При първия електроните се движат в една посока, от "отрицателната" към "положителната" страна. Променливият ток избутва електроните напред и назад, променяйки посоката на потока няколко пъти в секунда.

Генераторите, използвани в електроцентралите за производство на електричество, са проектирани да произвеждат променлив ток. Вероятно никога не сте забелязвали, че светлината в къщата ви всъщност трепти, когато посоката на тока се променя, но това се случва твърде бързо, за да го разпознаят очите.

Какви са условията за съществуването на постоянен електрически ток? Защо се нуждаем от двата вида и кой е по-добър? Това са добри въпроси. Фактът, че все още използваме и двата вида ток, предполага, че и двата служат за конкретни цели. Още през 19-ти век е било ясно, че ефективното предаване на енергия на големи разстояния между електроцентрала и къща е възможно само при много високо напрежение. Но проблемът беше, че изпращането на наистина високо напрежение беше изключително опасно за хората.

Решението на този проблем беше да се намали стресът извън дома, преди да се изпрати вътре. И до днес постоянният електрически ток се използва за предаване на големи разстояния, главно поради способността му лесно да се преобразува в други напрежения.

Как действа електрическият ток

Условията за съществуване на електрически ток включват наличието на заредени частици, проводник и напрежение. Много учени са изследвали електричеството и са открили, че има два вида: статично и токово.

Това е второто, което играе огромна роля V Ежедневиетовсяко лице, тъй като представлява електрически ток, който преминава през веригата. Ние го използваме ежедневно, за да захранваме домовете си и много повече.

Какво е електрически ток?

Когато електрическите заряди циркулират във верига от едно място на друго, се генерира електрически ток. Условията за съществуване на електрически ток включват освен заредени частици и наличието на проводник. Най-често това е тел. Неговата верига е затворена верига, в която тече ток от източник на захранване. Когато веригата е отворена, той не може да завърши пътуването. Например, когато светлината в стаята ви е изключена, веригата е отворена, но когато веригата е затворена, светлината свети.

Текуща мощност

Условията за съществуване на електрически ток в проводник са силно повлияни от такава характеристика на напрежението като мощност. Това е мярка за това колко енергия се използва за даден период от време.

Има много различни единици, които могат да се използват за изразяване на тази характеристика. въпреки това електрическа енергияпочти измерено във ватове. Един ват е равен на един джаул за секунда.

Електрически заряд в движение

Какви са условията за съществуване на електрически ток? То може да бъде под формата на внезапно изпускане на статично електричество, като мълния или искра от триене с вълнен плат. По-често обаче, когато говорим за електрически ток, имаме предвид по-контролирана форма на електричество, което кара осветлението и уредите да работят. По-голямата част от електрическия заряд се носи от отрицателните електрони и положителните протони в атома. Последните обаче са предимно обездвижени вътре атомни ядра, така че работата по преместването на заряда от едно място на друго се извършва от електроните.

Електроните в проводящ материал като метал са до голяма степен свободни да се движат от един атом към друг по протежение на техните проводими ленти, които са по-високите електронни орбити. Достатъчна електродвижеща сила или напрежение създава дисбаланс на заряда, който може да накара електроните да се движат през проводник под формата на електрически ток.

Ако направим аналогия с водата, вземете например тръба. Когато отворим вентил в единия край, за да оставим водата да влезе в тръбата, не е нужно да чакаме тази вода да си проправи път чак до края на тръбата. Получаваме вода в другия край почти моментално, защото входящата вода избутва водата, която вече е в тръбата. Това се случва в случай на електрически ток в проводник.

Електрически ток: условия за съществуване на електрически ток

Електрическият ток обикновено се разглежда като поток от електрони. Когато двата края на батерията са свързани един с друг с метален проводник, тази заредена маса преминава през проводника от единия край (електрод или полюс) на батерията към противоположния. И така, нека наречем условията за съществуване на електрически ток:

заредени частици.
Диригент.
Източник на напрежение.

Въпреки това, не всичко е толкова просто. Какви условия са необходими за съществуването на електрически ток? На този въпрос може да се отговори по-подробно, като се вземат предвид следните характеристики:

Потенциална разлика (напрежение).Това е една от предпоставките. Между 2-те точки трябва да има потенциална разлика, което означава, че отблъскващата сила, която се създава от заредените частици в едно място, трябва да бъде по-голяма от тяхната сила в друга точка. Източници на напрежение обикновено не се срещат в природата и електроните са разпределени в заобикаляща средасравнително равномерно. Въпреки това учените успяха да измислят определени видове устройства, където тези заредени частици могат да се натрупват, като по този начин създават много необходимото напрежение (например в батериите).
Електрическо съпротивление (проводник).Това е второто важно условие, което е необходимо за съществуването на електрически ток. Това е пътят, по който се движат заредените частици. Само тези материали, които позволяват на електроните да се движат свободно, действат като проводници. Тези, които нямат тази способност, се наричат изолатори. Например, метална жица ще бъде отличен проводник, докато нейната гумена обвивка ще бъде отличен изолатор.

След като внимателно проучиха условията за възникване и съществуване на електрически ток, хората успяха да укротят този мощен и опасен елемент и да го насочат в полза на човечеството.

Действията на електрически ток са явленията, които електрическият ток причинява. От тях можете да прецените наличието на ток.

Покриване на едни метали с тънък слой от други (никелиране, хромиране, медно покритие, сребърно покритие, позлатяване и др.) - галванопластика

Сила на тока Ефект на тока върху човешкото тяло 0 - 0,5 m A Липсва 0,5 - 2 m A Загуба на чувствителност 2 -10 m A Болка, мускулни контракции 10 -20 m A Нарастващ ефект върху мускулите, някои увреждания 16 m , A Ток, над който човек вече не може да се отърве от електродите 20 -100 m A Респираторна парализа 100 m A - 3 A Фатална вентрикуларна фибрилация (необходима е незабавна реанимация) Повече от 3 A Сърдечен арест. (Ако шокът е бил кратък, сърцето може да бъде реанимирано.) Тежки изгаряния.

Електрическият ток е подредено движение на заредени частици. За съществуването на електрически ток са необходими следните условия: 1. Наличие на свободни електрически заряди в проводник; 2. Наличието на външен електрическо полеза диригента.

Течностите провеждат ли електричество? Електролити - разтвори на соли, основи или киселини, способни да провеждат електрически ток. Електрическият ток в електролит (течност) е насоченото движение на йони в електрическо поле. (m=комплект)

Сравнете експериментите, проведени на фигурите. Какво е общото между преживяванията и как се различават? За създаване на имейл полетата използват източник на ток - устройство, в което всеки вид енергия се преобразува в електрическа енергия. Устройствата, които разделят зарядите, т.е. създават електрическо поле, се наричат източници на ток.

Първата електрическа батерия се появява през 1799 г. Изобретен е от италианския физик Алесандро Волта (1745 - 1827) - италиански физик, химик и физиолог, изобретател на източник на постоянен електрически ток. Първият му източник на ток - "волтовият стълб" е построен в строго съответствие с неговата теория за "металното" електричество. Волта постави последователно няколко десетки малки цинкови и сребърни кръгчета един върху друг, като между тях постави хартия, навлажнена с подсолена вода.

Батерия (батерия) - общото наименование на източник на електроенергия за автономно захранване на преносимо устройство. Това може да бъде единичен галваничен елемент, батерия или свързването им в батерия за повишаване на напрежението.

Батерия - химически източникмногократно използваем ток. Ако два въглеродни електрода се поставят в солен разтвор, галванометърът не показва наличие на ток. Ако батерията е предварително заредена, тогава тя може да се използва като независим източник на ток. Има различни видове батерии: киселинни и алкални. При тях в резултат се разделят и зарядите химична реакция. Електрическите батерии се използват за съхранение на енергия и автономно захранване на различни консуматори.

Запечатани малки батерии (GMA). GMA се използват за малки консуматори на електрическа енергия (телефонни радиослушалки, преносими радиоприемници, електронни часовници, измервателни уреди, мобилни телефони и др.).

Батерия (от лат. akumulator - колектор) - устройство за съхраняване на енергия с цел последващото й използване.

Електрофорна машина Преди края на XVIIIвек всички технически източници на ток се основават на електрификация чрез триене. Най-ефективният от тези източници беше електрофорната машина (дисковете на машината се въртят в противоположни посоки. В резултат на триенето на четките върху дисковете върху проводниците на машината се натрупват заряди с противоположен знак) Механичен източник на ток - механичната енергия се преобразува в електрическа.

Електромеханичен генератор. Зарядите се разделят чрез правене механична работа. Използва се за производство на промишлена електроенергия. Генератор (от лат. generator - производител) - устройство, апарат или машина, която произвежда продукт.

Термоелемент Термодвойка Термоелемент (термодвойка) - два проводника от различни метали трябва да бъдат запоени от един ръб, след което точката на запояване се нагрява, след което в тях се появява ток. Зарядите се разделят, когато преходът се нагрее. Термоелементите се използват в термични сензори и в геотермални електроцентрали като температурен сензор. Източник на топлинен ток - вътрешна енергияпреобразуван в електрическа енергия

Фотоклетка Слънчева батерия Фотоклетка. Когато някои вещества се осветяват със светлина, в тях възниква ток, светлинната енергия се преобразува в електрическа. В това устройство зарядите се разделят под действието на светлината. Слънчевите панели са съставени от фотоволтаични клетки. Използват се в слънчеви батерии, сензори за светлина, калкулатори, видеокамери. Светлинната енергия се преобразува в електрическа с помощта на слънчеви панели.

Класификация на източниците на ток Токов източник Фотоклетка Метод за разделяне на заряда Приложение Действие на светлината Слънчеви батерии Нагряване Термодвойка Измерване на температурата на преходите Извършване на електромеханика. Производство на механичен генератор за индустриална електроенергия. енергия Работа Галванопластика Химически фенерчета, Реакционен елемент Радио Акумулатор Химически автомобили Реакция

Силата на тока е физическа величина, която характеризира действието на тока I n Обозначава се - n Измерва се в ампери - A n Измервателното устройство е амперметър, свързан последователно. n Устройство за регулиране - реостат.

Защо съпротивлението намалява? n Разстоянието на диаграмата от върха на стрелката до полюса на реостата е разстоянието, което зарядът изминава по проводника с голямо съпротивление. Чрез преместване на плъзгача на реостата наляво намаляваме това разстояние и следователно съпротивлението на веригата.

Определение за сила на тока: Силата на тока е физическа величина, показваща колко заряд е преминал през напречното сечение на проводника за единица време.

Единица на настоящето АНДРЕ-МАРИ АМПЕР (1775 - 1836) - френски физик и математик. Токът в метален проводник е

Напрежението е физическа величина, която характеризира работата на електрическото поле при преместване на заряд. n Означава се - U Измерва се във волтове - V n Уред за измерване на волтметър, свързан паралелно. н

За съществуването на постоянен електрически ток е необходимо наличието на свободни заредени частици и наличието на източник на ток. в който се извършва преобразуването на всякакъв вид енергия в енергията на електрическо поле.

Източник на ток - устройство, в което всеки вид енергия се преобразува в енергията на електрическо поле. В източник на ток външни сили действат върху заредени частици в затворена верига. Причините за появата на външни сили в различните източници на ток са различни. Например в батериите и галваничните клетки външните сили възникват поради протичането на химични реакции, в генераторите на електроцентрали те възникват, когато проводник се движи в магнитно поле, във фотоклетките - когато светлината действа върху електрони в метали и полупроводници.

Електродвижещата сила на източника на ток нарича съотношението на работата на външните сили към стойността на положителния заряд, прехвърлен от отрицателния полюс на източника на ток към положителния.

Основни понятия.

Текуща сила - скаларна физична величина, равна на отношението на заряда, преминал през проводника, към времето, за което е преминал този заряд.

Където аз - сила на тока, р - количество заряд (количество електроенергия), T - време за транзитно зареждане.

плътност на тока - векторно физическо количество, равно на съотношението на силата на тока към площта на напречното сечение на проводника.

Където й -плътност на тока, С - площ на напречното сечение на проводника.

Посоката на вектора на плътността на тока съвпада с посоката на движение на положително заредените частици.

Волтаж - скаларна физическа величина, равна на съотношението на общата работа на Кулон и външни сили при преместване на положителен заряд в областта към стойността на този заряд.

Където А - пълна работа на трети страни и сили на Кулон, р - електрически заряд.

Електрическо съпротивление - физическа величина, характеризираща електрическите свойства на участък от верига.

Където ρ - специфично съпротивление на проводника, л - дължината на секцията на проводника, С - площ на напречното сечение на проводника.

Проводимост е реципрочната стойност на съпротивлението

Където Ж - проводимост.

Законите на Ом.

Закон на Ом за хомогенен участък от верига.

Силата на тока в хомогенна секция на веригата е право пропорционална на напрежението при постоянно съпротивление на сечението и обратно пропорционална на съпротивлението на сечението при постоянно напрежение.

Където U - напрежение в района Р - съпротивление на сечението.

Закон на Ом за произволен участък от веригата, съдържащ източник на постоянен ток.

Където φ 1 - φ 2 + ε = U напрежение в даден участък от веригата,Р - електрическо съпротивление на даден участък от веригата.

Закон на Ом за пълна верига.

Силата на тока в пълна верига е равна на съотношението на електродвижещата сила на източника към сумата от съпротивленията на външната и вътрешната част на веригата.

Където Р - електрическо съпротивление на външната част на веригата, r - електрическо съпротивление на вътрешната част на веригата.

Късо съединение.

От закона на Ом за пълна верига следва, че силата на тока във верига с даден източник на ток зависи само от съпротивлението на външната верига Р.

Ако към полюсите на източника на ток е свързан проводник със съпротивление Р<< r, тогава само EMF на източника на ток и неговото съпротивление ще определят стойността на тока във веригата. Тази стойност на силата на тока ще бъде границата за този източник на ток и се нарича ток на късо съединение.

Електродвижеща сила.Всеки източник на ток се характеризира с електродвижеща сила или накратко ЕМП. И така, на кръгла батерия за фенерче е написано: 1,5 V. Какво означава това? Свържете с проводник две метални топчета, носещи заряди с противоположни знаци. Под въздействието на електрическото поле на тези заряди в проводника възниква електрически ток ( фиг.15.7). Но това течение ще бъде много краткотрайно. Зарядите бързо се неутрализират един друг, потенциалите на топките стават еднакви и електрическото поле изчезва.

Сили на трети страни.За да бъде токът постоянен, е необходимо да се поддържа постоянно напрежение между топките. Това изисква устройство източник на ток), което би преместило зарядите от една топка в друга в посока, обратна на посоката на силите, действащи върху тези заряди от електрическото поле на топките. В такова устройство, в допълнение към електрическите сили, зарядите трябва да бъдат повлияни от сили с неелектростатичен произход ( фиг.15.8). Само едно електрическо поле от заредени частици ( Кулон поле) не е в състояние да поддържа постоянен ток във веригата.

Всички сили, действащи върху електрически заредени частици, с изключение на силите от електростатичен произход (т.е. кулонови), се наричат външни сили.Изводът за необходимостта от външни сили за поддържане на постоянен ток във веригата ще стане още по-очевиден, ако се обърнем към закона за запазване на енергията. Електростатичното поле е потенциално. Работата на това поле при движение на заредени частици в него по затворена електрическа верига е нула. Преминаването на ток през проводниците е придружено от освобождаване на енергия - проводникът се нагрява. Следователно във веригата трябва да има някакъв източник на енергия, който я доставя на веригата. В него, в допълнение към силите на Кулон, задължително трябва да действат трети, непотенциални сили. Работата на тези сили по затворен контур трябва да е различна от нула. Именно в процеса на извършване на работа от тези сили заредените частици придобиват енергия вътре в източника на ток и след това я предават на проводниците на електрическата верига. Сили на трети страни задвижват заредени частици във всички източници на ток: в генератори в електроцентрали, в галванични клетки, батерии и т.н. Когато веригата е затворена, във всички проводници на веригата се създава електрическо поле. Вътре в източника на ток зарядите се движат под въздействието на външни сили срещу сили на Кулон(електрони от положително зареден електрод към отрицателен), а във външната верига те се задвижват от електрическо поле (виж фиг. фиг.15.8). Естеството на външните сили.Естеството на външните сили може да бъде различно. В генераторите на електроцентрали външните сили са сили, действащи от магнитното поле върху електрони в движещ се проводник. В галваничния елемент, например клетката Волта, действат химични сили. Елементът Volta се състои от цинкови и медни електроди, поставени в разтвор на сярна киселина. Химическите сили карат цинка да се разтвори в киселината. Положително заредените цинкови йони преминават в разтвора, а самият цинков електрод става отрицателно зареден. (Медта се разтваря много малко в сярна киселина.) Появява се потенциална разлика между цинковия и медния електрод, която определя тока в затворена електрическа верига. Електродвижеща сила.Действието на външните сили се характеризира с важна физична величина, т.нар електродвижеща сила(съкратено ЕМП). Електродвижещата сила на източника на ток е равна на съотношението на работата на външните сили при преместване на заряда по затворена верига към стойността на това зареждане:

Електродвижещата сила, подобно на напрежението, се изразява във волтове. Можем също да говорим за електродвижеща сила във всяка част от веригата. Това е специфичната работа на външните сили (работата по преместване на единичен заряд) не в цялата верига, а само в тази област. Електродвижеща сила на галваничен елементе стойност, числено равна на работата на външни сили при преместване на единица положителен заряд вътре в елемента от един полюс към друг. Работата на външните сили не може да се изрази чрез потенциалната разлика, тъй като външните сили са непотенциални и тяхната работа зависи от формата на траекторията на заряда. Така например работата на външните сили при преместване на заряд между клемите на източник на ток извън самия източник е равна на нула. Сега знаете какво е ЕМП. Ако на батерията е написано 1,5 V, това означава, че сили на трети страни (в този случай химически) извършват 1,5 J работа при преместване на заряд от 1 C от един полюс на батерията към друг. Постоянният ток не може да съществува в затворена верига, ако в нея не действат външни сили, тоест няма ЕМП.

ПАРАЛЕЛНО И ПОСЛЕДОВАТЕЛНО СВЪРЗВАНЕ НА ПРОВОДНИЦИ

Нека включим в електрическата верига като товар (консуматори на ток) две лампи с нажежаема жичка, всяка от които има определено съпротивление и всяка от които може да бъде заменена с проводник със същото съпротивление.

СЕРИЙНА ВРЪЗКА

Изчисляване на параметрите на електрическата верига с последователно свързване на съпротивления:

1. силата на тока във всички последователно свързани секции на веригата е еднаква 2. напрежението във верига, състояща се от няколко секции, свързани последователно, е равно на сумата от напреженията във всяка секция 3. съпротивлението на верига, състояща се от няколко последователно свързани секции, е равно на сумата от съпротивленията на всяка секция

4. работата на електрически ток във верига, състояща се от последователно свързани секции, е равна на сумата от работата в отделните секции

A \u003d A1 + A2 5. мощността на електрическия ток във верига, състояща се от последователно свързани секции, е равна на сумата от мощностите в отделните секции

ПАРАЛЕЛНО ВРЪЗВАНЕ

Изчисляване на параметрите на електрическата верига с паралелно свързване на съпротивления:

1. силата на тока в неразклонена секция на веригата е равна на сумата от силите на тока във всички паралелно свързани секции

3. когато съпротивленията са свързани паралелно, се добавят стойностите, които са обратни на съпротивлението:

(R - съпротивление на проводника, 1/R - електрическа проводимост на проводника)

Ако само два резистора са свързани паралелно във верига, тогава О:

(когато е свързан паралелно, общото съпротивление на веригата е по-малко от по-малкото от включените съпротивления)

4. Работата на електрически ток във верига, състояща се от паралелно свързани секции, е равна на сумата от работата в отделните секции: A=A1+A2 5. Силата на електрическия ток във верига, състояща се от паралелно свързани секции, е равна на сумата от мощностите в отделните секции: P=P1+P2

За две съпротивления: т.е. колкото по-голямо е съпротивлението, толкова по-малък е токът.

Законът на Джаул-Ленц е физичен закон, който ви позволява да определите топлинния ефект на тока във веригата, съгласно този закон: , където I е токът във веригата, R е съпротивлението, t е времето. Тази формула е изчислена чрез създаване на верига: галванична клетка (батерия), резистор и амперметър. Резисторът се потапя в течност, в която се поставя термометър и се измерва температурата. Ето как те извеждат своя закон и се запечатват завинаги в историята, но дори и без техните експерименти е възможно да се изведе същия закон:

U=A/q A=U*q=U*I*t=I^2*R*t но въпреки тази чест и похвала към тези хора.

Законът на Джаул Ленц определя количеството топлина, отделено в участък от електрическа верига с ограничено съпротивление, когато през него преминава ток. Предпоставка е да няма химически трансформации в този участък от веригата.

РАБОТА НА ЕЛЕКТРИЧЕСКИЯ ТОК

Работата на електрически ток показва колко работа е извършена от електрическо поле при преместване на заряди през проводник.

Познавайки две формули: I \u003d q / t ..... и ..... U \u003d A / q, можете да извлечете формула за изчисляване на работата на електрически ток: Работата на електрическия ток е равна на произведението от силата на тока и напрежението и времето, през което токът протича във веригата.

Единицата за измерване на работата на електрически ток в системата SI: [ A ] = 1 J = 1 A. b. ° С

НАУЧИ, ТЪРВИ!При изчисляване на работата на електрически ток често се използва извънсистемна кратна единица за работа на електрически ток: 1 kWh (киловатчас).

1 kWh = ...........W.s = 3 600 000 J

Във всеки апартамент за отчитане на консумираната електроенергия са инсталирани специални електромери, които показват работата на електрическия ток, завършена за определен период от време, когато са включени различни домакински електрически уреди. Тези измервателни уреди показват работата на електрическия ток (консумацията на електроенергия) в "kWh".

Трябва да се научите да изчислявате цената на консумираната електроенергия! Внимателно разбираме решението на задачата на страница 122 от учебника (параграф 52)!

МОЩНОСТ НА ЕЛЕКТРИЧЕСКИ ТОК

Силата на електрическия ток показва работата на тока, извършена за единица време и е равна на отношението на извършената работа към времето, през което е извършена тази работа.

(мощността в механиката обикновено се обозначава с буквата н, по електротехника - с букв Р), защото A = IUt, тогава мощността на електрическия ток е равна на:

или

Единицата за мощност на електрически ток в системата SI:

[P] = 1 W (ват) = 1 A. B

Законите на Кирхоф – правила, които показват как токовете и напреженията са свързани в електрическите вериги.Тези правила са формулирани от Густав Кирхоф през 1845 г. В литературата те често се наричат закони на Кирхоф, но това не е вярно, тъй като те не са закони на природата, а са получени от третото уравнение на Максуел с постоянно магнитно поле. Но все пак първото име им е по-познато, затова ще ги наричаме, както е обичайно в литературата - законите на Кирхоф.

Първият закон на Кирхоф – сумата от токовете, събиращи се във възела, е равна на нула.

Нека да го разберем. Възелът е точка, която свързва клоните. Разклонението е част от верига между възли. Фигурата показва, че токът i влиза във възела, а токовете i 1 и i 2 напускат възела. Съставяме израз съгласно първия закон на Кирхоф, като се има предвид, че токовете, влизащи във възела, имат знак плюс, а токовете, излъчвани от възела, имат знак минус i-i 1 -i 2 =0. Токът i, така да се каже, се разпространява в два по-малки тока и е равен на сумата от токове i 1 и i 2 i=i 1 +i 2. Но ако, например, токът i 2 влезе във възела, тогава токът I ще бъде дефиниран като i=i 1 -i 2 . Важно е да се вземат предвид знаците при съставяне на уравнение.

Първият закон на Кирхоф е следствие от закона за запазване на електричеството: зарядът, идващ към възела за определен период от време, е равен на заряда, напускащ възела за същия интервал от време, т.е. електрическият заряд във възела не се натрупва и не изчезва.

Вторият закон на Кирхоф – алгебричната сума на ЕМП, действаща в затворена верига, е равна на алгебричната сума на паданията на напрежението в тази верига.

Напрежението се изразява като произведение на тока и съпротивлението (според закона на Ом).

Този закон има и свои правила за прилагане. Първо трябва да зададете посоката на байпаса на контура със стрелка. След това сумирайте съответно ЕМП и напрежението, като вземете със знак плюс, ако стойността съвпада с посоката на байпаса и минус, ако не съвпада. Нека съставим уравнение според втория закон на Кирхоф за нашата схема. Гледаме нашата стрелка, E 2 и E 3 съвпадат с нея по посока, което означава знак плюс, а E 1 е насочена в обратна посока, което означава знак минус. Сега гледаме напреженията, токът I 1 съвпада в посоката на стрелката, а токовете I 2 и I 3 са насочени противоположно. Следователно:

-Е 1 +Е 2 +Е 3 =Аз 1 Р 1 -Аз 2 Р 2 -Аз 3 Р 3

Въз основа на законите на Кирхоф са съставени методи за анализ на синусоидални вериги с променлив ток. Методът на контурния ток е метод, базиран на прилагането на втория закон на Кирхоф и методът на възловите потенциали, базиран на прилагането на първия закон на Кирхоф.

Електричество. Закон на Ом

Ако изолиран проводник се постави в електрическо поле, тогава върху свободни заряди рв проводника ще действа сила.В резултат на това в проводника възниква краткотрайно движение на свободни заряди. Този процес ще приключи, когато собственото електрическо поле на зарядите, възникнали на повърхността на проводника, напълно компенсира външното поле. Полученото електростатично поле вътре в проводника ще бъде нула (вижте § 1.5).

Въпреки това, в проводниците, при определени условия, може да възникне непрекъснато подредено движение на свободни носители на електрически заряд. Такова движение се нарича токов удар . Посоката на движение на положителните свободни заряди се приема за посока на електрическия ток. За съществуването на електрически ток в проводник е необходимо да се създаде електрическо поле в него.

Количествената мярка за електрически ток е сила на тока аз – скаларна физическа величина, равна на съотношението на заряда Δ р, пренесен през напречното сечение на проводника (фиг. 1.8.1) за интервала от време Δ T, до този интервал от време:

В Международната система единици SI токът се измерва в ампери (A). Токовата единица 1 A се установява чрез магнитното взаимодействие на два паралелни проводника с ток (виж § 1.16).

Постоянният електрически ток може да се генерира само в затворена верига , при които свободните носители на заряд циркулират по затворени пътища. Електрическото поле в различни точки на такава верига е постоянно във времето. Следователно електрическото поле в DC веригата има характер на замръзнало електростатично поле. Но когато електрически заряд се движи в електростатично поле по затворен път, работата на електрическите сили е нула (виж § 1.4). Следователно, за съществуването на постоянен ток е необходимо да има устройство в електрическата верига, което може да създава и поддържа потенциални разлики в секциите на веригата поради работата на силите неелектростатичен произход. Такива устройства се наричат източници на постоянен ток . Наричат се сили от неелектростатичен произход, действащи върху свободни носители на заряд от източници на ток външни сили .

Естеството на външните сили може да бъде различно. В галванични клетки или батерии те възникват в резултат на електрохимични процеси, в DC генератори възникват външни сили, когато проводниците се движат в магнитно поле. Източникът на ток в електрическата верига играе същата роля като помпата, която е необходима за изпомпване на течност в затворена хидравлична система. Под въздействието на външни сили електрическите заряди се движат вътре в източника на ток срещусили на електростатично поле, поради което в затворена верига може да се поддържа постоянен електрически ток.

Когато електрическите заряди се движат по DC верига, външните сили, действащи вътре в източниците на ток, действат.

Физическа величина, равна на съотношението на работата А st външни сили при движение на заряд рот отрицателния полюс на източника на ток към положителния до стойността на този заряд, се нарича източник на електродвижеща сила(ЕМП):

По този начин ЕМП се определя от работата, извършена от външни сили при преместване на един положителен заряд. Електродвижещата сила, подобно на потенциалната разлика, се измерва във волтове (V).

Когато единичен положителен заряд се движи по затворена постоянна верига, работата на външните сили е равна на сумата от ЕМП, действаща в тази верига, а работата на електростатичното поле е нула.

DC веригата може да бъде разделена на отделни секции. Тези секции, върху които не действат външни сили (т.е. секции, които не съдържат източници на ток), се наричат хомогенен . Областите, които включват източници на ток, се наричат разнородни .

Когато единичен положителен заряд се движи по определен участък от веригата, както електростатичните (кулонови), така и външните сили действат. Работата на електростатичните сили е равна на потенциалната разлика Δφ 12 \u003d φ 1 - φ 2 между началната (1) и крайната (2) точки на нехомогенния участък. Работата на външните сили по дефиниция е електродвижещата сила 12, действаща в тази област. Така че общата работа е

Немският физик Г. Ом през 1826 г. експериментално установи, че силата на тока аз, протичащ през хомогенен метален проводник (т.е. проводник, в който не действат външни сили), е пропорционален на напрежението Uв краищата на проводника:

Където Р= конст.

стойността РНаречен електрическо съпротивление . Проводник с електрическо съпротивление се нарича резистор . Това съотношение изразява Закон на Ом за хомогенен участък от веригата:Токът в проводник е право пропорционален на приложеното напрежение и обратно пропорционален на съпротивлението на проводника.

В SI единицата за електрическо съпротивление на проводниците е ом (Ом). Съпротивление от 1 ом има участък от веригата, в който при напрежение 1 V възниква ток от 1 A.

Наричат се проводници, които се подчиняват на закона на Ом линеен . Графична зависимост на силата на тока азот напрежение U(такива диаграми се наричат волт-амперни характеристики , съкратено VAC) се представя от права линия, минаваща през началото. Трябва да се отбележи, че има много материали и устройства, които не се подчиняват на закона на Ом, като например полупроводников диод или газоразрядна лампа. Дори при метални проводници при токове с достатъчно голяма сила се наблюдава отклонение от линейния закон на Ом, тъй като електрическото съпротивление на металните проводници се увеличава с повишаване на температурата.

За участък от верига, съдържащ ЕМП, законът на Ом е написан в следната форма:

Закон на Ом

Събирайки двете равенства, получаваме:

аз (Р + r) = Δφ cd + Δφ аб + .

Но Δφ cd = Δφ ба = – Δφ аб. Ето защо

Тази формула ще изрази Закон на Ом за пълна верига : силата на тока в пълна верига е равна на електродвижещата сила на източника, разделена на сумата от съпротивленията на хомогенните и нехомогенните секции на веригата.

Съпротива rхетерогенна зона на фиг. 1.8.2 може да се разглежда като вътрешно съпротивление на източника на ток . В този случай сюжетът ( аб) на фиг. 1.8.2 е вътрешният раздел на източника. Ако точките аИ bзатворете с проводник, чието съпротивление е малко в сравнение с вътрешното съпротивление на източника ( Р << r), тогава веригата ще тече ток на късо съединение

Ток на късо съединение - максималният ток, който може да се получи от даден източник с електродвижеща сила и вътрешно съпротивление r. За източници с ниско вътрешно съпротивление токът на късо съединение може да бъде много голям и да причини разрушаване на електрическата верига или източника. Например, оловно-киселинните батерии, използвани в автомобилите, могат да имат ток на късо съединение от няколкостотин ампера. Особено опасни са късите съединения в осветителните мрежи, захранвани от подстанции (хиляди ампера). За да се избегне разрушителният ефект на такива големи токове, във веригата се включват предпазители или специални прекъсвачи.

В някои случаи, за да се предотвратят опасни стойности на тока на късо съединение, някакво външно съпротивление се свързва последователно към източника. След това съпротива rе равно на сумата от вътрешното съпротивление на източника и външното съпротивление и в случай на късо съединение силата на тока няма да бъде прекалено голяма.

Ако външната верига е отворена, тогава Δφ ба = – Δφ аб= , т.е. потенциалната разлика при полюсите на отворена батерия е равна на нейната ЕМП.

Ако външното съпротивление на натоварване Ре включен и през батерията протича ток аз, потенциалната разлика на неговите полюси става равна на

Δφ ба = – Ir.

На фиг. 1.8.3 е схематично представяне на източник на постоянен ток с равни ЕМП и вътрешно съпротивление rв три режима: "празен ход", работа при натоварване и режим на късо съединение (късо съединение). Посочени са силата на електрическото поле вътре в батерията и силите, действащи върху положителните заряди: – електрическа сила и – сила на трета страна. В режим на късо съединение електрическото поле вътре в батерията изчезва.

За измерване на напрежения и токове в DC електрически вериги се използват специални устройства - волтметриИ амперметри.

Волтметърпроектиран да измерва потенциалната разлика, приложена към неговите клеми. Той се свързва паралеленучастък от веригата, на който се извършва измерването на потенциалната разлика. Всеки волтметър има някакво вътрешно съпротивление. Р Б. За да не може волтметърът да въведе забележимо преразпределение на токовете, когато е свързан към измерваната верига, неговото вътрешно съпротивление трябва да бъде голямо в сравнение със съпротивлението на участъка от веригата, към който е свързан. За веригата, показана на фиг. 1.8.4, това условие е написано като:

Р Б >> Р 1 .

Това условие означава, че токът аз Б = Δφ cd / Р Б, протичащ през волтметъра, е много по-малък от тока аз = Δφ cd / Р 1, който преминава през изпитвания участък от веригата.

Тъй като вътре във волтметъра не действат външни сили, потенциалната разлика на неговите клеми съвпада по дефиниция с напрежението. Следователно можем да кажем, че волтметърът измерва напрежението.

Амперметърпредназначен за измерване на тока във веригата. Амперметърът е свързан последователно към прекъсването на електрическата верига, така че целият измерен ток преминава през него. Амперметърът има и известно вътрешно съпротивление. РА. За разлика от волтметъра, вътрешното съпротивление на амперметъра трябва да бъде достатъчно малко в сравнение с общото съпротивление на цялата верига. За веригата на фиг. 1.8.4 съпротивлението на амперметъра трябва да отговаря на условието

Условия за съществуване на постоянен електрически ток.

Източник на ток- устройство, в което всеки вид енергия се преобразува в енергията на електрическо поле. В източник на ток външни сили действат върху заредени частици в затворена верига. Причините за появата на външни сили в различните източници на ток са различни. Например в батериите и галваничните клетки външните сили възникват поради протичането на химични реакции, в генераторите на електроцентрали те възникват, когато проводник се движи в магнитно поле, във фотоклетките - когато светлината действа върху електрони в метали и полупроводници.

електродвижеща силаизточник на токнарича съотношението на работата на външните сили към стойността на положителния заряд, прехвърлен от отрицателния полюс на източника на ток към положителния.

Основни понятия.

Текуща сила- скаларна физична величина, равна на отношението на заряда, преминал през проводника, към времето, за което е преминал този заряд.

Където аз - сила на тока,р - количество такса (количество електроенергия),T - време за транзитно зареждане.

плътност на тока- векторно физическо количество, равно на съотношението на силата на тока към площта на напречното сечение на проводника.

Където й -плътност на тока, С - площ на напречното сечение на проводника.

КъдетоА - пълна работа на трети страни и сили на Кулон,р - електрически заряд.

Електрическо съпротивление- физическа величина, характеризираща електрическите свойства на участък от верига.

Където ρ - специфично съпротивление на проводника,л - дължина на участъка на проводника,С - площ на напречното сечение на проводника.

Проводимосте реципрочната стойност на съпротивлението

КъдетоЖ - проводимост.