التيار الكهربائي المستمر: مفهوم التيار الكهربائي. عرض عن الفيزياء "التيار الكهربائي في بيئات مختلفة" عرض ضوئي حول موضوع التيار الكهربائي

شريحة 1

خطة المحاضرة 1. مفهوم التوصيل الحالي. المتجه الحالي والقوة الحالية. 2. الشكل التفاضلي لقانون أوم. 3. اتصال تسلسلي ومتوازي للموصلات. 4. سبب ظهور مجال كهربائي في الموصل ، المعنى المادي لمفهوم القوى الخارجية. 5. اشتقاق قانون أوم للسلسلة بأكملها. 6. قواعد كيرشوف الأولى والثانية. 7. فرق جهد الاتصال. الظواهر الحرارية. 8. التيار الكهربائي في بيئات مختلفة. 9. التيار في السوائل. التحليل الكهربائي. قوانين فاراداي.

شريحة 2


التيار الكهربائي هو الحركة المنظمة للشحنات الكهربائية. يمكن أن تكون ناقلات التيار إلكترونات ، أيونات ، جسيمات مشحونة. إذا تم إنشاء مجال كهربائي في موصل ، فستبدأ الشحنات الكهربائية الحرة في التحرك فيه - ينشأ تيار يسمى تيار التوصيل. إذا تحرك جسم مشحون في الفضاء ، فإن التيار يسمى الحمل الحراري. 1. مفهوم التوصيل الحالي. المتجه الحالي والقوة الحالية

شريحة 3


بالنسبة لاتجاه التيار ، من المعتاد اتخاذ اتجاه حركة الشحنات الموجبة. من الضروري لظهور ووجود التيار: 1. وجود جزيئات مشحونة مجانية. 2. وجود مجال كهربائي في الموصل. السمة الرئيسية للتيار هي القوة الحالية ، والتي تساوي مقدار الشحنة التي مرت عبر المقطع العرضي للموصل في ثانية واحدة. حيث q هو مقدار الشحن ؛ t هو وقت مرور الشحنة ؛ التيار هو قيمة عددية.

شريحة 4


يمكن توزيع التيار الكهربائي على سطح الموصل بشكل غير متساو ، وبالتالي ، في بعض الحالات ، يتم استخدام مفهوم كثافة التيار j. متوسط ​​كثافة التيار يساوي نسبة القوة الحالية إلى منطقة المقطع العرضي للموصل. أين j هو التغيير في التيار ؛ S - تغيير المنطقة.

شريحة 5


كثافة التيار

شريحة 6


في عام 1826 ، أثبت الفيزيائي الألماني أوم بشكل تجريبي أن القوة الحالية J في الموصل تتناسب طرديًا مع الجهد U بين نهاياته حيث k هو معامل التناسب ، يسمى الموصلية أو التوصيل الكهربائي ؛ [ك] = [سم] (سيمنز). الكمية تسمى المقاومة الكهربائية للموصل. قانون أوم لقسم الدائرة الكهربائية التي لا تحتوي على مصدر تيار 2. الشكل التفاضلي لقانون أوم

شريحة 7


نعبر عن هذه الصيغة R تعتمد المقاومة الكهربائية على شكل وحجم وجوهر الموصل. تتناسب مقاومة الموصل بشكل مباشر مع طوله l وتتناسب عكسياً مع منطقة المقطع العرضي S حيث - يميز المادة التي يصنع منها الموصل ويسمى مقاومة الموصل.

شريحة 8


دعونا نعبر عن : تعتمد مقاومة الموصل على درجة الحرارة. مع زيادة درجة الحرارة ، تزداد المقاومة حيث R0 هي مقاومة الموصل عند 0 درجة مئوية ؛ تي - درجة الحرارة ؛  - معامل درجة الحرارة للمقاومة (للمعادن  0.04 درجة -1). الصيغة صالحة أيضًا للمقاومة المحددة حيث تكون 0 هي المقاومة المحددة للموصل عند 0С.

شريحة 9


في درجات حرارة منخفضة (

شريحة 10


دعونا نعيد ترتيب مصطلحات التعبير حيث I / S = j- كثافة التيار ؛ 1 /  =  هي الموصلية النوعية لمادة الموصل ؛ U / l = E هي شدة المجال الكهربائي في الموصل. قانون أوم في شكل تفاضلي.

شريحة 11


قانون أوم لقسم متجانس من سلسلة. الشكل التفاضلي لقانون أوم.

شريحة 12

3. سلسلة والتوصيل المتوازي للموصلات

توصيل سلسلة من الموصلات I = const (وفقًا لقانون حفظ الشحنة) ؛ U = U1 + U2 Rtot = R1 + R2 + R3 Rtot = Ri R = N * R1 (للموصلات المتماثلة N) R1 R2 R3

شريحة 13


التوصيل المتوازي للموصلات U = const I = I1 + I2 + I3 U1 = U2 = U R1 R2 R3 للموصلات N المتطابقة

شريحة 14


4. سبب ظهور التيار الكهربائي في الموصل. المعنى المادي لمفهوم القوى الخارجية للحفاظ على تيار ثابت في الدائرة ، من الضروري فصل الشحنات الموجبة والسالبة في المصدر الحالي ؛ لهذا ، يجب أن تعمل القوى ذات الأصل غير الكهربائي ، والتي تسمى القوى الخارجية ، على شحنة. بسبب المجال الناتج عن قوى خارجية ، تتحرك الشحنات الكهربائية داخل المصدر الحالي مقابل قوى المجال الكهروستاتيكي.

شريحة 15


نتيجة لذلك ، يتم الحفاظ على فرق الجهد في نهايات الدائرة الخارجية ويتدفق تيار كهربائي ثابت في الدائرة. تتسبب القوى الخارجية في فصل الشحنات غير المتشابهة وتحافظ على فرق الجهد في نهايات الموصل. يتم إنشاء مجال كهربائي إضافي للقوى الخارجية في الموصل بواسطة مصادر التيار (الخلايا الجلفانية والبطاريات والمولدات الكهربائية).

شريحة 16


EMF لمصدر حالي تسمى الكمية المادية التي تساوي عمل القوى الخارجية لتحريك شحنة موجبة واحدة بين أقطاب المصدر القوة الدافعة الكهربائية للمصدر الحالي (EMF).

شريحة 17


قانون أوم لقسم غير متجانس من سلسلة

شريحة 18

5. اشتقاق قانون أوم لدائرة كهربائية مغلقة

دع الدائرة الكهربائية المغلقة تتكون من مصدر تيار مع  ، مع مقاومة داخلية r والجزء الخارجي له مقاومة R. R هي مقاومة خارجية ؛ ص - المقاومة الداخلية. أين هو الجهد عبر المقاومة الخارجية ؛ А - العمل على تحريك الشحنة q داخل المصدر الحالي ، أي العمل على المقاومة الداخلية.

شريحة 19


بعد ذلك ، سنعيد كتابة التعبير لـ : بما أنه وفقًا لقانون أوم لدائرة كهربائية مغلقة ( = IR) ، فإن IR و Ir هما انخفاض الجهد في الأقسام الخارجية والداخلية للدائرة ،

شريحة 20


إلى قانون أوم لدائرة كهربائية مغلقة في دائرة كهربائية مغلقة ، تكون القوة الدافعة الكهربائية لمصدر التيار مساوية لمجموع قطرات الجهد في جميع أقسام الدائرة.

شريحة 21


6. قاعدتا كيرشوف الأولى والثانية القاعدة الأولى لكيرشوف هي شرط ثبات التيار في الدائرة. المجموع الجبري للتيارات عند نقطة التفرع هو صفر حيث n هو عدد الموصلات ؛ II - التيارات في الموصلات. تعتبر التيارات المتجهة إلى العقدة موجبة ، وترك العقدة - سلبية. بالنسبة للعقدة A ، ستتم كتابة قاعدة كيرشوف الأولى:

شريحة 22


القاعدة الأولى لـ Kirchhoff عقدة الدائرة الكهربائية هي نقطة تلتقي فيها ثلاثة موصلات على الأقل. مجموع التيارات المتقاربة عند العقدة يساوي الصفر - القاعدة الأولى لكيرشوف. قاعدة كيرشوف الأولى هي نتيجة لقانون حفظ الشحنة - لا يمكن أن تتراكم الشحنة الكهربائية في عقدة.

شريحة 23


القاعدة الثانية لكيرشوف القاعدة الثانية لكيرشوف هي نتيجة لقانون الحفاظ على الطاقة. في أي حلقة مغلقة من دائرة كهربائية متفرعة ، يكون المجموع الجبري Ii على المقاومة Ri للأقسام المقابلة من هذه الحلقة مساويًا لمجموع EMF المطبق فيها i

شريحة 24


قاعدة كيرشوف الثانية

شريحة 25


لتكوين المعادلة ، يجب تحديد اتجاه السير (في اتجاه عقارب الساعة أو عكس اتجاه عقارب الساعة). تعتبر جميع التيارات التي تتزامن في اتجاه تجاوز الحلقة موجبة. تعتبر EMF للمصادر الحالية موجبة إذا كانت تخلق تيارًا موجهًا نحو تجاوز الدائرة. لذلك ، على سبيل المثال ، قاعدة كيرشوف للصف الأول والثاني والثالث I1r1 + I1R1 + I2r2 + I2R2 = - 1 –2 II - I2r2 - I2R2 + I3r3 + I3R3 = 2 + 3 IIII1r1 + I1R1 + I3r3 + I3R3 = - 1 + 3 يتم حساب الدوائر بناءً على هذه المعادلات.

شريحة 26


7. فرق جهد الاتصال. الظواهر الكهروحرارية يمكن للإلكترونات ذات أعلى طاقة حركية أن تطير من المعدن إلى الفضاء المحيط. نتيجة لانبعاث الإلكترونات ، تتشكل "سحابة إلكترونية". يوجد توازن ديناميكي بين غاز الإلكترون في المعدن و "سحابة الإلكترون". وظيفة عمل الإلكترون هي العمل الذي يجب القيام به لإزالة الإلكترون من المعدن إلى مساحة خالية من الهواء. سطح المعدن عبارة عن طبقة كهربائية مزدوجة تشبه المكثف الرقيق جدًا.

شريحة 27


يعتمد فرق الجهد بين ألواح المكثف على وظيفة عمل الإلكترون. أين شحنة الإلكترون؟  - فرق جهد التلامس بين المعدن والبيئة ؛ أ- دالة الشغل (الكترون فولت - E-B). تعتمد وظيفة العمل على الطبيعة الكيميائية للمعدن وحالة سطحه (تلوث ، رطوبة).

شريحة 28


قوانين فولتا: 1. عندما يتم توصيل موصلين مصنوعين من معادن مختلفة ، ينشأ فرق جهد تلامس بينهما ، والذي يعتمد فقط على التركيب الكيميائي ودرجة الحرارة. 2. لا يعتمد فرق الجهد بين نهايات الدائرة التي تتكون من موصلات معدنية متصلة بالسلسلة عند نفس درجة الحرارة على التركيب الكيميائي للموصلات الوسيطة. إنه يساوي فرق جهد التلامس الناشئ عن الاتصال المباشر للموصلات المتطرفة.

شريحة 29


ضع في اعتبارك دائرة مغلقة تتكون من موصلين معدنيين 1 و 2. إن المجال الكهرومغناطيسي المطبق على هذه الدائرة يساوي المجموع الجبري لجميع القفزات المحتملة. إذا كانت درجات حرارة الطبقات متساوية ، فإن  = 0. إذا كانت درجات حرارة الطبقات مختلفة ، على سبيل المثال ، فإن أين  هو ثابت يميز خصائص الاتصال بين معدنين. في هذه الحالة ، تظهر القوة الدافعة الكهروحرارية في دائرة مغلقة ، والتي تتناسب طرديًا مع اختلاف درجة الحرارة لكلتا الطبقتين.

شريحة 30


تستخدم الظواهر الكهروحرارية في المعادن على نطاق واسع لقياس درجة الحرارة. لهذا الغرض ، يتم استخدام المزدوجات الحرارية أو المزدوجة الحرارية ، وهما سلكان مصنوعان من معادن وسبائك مختلفة. نهايات هذه الأسلاك ملحومة. يتم وضع تقاطع واحد في بيئة ، يجب قياس درجة الحرارة T1 منها ، والثاني - في بيئة ذات درجة حرارة ثابتة معروفة. تتمتع المزدوجات الحرارية بعدد من المزايا مقارنة بمقاييس الحرارة التقليدية: يمكنها قياس درجات الحرارة في نطاق واسع من عشرات إلى آلاف الدرجات من المقياس المطلق.

شريحة 31


الغازات في الظروف العادية عبارة عن عوازل كهربائية R => ∞ ، وهي تتكون من ذرات وجزيئات متعادلة كهربائيًا. عندما تتأين الغازات ، تظهر ناقلات التيار الكهربائي (الشحنات الموجبة). يسمى التيار الكهربائي في الغازات بتفريغ الغاز. لتنفيذ تفريغ الغاز ، يجب أن يكون هناك مجال كهربائي أو مغناطيسي لأنبوب الغاز المتأين.

شريحة 32


تأين الغاز هو تحلل ذرة محايدة إلى أيون موجب وإلكترون تحت تأثير مؤين (تأثيرات خارجية - تسخين قوي ، الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية ، الإشعاع المشع ، عندما يتم قصف ذرات (جزيئات) الغازات بإلكترونات سريعة أو أيونات). ذرة الإلكترون الأيونية محايدة

شريحة 33


مقياس عملية التأين هو شدة التأين ، مقاسة بعدد أزواج الجسيمات المشحونة عكسيا والتي تنشأ في وحدة حجم الغاز لكل وحدة زمنية. التأين التصادمي هو فصل إلكترون واحد أو أكثر من ذرة (جزيء) ، بسبب تصادم الإلكترونات أو الأيونات مع ذرات أو جزيئات الغاز ، مع تسريع المجال الكهربائي في التفريغ.

شريحة 34


إعادة التركيب هو دمج إلكترون مع أيون في ذرة متعادلة. إذا توقف المؤين عن العمل ، يصبح الغاز ديالكتيك مرة أخرى. أيون الإلكترون

شريحة 35


1. التفريغ غير الذاتي للغاز هو التفريغ الذي يوجد فقط تحت تأثير المؤينات الخارجية. خاصية التيار-الجهد لتفريغ الغاز: مع زيادة U ، يزداد عدد الجسيمات المشحونة التي تصل إلى القطب الكهربائي ويزداد التيار إلى I = Ik ، حيث تصل جميع الجسيمات المشحونة إلى الأقطاب الكهربائية. في هذه الحالة ، U = تيار التشبع في المملكة المتحدة حيث e - شحنة أولية ؛ N0 هو الحد الأقصى لعدد أزواج الأيونات أحادية التكافؤ المتكونة في حجم الغاز لمدة 1 ثانية.

شريحة 36


2. التفريغ الذاتي للغاز - تفريغ في غاز يبقى بعد إنهاء عمل المؤين الخارجي. بدعم وتطوير تأثير التأين. يتحول تفريغ الغاز غير المستدام إلى تفريغ مستقل في Uz - جهد الإشعال. تسمى عملية هذا التحول بالانهيار الكهربائي للغاز. يميز:

شريحة 37


تفريغ كورونا - يحدث عند ضغط مرتفع وفي حقل غير متجانس بشكل حاد مع انحناء كبير للسطح ؛ يستخدم لتطهير البذور الزراعية. تفريغ الوهج - يحدث عند ضغوط منخفضة ، ويستخدم في أنابيب الغاز الخفيفة ، وأشعة الليزر الغازية. تفريغ الشرارة - عند P = Ratm وفي الحقول الكهربائية العالية - البرق (التيارات تصل إلى عدة آلاف من الأمبيرات ، الطول - عدة كيلومترات). تفريغ القوس - يحدث بين الأقطاب الكهربائية المتقاربة ، (T = 3000 درجة مئوية - تحت الضغط الجوي. يستخدم كمصدر للضوء في أجهزة العرض القوية ، في معدات العرض.

شريحة 38


البلازما هي حالة تجميعية خاصة للمادة ، تتميز بدرجة عالية من التأين لجزيئاتها. تنقسم البلازما إلى: - تأين ضعيف ( - أجزاء من نسبة مئوية - الغلاف الجوي العلوي ، الأيونوسفير) ؛ - متأين جزئيًا (عدة٪) ؛ - متأين بالكامل (الشمس ، النجوم الساخنة ، بعض السحب بين النجوم). تُستخدم البلازما المُصنَّعة في مصابيح تفريغ الغاز ، ومصادر البلازما للطاقة الكهربائية ، والمولدات الديناميكية المغناطيسية.

شريحة 39


ظواهر الانبعاث: 1. انبعاث الإلكترون الضوئي - استخراج الإلكترونات من سطح المعادن في الفراغ تحت تأثير الضوء. 2. الانبعاث الحراري - انبعاث الإلكترونات من الأجسام الصلبة أو السائلة عند تسخينها. 3. انبعاث إلكترون ثانوي - تدفق معاكس للإلكترونات من سطح تقصفه الإلكترونات في فراغ. تسمى الأجهزة القائمة على ظاهرة الانبعاث الحراري الأنابيب المفرغة.

شريحة 40


في المواد الصلبة ، يتفاعل الإلكترون ليس فقط مع ذرته ، ولكن أيضًا مع الذرات الأخرى للشبكة البلورية ؛ تنقسم مستويات الطاقة في الذرات مع تكوين نطاق طاقة. يمكن أن تكون طاقة هذه الإلكترونات داخل المناطق المظللة التي تسمى نطاقات الطاقة المسموح بها. يتم فصل المستويات المنفصلة عن طريق مناطق ذات قيم طاقة ممنوعة - مناطق ممنوعة (عرضها يتناسب مع عرض المناطق المحظورة). يتم شرح الاختلافات في الخواص الكهربائية لأنواع مختلفة من المواد الصلبة من خلال: 1) عرض مناطق الطاقة المحرمة. 2) تعبئة مختلفة لنطاقات الطاقة المسموح بها بالإلكترونات

شريحة 41


توصل العديد من السوائل الكهرباء بشكل سيء للغاية (الماء المقطر ، الجلسرين ، الكيروسين ، إلخ). تعمل المحاليل المائية للأملاح والأحماض والقلويات على توصيل التيار الكهربائي جيدًا. التحليل الكهربائي - مرور التيار عبر السائل ، مما يتسبب في إطلاق مواد على الأقطاب التي تتكون منها الإلكتروليت. المنحلات بالكهرباء هي مواد ذات موصلية أيونية. الموصلية الأيونية هي الحركة المنظمة للأيونات تحت تأثير المجال الكهربائي. الأيونات هي ذرات أو جزيئات فقدت أو أضافت إلكترونًا واحدًا أو أكثر إلى نفسها. الأيونات الموجبة هي كاتيونات ، والأيونات السالبة هي الأنيونات.

شريحة 42


يتم إنشاء مجال كهربائي في سائل بواسطة الأقطاب الكهربائية ("+" - الأنود ، "-" - الكاثود). تتحرك الأيونات الموجبة (الكاتيونات) نحو القطب السالب والأيونات السالبة نحو القطب الموجب. يتم تفسير ظهور الأيونات في الإلكتروليتات من خلال التفكك الكهربائي - تفكك جزيئات مادة قابلة للذوبان إلى أيونات موجبة وسالبة نتيجة التفاعل مع مذيب (Na + Cl- ؛ H + Cl- ؛ K + I- ...) . درجة التفكك α هي عدد الجزيئات n0 ، المفككة في الأيونات ، إلى العدد الإجمالي للجزيئات n0. أثناء الحركة الحرارية للأيونات ، تحدث العملية العكسية لإعادة توحيد الأيونات أيضًا ، تسمى إعادة التركيب.

شريحة 43


قوانين م. فاراداي (1834). 1. تتناسب كتلة المادة المنبعثة من القطب بشكل مباشر مع الشحنة الكهربائية q التي تمر عبر الإلكتروليت ، أو حيث k هي المكافئ الكهروكيميائي للمادة ؛ تساوي كتلة المادة التي يتم إطلاقها عندما تمر وحدة كهربائية عبر الإلكتروليت. حيث أنا هو التيار المباشر الذي يمر عبر المنحل بالكهرباء.

شريحة 46


شكرا للانتباه

اعرض كل الشرائح

ما هو التيار الكهربائي في المعادن؟

التيار الكهربائي في المعادن -إنها الحركة المنظمة للإلكترونات تحت تأثير المجال الكهربائي. تظهر التجارب أنه عندما يتدفق التيار عبر موصل معدني ، لا يتم نقل أي مادة ، وبالتالي لا تشارك أيونات المعادن في نقل الشحنة الكهربائية.

طبيعة التيار الكهربائي في المعادن

لا يسبب التيار الكهربائي في الموصلات المعدنية أي تغيرات في هذه الموصلات باستثناء تسخينها.

تركيز الإلكترونات الموصلة في المعدن مرتفع للغاية: من حيث الحجم ، فإنه يساوي عدد الذرات لكل وحدة حجم من المعدن. الإلكترونات في المعادن في حركة مستمرة. تشبه حركتهم غير المنتظمة حركة جزيئات الغاز المثالية. أعطى هذا سببًا للاعتقاد بأن الإلكترونات في المعادن تشكل نوعًا من غاز الإلكترون. لكن سرعة الحركة العشوائية للإلكترونات في المعدن أعلى بكثير من سرعة الجزيئات في الغاز.

تجربة إيريك

أجرى الفيزيائي الألماني كارل ريك تجربة تم فيها تمرير تيار كهربائي لمدة عام من خلال ثلاثة أسطوانات مضغوطة ضد بعضها البعض ، أسطوانات مصقولة - النحاس والألمنيوم والنحاس مرة أخرى. بعد النهاية ، وجد أن هناك آثارًا طفيفة للاختراق المتبادل للمعادن ، والتي لا تتجاوز نتائج الانتشار المعتاد للذرات في المواد الصلبة. أظهرت القياسات التي تم إجراؤها بدرجة عالية من الدقة أن كتلة كل من الأسطوانات لم تتغير. نظرًا لأن كتل ذرات النحاس والألومنيوم تختلف اختلافًا كبيرًا عن بعضها البعض ، فإن كتلة الأسطوانات يجب أن تتغير بشكل ملحوظ إذا كانت حاملات الشحنة عبارة عن أيونات. لذلك ، فإن ناقلات الشحن المجاني في المعادن ليست أيونات. تم نقل الشحنة الضخمة التي مرت عبر الأسطوانات ، على ما يبدو ، بواسطة هذه الجسيمات ، والتي هي نفسها في النحاس والألمنيوم. من الطبيعي أن نفترض أن الإلكترونات الحرة هي التي تنفذ التيار في المعادن.

كارل فيكتور إدوارد ريك

تجربة L.I. MANDELSHTAM و N. D. باباليكسي

قام العالمان الروس L.I. Mandelstam و N.D Papaleksi في عام 1913 بإعداد تجربة أصلية. بدأ الملف مع السلك في الالتواء في اتجاهات مختلفة. سوف يدورون في اتجاه عقارب الساعة ، ثم يتوقفون بشكل مفاجئ و يعودون. لقد فكروا في شيء من هذا القبيل: إذا كانت للإلكترونات كتلة حقًا ، فعندما يتوقف الملف فجأة ، يجب أن تتحرك الإلكترونات بالقصور الذاتي لبعض الوقت. وهذا ما حدث. قمنا بتوصيل الهاتف بأطراف السلك وسمعنا صوتًا ، مما يعني أن تيارًا يتدفق عبره.

ماندلستام ليونيد إيزاكوفيتش

نيكولاي دميترييفيتش باباليكسي (1880-1947)

تجربة ت. ستيوارت ور. ثولمن

تكررت تجربة ماندلستام وباباليكي في عام 1916 من قبل العالمين الأمريكيين تولمان وستيوارت.

• تم إحضار ملف به عدد كبير من لفات الأسلاك الرقيقة إلى دوران سريع حول محوره. تم توصيل أطراف الملف بأسلاك مرنة بجلفانومتر باليستي حساس. تم إبطاء الملف غير المجدول بشكل حاد ، وظهر تيار قصير المدى في الدائرة بسبب القصور الذاتي في ناقلات الشحن. تم قياس الشحنة الإجمالية المتدفقة عبر الدائرة برفض إبرة الجلفانومتر.

بتلر ستيوارت توماس

ريتشارد تشيس تولمان

النظرية الإلكترونية الكلاسيكية

كان الافتراض القائل بأن الإلكترونات مسؤولة عن التيار الكهربائي في المعادن موجودًا حتى قبل تجربة ستيوارت وتولمان. في عام 1900 ، ابتكر العالم الألماني ب. النظرية الإلكترونية الكلاسيكية ... وفقًا لهذه النظرية ، تتصرف الإلكترونات في المعادن مثل غاز الإلكترون ، تمامًا مثل الغاز المثالي. تملأ الفراغ بين الأيونات التي تشكل الشبكة البلورية للمعدن

يوضح الشكل مسار أحد الإلكترونات الحرة في الشبكة البلورية للمعدن

الأحكام الأساسية للنظرية:

• يساهم وجود عدد كبير من الإلكترونات في المعادن في توصيلها الجيد.
• تحت تأثير مجال كهربائي خارجي ، يتم فرض حركة منظمة على الحركة العشوائية للإلكترونات ، أي هناك تيار.
• قوة التيار الكهربائي الذي يمر عبر الموصل المعدني تساوي:
• نظرًا لاختلاف الهيكل الداخلي للمواد المختلفة ، فستكون المقاومة أيضًا مختلفة.
• مع زيادة الحركة الفوضوية لجزيئات المادة ، يسخن الجسم ، أي توليد الحرارة. هنا لوحظ قانون جول لينز:

ل = ه * ن * S * Ū د

الموصلية الفائقة للمعادن والسبائك

• تتمتع بعض المعادن والسبائك بموصلية فائقة ، وهي خاصية عدم وجود مقاومة كهربائية تمامًا عندما تصل إلى درجة حرارة أقل من قيمة معينة (درجة حرارة حرجة).

تم اكتشاف ظاهرة الموصلية الفائقة من قبل الفيزيائي الهولندي H. Kamerling - Oness في عام 1911 في الزئبق (T cr = 4.2 o K).

التطبيق الحالي للكهرباء:

• الحصول على مجالات مغناطيسية قوية
• نقل الكهرباء من المصدر إلى المستهلك
• المغناطيسات الكهربائية القوية ذات اللفات فائقة التوصيل في المولدات والمحركات الكهربائية والمسرعات ، في أجهزة التدفئة

في الوقت الحالي ، توجد مشكلة كبيرة في صناعة الطاقة مرتبطة بخسائر كبيرة في نقل الكهرباء عبر الأسلاك.

الحل الممكن للمشكلة:

إنشاء خطوط نقل إضافية - استبدال الأسلاك بمقاطع عرضية كبيرة - زيادة الجهد - فصل الطور

لاستخدام معاينة العروض التقديمية ، قم بإنشاء حساب Google لنفسك (حساب) وقم بتسجيل الدخول إليه: https://accounts.google.com

تعليق على الشرائح:

تيار كهربائي مستمر

تسمى الحركة المنظمة (الموجهة) للجسيمات المشحونة التيار الكهربائي.

التيار الكهربائي هو الحركة المنظمة للجسيمات المشحونة. لوجود تيار كهربائي ، الشروط التالية ضرورية: وجود شحنات كهربائية مجانية في الموصل ؛ وجود مجال كهربائي خارجي للموصل.

تساوي قوة التيار نسبة الشحنة الكهربائية q ، التي تمر عبر المقطع العرضي للموصل ، إلى أوقات مروره t. I = I -current (A) q- شحنة كهربائية (C) t- مرة (ثوان) g t

الوحدة الحالية -7

ولد Ampere André Marie في 22 يناير 1775 في Polemieux بالقرب من ليون لعائلة أرستقراطية. تلقى تعليمًا منزليًا .. كان منخرطًا في بحث العلاقة بين الكهرباء والمغناطيسية (هذه المجموعة من الظواهر أمبير تسمى الديناميكا الكهربائية). بعد ذلك ، طور نظرية المغناطيسية. توفي أمبير في مرسيليا في 10 يونيو 1836.

Ammeter Ammeter هو جهاز لقياس القوة الحالية. يتم تضمين مقياس التيار الكهربائي في الدائرة المتسلسلة مع الجهاز الذي يقاس فيه التيار.

تطبيق التيار الكهربائي

العمل البيولوجي للتيار

التأثير الحراري للتيار

العمل الكيميائي للتيار الكهربائي تم اكتشافه لأول مرة في عام 1800.

العمل الكيميائي للتيار

العمل المغناطيسي للتيار

العمل المغناطيسي للتيار

قارن التجارب التي أجريت في الأشكال. ما هو القاسم المشترك بين التجارب وكيف تختلف؟ المصدر الحالي هو جهاز يتم فيه تحويل بعض أشكال الطاقة إلى طاقة كهربائية. أجهزة فصل الشحنات ، أي يسمى إنشاء مجال كهربائي بالمصادر الحالية.

ظهرت أول بطارية كهربائية عام 1799. اخترعها الفيزيائي الإيطالي أليساندرو فولتا (1745 - 1827) ، وهو فيزيائي إيطالي وكيميائي وعالم فيزيولوجي ، ومخترع مصدر تيار مباشر. تم بناء مصدره الحالي الأول ، "عمود الفولت" ، في توافق صارم مع نظريته عن الكهرباء "المعدنية". وضع فولتا بالتناوب عدة عشرات من دوائر الزنك والفضة الصغيرة فوق بعضها البعض ، ووضع ورقة مغموسة في ماء مملح بينهما.

مصدر الطاقة الميكانيكية - يتم تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية. حتى نهاية القرن الثامن عشر ، كانت جميع مصادر الطاقة التقنية تعتمد على كهربة الاحتكاك. أكثر هذه المصادر فعالية هي الآلة الكهربي (يتم تدوير أقراص الآلة في اتجاهين متعاكسين. ونتيجة احتكاك الفرشاة بالأقراص ، تتراكم شحنات الإشارة المعاكسة على موصلات الآلة).

مصدر التيار الحراري - يتم تحويل الطاقة الداخلية إلى طاقة كهربائية المزدوجة الحرارية (الحرارية) - يجب لحام سلكين من معادن مختلفة من حافة واحدة ، ثم يتم تسخين الوصلة ، ثم ينشأ تيار فيها. يتم فصل الشحنات عند تسخين الوصلة. تُستخدم المزدوجات الحرارية في المستشعرات الحرارية وفي محطات الطاقة الحرارية الأرضية كمستشعر لدرجة الحرارة. عنصر حراري

يتم تحويل طاقة الضوء إلى طاقة كهربائية بمساعدة الألواح الشمسية. بطارية شمسية ضوئية. عندما تضيء بعض المواد بالضوء ، يظهر فيها تيار ، تتحول الطاقة الضوئية إلى طاقة كهربائية. في هذا الجهاز ، يتم فصل الشحنات بفعل الضوء. تتكون الخلايا الشمسية من خلايا ضوئية. يتم استخدامها في البطاريات الشمسية وأجهزة استشعار الضوء والآلات الحاسبة وكاميرات الفيديو. ضوئية

المولد الكهروميكانيكي. يتم فصل الشحنات عن طريق العمل الميكانيكي. يتم استخدامه لإنتاج الكهرباء الصناعية. المولد الكهروميكانيكي (من Lat. Generator - الشركة المصنعة) هو جهاز أو جهاز أو آلة تنتج منتجًا.

أرز. رسم بياني 1 الصورة 2 3 ما هي مصادر الطاقة التي تراها في الأشكال؟

جهاز الخلية الجلفانية A الخلية الجلفانية هي مصدر تيار كيميائي تتولد فيه الطاقة الكهربائية نتيجة للتحويل المباشر للطاقة الكيميائية عن طريق تفاعل الأكسدة والاختزال.

يمكن أن تتكون البطارية من عدة خلايا جلفانية.

المجمع (من Lat. Accumulator - Collector) هو جهاز لتخزين الطاقة لغرض استخدامها اللاحق.

مصدر الطاقة طريقة فصل الشحن التطبيق الكهروضوئية عمل الضوء البطاريات الشمسية المزدوجة الحرارية تسخين مفرق قياس درجة الحرارة مولد كهروميكانيكي أداء أعمال ميكانيكية إنتاج الكهرباء الصناعية. طاقة. خلية كلفانية تفاعل كيميائي مشاعل راديو بطارية تفاعل كيميائي سيارات تصنيف مصدر طاقة

ما يسمى بالصدمة الكهربائية؟ (التيار الكهربائي هو الحركة المنظمة للجسيمات المشحونة.) 2. ما الذي يمكن أن يجعل الجسيمات المشحونة تتحرك بطريقة منظمة؟ (مجال كهربائي.) 3. كيف يمكنك إنشاء مجال كهربائي؟ (بمساعدة الكهرباء.) 4. هل يمكن تسمية الشرارة المتولدة في آلة التجويف الكهربائي بالتيار الكهربائي؟ (نعم ، نظرًا لوجود حركة منظمة قصيرة المدى للجسيمات المشحونة؟) أسئلة:

5. ما هي القطبين الموجب والسالب للمصدر الحالي؟ 6. ما هي مصادر التيار هل تعرف؟ 7. هل يتدفق التيار الكهربائي عند تأريض كرة معدنية مشحونة؟ 8. هل تتحرك الجسيمات المشحونة في موصل عندما يتدفق التيار خلاله؟ 9. إذا أخذت حبة بطاطس أو تفاحة وألصقت بها أطباق النحاس والزنك. ثم قم بتوصيل مصباح 1.5 فولت بهذه الألواح. ما الذي تستطيع القيام به؟ تأمين المادة. أسئلة:

نحلها في الفصل الدراسي Page 27 المشكلة 5.2

للتجربة سوف تحتاج إلى: منشفة ورقية متينة ؛ احباط الطعام مقص؛ عملات نحاسية ملح؛ ماء؛ سلكان نحاسيان معزولان ؛ لمبة صغيرة (1.5 فولت). ماذا تفعل: ذوبي القليل من الملح في الماء. قطع بعناية منشفة ورقية والرقائق إلى مربعات أكبر بقليل من العملات المعدنية ؛ نقع المربعات الورقية في ماء مالح ؛ ضع كومة فوق بعضها البعض: عملة نحاسية ، وقطعة من القصدير ، وعملة أخرى ، وهكذا عدة مرات. يجب أن يكون هناك ورق في الجزء العلوي من المكدس ، وعملة في الأسفل. قم بإزاحة الطرف المحمي لسلك واحد تحت المكدس ، وقم بتوصيل الطرف الآخر بالمصباح الكهربائي. ضع أحد طرفي السلك الثاني أعلى الكومة ، وقم بتوصيل الطرف الآخر بالمصباح الكهربائي. ماذا حدث؟ مشروع المنزل. اصنع بطارية.

الموارد والأدب المستخدم: Kabardin O.F. physics grade 8 M: Education، 2014. توميلين أ. قصص عن الكهرباء. http://ru.wikipedia.org http: // www.disel.ru http: // www.fizika.ru http: // www.edu.doal.ru http: // school.mari-el.ru http : // www.iro.yar.ru الواجب المنزلي: § 5،6،7 صفحات 27 ، المشكلة رقم 5.1 ؛ مشروع المنزل. اصنع بطارية (يتم إعطاء التعليمات لكل طالب).

التيار الكهربائي التيار الكهربائي هو حركة منظمة (موجهة) للشحنات الكهربائية. تيار التوصيل (التيار في الموصلات) هو حركة الشحنات الدقيقة في جسم ماكرو. تيار الحمل هو حركة الأجسام المشحونة العيانية في الفضاء. التيار في الفراغ هو حركة الشحنات الدقيقة في الفراغ.

التيار الكهربائي في الموصل ، وتحت تأثير مجال كهربائي مطبق ، تتحرك الشحنات الكهربائية الحرة: موجبة - على طول المجال ، وسلبية - مقابل المجال. تقوم حاملات الشحنة بحركة معقدة: 1) فوضوية بمتوسط ​​سرعة v ~ (10 3 ÷ 10 4 m / s) ، 2) موجهة بمتوسط ​​سرعة v ~ E (كسور مم / ث).

وبالتالي ، فإن متوسط ​​سرعة الحركة الموجهة للإلكترونات أقل بكثير من متوسط ​​سرعة حركتها الفوضوية. يتم تفسير متوسط ​​السرعة الضئيل للحركة الموجهة من خلال اصطدامها المتكرر مع أيونات الشبكة البلورية. في الوقت نفسه ، ينتقل أي تغيير في المجال الكهربائي على طول الأسلاك بسرعة تساوي سرعة انتشار الموجة الكهرومغناطيسية - (3 · 10 8 م / ث). لذلك ، تحدث حركة الإلكترونات تحت تأثير مجال خارجي بطول السلك بالكامل تقريبًا في وقت واحد مع مصدر الإشارة.

عندما تتحرك الرسوم ، ينتهك توزيع التوازن. وبالتالي ، فإن سطح الموصل لم يعد متساوي الجهد ولا يتم توجيه متجه المجال الكهربائي E بشكل عمودي على السطح ، لأنه من الضروري بالنسبة لحركة الشحنات أن تكون E 0 على السطح. لهذا السبب ، كهربائي يوجد الحقل داخل الموصل ، وهو صفر فقط في حالة رسوم توزيع التوازن على سطح الموصل.

شروط ظهور ووجود تيار التوصيل: 1. وجود ناقلات شحن مجانية في الوسط ، أي الجسيمات المشحونة القادرة على الحركة. في المعدن ، هذه إلكترونات موصلة ؛ في المنحلات بالكهرباء - الأيونات الموجبة والسالبة ؛ في الغازات - الأيونات الموجبة والسالبة والإلكترونات.

شروط ظهور تيار التوصيل ووجوده: 2. وجود مجال كهربائي في الوسط تنفق طاقته على حركة الشحنات الكهربائية. لكي يكون التيار طويل الأمد ، يجب تجديد طاقة المجال الكهربائي طوال الوقت ، أي هناك حاجة إلى مصدر للطاقة الكهربائية - جهاز يتم فيه تحويل بعض الطاقة إلى طاقة مجال كهربائي.

- القوة الحالية تساوي عدديًا الشحنة التي تمر عبر المقطع العرضي للموصل لكل وحدة زمنية. في SI :. إن حركة حاملات الشحنة التي تحمل نفس العلامة تعادل حركة ناقلات الإشارة المعاكسة في الاتجاه المعاكس. إذا تم إنشاء التيار بواسطة نوعين من الناقلات:

القوى الخارجية. القوة الدافعة الكهربائية. الجهد إذا كانت قوة المجال الكهروستاتيكي في الدائرة تعمل فقط على ناقلات التيار ، فإن الناقلات تتحرك ، مما يؤدي إلى معادلة الجهد في جميع نقاط الدائرة واختفاء المجال الكهربائي. لذلك ، من أجل وجود تيار مباشر ، يجب أن يكون الجهاز موجودًا في الدائرة ، مما يخلق ويحافظ على فرق محتمل φ بسبب عمل القوى ذات الأصل غير الكهربائي. تسمى هذه الأجهزة بالمصادر الحالية (المولدات - يتم تحويل الطاقة الميكانيكية ؛ البطاريات - طاقة التفاعل الكيميائي بين الأقطاب الكهربائية والإلكتروليت).

القوى الخارجية. القوة الدافعة الكهربائية. قوى الطرف الثالث ذات الأصل غير الكهربائي التي تعمل بتهم من جانب المصادر الحالية. بسبب مجال القوى الخارجية ، تتحرك الشحنات الكهربائية داخل المصدر الحالي مقابل قوى المجال الكهروستاتيكي. وبالتالي ، يتم الحفاظ على فرق الجهد في نهايات الدائرة الخارجية ويتدفق التيار المباشر في الدائرة.

القوى الخارجية. القوة الدافعة الكهربائية. تقوم القوى الخارجية بعمل تحريك الشحنات الكهربائية. القوة الدافعة الكهربائية (emf - E) هي كمية مادية تحددها الشغل الذي تؤديه القوى الخارجية عندما تتحرك شحنة موجبة واحدة

قانون أوم لقسم متجانس من دائرة يسمى قسم من الدائرة التي لا تحتوي على مصدر emf قسم متجانس. قانون أوم في شكل متكامل: يتناسب التيار بشكل مباشر مع انخفاض الجهد في قسم متجانس من الدائرة ويتناسب عكسياً مع مقاومة هذا القسم.

قانون أوم ليس علاقة عالمية بين التيار والجهد. أ) التيار في الغازات وأشباه الموصلات يخضع لقانون أوم فقط عند درجة حرارة صغيرة يو ب) التيار في الفراغ لا يخضع لقانون أوم. قانون Boguslavsky-Langmuir (القانون 3/2): I ~ U 3/2. ج) في تفريغ القوس - عندما يزداد التيار ، ينخفض ​​الجهد. يعود عصيان قانون أوم إلى اعتماد المقاومة على التيار.

قانون أوم في النظام الدولي للوحدات ، المقاومة R تقاس بالأوم. تعتمد قيمة R على شكل وحجم الموصل ، وكذلك على خصائص المادة التي صنع منها. بالنسبة للموصل الأسطواني: حيث ρ هي المقاومة الكهربائية [أوم · م] ، بالنسبة للمعادن قيمتها 10 –8 أوم · م.

تعتمد مقاومة الموصل على درجة حرارته: α هو معامل درجة الحرارة للمقاومة ، بالنسبة للمعادن النقية (عند درجات حرارة ليست منخفضة جدًا ، α 1/273 K -1 ، ρ 0 ، R 0 هي ، على التوالي ، المقاومة المحددة ومقاومة الموصل عند t = 0 o C. يفسر هذا الاعتماد ρ (t) من خلال حقيقة أنه مع زيادة درجة الحرارة تزداد شدة الحركة الفوضوية للأيونات الموجبة للشبكة البلورية ، وتتباطأ الحركة الموجهة للإلكترونات.

قانون أوم لقسم غير متجانس من سلسلة غير متجانس - قسم من سلسلة يحتوي على مصدر emf تحتوي الدائرة المغلقة على مصدر emf ، والذي يعزز حركة الشحنات الموجبة في الاتجاه 1-2. E هي شدة المجال لقوى كولوم ، مقالة E هي شدة مجال القوى الخارجية.

قانون أوم لقسم غير متجانس من الدائرة إن العمل الذي يقوم به كولوم والقوى الخارجية لتحريك شحنة موجبة واحدة q 0+ هو انخفاض الجهد (الجهد). نظرًا لأنه تم اختيار النقاط 1 ، 2 بشكل تعسفي ، فإن العلاقات التي تم الحصول عليها صالحة لأي نقطتين من الدائرة الكهربائية:

عمل وقوة التيار الكهربائي قانون جول-لينز عندما تتصادم الإلكترونات الحرة مع أيونات الشبكة البلورية ، فإنها تنقل إلى الأيونات فائضًا من الطاقة الحركية ، والتي تكتسبها أثناء حركتها المتسارعة في مجال كهربائي. نتيجة لهذه الاصطدامات ، يزداد اتساع اهتزازات الأيونات بالقرب من عقد الشبكة البلورية (تصبح الحركة الحرارية للأيونات أكثر كثافة). وبالتالي ، فإن الموصل يسخن: درجة الحرارة هي مقياس لشدة الحركة الفوضوية للذرات والجزيئات. الحرارة المنبعثة Q تساوي عمل التيار A.

تستخدم قوانين كيرشوف لحساب دوائر التيار المستمر المتفرعة. الدائرة الكهربائية غير الممنوحة هي دائرة تتصل فيها جميع عناصر الدائرة في سلسلة. عنصر الدائرة الكهربائية - أي جهاز مضمن في الدائرة الكهربائية. العقدة الكهربائية هي نقطة في دائرة متفرعة حيث يتقارب أكثر من موصلين. فرع الدائرة الكهربائية المتفرعة هو جزء من دائرة بين عقدتين.

قانون كيرشوف الثاني (قانون أوم المعمم): في أي حلقة مغلقة ، يتم اختيارها بشكل تعسفي في دائرة كهربائية متفرعة ، يكون المجموع الجبري لمنتجات قوى التيار I i ومقاومة الأقسام المقابلة R i من هذه الحلقة يساوي المجموع الجبري لـ emf. في الكفاف.

قانون كيرشوف الثاني يعتبر التيار موجبًا إذا كان اتجاهه يتطابق مع الاتجاه المختار تقليديًا لاجتياز الحلقة. إي. إم. يعتبر موجبًا إذا كان الاتجاه الالتفافي يأتي من - إلى + للمصدر الحالي ، أي emf يخلق تيارًا يطابق اتجاه التجاوز.

الإجراء الخاص بحساب دائرة متفرعة: 1. حدد بشكل تعسفي ووضح على الرسم اتجاه التيار في جميع أقسام الدائرة. 2. عد عدد العقد في السلسلة (م). اكتب قانون كيرشوف الأول لكل من العقد (م -1). 3. حدد ملامح مغلقة بشكل تعسفي في الدائرة ، حدد بشكل تعسفي اتجاه اجتياز الخطوط. 4. اكتب قانون كيرشوف الثاني للخطوط. إذا كانت السلسلة تتكون من فروع p وعقد m ، فإن عدد المعادلات المستقلة لقانون Kirchhoff الثاني هو (p-m + 1).