Stały prąd elektryczny Pojęcie prądu elektrycznego. Prezentacja na temat fizyki „Prąd elektryczny w różnych środowiskach” Prezentacja świetlna na temat prądu elektrycznego

Slajd 1

Plan wykładu 1. Pojęcie prądu przewodzącego. Wektor prądu i siła prądu. 2. Różniczkowa postać prawa Ohma. 3. Szeregowe i równoległe połączenie przewodów. 4. Przyczyna pojawienia się pola elektrycznego w przewodniku, fizyczne znaczenie pojęcia sił zewnętrznych. 5. Wyprowadzenie prawa Ohma dla całego łańcucha. 6. Pierwsza i druga zasada Kirchhoffa. 7. Różnica potencjałów styku. Zjawiska termoelektryczne. 8. Prąd elektryczny w różnych środowiskach. 9. Prąd w cieczach. Elektroliza. Prawa Faradaya.

Slajd 2

Prąd elektryczny to uporządkowany ruch ładunków elektrycznych. Nośnikami prądu mogą być elektrony, jony, naładowane cząstki. Jeśli w przewodniku powstanie pole elektryczne, to zaczną się w nim poruszać wolne ładunki elektryczne - powstaje prąd zwany prądem przewodzenia. Jeśli naładowane ciało porusza się w przestrzeni, prąd nazywa się konwekcją. 1. Pojęcie prądu przewodzenia. Aktualny wektor i aktualna siła

Slajd 3

Dla kierunku prądu zwyczajowo przyjmuje się kierunek ruchu ładunków dodatnich. Do powstania i istnienia prądu konieczne jest: 1. obecność swobodnych cząstek naładowanych; 2. obecność pola elektrycznego w przewodzie. Główną cechą prądu jest siła prądu, która jest równa ilości ładunku, który przeszedł przez przekrój przewodnika w ciągu 1 sekundy. Gdzie q jest kwotą opłaty; t jest czasem przejścia ładunku; Prąd jest wartością skalarną.

Slajd 4

Prąd elektryczny na powierzchni przewodnika może być nierównomiernie rozłożony, dlatego w niektórych przypadkach stosuje się pojęcie gęstości prądu j. Średnia gęstość prądu jest równa stosunkowi natężenia prądu do pola przekroju przewodnika. Gdzie j jest zmianą prądu; S - zmiana obszaru.

Slajd 5

Aktualna gęstość

Slajd 6

W 1826 r. Niemiecki fizyk Ohm eksperymentalnie ustalił, że siła prądu J w przewodniku jest wprost proporcjonalna do napięcia U między jego końcami Gdzie k jest współczynnikiem proporcjonalności, zwanym przewodnością elektryczną lub przewodnością; [k] = [cm] (siemens). Wielkość nazywana jest opornością elektryczną przewodnika. Prawo Ohma dla odcinka obwodu elektrycznego, który nie zawiera źródła prądu 2. Różnicowa postać prawa Ohma

Slajd 7

Wyrażamy z tego wzoru R Opór elektryczny zależy od kształtu, rozmiaru i substancji przewodnika. Rezystancja przewodu jest wprost proporcjonalna do jego długości l i odwrotnie proporcjonalna do pola przekroju poprzecznego S Gdzie - charakteryzuje materiał, z którego wykonany jest przewód i nazywana jest opornością przewodu.

Slajd 8

Wyraźmy : Rezystancja przewodnika jest zależna od temperatury. Wraz ze wzrostem temperatury rezystancja wzrasta Gdzie R0 jest rezystancją przewodnika przy 0С; t - temperatura,  - współczynnik temperaturowy rezystancji (dla metalu  0,04 st.-1). Wzór obowiązuje również dla rezystancji właściwej Gdzie 0 jest rezystancją właściwą przewodnika w temperaturze 0С.

Slajd 9

W niskich temperaturach (

Slajd 10

Zmieńmy wyrazy wyrażenia Gdzie I / S = j– gęstość prądu; 1 /  =  jest przewodnością właściwą substancji przewodzącej; U / l = E to natężenie pola elektrycznego w przewodzie. Prawo Ohma w postaci różniczkowej.

Slajd 11

Prawo Ohma dla jednorodnego odcinka łańcucha. Forma różniczkowa prawa Ohma.

Slajd 12

3. Szeregowe i równoległe połączenie przewodów

Szeregowe połączenie przewodów I = const (zgodnie z zasadą zachowania ładunku); U = U1 + U2 Rtot = R1 + R2 + R3 Rtot = Ri R = N * R1 (Dla N identycznych przewodów) R1 R2 R3

Slajd 13

Równoległe połączenie przewodów U = const I = I1 + I2 + I3 U1 = U2 = U R1 R2 R3 Dla N identycznych przewodów

Slajd 14

4. Przyczyna pojawienia się prądu elektrycznego w przewodniku. Fizyczne znaczenie pojęcia sił zewnętrznych Aby utrzymać stały prąd w obwodzie, konieczne jest oddzielenie ładunków dodatnich i ujemnych w źródle prądu, w tym celu siły pochodzenia nieelektrycznego, zwane siłami zewnętrznymi, muszą działać na swobodne opłaty. Ze względu na pole wytwarzane przez siły zewnętrzne, ładunki elektryczne przemieszczają się wewnątrz źródła prądu wbrew siłom pola elektrostatycznego.

Slajd 15

Dzięki temu na końcach obwodu zewnętrznego utrzymywana jest różnica potencjałów iw obwodzie płynie stały prąd elektryczny. Siły zewnętrzne powodują separację różnych ładunków i utrzymują różnicę potencjałów na końcach przewodnika. Dodatkowe pole elektryczne sił zewnętrznych w przewodzie wytwarzane jest przez źródła prądu (ogniwa galwaniczne, baterie, generatory elektryczne).

Slajd 16

SEM źródła prądu Wielkość fizyczna równa działaniu sił zewnętrznych w celu przemieszczenia pojedynczego ładunku dodatniego między biegunami źródła nazywana jest siłą elektromotoryczną źródła prądu (EMF).

Slajd 17

Prawo Ohma dla niejednorodnego odcinka łańcucha

Slajd 18

5. Wyprowadzenie prawa Ohma dla zamkniętego obwodu elektrycznego

Niech zamknięty obwód elektryczny składa się ze źródła prądu o , o rezystancji wewnętrznej r i części zewnętrznej o rezystancji R. R jest rezystancją zewnętrzną; r - opór wewnętrzny. gdzie jest napięcie na rezystancji zewnętrznej; А - pracuj, aby przenieść ładunek q wewnątrz źródła prądu, czyli pracuj nad rezystancją wewnętrzną.

Slajd 19

Następnie, ponieważ przepiszemy wyrażenie na : Ponieważ, zgodnie z prawem Ohma dla zamkniętego obwodu elektrycznego ( = IR), IR i Ir są spadkiem napięcia w zewnętrznych i wewnętrznych odcinkach obwodu,

Slajd 20

To jest prawo Ohma dla zamkniętego obwodu elektrycznego W zamkniętym obwodzie elektrycznym siła elektromotoryczna źródła prądu jest równa sumie spadków napięcia we wszystkich odcinkach obwodu.

Slajd 21

6. Pierwsza i druga zasada Kirchhoffa Pierwsza zasada Kirchhoffa jest warunkiem stałości prądu w obwodzie. Suma algebraiczna prądów w punkcie rozgałęzienia wynosi zero, gdzie n jest liczbą przewodników; Ii - prądy w przewodnikach. Prądy płynące do węzła są uważane za dodatnie, pozostawiając węzeł - ujemne. Dla węzła A zostanie napisana pierwsza reguła Kirchhoffa:

Slajd 22

Pierwsza zasada Kirchhoffa Węzeł obwodu elektrycznego to punkt, w którym zbiegają się co najmniej trzy przewodniki. Suma prądów zbiegających się w węźle jest równa zeru - pierwsza zasada Kirchhoffa. Pierwsza reguła Kirchhoffa wynika z prawa zachowania ładunku – ładunek elektryczny nie może kumulować się w węźle.

Slajd 23

Druga zasada Kirchhoffa Druga zasada Kirchhoffa jest konsekwencją prawa zachowania energii. W dowolnej zamkniętej pętli rozgałęzionego obwodu elektrycznego suma algebraiczna Ii na rezystancjach Ri odpowiednich odcinków tej pętli jest równa sumie zastosowanej w niej siły elektromotorycznej i

Slajd 24

Druga zasada Kirchhoffa

Slajd 25

Aby skomponować równanie, musisz wybrać kierunek spaceru (zgodnie z ruchem wskazówek zegara lub przeciwnie do ruchu wskazówek zegara). Wszystkie prądy, które zbiegają się w kierunku z obejściem pętli, są uważane za dodatnie. Pole elektromagnetyczne źródeł prądu jest uważane za dodatnie, jeśli wytwarzają prąd skierowany w stronę obejścia obwodu. Na przykład reguła Kirchhoffa dla I, II, III stopnia I I1r1 + I1R1 + I2r2 + I2R2 = - 1 –2 II – I2r2 - I2R2 + I3r3 + I3R3 = 2 + 3 IIII1r1 + I1R1 + I3r3 + I3R3 = - 1 + 3 Obwody są obliczane na podstawie tych równań.

Slajd 26

7. Różnica potencjałów styku. Zjawiska termoelektryczne Elektrony o najwyższej energii kinetycznej mogą wylecieć z metalu do otaczającej go przestrzeni. W wyniku emisji elektronów powstaje „chmura elektronów”. Istnieje dynamiczna równowaga między gazem elektronowym w metalu a „chmurą elektronów”. Funkcja pracy elektronu to praca, którą należy wykonać, aby usunąć elektron z metalu w przestrzeń pozbawioną powietrza. Powierzchnia metalu to podwójna warstwa elektryczna, podobna do bardzo cienkiego kondensatora.

Slajd 27

Różnica potencjałów między płytkami kondensatora zależy od funkcji pracy elektronu. Gdzie jest ładunek elektronu;  - różnica potencjałów kontaktowych między metalem a otoczeniem; A - funkcja pracy (elektron-wolt - E-B). Funkcja pracy zależy od chemicznej natury metalu i stanu jego powierzchni (zanieczyszczenie, wilgoć).

Slajd 28

Prawa Volty: 1. Gdy połączy się dwa przewodniki wykonane z różnych metali, powstaje między nimi różnica potencjałów stykowych, która zależy tylko od składu chemicznego i temperatury. 2. Różnica potencjałów między końcami obwodu składającego się z połączonych szeregowo przewodników metalowych w tej samej temperaturze nie zależy od składu chemicznego przewodników pośrednich. Jest równa różnicy potencjałów styku wynikającej z bezpośredniego połączenia skrajnych przewodów.

Slajd 29

Rozważ obwód zamknięty składający się z dwóch metalowych przewodników 1 i 2. Siła elektromotoryczna zastosowana do tego obwodu jest równa sumie algebraicznej wszystkich skoków potencjału. Jeżeli temperatury warstw są równe, to  = 0. Jeżeli np. temperatury warstw są różne, to gdzie  jest stałą charakteryzującą właściwości kontaktu dwóch metali. W tym przypadku w obwodzie zamkniętym pojawia się siła termoelektromotoryczna, która jest wprost proporcjonalna do różnicy temperatur obu warstw.

Zjeżdżalnia 30

Zjawiska termoelektryczne w metalach są szeroko stosowane do pomiaru temperatury. W tym celu stosuje się termopary lub termopary, które są dwoma drutami wykonanymi z różnych metali i stopów. Końce tych przewodów są przylutowane. Jedno złącze jest umieszczane w środowisku, którego temperatura T1 musi być mierzona, a drugie - w środowisku o stałej znanej temperaturze. Termopary mają szereg zalet w porównaniu z konwencjonalnymi termometrami: mogą mierzyć temperatury w szerokim zakresie od dziesiątek do tysięcy stopni bezwzględnej skali.

Slajd 31

Gazy w normalnych warunkach są dielektrykami R => ∞, składają się z elektrycznie obojętnych atomów i cząsteczek. Gdy gazy ulegają jonizacji, pojawiają się nośniki prądu elektrycznego (ładunki dodatnie). Prąd elektryczny w gazach nazywany jest wyładowaniem gazowym. Aby przeprowadzić wyładowanie gazowe, w rurce z gazem zjonizowanym musi być obecne pole elektryczne lub magnetyczne.

Slajd 32

Jonizacja gazu to rozpad neutralnego atomu na jon dodatni i elektron pod działaniem jonizatora (wpływy zewnętrzne - silne ogrzewanie, promieniowanie ultrafioletowe i rentgenowskie, promieniowanie radioaktywne, gdy atomy (cząsteczki) gazów są bombardowane szybkimi elektronami lub jony). Elektron jonowy atom neutralny

Slajd 33

Miarą procesu jonizacji jest intensywność jonizacji, mierzona liczbą par przeciwnie naładowanych cząstek, które powstają w jednostce objętości gazu w jednostce czasu. Jonizacja uderzeniowa to oddzielenie jednego lub więcej elektronów od atomu (cząsteczki), spowodowane zderzeniem elektronów lub jonów z atomami lub cząsteczkami gazu, przyspieszonym przez pole elektryczne podczas wyładowania.

Slajd 34

Rekombinacja to połączenie elektronu z jonem w neutralny atom. Jeśli jonizator przestanie działać, gaz ponownie stanie się dialektyczny. jon elektronowy

Zjeżdżalnia 35

1. Niesamopodtrzymujące się wyładowanie gazowe to wyładowanie, które istnieje tylko pod wpływem zewnętrznych jonizatorów. Charakterystyka prądowo-napięciowa wyładowania gazowego: wraz ze wzrostem U wzrasta liczba naładowanych cząstek docierających do elektrody i prąd wzrasta do I = Ik, przy którym wszystkie naładowane cząstki docierają do elektrod. W tym przypadku U = Uk prąd nasycenia Gdzie e - ładunek elementarny; N0 to maksymalna liczba par jednowartościowych jonów powstających w objętości gazu przez 1 s.

Slajd 36

2. Samopodtrzymujące się wyładowanie gazowe - wyładowanie w gazie, który pozostaje po zakończeniu działania jonizatora zewnętrznego. Wspierane i rozwijane przez jonizację uderzeniową. Niesamodzielne wyładowanie gazowe zamienia się w niezależne przy Uz - napięciu zapłonu. Proces takiego przejścia nazywa się przebiciem elektrycznym gazu. Wyróżnić:

Slajd 37

Wyładowanie koronowe - występuje pod wysokim ciśnieniem i w silnie niejednorodnym polu o dużej krzywiźnie powierzchni, służy do dezynfekcji nasion rolniczych. Wyładowanie jarzeniowe - występuje przy niskich ciśnieniach, stosowane jest w lampach gazowych, laserach gazowych. Wyładowanie iskrowe - przy P = Ratm i przy wysokich polach elektrycznych - piorun (prądy do kilku tysięcy amperów, długość - kilka kilometrów). Wyładowanie łukowe - występuje pomiędzy blisko siebie rozstawionymi elektrodami, (T=3000 °C - pod ciśnieniem atmosferycznym. Stosowane jest jako źródło światła w projektorach o dużej mocy, w sprzęcie projekcyjnym.

Slajd 38

Plazma to specjalny skupiony stan skupienia materii, charakteryzujący się wysokim stopniem jonizacji jego cząstek. Plazma dzieli się na: - słabo zjonizowane ( - ułamki procenta - górna atmosfera, jonosfera); - częściowo zjonizowany (kilka%); - w pełni zjonizowane (słońce, gorące gwiazdy, niektóre obłoki międzygwiazdowe). Sztucznie wytworzona plazma znajduje zastosowanie w lampach wyładowczych, plazmowych źródłach energii elektrycznej, generatorach magnetodynamicznych.

Slajd 39

Zjawiska emisji: 1. Emisja fotoelektronów - ekstrakcja elektronów z powierzchni metali w próżni pod wpływem światła. 2. Emisja termionowa - emisja elektronów przez ciała stałe lub płynne podczas ich podgrzewania. 3. Wtórna emisja elektronów - przeciwprądowy przepływ elektronów z powierzchni bombardowanej elektronami w próżni. Urządzenia oparte na zjawisku emisji termoelektrycznej nazywane są lampami próżniowymi.

Zjeżdżalnia 40

W ciałach stałych elektron oddziałuje nie tylko ze swoim atomem, ale także z innymi atomami sieci krystalicznej, poziomy energetyczne atomów są rozszczepione tworząc pasmo energetyczne. Energia tych elektronów może znajdować się w zacienionych obszarach zwanych dozwolonymi pasmami energii. Poziomy dyskretne oddzielone są obszarami o zabronionych wartościach energii – strefach zabronionych (ich szerokość jest proporcjonalna do szerokości stref zabronionych). Różnice we właściwościach elektrycznych różnych rodzajów ciał stałych tłumaczy się: 1) szerokością zakazanych stref energetycznych; 2) różne wypełnianie elektronami dozwolonych pasm energii

Slajd 41

Wiele płynów bardzo słabo przewodzi prąd (woda destylowana, gliceryna, nafta itp.). Wodne roztwory soli, kwasów i zasad dobrze przewodzą prąd elektryczny. Elektroliza - przepływ prądu przez ciecz, powodujący uwolnienie substancji na elektrodach tworzących elektrolit. Elektrolity to substancje o przewodności jonowej. Przewodnictwo jonowe to uporządkowany ruch jonów pod wpływem pola elektrycznego. Jony to atomy lub cząsteczki, które utraciły lub dodały do siebie jeden lub więcej elektronów. Jony dodatnie to kationy, jony ujemne to aniony.

Slajd 42

Elektrody wytwarzają w cieczy pole elektryczne („+” - anoda, „-” - katoda). Jony dodatnie (kationy) przemieszczają się w kierunku katody, jony ujemne w kierunku anody. Pojawienie się jonów w elektrolitach tłumaczy się dysocjacją elektryczną - rozpadem cząsteczek substancji rozpuszczalnej na jony dodatnie i ujemne w wyniku oddziaływania z rozpuszczalnikiem (Na + Cl-; H + Cl-; K + I-…) . Stopień dysocjacji α to liczba cząsteczek n0, zdysocjowanych na jony, do całkowitej liczby cząsteczek n0. Podczas termicznego ruchu jonów zachodzi również odwrotny proces łączenia jonów, zwany rekombinacją.

Slajd 43

Prawa M. Faradaya (1834). 1. Masa substancji uwolnionej na elektrodzie jest wprost proporcjonalna do ładunku elektrycznego q przepuszczonego przez elektrolit lub gdzie k jest elektrochemicznym odpowiednikiem substancji; jest równa masie substancji uwolnionej, gdy jednostka energii elektrycznej przechodzi przez elektrolit. Gdzie I jest prądem stałym przepływającym przez elektrolit.

Slajd 46

DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ

Zobacz wszystkie slajdy

CO TO JEST PRĄD ELEKTRYCZNY W METALI?

Prąd elektryczny w metalach - jest to uporządkowany ruch elektronów pod wpływem pola elektrycznego. Eksperymenty pokazują, że gdy prąd przepływa przez metalowy przewodnik, żadna materia nie jest przenoszona, dlatego jony metali nie biorą udziału w przenoszeniu ładunku elektrycznego.

CHARAKTER PRĄDU ELEKTRYCZNEGO W METALI

Prąd elektryczny w przewodach metalowych nie powoduje żadnych zmian w tych przewodach, poza ich nagrzewaniem.

Stężenie elektronów przewodzących w metalu jest bardzo wysokie: w porządku wielkości jest równa liczbie atomów na jednostkę objętości metalu. Elektrony w metalach są w ciągłym ruchu. Ich chaotyczny ruch przypomina ruch cząsteczek gazu doskonałego. Dało to powody, by sądzić, że elektrony w metalach tworzą rodzaj gazu elektronowego. Ale prędkość losowego ruchu elektronów w metalu jest znacznie wyższa niż prędkość cząsteczek w gazie.

DOŚWIADCZENIE ERIKKE

Niemiecki fizyk Karl Ricke przeprowadził eksperyment, w którym prąd elektryczny przepuszczany był przez rok przez trzy dociśnięte do siebie, wypolerowane cylindry - miedź, aluminium i ponownie miedź. Po zakończeniu stwierdzono, że istnieją jedynie niewielkie ślady wzajemnej penetracji metali, które nie przekraczają wyników zwykłej dyfuzji atomów w ciałach stałych. Pomiary przeprowadzone z dużą dokładnością wykazały, że masa każdego z cylindrów pozostała niezmieniona. Ponieważ masy atomów miedzi i aluminium znacznie się od siebie różnią, masa cylindrów musiałaby się zauważalnie zmienić, gdyby nośnikami ładunku były jony. Dlatego nośniki ładunków swobodnych w metalach to nie jony. Ogromny ładunek, który przeszedł przez cylindry, był najwyraźniej transportowany przez takie cząstki, które są takie same w miedzi i aluminium. Naturalne jest założenie, że to swobodne elektrony przenoszą prąd w metalach.

Karol Wiktor Edward Ricke

DOŚWIADCZENIE MANDELSHTAM I N.D. PAPALEXI

Rosyjscy naukowcy L.I. Mandelstam i N.D. Papaleksi w 1913 r. przeprowadzili oryginalny eksperyment. Cewka z drutem zaczęła się skręcać w różnych kierunkach. Obrócą go zgodnie z ruchem wskazówek zegara, a następnie nagle zatrzymają się i - z powrotem. Rozumowali mniej więcej tak: jeśli elektrony naprawdę mają masę, to gdy cewka nagle się zatrzymuje, elektrony muszą przez jakiś czas poruszać się bezwładnie. I tak się stało. Podłączyliśmy telefon do końcówek przewodu i usłyszeliśmy dźwięk, co oznaczało, że płynął przez niego prąd.

Mandelstam Leonid Isaakovich

Nikołaj Dmitriewicz Papaleksi (1880-1947)

DOŚWIADCZENIE T. STUARTA I R. THOLMEN

Doświadczenie Mandelstama i Papaleksiego z 1916 r. powtórzyli amerykańscy naukowcy Tolman i Stewart.

Cewka z dużą liczbą zwojów cienkiego drutu została wprawiona w szybki obrót wokół własnej osi. Końce cewki zostały połączone elastycznymi przewodami z czułym galwanometrem balistycznym. Nieskręcona cewka została gwałtownie spowolniona, w obwodzie pojawił się prąd krótkotrwały z powodu bezwładności nośników ładunku. Całkowity ładunek przepływający przez obwód był mierzony przez odrzucenie igły galwanometru.

Lokaj Stuart Thomas

Richard Chase Tolman

KLASYCZNA TEORIA ELEKTRONIKI

Założenie, że elektrony są odpowiedzialne za prąd elektryczny w metalach, istniało jeszcze przed eksperymentem Stuarta i Tolmana. W 1900 r. niemiecki naukowiec P. Drude, w oparciu o hipotezę o istnieniu wolnych elektronów w metalach, stworzył własną elektroniczną teorię przewodnictwa metali, nazwaną imieniem klasyczna teoria elektroniczna ... Zgodnie z tą teorią elektrony w metalach zachowują się jak gaz elektronowy, podobnie jak gaz doskonały. Wypełnia przestrzeń między jonami tworzącymi sieć krystaliczną metalu

Rysunek przedstawia trajektorię jednego z wolnych elektronów w sieci krystalicznej metalu

PODSTAWOWE POSTANOWIENIA TEORII:

Obecność dużej liczby elektronów w metalach przyczynia się do ich dobrej przewodności.
Pod działaniem zewnętrznego pola elektrycznego, uporządkowany ruch nakłada się na losowy ruch elektronów, tj. jest prąd.
Siła prądu elektrycznego przepływającego przez metalowy przewodnik jest równa:
Ponieważ wewnętrzna struktura różnych substancji jest inna, odporność również będzie inna.
Wraz ze wzrostem chaotycznego ruchu cząstek materii ciało nagrzewa się, tj. wytwarzanie ciepła. Tutaj przestrzegane jest prawo Joule'a-Lenza:

l = e * n * S * Ū d

NADPRZEWODNOŚĆ METALI I STOPÓW

Niektóre metale i stopy mają nadprzewodnictwo, właściwość polegającą na ściśle zerowej oporności elektrycznej, gdy osiągną temperaturę poniżej pewnej wartości (temperatura krytyczna).

Zjawisko nadprzewodnictwa odkrył holenderski fizyk H. Kamerling-Oness w 1911 r. w rtęci (T cr = 4,2 o K).

ZASTOSOWANIE ELEKTRYCZNE:

uzyskanie silnych pól magnetycznych
przesył energii elektrycznej od źródła do odbiorcy
mocne elektromagnesy z uzwojeniami nadprzewodnikowymi w generatorach, silnikach elektrycznych i akceleratorach, w urządzeniach grzewczych

Obecnie w energetyce istnieje duży problem związany z dużymi stratami w przesyle energii elektrycznej przewodami.

Możliwe rozwiązanie problemu:

Budowa dodatkowych linii przesyłowych - wymiana przewodów o dużych przekrojach - podwyższenie napięcia - rozdzielenie faz

Aby skorzystać z podglądu prezentacji, załóż sobie konto Google (konto) i zaloguj się do niego: https://accounts.google.com

Podpisy slajdów:

Stały prąd elektryczny

Uporządkowany (kierowany) ruch naładowanych cząstek nazywany jest prądem elektrycznym.

Prąd elektryczny to uporządkowany ruch naładowanych cząstek. Do istnienia prądu elektrycznego konieczne są następujące warunki: Obecność wolnych ładunków elektrycznych w przewodniku; Obecność zewnętrznego pola elektrycznego dla przewodnika.

Natężenie prądu jest równe stosunkowi ładunku elektrycznego q, przechodzącego przez przekrój przewodnika, do czasów jego przejścia t. I = I - prąd (A) q- ładunek elektryczny (C) t- czas (s) g t

Aktualna jednostka -7

Ampere André Marie urodził się 22 stycznia 1775 r. w Polemieux pod Lyonem w rodzinie arystokratycznej. Odebrał edukację domową.. Zajmował się badaniem związku między elektrycznością a magnetyzmem (ten zakres zjawisk Ampere nazywał elektrodynamiką). Następnie rozwinął teorię magnetyzmu. Ampere zmarł w Marsylii 10 czerwca 1836 r.

Amperomierz Amperomierz to urządzenie do pomiaru natężenia prądu. Amperomierz jest włączony w obwód szeregowo z urządzeniem, w którym mierzony jest prąd.

ZASTOSOWANIE PRĄDU ELEKTRYCZNEGO

Biologiczne działanie prądu

Efekt termiczny prądu

Chemiczne działanie prądu elektrycznego Odkryto po raz pierwszy w 1800 roku.

Chemiczne działanie prądu

Magnetyczne działanie prądu

Porównaj eksperymenty przeprowadzone na rysunkach. Co mają wspólnego eksperymenty i czym się różnią? Źródło prądu to urządzenie, w którym pewna forma energii jest zamieniana na energię elektryczną. Urządzenia separujące ładunek, tj. tworzenie pola elektrycznego nazywane są źródłami prądu.

Pierwsza bateria elektryczna pojawiła się w 1799 roku. Został wynaleziony przez włoskiego fizyka Alessandro Voltę (1745 - 1827) - włoskiego fizyka, chemika i fizjologa, wynalazcę źródła prądu stałego. Jego pierwsze źródło prądu, „biegun woltowy”, zostało zbudowane zgodnie z jego teorią „metalicznej” elektryczności. Volta na przemian ułożyła kilkadziesiąt małych cynkowych i srebrnych kółeczek jeden na drugim, umieszczając między nimi papier zanurzony w osolonej wodzie.

Mechaniczne źródło zasilania — energia mechaniczna jest przekształcana w energię elektryczną. Do końca XVIII wieku wszystkie techniczne źródła zasilania opierały się na elektryfikacji tarciowej. Najskuteczniejszym z tych źródeł jest maszyna elektroforetyczna (tarcze maszyny obracają się w przeciwnych kierunkach. W wyniku tarcia szczotek o tarcze na przewodach maszyny gromadzą się ładunki przeciwnego znaku).

Źródło prądu cieplnego - energia wewnętrzna jest zamieniana na energię elektryczną Termopara Termopara (termopara) - dwa przewody z różnych metali muszą być lutowane od jednej krawędzi, następnie złącze jest podgrzewane, następnie powstaje w nich prąd. Ładunki są rozdzielane, gdy złącze jest podgrzewane. Termopary są stosowane w czujnikach termicznych oraz w elektrowniach geotermalnych jako czujnik temperatury. Termoelement

Energia światła jest przekształcana w energię elektryczną za pomocą paneli słonecznych. Bateria słoneczna Fotokomórka. Gdy niektóre substancje są oświetlone światłem, pojawia się w nich prąd, energia świetlna jest zamieniana na energię elektryczną. W tym urządzeniu ładunki są oddzielone działaniem światła. Ogniwa słoneczne składają się z fotokomórek. Wykorzystywane są w bateriach słonecznych, czujnikach światła, kalkulatorach, kamerach wideo. Fotokomórka

Generator elektromechaniczny. Ładunki są oddzielone pracą mechaniczną. Służy do produkcji elektryczności przemysłowej. Generator elektromechaniczny Generator (od łac. Generator – producent) – urządzenie, aparatura lub maszyna, która wytwarza dowolny produkt.

Ryż. Rys. 1 Rys. 2 3 Jakie źródła zasilania widzisz na rysunkach?

Urządzenie ogniwa galwanicznego Ogniwo galwaniczne to chemiczne źródło prądu, w którym energia elektryczna powstaje w wyniku bezpośredniej przemiany energii chemicznej w reakcji redoks.

Bateria może składać się z kilku ogniw galwanicznych.

Akumulator (od łac. akumulator - kolektor) to urządzenie do magazynowania energii w celu jej późniejszego wykorzystania.

Źródło zasilania Sposób separacji ładunku Zastosowanie Fotokomórka Działanie światła Baterie słoneczne Termopara Ogrzewanie złącza Pomiar temperatury Generator elektromechaniczny Wykonywanie prac mechanicznych Produkcja elektryki przemysłowej. energia. Ogniwo galwaniczne Reakcja chemiczna Latarki, radia Akumulator Reakcja chemiczna Samochody Klasyfikacja źródła zasilania

Co nazywa się porażeniem prądem? (Prąd elektryczny to uporządkowany ruch naładowanych cząstek.) 2. Co może sprawić, że naładowane cząstki poruszają się w uporządkowany sposób? (Pole elektryczne.) 3. Jak można stworzyć pole elektryczne? (Za pomocą elektryfikacji.) 4. Czy iskrę wytworzoną w elektroforerze można nazwać prądem elektrycznym? (Tak, skoro istnieje krótkotrwały uporządkowany ruch naładowanych cząstek?) Konsolidacja materiału. Pytania:

5. Jakie są dodatnie i ujemne bieguny źródła prądu? 6. Jakie znasz źródła prądu? 7. Czy płynie prąd elektryczny, gdy naładowana metalowa kulka jest uziemiona? 8. Czy naładowane cząstki poruszają się w przewodniku, gdy przepływa przez niego prąd? 9. Jeśli weźmiesz ziemniaka lub jabłko i wbijesz w nie miedziane i cynkowe płytki. Następnie podłącz żarówkę 1,5 V do tych płytek. Co możesz zrobić? Zabezpieczenie materiału. Pytania:

Rozwiązujemy w klasie Page 27 Zadanie 5.2

Do doświadczenia będziesz potrzebować: Solidny ręcznik papierowy; folia spożywcza; nożyce; monety miedziane; Sól; woda; dwa izolowane przewody miedziane; mała żarówka (1,5 V). Co robisz: Rozpuść trochę soli w wodzie; Ostrożnie pokrój papierowy ręcznik i folię na kwadraty nieco większe niż monety; Namocz papierowe kwadraty w słonej wodzie; Kilka razy ułóż stos jeden na drugim: miedzianą monetę, kawałek folii, kolejną monetę i tak dalej. Na górze stosu powinien znajdować się papier, a na dole moneta. Wsuń zabezpieczony koniec jednego przewodu pod stos i przymocuj drugi koniec do żarówki. Umieść jeden koniec drugiego drutu na górze stosu, a drugi przymocuj do żarówki. Co się stało? Projekt domu. Zrób baterię.

Wykorzystane zasoby i literatura: Kabardin OF Fizyka klasa 8 M.: Edukacja, 2014. Tomilin A.N. Opowieści o elektryczności. 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 Praca domowa: § 5,6,7 strony 27, problem nr 5.1; Projekt domu. Zrób baterię (instrukcje są przekazywane każdemu uczniowi).

Prąd elektryczny Prąd elektryczny to uporządkowany (ukierunkowany) ruch ładunków elektrycznych. Prąd przewodzenia (prąd w przewodnikach) to ruch mikroładunków w makroobiekcie. Prąd konwekcyjny to ruch makroskopowych naładowanych ciał w przestrzeni. Prąd w próżni to ruch mikroładunków w próżni.

Prąd elektryczny W przewodniku, pod działaniem przyłożonego pola elektrycznego, swobodne ładunki elektryczne poruszają się: dodatnio - wzdłuż pola, ujemny - przeciw polu. Nośniki ładunków wykonują ruch złożony: 1) chaotyczny ze średnią prędkością v ~ (10 3 ÷ 10 4 m/s), 2) skierowany ze średnią prędkością v ~ E (ułamki mm/s).

Zatem średnia prędkość ukierunkowanego ruchu elektronów jest znacznie mniejsza niż średnia prędkość ich chaotycznego ruchu. Nieznaczną średnią prędkość ruchu ukierunkowanego tłumaczy się ich częstymi zderzeniami z jonami sieci krystalicznej. Jednocześnie każda zmiana pola elektrycznego jest przesyłana przewodami z prędkością równą prędkości propagacji fali elektromagnetycznej - (3 · 10 8 m/s). Dlatego ruch elektronów pod działaniem pola zewnętrznego zachodzi na całej długości drutu prawie jednocześnie z zasilaniem sygnału.

Kiedy ładunki się poruszają, ich rozkład równowagi zostaje naruszony. W konsekwencji powierzchnia przewodnika nie jest już ekwipotencjalna, a wektor pola elektrycznego E nie jest skierowany prostopadle do powierzchni, ponieważ dla ruchu ładunków konieczne jest, aby na powierzchni E τ 0. Z tego powodu istnieje pole elektryczne wewnątrz przewodnika, które jest zerowe tylko w przypadku równowagowego rozkładu ładunków na powierzchni przewodnika.

Warunki pojawienia się i istnienia prądu przewodzenia: 1. Obecność nośników wolnych ładunków w medium tj. naładowane cząstki zdolne do poruszania się. W metalu są to elektrony przewodzące; w elektrolitach - jony dodatnie i ujemne; w gazach - jony dodatnie, ujemne i elektrony.

Warunki powstania i istnienia prądu przewodzącego: 2. Obecność w ośrodku pola elektrycznego, którego energia byłaby wydatkowana na ruch ładunków elektrycznych. Aby prąd był długotrwały, energia pola elektrycznego musi być cały czas uzupełniana, tj. potrzebne jest źródło energii elektrycznej - urządzenie, w którym część energii jest zamieniana na energię pola elektrycznego.

- natężenie prądu jest liczbowo równe ładunkowi przechodzącemu przez przekrój przewodu w jednostce czasu. W SI:. Ruch nośników ładunku tego samego znaku jest równoznaczny z ruchem nośników przeciwnego znaku w przeciwnym kierunku. Jeżeli prąd jest generowany przez dwa rodzaje nośników:

Siły zewnętrzne. Siła elektromotoryczna. Napięcie Jeżeli w obwodzie na nośniki prądu działa tylko siła pola elektrostatycznego, to nośniki poruszają się, co prowadzi do wyrównania potencjałów we wszystkich punktach obwodu i zaniku pola elektrycznego. Dlatego do istnienia prądu stałego musi być obecne w obwodzie urządzenie, które wytwarza i utrzymuje różnicę potencjałów φ na skutek działania sił pochodzenia nieelektrycznego. Takie urządzenia nazywane są źródłami prądu (generatory - energia mechaniczna jest przekształcana; baterie - energia reakcji chemicznej między elektrodami a elektrolitem).

Siły zewnętrzne. Siła elektromotoryczna. Siły stron trzecich pochodzenia nieelektrycznego działające na ładunki ze strony źródeł prądu. Ze względu na pole sił zewnętrznych ładunki elektryczne przemieszczają się wewnątrz źródła prądu wbrew siłom pola elektrostatycznego. W konsekwencji na końcach obwodu zewnętrznego utrzymywana jest różnica potencjałów iw obwodzie płynie prąd stały.

Siły zewnętrzne. Siła elektromotoryczna. Siły zewnętrzne wykonują pracę przemieszczania ładunków elektrycznych. Siła elektromotoryczna (emf - E) to wielkość fizyczna określona przez pracę wykonaną przez siły zewnętrzne podczas ruchu pojedynczego ładunku dodatniego

Prawo Ohma dla jednorodnej sekcji obwodu Sekcja obwodu, która nie zawiera źródła emf, nazywana jest sekcją jednorodną. Prawo Ohma w postaci całkowej: prąd jest wprost proporcjonalny do spadku napięcia w jednorodnym odcinku obwodu i jest odwrotnie proporcjonalny do rezystancji tego odcinka.

Prawo Ohma nie jest uniwersalnym związkiem między prądem a napięciem. a) Prąd w gazach i półprzewodnikach jest zgodny z prawem Ohma tylko przy małym U. b) Prąd w próżni nie jest zgodny z prawem Ohma. Prawo Bogusławskiego-Langmuira (prawo 3/2): I ~ U 3/2. c) w wyładowaniu łukowym – przy wzroście prądu napięcie spada. Nieposłuszeństwo prawu Ohma wynika z zależności oporu od prądu.

Prawo Ohma W SI rezystancję R mierzy się w omach. Wartość R zależy od kształtu i wielkości przewodnika, a także od właściwości materiału, z którego jest wykonany. Dla przewodnika cylindrycznego: gdzie ρ jest opornością elektryczną [Ohm·m], dla metali jej wartość jest rzędu 10–8 Ohm·m.

Rezystancja przewodnika zależy od jego temperatury: α jest współczynnikiem temperaturowym oporności, dla czystych metali (w niezbyt niskich temperaturach α 1/273 K -1, ρ 0, R 0 są odpowiednio oporem właściwym i oporem przewodnik w t = 0 o C. Taką zależność ρ (t) tłumaczy się tym, że wraz ze wzrostem temperatury wzrasta intensywność chaotycznego ruchu dodatnich jonów sieci krystalicznej, skierowany ruch elektronów zostaje spowolniony.

Prawo Ohma dla niejednorodnego odcinka łańcucha Niejednorodny - odcinek łańcucha zawierający źródło emf Obwód zamknięty zawiera źródło emf, które w kierunku 1-2 sprzyja ruchowi ładunków dodatnich. E jest natężeniem pola sił Coulomba, artykuł E jest natężeniem pola sił zewnętrznych.

Prawo Ohma dla niejednorodnego odcinka obwodu Praca wykonana przez Coulomba i siły zewnętrzne w celu przemieszczenia pojedynczego ładunku dodatniego q 0+ jest spadkiem napięcia (napięciem). Ponieważ punkty 1, 2 zostały wybrane arbitralnie, otrzymane zależności obowiązują dla dowolnych dwóch punktów obwodu elektrycznego:

Praca i moc prądu elektrycznego Prawo Joule'a-Lenza Kiedy swobodne elektrony zderzają się z jonami sieci krystalicznej, przekazują jonom nadmiar energii kinetycznej, którą pozyskują podczas ich przyspieszonego ruchu w polu elektrycznym. W wyniku tych zderzeń wzrasta amplituda oscylacji jonów w pobliżu węzłów sieci krystalicznej (ruch termiczny jonów staje się bardziej intensywny). W konsekwencji przewodnik nagrzewa się: temperatura jest miarą intensywności chaotycznego ruchu atomów i cząsteczek. Uwolnione ciepło Q jest równe pracy prądu A.

Prawa Kirchhoffa Używane do obliczania rozgałęzionych obwodów prądu stałego. Nierozgałęziony obwód elektryczny to obwód, w którym wszystkie elementy obwodu są połączone szeregowo. Element obwodu elektrycznego - dowolne urządzenie zawarte w obwodzie elektrycznym. Węzeł elektryczny to punkt w rozgałęzionym obwodzie, w którym zbiegają się więcej niż dwa przewodniki. Gałąź rozgałęzionego obwodu elektrycznego to odcinek obwodu między dwoma węzłami.

Drugie prawo Kirchhoffa (uogólnione prawo Ohma): w dowolnej zamkniętej pętli, arbitralnie wybranej w rozgałęzionym obwodzie elektrycznym, suma algebraiczna iloczynów natężenia prądu Ja i rezystancja odpowiednich odcinków R i tej pętli jest równa suma algebraiczna emf. w konturze.

Drugie prawo Kirchhoffa Prąd jest uważany za dodatni, jeśli jego kierunek pokrywa się z konwencjonalnie wybranym kierunkiem przechodzenia pętli. E.m.s. jest uważany za dodatni, jeśli kierunek obejścia pochodzi od - do + źródła prądu, tj. emf tworzy prąd zgodny z kierunkiem obwodnicy.

Procedura obliczania obwodu rozgałęzionego: 1. Dowolnie wybierz i wskaż na rysunku kierunek prądu we wszystkich odcinkach obwodu. 2. Policz liczbę węzłów w łańcuchu (m). Napisz pierwsze prawo Kirchhoffa dla każdego z węzłów (m-1). 3. Wybierz dowolnie zamknięte kontury w obwodzie, arbitralnie wybierz kierunek przechodzenia konturów. 4. Zapisz drugie prawo Kirchhoffa dla konturów. Jeśli łańcuch składa się z gałęzi p i węzłów m, to liczba niezależnych równań drugiego prawa Kirchhoffa wynosi (p-m + 1).