Stalni električni tok Pojem električnega toka. Predstavitev fizike "Električni tok v različnih okoljih" Svetlobna predstavitev na temo električnega toka

Diapozitiv 1

Načrt predavanja 1. Pojem prevodnega toka. Vektor toka in jakost toka. 2. Diferencialna oblika Ohmovega zakona. 3. Serijska in vzporedna povezava vodnikov. 4. Razlog za pojav električnega polja v prevodniku, fizični pomen pojma zunanjih sil. 5. Izpeljava Ohmovega zakona za celotno verigo. 6. Prvo in drugo pravilo Kirchhoffa. 7. Kontaktna potencialna razlika. Termoelektrični pojavi. 8. Električni tok v različnih okoljih. 9. Tok v tekočinah. Elektroliza. Faradayjevi zakoni.

Diapozitiv 2


Električni tok je urejeno gibanje električnih nabojev. Nosilci toka so lahko elektroni, ioni, nabiti delci. Če se v prevodniku ustvari električno polje, se bodo v njem začeli premikati prosti električni naboji - nastane tok, imenovan prevodni tok. Če se nabito telo giblje v prostoru, se tok imenuje konvekcija. 1. Koncept prevodnega toka. Vektor toka in jakost toka

Diapozitiv 3


Za smer toka je običajno vzeti smer gibanja pozitivnih nabojev. Za nastanek in obstoj toka je potrebno: 1. prisotnost prostih nabitih delcev; 2. prisotnost električnega polja v prevodniku. Glavna značilnost toka je jakost toka, ki je enaka količini naboja, ki je prešel skozi prerez prevodnika v 1 sekundi. kjer je q znesek bremena; t je čas prehoda naboja; Tok je skalarna vrednost.

Diapozitiv 4


Električni tok po površini prevodnika je lahko neenakomerno porazdeljen, zato se v nekaterih primerih uporablja koncept gostote toka j. Povprečna gostota toka je enaka razmerju med jakostjo toka in površino prečnega prereza prevodnika. kjer je j sprememba toka; S - sprememba območja.

Diapozitiv 5


Gostota toka

Diapozitiv 6


Leta 1826 je nemški fizik Ohm eksperimentalno ugotovil, da je jakost toka J v prevodniku neposredno sorazmerna napetosti U med njegovimi konci. Kjer je k koeficient sorazmernosti, imenovan električna prevodnost ali prevodnost; [k] = [cm] (siemens). Količina se imenuje električni upor prevodnika. Ohmov zakon za odsek električnega tokokroga, ki ne vsebuje tokovnega vira 2. Diferencialna oblika Ohmovega zakona

Diapozitiv 7


Iz te formule izrazimo R Električni upor je odvisen od oblike, velikosti in snovi prevodnika. Upor prevodnika je neposredno sorazmeren z njegovo dolžino l in obratno sorazmeren s površino prečnega prereza S Kjer - označuje material, iz katerega je vodnik izdelan in se imenuje upornost prevodnika.

Diapozitiv 8


Izrazimo : Upor prevodnika je odvisen od temperature. Z zvišanjem temperature se upor poveča, kjer je R0 upor prevodnika pri 0С; t - temperatura;  - temperaturni koeficient upora (za kovino  0,04 stopinj-1). Formula velja tudi za specifični upor, kjer je 0 specifična upornost prevodnika pri 0С.

Diapozitiv 9


Pri nizkih temperaturah (

Diapozitiv 10


Preuredimo člene izraza Kjer je I / S = j– gostota toka; 1 /  =  je specifična prevodnost prevodne snovi; U / l = E je jakost električnega polja v prevodniku. Ohmov zakon v diferencialni obliki.

Diapozitiv 11


Ohmov zakon za homogen odsek verige. Diferencialna oblika Ohmovega zakona.

Diapozitiv 12

3. Zaporedna in vzporedna povezava vodnikov

Zaporedna povezava vodnikov I = const (po zakonu o ohranitvi naboja); U = U1 + U2 Rtot = R1 + R2 + R3 Rtot = Ri R = N * R1 (za N enakih prevodnikov) R1 R2 R3

Diapozitiv 13


Vzporedna povezava vodnikov U = const I = I1 + I2 + I3 U1 = U2 = U R1 R2 R3 Za N enakih vodnikov

Diapozitiv 14


4. Razlog za pojav električnega toka v prevodniku. Fizični pomen pojma zunanjih sil Za vzdrževanje konstantnega toka v tokokrogu je potrebno ločiti pozitivne in negativne naboje v viru toka; za to morajo sile neelektričnega izvora, imenovane zunanje sile, delovati na proste sile. dajatve. Zaradi polja, ki ga ustvarjajo zunanje sile, se električni naboji premikajo znotraj vira toka proti silam elektrostatičnega polja.

Diapozitiv 15


Zaradi tega se na koncih zunanjega vezja vzdržuje potencialna razlika in v tokokrogu teče stalen električni tok. Zunanje sile povzročajo ločitev različnih nabojev in ohranjajo potencialno razliko na koncih prevodnika. Dodatno električno polje zunanjih sil v prevodniku ustvarjajo tokovni viri (galvanske celice, baterije, električni generatorji).

Diapozitiv 16


EMF tokovnega vira Fizikalna količina, ki je enaka delu zunanjih sil za premikanje enega pozitivnega naboja med poloma vira, se imenuje elektromotorna sila tokovnega vira (EMF).

Diapozitiv 17


Ohmov zakon za nehomogen odsek verige

Diapozitiv 18

5. Izpeljava Ohmovega zakona za zaprto električno vezje

Naj zaprto električno vezje sestavlja tokovni vir z , z notranjim uporom r in zunanjim delom z uporom R. R je zunanji upor; r - notranji upor. kjer je napetost na zunanjem uporu; А - delo za premikanje naboja q znotraj tokovnega vira, to je delo na notranjem uporu.

Diapozitiv 19


Potem, ker, potem bomo prepisali izraz za : Ker sta po Ohmovem zakonu za zaprto električno vezje ( = IR) IR in Ir padec napetosti v zunanjem in notranjem delu vezja,

Diapozitiv 20


To je Ohmov zakon za zaprto električno vezje V zaprtem električnem tokokrogu je elektromotorna sila tokovnega vira enaka vsoti padcev napetosti v vseh odsekih vezja.

Diapozitiv 21


6. Prvo in drugo Kirchhoffovo pravilo Prvo Kirchhoffovo pravilo je pogoj za konstantnost toka v vezju. Algebraična vsota tokov na točki razvejanja je nič, kjer je n število prevodnikov; Ii - tokovi v vodnikih. Tokovi, ki gredo v vozlišče, se štejejo za pozitivne, vozlišče pa negativno. Za vozlišče A bo prvo Kirchhoffovo pravilo zapisano:

Diapozitiv 22


Prvo Kirchhoffovo pravilo Vozlišče električnega vezja je točka, v kateri se konvergirajo vsaj trije vodniki. Vsota tokov, ki se konvergirajo v vozlišču, je enaka nič - prvo Kirchhoffovo pravilo. Prvo Kirchhoffovo pravilo je posledica zakona o ohranitvi naboja – električni naboj se ne more kopičiti v vozlišču.

Diapozitiv 23


Drugo Kirchhoffovo pravilo Drugo Kirchhoffovo pravilo je posledica zakona o ohranjanju energije. V kateri koli zaprti zanki razvejenega električnega tokokroga je algebrska vsota Ii na uporih Ri ustreznih odsekov te zanke enaka vsoti EMF, ki je v njej i

Diapozitiv 24


Kirchhoffovo drugo pravilo

Diapozitiv 25


Če želite sestaviti enačbo, morate izbrati smer hoje (v smeri urinega kazalca ali v nasprotni smeri urinega kazalca). Vsi tokovi, ki sovpadajo v smeri z obvodom zanke, se štejejo za pozitivne. EMF tokovnih virov se šteje za pozitivno, če ustvarjajo tok, usmerjen proti obvodu vezja. Tako na primer Kirchhoffovo pravilo za I, II, III stopnjo I I1r1 + I1R1 + I2r2 + I2R2 = - 1 –2 II – I2r2 - I2R2 + I3r3 + I3R3 = 2 + 3 IIII1r1 + I1R1 + I1R1 I3R3 = - 1 + 3 Tokokrogi so izračunani na podlagi teh enačb.

Diapozitiv 26


7. Kontaktna potencialna razlika. Termoelektrični pojavi Elektroni z najvišjo kinetično energijo lahko letijo iz kovine v okoliški prostor. Kot posledica emisije elektronov nastane "elektronski oblak". Obstaja dinamično ravnovesje med elektronskim plinom v kovini in "elektronskim oblakom". Delovna funkcija elektrona je delo, ki ga je treba opraviti, da odstranimo elektron iz kovine v brezzračni prostor. Površina kovine je dvojna električna plast, podobna zelo tankemu kondenzatorju.

Diapozitiv 27


Potencialna razlika med ploščami kondenzatorja je odvisna od delovne funkcije elektrona. Kje je naboj elektrona;  - kontaktna potencialna razlika med kovino in okoljem; A - delovna funkcija (elektron-volt - E-B). Delovna funkcija je odvisna od kemične narave kovine in stanja njene površine (onesnaženost, vlaga).

Diapozitiv 28


Voltini zakoni: 1. Ko sta dva prevodnika iz različnih kovin povezana, med njima nastane kontaktna potencialna razlika, ki je odvisna le od kemične sestave in temperature. 2. Potencialna razlika med konci vezja, sestavljenega iz zaporedno povezanih kovinskih prevodnikov pri isti temperaturi, ni odvisna od kemične sestave vmesnih prevodnikov. Enaka je kontaktni potencialni razliki, ki izhaja iz neposredne povezave skrajnih vodnikov.

Diapozitiv 29


Razmislite o zaprtem tokokrogu, sestavljenem iz dveh kovinskih prevodnikov 1 in 2. EMF, ki se uporablja za to vezje, je enak algebraični vsoti vseh potencialnih skokov. Če so temperature plasti enake, potem je  = 0. Če so na primer temperature plasti različne, potem je kjer je  konstanta, ki označuje lastnosti stika med dvema kovinama. V tem primeru se v zaprtem krogu pojavi termoelektromotorna sila, ki je neposredno sorazmerna s temperaturno razliko obeh plasti.

Diapozitiv 30


Termoelektrični pojavi v kovinah se pogosto uporabljajo za merjenje temperature. Za to se uporabljajo termoelementi ali termoelementi, ki sta dve žici iz različnih kovin in zlitin. Konci teh žic so spajkani. En spoj je postavljen v okolje, katerega temperaturo T1 je treba izmeriti, drugi pa v okolje s konstantno znano temperaturo. Termoelementi imajo številne prednosti pred običajnimi termometri: lahko merijo temperature v širokem razponu od deset do tisoč stopinj absolutne skale.

Diapozitiv 31


Plini v normalnih pogojih so dielektriki R => ∞, sestavljeni so iz električno nevtralnih atomov in molekul. Ko se plini ionizirajo, se pojavijo nosilci električnega toka (pozitivni naboji). Električni tok v plinih se imenuje plinska razelektritev. Za izvedbo razelektritve v plinu mora biti v cevi za ionizirani plin prisotno električno ali magnetno polje.

Diapozitiv 32


Ionizacija plina je razpad nevtralnega atoma na pozitivni ion in elektron pod delovanjem ionizatorja (zunanji vplivi - močno segrevanje, ultravijolični in rentgenski žarki, radioaktivno sevanje, ko so atomi (molekule) plinov bombardirani s hitrimi elektroni ali ioni). Ion elektron atom nevtralen

Diapozitiv 33


Merilo ionizacijskega procesa je intenzivnost ionizacije, merjena s številom parov nasprotno nabitih delcev, ki nastanejo v enoti prostornine plina na enoto časa. Udarna ionizacija je ločitev enega ali več elektronov od atoma (molekule), ki nastane zaradi trka elektronov ali ionov z atomi ali molekulami plina, ki ga pospešuje električno polje v razelektritvi.

Diapozitiv 34


Rekombinacija je kombinacija elektrona z ionom v nevtralen atom. Če ionizator preneha delovati, postane plin spet dialektičen. elektronski ion

Diapozitiv 35


1. Nesamozadostna plinska razelektritev je razelektritev, ki obstaja samo pod delovanjem zunanjih ionizatorjev. Tokovno-napetostna značilnost plinske razelektritve: ko se U poveča, se število nabitih delcev, ki dosežejo elektrodo, poveča in tok naraste na I = Ik, pri katerem vsi nabiti delci dosežejo elektrode. V tem primeru je U = Uk nasičeni tok, kjer je e - osnovni naboj; N0 je največje število parov enovalentnih ionov, ki nastanejo v volumnu plina za 1 s.

Diapozitiv 36


2. Samostojna plinska razelektritev - razelektritev v plinu, ki ostane po prenehanju delovanja zunanjega ionizatorja. Podprto in razvito z udarno ionizacijo. Nesamostojna plinska razelektritev se pri Uz - napetosti vžiga spremeni v neodvisen. Proces takšnega prehoda se imenuje električni razpad plina. razlikovati:

Diapozitiv 37


Koronski izpust - nastane pri visokem tlaku in v močno nehomogenem polju z veliko ukrivljenostjo površine; uporablja se za dezinfekcijo kmetijskih semen. Svetleča razelektritev - se pojavi pri nizkih tlakih, uporablja se v plinsko-svetlobnih ceveh, plinskih laserjih. Iskriška razelektritev - pri P = Ratm in pri velikih električnih poljih - strela (tokovi do nekaj tisoč amperov, dolžina - nekaj kilometrov). Obločni razelektritev - nastane med tesno razporejenimi elektrodami, (T = 3000 °C - pri atmosferskem tlaku. Uporablja se kot vir svetlobe v močnih projektorjih, v projekcijski opremi.

Diapozitiv 38


Plazma je posebno agregatno stanje snovi, za katero je značilna visoka stopnja ionizacije njenih delcev. Plazmo delimo na: - šibko ionizirano ( - deleži odstotka - zgornja atmosfera, ionosfera); - delno ionizirano (več %); - popolnoma ionizirani (sonce, vroče zvezde, nekaj medzvezdnih oblakov). Umetno ustvarjena plazma se uporablja v plinskih žarnicah, plazemskih virih električne energije, magnetodinamičnih generatorjih.

Diapozitiv 39


Emisijski pojavi: 1. Fotoelektronska emisija - ekstrakcija elektronov s površine kovin v vakuumu pod delovanjem svetlobe. 2. Termionska emisija – emisija elektronov s trdnimi ali tekočimi telesi, ko se segrejejo. 3. Sekundarna elektronska emisija - nasprotni tok elektronov s površine, ki jo bombardirajo elektroni v vakuumu. Naprave, ki temeljijo na fenomenu termoionske emisije, se imenujejo vakuumske cevi.

Diapozitiv 40


V trdnih snoveh elektron ne deluje samo s svojim atomom, ampak tudi z drugimi atomi kristalne mreže; energijske ravni atomov se razdelijo s tvorbo energijskega pasu. Energija teh elektronov je lahko znotraj zasenčenih območij, imenovanih dovoljeni energijski pasovi. Diskretni nivoji so ločeni z območji prepovedanih energijskih vrednosti - prepovedanimi conami (njihova širina je sorazmerna s širino prepovedanih con). Razlike v električnih lastnostih različnih vrst trdnih snovi pojasnjujejo: 1) širina prepovedanih energijskih con; 2) različno polnjenje dovoljenih energijskih pasov z elektroni

Diapozitiv 41


Mnoge tekočine zelo slabo prevajajo elektriko (destilirana voda, glicerin, kerozin itd.). Vodne raztopine soli, kislin in alkalij dobro prevajajo električni tok. Elektroliza - prehod toka skozi tekočino, ki povzroči sproščanje snovi na elektrodah, ki sestavljajo elektrolit. Elektroliti so snovi z ionsko prevodnostjo. Ionska prevodnost je urejeno gibanje ionov pod vplivom električnega polja. Ioni so atomi ali molekule, ki so sebi izgubili ali dodali enega ali več elektronov. Pozitivni ioni so kationi, negativni ioni so anioni.

Diapozitiv 42


Električno polje v tekočini ustvarjajo elektrode ("+" - anoda, "-" - katoda). Pozitivni ioni (kationi) se premikajo proti katodi, negativni ioni proti anodi. Pojav ionov v elektrolitih je razložen z električno disociacijo - razpadom molekul topne snovi na pozitivne in negativne ione zaradi interakcije s topilom (Na + Cl-; H + Cl-; K + I-…) . Stopnja disociacije α je število molekul n0, disociiranih na ione, do skupnega števila molekul n0. Med toplotnim gibanjem ionov pride tudi do obratnega procesa ponovnega združevanja ionov, imenovanega rekombinacija.

Diapozitiv 43


Zakoni M. Faradaya (1834). 1. Masa snovi, ki se sprosti na elektrodi, je neposredno sorazmerna z električnim nabojem q, ki prehaja skozi elektrolit, ali kjer je k elektrokemični ekvivalent snovi; je enaka masi snovi, ki se sprosti, ko enota električne energije prehaja skozi elektrolit. Kjer je I enosmerni tok, ki teče skozi elektrolit.

Diapozitiv 46


HVALA ZA POZORNOST

Oglejte si vse diapozitive

KAJ JE ELEKTRIČNI TOK V KOVINAH?

Električni tok v kovinah - je urejeno gibanje elektronov pod vplivom električnega polja. Poskusi kažejo, da ko tok teče skozi kovinski prevodnik, se nobena snov ne prenese, zato kovinski ioni ne sodelujejo pri prenosu električnega naboja.

NARAVA ELEKTRIČNEGA TOKA V KOVINAH

Električni tok v kovinskih vodnikih ne povzroča sprememb v teh vodnikih, razen njihovega segrevanja.

Koncentracija prevodnih elektronov v kovini je zelo visoka: po velikosti je enaka številu atomov na enoto volumna kovine. Elektroni v kovinah so v neprekinjenem gibanju. Njihovo neenakomerno gibanje spominja na gibanje idealnih molekul plina. To je dalo razlog za domnevo, da elektroni v kovinah tvorijo nekakšen elektronski plin. Toda hitrost naključnega gibanja elektronov v kovini je veliko večja od hitrosti molekul v plinu.

IZKUŠNJA ERIKKE

Nemški fizik Karl Ricke je izvedel poskus, v katerem je električni tok eno leto potekal skozi tri stisnjene drug ob drugega polirane valje - baker, aluminij in spet baker. Po koncu je bilo ugotovljeno, da so le manjše sledi medsebojnega prodiranja kovin, ki ne presegajo rezultatov običajne difuzije atomov v trdnih snoveh. Meritve, opravljene z visoko stopnjo natančnosti, so pokazale, da je masa vsakega od valjev ostala nespremenjena. Ker se mase atomov bakra in aluminija med seboj bistveno razlikujejo, bi se morala masa valjev opazno spremeniti, če bi bili nosilci naboja ioni. Zato prosti nosilci naboja v kovinah niso ioni. Ogromen naboj, ki je šel skozi jeklenke, so očitno prenašali takšni delci, ki so enaki v bakru in aluminiju. Naravno je domnevati, da so prosti elektroni tisti, ki prenašajo tok v kovinah.

Karl Victor Edward Ricke

IZKUŠNJE L.I. MANDELSHTAM IN N. D. PAPALEXI

Ruska znanstvenika L. I. Mandelstam in N. D. Papaleksi sta leta 1913 postavila izviren poskus. Tuljava z žico se je začela zvijati v različne smeri. Vrteli ga bodo v smeri urinega kazalca, nato pa se nenadoma ustavili in - nazaj. Razmišljali so nekako takole: če imajo elektroni res maso, se morajo, ko se tuljava nenadoma ustavi, elektroni nekaj časa premikati po vztrajnosti. In tako se je zgodilo. Na konce žice smo priklopili telefon in zaslišali zvok, kar je pomenilo, da skozenj teče tok.

Mandelstam Leonid Isaakovič

Nikolaj Dmitrijevič Papaleksi (1880-1947)

IZKUŠNJE T. STUARTA IN R. THOLMENA

Izkušnjo Mandelstama in Papaleksija leta 1916 sta ponovila ameriška znanstvenika Tolman in Stewart.

• Tuljava z velikim številom zavojev tanke žice se je hitro vrtela okoli svoje osi. Konci tuljave so bili povezani s fleksibilnimi žicami na občutljiv balistični galvanometer. Nezvita tuljava se je močno upočasnila, v vezju se je pojavil kratkotrajni tok zaradi vztrajnosti nosilcev naboja. Celoten naboj, ki teče skozi vezje, je bil izmerjen z zavrnitvijo igle galvanometra.

Butler Stuart Thomas

Richard Chase Tolman

KLASIČNA ELEKTRONSKA TEORIJA

Domneva, da so za električni tok v kovinah odgovorni elektroni, je obstajala že pred poskusom Stuarta in Tolmana. Leta 1900 je nemški znanstvenik P. Drude na podlagi hipoteze o obstoju prostih elektronov v kovinah ustvaril svojo elektronsko teorijo prevodnosti kovin, poimenovano po klasična elektronska teorija ... Po tej teoriji se elektroni v kovinah obnašajo kot elektronski plin, podobno kot idealen plin. Zapolnjuje prostor med ioni, ki tvorijo kristalno mrežo kovine

Na sliki je prikazana trajektorija enega od prostih elektronov v kristalni mreži kovine

OSNOVNE DOLOČBE TEORIJE:

• Prisotnost velikega števila elektronov v kovinah prispeva k njihovi dobri prevodnosti.
• Pod delovanjem zunanjega električnega polja se urejeno gibanje prekrije naključnemu gibanju elektronov, t.j. obstaja tok.
• Moč električnega toka, ki teče skozi kovinski prevodnik, je enaka:
• Ker je notranja struktura različnih snovi različna, bo tudi odpornost različna.
• S povečanjem kaotičnega gibanja delcev snovi se telo segreje, t.j. nastajanje toplote. Tukaj se upošteva Joule-Lenzov zakon:

l = e * n * S * Ū d

SUPERPREVODNOST KOVIN IN ZLITIN

• Nekatere kovine in zlitine imajo superprevodnost, lastnost, da imajo strogo nič električnega upora, ko dosežejo temperaturo pod določeno vrednostjo (kritična temperatura).

Fenomen superprevodnosti je odkril nizozemski fizik H. Kamerling - Oneness leta 1911 v živem srebru (T cr = 4,2 o K).

UPORABA ELEKTRIČNEGA TOKA:

• pridobivanje močnih magnetnih polj
• prenos električne energije od vira do porabnika
• močni elektromagneti s superprevodnimi navitji v generatorjih, elektromotorjih in pospeševalnikih, v grelnih napravah

Trenutno je v elektroenergetski industriji velik problem, povezan z velikimi izgubami pri prenosu električne energije po žicah.

Možna rešitev problema:

Izgradnja dodatnih daljnovodov - zamenjava žic z velikimi prerezi - povečanje napetosti - cepitev faz

Če želite uporabiti predogled predstavitev, si ustvarite Google Račun (račun) in se prijavite vanj: https://accounts.google.com

Napisi diapozitivov:

Stalni električni tok

Urejeno (usmerjeno) gibanje nabitih delcev imenujemo električni tok.

Električni tok je urejeno gibanje nabitih delcev. Za obstoj električnega toka so potrebni naslednji pogoji: prisotnost prostih električnih nabojev v prevodniku; Prisotnost zunanjega električnega polja za prevodnik.

Jakost toka je enaka razmerju električnega naboja q, ki poteka skozi prerez prevodnika, do časa njegovega prehoda t. I = I -tok (A) q- električni naboj (C) t- čas (s) g t

Trenutna enota -7

Ampere André Marie se je rodil 22. januarja 1775 v Polemieuxu blizu Lyona v aristokratski družini. Prejel domačo izobrazbo .. Ukvarjal se je z raziskovanjem povezave med elektriko in magnetizmom (ta razpon pojavov je Amper imenoval elektrodinamika). Kasneje je razvil teorijo magnetizma. Ampere je umrl v Marseillu 10. junija 1836.

Ampermeter Ampermeter je naprava za merjenje jakosti toka. Ampermeter je vključen v vezje zaporedno z napravo, v kateri se meri tok.

UPORABA ELEKTRIČNEGA TOKA

Biološko delovanje toka

Toplotni učinek toka

Kemično delovanje električnega toka. Prvič so ga odkrili leta 1800.

Kemično delovanje toka

Magnetno delovanje toka

Magnetno delovanje toka

Primerjaj izvedene poskuse na slikah. Kaj imajo poskusi skupnega in v čem se razlikujejo? Tokovni vir je naprava, v kateri se neka oblika energije pretvori v električno energijo. Naprave za ločevanje naboja, t.j. ustvarjanje električnega polja se imenujejo viri toka.

Prva električna baterija se je pojavila leta 1799. Izumil ga je italijanski fizik Alessandro Volta (1745 - 1827) - italijanski fizik, kemik in fiziolog, izumitelj vira enosmernega toka. Njegov prvi vir toka, "voltni pol", je bil zgrajen v strogem skladu z njegovo teorijo "kovinske" elektrike. Volta je izmenično postavil več deset majhnih cinkovih in srebrnih krogov drug na drugega in mednje položil papir, namočen v slano vodo.

Mehanski vir energije - Mehanska energija se pretvori v električno energijo. Do konca 18. stoletja so vsi tehnični viri energije temeljili na elektrifikaciji trenja. Najučinkovitejši od teh virov je elektroforetski stroj (diski stroja se vrtijo v nasprotnih smereh. Zaradi trenja ščetk ob diske se na vodnikih stroja kopičijo naboji nasprotnega predznaka).

Vir toplotnega toka - notranja energija se pretvori v električno energijo Termoelement Termočlen (termočlen) - dve žici različnih kovin je treba spajkati z enega roba, nato se spoj segreje, nato v njih nastane tok. Naboji se ločijo, ko se spoj segreje. Termoelementi se uporabljajo v toplotnih senzorjih in v geotermalnih elektrarnah kot temperaturni senzor. Termoelement

Svetlobna energija se s pomočjo sončnih kolektorjev pretvori v električno energijo. Sončna baterija fotocelica. Ko nekatere snovi osvetlimo s svetlobo, se v njih pojavi tok, svetlobna energija se pretvori v električno energijo. V tej napravi se naboji ločijo zaradi delovanja svetlobe. Sončne celice so sestavljene iz fotocelic. Uporabljajo se v solarnih baterijah, svetlobnih senzorjih, kalkulatorjih, video kamerah. Fotocelica

Elektromehanski generator. Naboji so ločeni z mehanskim delom. Uporablja se za proizvodnjo industrijske električne energije. Elektromehanski generator Generator (iz lat. Generator - proizvajalec) - naprava, aparat ali stroj, ki proizvaja kateri koli izdelek.

riž. Slika 1 Slika 2 3 Katere vire energije vidite na slikah?

Naprava galvanskega elementa Galvanski element je kemični vir toka, v katerem nastaja električna energija kot posledica neposredne pretvorbe kemične energije z redoks reakcijo.

Akumulator je lahko sestavljen iz več galvanskih celic.

Akumulator (iz lat. Accumulator - zbiralnik) je naprava za shranjevanje energije za njeno kasnejšo uporabo.

Vir energije Način ločevanja naboja Uporaba Fotocelica Svetlobno delovanje Solarne baterije Termočlen Ogrevanje spoja Merjenje temperature Elektromehanski generator Opravljanje mehanskih del Proizvodnja industrijske električne. energ. Galvanska celica Kemijska reakcija Svetilke, radijski sprejemniki Baterija Kemijska reakcija Avtomobili Klasifikacija virov napajanja

Kaj se imenuje električni udar? (Električni tok je urejeno gibanje nabitih delcev.) 2. Kaj lahko povzroči, da se nabiti delci premikajo urejeno? (Električno polje.) 3. Kako lahko ustvarite električno polje? (S pomočjo elektrifikacije.) 4. Ali lahko iskro, ki nastane v elektrofornem stroju, rečemo električni tok? (Da, saj gre za kratkotrajno urejeno gibanje nabitih delcev?) Utrjevanje materiala. vprašanja:

5. Kateri sta pozitivni in negativni pol tokovnega vira? 6. Katere vire toka poznate? 7. Ali teče električni tok, ko je nabita kovinska kroglica ozemljena? 8. Ali se nabiti delci premikajo v prevodniku, ko skozenj teče tok? 9. Če vzamete krompir ali jabolko in vanje vtaknete bakrene in cinkove plošče. Nato na te plošče priključite 1,5 V žarnico. Kaj lahko narediš? Zavarovanje materiala. vprašanja:

Rešujemo v razredu. Page 27 Problem 5.2

Za izkušnjo boste potrebovali: trdno papirnato brisačo; živilska folija; škarje; bakreni kovanci; sol; voda; dve izolirani bakreni žici; majhna žarnica (1,5 V). Kaj počnete: raztopite malo soli v vodi; Papirnato brisačo in folijo previdno narežite na kvadratke, ki so nekoliko večje od kovancev; Papirnate kvadratke namočite v slano vodo; Skladovnico položite drug na drugega: bakren kovanec, kos folije, še en kovanec in tako naprej. Na vrhu svežnja mora biti papir, na dnu pa kovanec. Zaščiten konec ene žice potisnite pod skladovnico, drugi konec pa pritrdite na žarnico. En konec druge žice položite na vrh skladovnice, drugega pa pritrdite na žarnico. Kaj se je zgodilo? Domači projekt. Naredi baterijo.

Uporabljeni viri in literatura: Kabardin O.F. fizika 8. razred M.: Izobraževanje, 2014. Tomilin A.N. Zgodbe o elektriki. http://ru.wikipedia.org http: // www.disel.ru http: // www.fizika.ru http: // www.edu.doal.ru http: // schools.mari-el.ru http : // www.iro.yar.ru Domača naloga: § 5,6,7 strani 27, problem št. 5.1; Domači projekt. Naredite baterijo (navodila so podana vsakemu učencu).

Električni tok Električni tok je urejeno (usmerjeno) gibanje električnih nabojev. Prevodni tok (tok v prevodnikih) je gibanje mikro nabojev v makro objektu. Konvekcijski tok je gibanje makroskopskih nabitih teles v prostoru. Tok v vakuumu je gibanje mikronabojev v vakuumu.

Električni tok V prevodniku se pod delovanjem uporabljenega električnega polja premikajo prosti električni naboji: pozitivni - vzdolž polja, negativni - proti polju. Nosilci naboja izvajajo kompleksno gibanje: 1) kaotično s povprečno hitrostjo v ~ (10 3 ÷ 10 4 m / s), 2) usmerjeno s povprečno hitrostjo v ~ E (delci mm / s).

Tako je povprečna hitrost usmerjenega gibanja elektronov veliko manjša od povprečne hitrosti njihovega kaotičnega gibanja. Pomembna povprečna hitrost usmerjenega gibanja je razložena z njihovimi pogostimi trki z ioni kristalne mreže. Hkrati se vsaka sprememba električnega polja prenaša vzdolž žic s hitrostjo, ki je enaka hitrosti širjenja elektromagnetnega valovanja - (3 · 10 8 m / s). Zato se gibanje elektronov pod vplivom zunanjega polja pojavlja po celotni dolžini žice skoraj hkrati z dovajanjem signala.

Ko se naboji premikajo, se krši njihova ravnotežna porazdelitev. Posledično površina prevodnika ni več ekvipotencialna in vektor električnega polja E ni usmerjen pravokotno na površino, saj je za gibanje nabojev potrebno, da na površini E τ 0. Zaradi tega električni znotraj prevodnika obstaja polje, ki je nič le v primeru ravnotežne porazdelitve nabojev na površini prevodnika.

Pogoji za pojav in obstoj prevodnega toka: 1. Prisotnost prostih nosilcev naboja v mediju, t.j. nabiti delci, ki se lahko premikajo. V kovini so to prevodni elektroni; v elektrolitih - pozitivni in negativni ioni; v plinih - pozitivni, negativni ioni in elektroni.

Pogoji za pojav in obstoj prevodnega toka: 2. Prisotnost električnega polja v mediju, katerega energija bi se porabila za gibanje električnih nabojev. Da je tok dolgotrajen, je treba energijo električnega polja ves čas dopolnjevati, t.j. potreben je vir električne energije - naprava, v kateri se nekaj energije pretvori v energijo električnega polja.

- jakost toka je številčno enaka naboju, ki poteka skozi prerez prevodnika na enoto časa. V SI:. Gibanje nosilcev naboja istega predznaka je enako gibanju nosilcev naboja nasprotnega predznaka v nasprotni smeri. Če tok ustvarjata dve vrsti nosilcev:

Zunanje sile. Elektromotorna sila. Napetost Če v vezju na tokovne nosilce deluje samo sila elektrostatičnega polja, potem se nosilci premikajo, kar vodi do izenačitve potencialov na vseh točkah vezja in do izginotja električnega polja. Zato mora biti za obstoj enosmernega toka v vezju prisotna naprava, ki zaradi dela sil neelektričnega izvora ustvarja in vzdržuje potencialno razliko φ. Takšne naprave se imenujejo viri toka (generatorji - pretvarja se mehanska energija; baterije - energija kemične reakcije med elektrodami in elektrolitom).

Zunanje sile. Elektromotorna sila. Sile tretjih oseb neelektričnega izvora, ki delujejo na naboje s strani tokovnih virov. Zaradi polja zunanjih sil se električni naboji premikajo znotraj vira toka proti silam elektrostatičnega polja. Posledično se na koncih zunanjega vezja ohrani potencialna razlika in v tokokrogu teče enosmerni tok.

Zunanje sile. Elektromotorna sila. Delo premikanja električnih nabojev opravljajo zunanje sile. Elektromotorna sila (emf - E) je fizična količina, določena z delom, ki ga opravijo zunanje sile, ko se premika en sam pozitivni naboj.

Ohmov zakon za homogen odsek vezja Odsek vezja, ki ne vsebuje vira emf, se imenuje homogen odsek. Ohmov zakon v integralni obliki: tok je neposredno sorazmeren padcu napetosti v homogenem delu vezja in je obratno sorazmeren z uporom tega odseka.

Ohmov zakon ni univerzalno razmerje med tokom in napetostjo. a) Tok v plinih in polprevodnikih upošteva Ohmov zakon le pri majhni U. b) Tok v vakuumu ne upošteva Ohmovega zakona. Zakon Boguslavsky-Langmuir (zakon 3/2): I ~ U 3/2. c) v obločnem razelektritvi - ko se tok poveča, napetost pade. Neupoštevanje Ohmovega zakona je posledica odvisnosti upora od toka.

Ohmov zakon V SI se upor R meri v ohmih. Vrednost R je odvisna od oblike in velikosti prevodnika, pa tudi od lastnosti materiala, iz katerega je izdelan. Za cilindrični prevodnik: kjer je ρ električna upornost [Ohm · m], za kovine je njena vrednost reda 10 –8 Ohm · m.

Upor prevodnika je odvisen od njegove temperature: α je temperaturni koeficient upora za čiste kovine (pri ne zelo nizkih temperaturah sta α 1/273 K -1, ρ 0, R 0 specifična upornost in upornost prevodnik pri t = 0 o C. Takšno odvisnost ρ (t) razlagamo s tem, da se z naraščajočo temperaturo povečuje intenzivnost kaotičnega gibanja pozitivnih ionov kristalne mreže, usmerjeno gibanje elektronov se upočasni.

Ohmov zakon za nehomogen odsek verige Nehomogen - odsek verige, ki vsebuje vir emf Zaprto vezje vsebuje vir emf, ki v smeri 1–2 spodbuja gibanje pozitivnih nabojev. E je poljska jakost Coulombovih sil, E člen je poljska jakost zunanjih sil.

Ohmov zakon za nehomogen odsek vezja Delo, ki ga opravijo Coulomb in zunanje sile, da premaknejo en sam pozitivni naboj q 0+, je padec napetosti (napetost). Ker so bile točke 1, 2 izbrane poljubno, dobljene relacije veljajo za kateri koli dve točki električnega tokokroga:

Delo in moč električnega toka Joule-Lenzov zakon Ko prosti elektroni trčijo v ione kristalne mreže, prenesejo na ione presežek kinetične energije, ki jo pridobijo pri pospešenem gibanju v električnem polju. Zaradi teh trkov se amplituda ionskih nihanj v bližini vozlišč kristalne mreže poveča (toplotno gibanje ionov postane bolj intenzivno). Posledično se prevodnik segreje: temperatura je merilo za intenzivnost kaotičnega gibanja atomov in molekul. Sproščena toplota Q je enaka delu toka A.

Kirchhoffovi zakoni Uporabljajo se za izračun razvejanih enosmernih tokokrogov. Nerazvejen električni tokokrog je vezje, v katerem so vsi elementi vezja povezani zaporedno. Element električnega vezja - katera koli naprava, vključena v električni tokokrog. Električno vozlišče je točka na razvejanem vezju, kjer se zbližujeta več kot dva prevodnika. Veja razvejenega električnega tokokroga je odsek vezja med dvema vozliščema.

Kirchhoffov drugi zakon (posplošen Ohmov zakon): v kateri koli zaprti zanki, poljubno izbrani v razvejanem električnem vezju, je algebraična vsota produktov tokovnih jakosti I i in upora ustreznih odsekov R i te zanke enaka algebraična vsota emf. v konturi.

Kirchhoffov drugi zakon Tok velja za pozitivnega, če njegova smer sovpada s konvencionalno izbrano smerjo prehoda zanke. E.m.s. šteje za pozitivno, če smer obvoda prihaja od - do + trenutnega vira, t.j. emf ustvari tok, ki ustreza smeri obvoda.

Postopek za izračun razvejenega vezja: 1. Na risbi poljubno izberite in navedite smer toka v vseh odsekih vezja. 2. Preštejte število vozlišč v verigi (m). Zapišite prvi Kirchhoffov zakon za vsako od (m-1) vozlišč. 3. Izberite poljubno zaprte konture v vezju, poljubno izberite smer premikanja kontur. 4. Zapišite drugi Kirchhoffov zakon za konture. Če je veriga sestavljena iz p-vej in m-vozlišč, potem je število neodvisnih enačb 2. Kirchhoffovega zakona (p-m + 1).