Sekce: Fyzika

Cíle lekce.

Tutorial:

utváření znalostí studentů o podmínkách vzniku a existence elektrického proudu.

Rozvíjející se:

rozvoj logické myšlení pozornost, dovednosti využívat získané znalosti v praxi.

Vzdělávací:

vytváření podmínek pro projev samostatnosti, pozornosti a sebeúcty.

Zařízení.

1. Galvanické články, baterie, generátor, kompas.
2. Karty (v příloze).
3. Demonstrační materiál (portréty vynikajících fyziků Ampère, Volta; plakáty "Elektřina", "Elektrické náboje").

Ukázky:

1. Akce elektrický proud ve vodiči k magnetické jehle.
2. Zdroje proudu: galvanické články, baterie, generátor.

Plán lekce

1. Organizační moment.

2. Úvodní slovo učitele.

3. Příprava na vnímání nového materiálu.

4. Učení nového materiálu.

a) zdroje proudu;

b) působení elektrického proudu;

c) fyzický operet „Královna elektřiny“;

d) vyplnění tabulky „Elektrický proud“;

e) bezpečnostní opatření při práci s elektrickými spotřebiči.

5. Shrnutí lekce.

6. Reflexe.

7. Domácí úkol:

a) Na základě poznatků získaných v lekcích bezpečnosti života, speciálních technologií vypracujte a zapište si do sešitu poznámku „Bezpečnostní opatření při práci s elektrickými spotřebiči“

b) Samostatný úkol: Zpracovat zprávu o využití zdroje energie v běžném životě a technice.

Shrnutí lekce

1. Organizační moment

Označte přítomnost žáků, pojmenujte téma hodiny, cíl.

2. Úvodní slovo učitele

Slova elektřina, elektrický proud známe z raného dětství. Elektrický proud se používá v našich domácnostech, v dopravě, ve výrobě, v osvětlovací síti.

Ale co je elektrický proud, jaká je jeho povaha, není snadné pochopit.

Slovo elektřina pochází ze slova elektron, které se z řečtiny překládá jako jantar. Jantar je fosilizovaná pryskyřice starých jehličnatých stromů. Slovo proud znamená tok nebo pohyb něčeho.

3. Příprava na vnímání nového materiálu

Otázky úvodního rozhovoru.

Jaké dva typy nábojů existují v přírodě? Jak se ovlivňují?

Odpověď: V přírodě existují dva typy nábojů: kladné a záporné.

Pozitivní nosiče náboje jsou protony, negativní nosiče náboje jsou elektrony. Podobně nabité částice se odpuzují, opačně nabité částice se přitahují.

Existuje elektrické pole kolem elektronu?

Odpověď: Ano, kolem elektronu je elektrické pole.

Co jsou volné elektrony?

Odpověď: Jsou to elektrony nejvzdálenější od jádra, mohou se volně pohybovat mezi atomy.

4. Učení nového materiálu

a) Aktuální zdroje.

Na stole jsou speciální zařízení. Jak se jmenují? K čemu jsou potřeba?

Odpověď: Jsou to galvanické články, baterie, generátor – obecný název pro proudové zdroje. Jsou nezbytné pro dodávku elektrické energie, vytváření elektrického pole ve vodiči.

Víme, že existují nabité částice, elektrony a protony, víme, že existují zařízení nazývaná zdroje proudu.

b) Působení elektrického proudu.

Řekněte mi, jak můžeme pochopit, že v obvodu je elektrický proud, jakými akcemi?

Odpověď: Elektrický proud má různé typy působení:

• Tepelný - ohřívá se vodič, kterým protéká elektrický proud (elektrický sporák, žehlička, žárovka, páječka).
• Chemický účinek proudu lze pozorovat při průchodu elektrického proudu roztokem síranu měďnatého - uvolňování mědi z roztoku vitriolu, chromování, niklování.
• Fyziologické - stahy svalů lidí a zvířat, kterými prošel elektrický proud.
• Magnetický - když elektrický proud prochází vodičem, pokud je poblíž umístěna magnetická střelka, může se vychýlit. Tato akce je hlavní. Demonstrace zkušeností: baterie, žárovka, propojovací vodiče, kompas.

c) Fyzický opereta „Queen Electricity“. (Příloha č. 1)

Nyní vám seniorky představí operetu „Královna elektřiny“. Nezapomeňte na ruské lidové přísloví „Pohádka je lež, ale je v ní náznak, poučení pro dobré lidi“. To znamená, že nejen posloucháte a sledujete, ale také si z toho berete určité informace. Vaším úkolem je zapsat co nejvíce fyzikální termíny které se vyskytují ve výhledu.

d) Vyplnění tabulky „Elektrický proud“. (Příloha č. 2)

Řekni mi, jaký jeden koncept spojuje všechny pojmy, které jsi napsal?

Odpověď: elektrický proud.

Začněme vyplňovat tabulku "Elektrický proud".

Vyplněním tabulky shrňme poznatky získané v lekci a získáme nové informace.

V procesu vyplňování tabulky docházíme k závěru, jaké podmínky jsou nezbytné pro vytvoření elektrického proudu.

• První podmínkou je přítomnost volných nabitých částic.
• Druhou podmínkou je přítomnost elektrického pole uvnitř vodiče.

e) Bezpečnostní opatření při práci s elektrickými spotřebiči.

Kde dál průmyslová praxe, setkáváte se s aplikací elektrického proudu? Odpovědi studentů.

Odpověď: Při práci s elektrickými spotřebiči.

Zakázáno.

• Choďte po zemi a držte elektrické spotřebiče zapojené do sítě. Zvláště nebezpečné je chodit naboso po mokré půdě.
• Vstupte do elektrických a jiných elektrických místností.
• Vezměte rozbité, holé, visící a ležící na zemnících drátech.
• Zatlučte hřebíky do zdi v místě, kde se mohou nacházet skryté rozvody. V tuto chvíli je smrtelně nebezpečné uzemnit baterie ústředního topení, zásobování vodou.
• Vrtání stěn v místech případných elektrických rozvodů.
• Vymalujte, vybílte, umyjte stěny vnějšími nebo skrytými živými rozvody.
• Práce se zapnutými elektrospotřebiči v blízkosti baterií nebo vodovodního potrubí.
• Práce s elektrospotřebiči, výměna žárovek, stání v koupelně.
• Práce s vadnými elektrospotřebiči.
• Opravte rozbité elektrospotřebiče.

5. Shrnutí lekce

Podle fyzikálních zákonů jde čas neúprosně kupředu a naše lekce dospěla k logickému závěru.

Pojďme si shrnout naši lekci.

Co je podle vás elektrický proud?

Odpověď: Elektrický proud je řízený pohyb nabitých částic.

Jaké podmínky jsou nutné pro vytvoření elektrického proudu?

Odpověď: První podmínkou je přítomnost volných nabitých částic.

Druhou podmínkou je přítomnost elektrického pole uvnitř vodiče.

6. Reflexe

7. Domácí úkol

a) Na základě poznatků získaných v hodinách bezpečnosti života, speciálních technologií vypracujte a zapište si do sešitu poznámku „Bezpečnostní opatření při práci s elektrospotřebiči“.

b) Samostatný úkol: Zpracovat zprávu o využití zdroje energie v běžném životě a technice. (

A ještě jednou, dobrý den, drahá. Bez dalších okolků začněme náš dnešní rozhovor. Zdálo by se, že jsme již dlouho přišli na příčiny proudu ve vodiči. Umístili jsme vodič do pole - elektrony běžely, vznikl proud. Co jiného dělá. Ale ukazuje se, že aby tento proud existoval ve vodiči neustále, je nutné dodržovat určité podmínky. Pro jasnější pochopení fyziky procesu toku elektrického proudu ve vodiči uvažujme příklad.

Předpokládejme, že máme nějaký vodič, který umístíme do elektrického pole, jak je znázorněno na obrázku 4.1.

Obrázek 4.1 - Vodič v elektrickém poli

Označme konvenčně velikost napětí na koncích vodiče jako E 1 a E 2 a E 1 >E 2. Jak jsme již dříve zjistili, volné elektrony ve vodiči se začnou pohybovat směrem k větší intenzitě pole, tedy do bodu A. Postupem času se však potenciál vytvořený akumulací elektronů v bodě A stane takovým, že vlastní elektromagnetické pole E 0 jím vytvořené bude v absolutní hodnotě stejné jako vnější pole a směry polí budou opačné, protože potenciál bodu B je pozitivnější (nedostatek elektronů).

Protože výsledné působení dvou stejných opačných sil je rovno nule: |E|+|(E 0)|=0, elektrony zastaví svůj uspořádaný pohyb, zastaví se elektrický proud. Aby tok elektronů byl kontinuální, je nutné: nejprve vyvinout další sílu nepotencionálního charakteru, která by kompenzovala vliv vlastního elektrické pole vodič a za druhé vytvořit uzavřený obvod, protože k pohybu elektronů může docházet pouze ve vodičích (již jsme dříve naznačili, že dielektrika, i když mají určitou elektrickou vodivost, neprocházejí elektrickým proudem) a pro zajištění stálosti kompenzační síly je nezbytná stálost polí: vnější i vnitřní.

Začněme druhým bodem. Budeme uvažovat vodič umístěný v poli, jak je znázorněno na obrázku 4.2. Předpokládejme, že po kompenzaci interakce vnějšího a vlastního elektromagnetického pole jsme kromě vnějšího pole aplikovali ještě jedno stejné pole. Celková akce vnějšího pole bude 2 |E|. Proud ve vodiči bude dále téci stejným směrem, ale přesně do 2 |E|>|E 0 |, poté se elektrický proud opět zastaví. To znamená vnější vliv se musí neustále zvyšovat, aby umožnil proudění proudu v otevřeném vodiči, což je nemožné.
Uzavřeme-li vodič tak, že jedna jeho část leží mimo pole, pak v důsledku práce další síly kromě vnějšího pole (tato síla by v tomto případě neměla být potenciální, protože práce potenciální síly v uzavřený obvod je nula a nezávisí na tvaru trajektorie), pak se ve vodiči objeví elektrický proud vlivem pouze vnějšího pole, protože skutečné pole vodiče bude zcela kompenzováno. Proto musí být každý elektrický obvod vždy uzavřen.

Potřebu zavést další sílu můžete zkusit vysvětlit z následující úvahy: pokud bychom mohli částečně přenést náboje z konce B vodiče na konec A vodiče, elektrický proud by se také nezastavil. Takové „přistání“ však vyžaduje i energii. Zavedení dodatečné síly je tedy stále nutné. Nepotencionální síly se také nazývají vnější síly. A jejich zdroji jsou proudové zdroje nebo generátory.

Obrázek 4.2 - Vznik vlastního elektromagnetického pole ve vodiči

Kde tedy vezmeme další sílu, kterou by navíc pole nemělo vytvářet, protože bez ní nedostaneme proud? Ukazuje se, že v průběhu chemické redukčně-oxidační reakce, například při interakci oxidu olovnatého a zředěné kyseliny sírové, se uvolňují volné elektrony:

Aby se všechny elektrony uvolněné během reakce „přitáhly“ do jednoho bodu v prostoru, je do roztoku kyseliny sírové umístěno několik olověných mřížek, nazývaných elektrody. Jedna část elektrod je vyrobena z olova a nazývá se katoda, druhá - anoda - je vyrobena z oxidu olovnatého. Katoda je zdrojem volných elektrod pro vnější obvod a anoda je přijímač.

Výše uvedený příklad odpovídá zařízení známému všem motoristům (nejen) - olověnému akumulátoru. Výše uvedený příklad se samozřejmě příliš neshoduje s tím, co se děje uvnitř baterie ve skutečnosti, nicméně podstata vzhledu proudu dobře odráží. Mezi kladnou anodou (málo elektronů) a zápornou katodou (mnoho elektronů) tak vzniká elektrické pole, které tvoří vnější síly a vytváří proud ve vodiči. Tato síla závisí pouze na průběhu chemické reakce, je prakticky konstantní, dokud neexistují prvky této reakce - kyselina a oxid olovnatý. Pokud tedy odebereme elektrické pole a připojíme vodič k anodě a katodě, elektrický proud bude stále protékat díky tomu, že baterie vytváří vnější sílu. Vodič bude mít kolem sebe vlastní elektrické pole, které musí baterie překonat, aby přenesla elektron z katody na anodu. To je podstata vnější moci.

Nyní uvažujme situaci s baterií a vodičem k ní připojeným Elektrické pole vykoná kladnou práci, aby posunulo kladný náboj (hovoříme o kladných nábojích, protože směr jejich pohybu odpovídá směru proudu) ve směru zmenšování potenciálu pole. Zdroj proudu provádí separaci elektrických nábojů - kladné náboje se hromadí na jednom pólu, záporné náboje na druhém. Síla elektrického pole ve zdroji směřuje od kladného pólu k zápornému, takže práce elektrického pole na přesunutí kladného náboje bude kladná, když se pohybuje z „plus“ na „mínus“. Práce vnějších sil je naopak kladná, pokud se kladné náboje pohybují ze záporného pólu na kladný, to znamená z „minusu“ do „plus.“ To je základní rozdíl mezi pojmy rozdíl potenciálu a EMF, který je třeba vždy pamatovat.

Obrázek 4.3 ukazuje směr toku proudu I ve vodiči připojeném k baterii - od kladné anody k záporné katodě, uvnitř baterie však chemické reakční síly "přistávají" elektrony, které přišly z vnějšího obvodu od anody ke katodě, a kladné ionty z katody k anodě, to znamená, že působí proti směru pohybu pole a směru toku proudu.

Obrázek 4.3 - Ukázka vnějších sil v případě elektrického proudu

Z výše uvedených úvah lze učinit následující výstup: síly působící na náboj uvnitř zdroje proudu jsou odlišné od sil působících uvnitř vodiče. Podle toho je nutné tyto síly od sebe odlišit. Pro charakterizaci vnějších sil byla zavedena velikost elektromotorické síly (EMF) - práce vykonaná vnějšími silami při pohybu jediného kladného náboje. Označuje se latinským písmenem ε (“epsilon”) a měří se stejným způsobem jako rozdíl potenciálů – ve voltech.

Protože potenciálový rozdíl a EMF jsou síly různých typů, můžeme říci, že EMF mimo zdrojové vodiče je nulové. Ačkoli v běžném životě jsou tyto jemnosti zanedbávány a říkají: „Napětí na baterii je 1,5 V“, ačkoli přísně vzato je napětí v obvodové části celkovou prací elektrostatických sil a sil třetích stran, aby se přesunul jediný kladný náboj. V budoucnu se s těmito pojmy budeme stále setkávat a budou se nám hodit při výpočtech složitých elektrických obvodů.

To je možná vše, protože lekce se ukázala být příliš nabitá ... Ale pojmy napětí a EMF musí být schopny rozlišit.

• Pro existenci elektrického proudu jsou nutné dvě podmínky:
  1) uzavřený elektrický obvod;
  2) přítomnost zdroje nepotencionálních sil třetích stran.
• Elektromotorická síla (EMF) je práce vykonaná vnějšími silami k pohybu jediného kladného náboje.
• Zdroje cizích sil v elektrickém obvodu se také nazývají zdroje proudu.
• Kladný pól baterie se nazývá anoda, záporný pól se nazývá katoda.

Tentokrát nebudou žádné úkoly, je lepší si tuto lekci zopakovat, abyste pochopili celou fyziku toku proudu ve vodiči. Jako vždy můžete své dotazy, návrhy a přání zanechat v komentářích níže! Brzy se uvidíme!

Bez elektřiny si život nelze představit moderní muž. Volty, Ampy, Watty – tato slova zazní v rozhovoru o zařízeních, která fungují na elektřinu. Co je ale tento elektrický proud a jaké jsou podmínky jeho existence? O tom budeme hovořit dále a poskytneme stručné vysvětlení pro začínající elektrikáře.

Definice

Elektrický proud je řízený pohyb nosičů náboje – to je standardní formulace z učebnice fyziky. Určité částice hmoty se zase nazývají nosiče náboje. Mohou to být:

• Elektrony jsou nosiče záporného náboje.
• Ionty jsou kladné nosiče náboje.

Ale odkud pocházejí nosiče nábojů? Chcete-li odpovědět na tuto otázku, musíte si zapamatovat základní znalosti o struktuře hmoty. Vše, co nás obklopuje, je hmota, skládá se z molekul, jejích nejmenších částic. Molekuly se skládají z atomů. Atom se skládá z jádra, kolem kterého se elektrony pohybují po daných drahách. Molekuly se také pohybují náhodně. Pohyb a struktura každé z těchto částic závisí na látce samotné a vlivu na ni. životní prostředí jako je teplota, napětí atd.

Iont je atom, ve kterém se změnil poměr elektronů a protonů. Pokud je atom zpočátku neutrální, pak se ionty zase dělí na:

• Anionty jsou kladným iontem atomu, který ztratil elektrony.
• Kationty jsou atom s "extra" elektrony připojenými k atomu.

Jednotka proudu je ampér, podle toho se vypočítá podle vzorce:

kde U je napětí [V] a R je odpor [Ohm].

Nebo přímo úměrné výši poplatku převedeného za jednotku času:

kde Q je náboj, [C], t je čas, [s].

Podmínky existence elektrického proudu

Přišli jsme na to, co je elektrický proud, nyní si povíme, jak zajistit jeho tok. Aby elektrický proud mohl protékat, musí být splněny dvě podmínky:

1. Přítomnost bezplatných nosičů náboje.
2. Elektrické pole.

První podmínka existence a toku elektřiny závisí na látce, kterou proud protéká (nebo neteče), a také na jejím stavu. Schůdná je i druhá podmínka: pro existenci elektrického pole je nutná přítomnost různých potenciálů, mezi kterými je prostředí, ve kterém budou proudit nosiče náboje.

Odvolání: Napětí, EMF je potenciální rozdíl. Z toho vyplývá, že ke splnění podmínek existence proudu - přítomnosti elektrického pole a elektrického proudu je potřeba napětí. Mohou to být desky nabitého kondenzátoru, galvanický článek, EMF, který vznikl pod vlivem magnetického pole (generátor).

Přišli jsme na to, jak vzniká, pojďme se bavit o tom, kam směřuje. Proud se v podstatě při našem obvyklém použití pohybuje ve vodičích (elektroinstalace v bytě, žárovky) nebo v polovodičích (LED, procesor vašeho smartphonu a další elektronika), méně často v plynech (zářivky).

Takže ve většině případů jsou hlavními nositeli náboje elektrony, ty se pohybují od mínus (bod se záporným potenciálem) do plusu (bod s kladným potenciálem, o tom se více dozvíte níže).

Zajímavým faktem ale je, že směr současného pohybu byl vzat jako pohyb kladných nábojů – od plusu k mínusu. I když ve skutečnosti se děje pravý opak. Faktem je, že rozhodnutí o směru proudu bylo učiněno před studiem jeho povahy a také předtím, než bylo určeno, díky čemu proud teče a existuje.

Elektrický proud v různých prostředích

Již jsme zmínili, že v různých médiích se elektrický proud může lišit v typu nosičů náboje. Média lze rozdělit podle povahy vodivosti (v sestupném pořadí vodivosti):

1. Vodič (kovy).
2. Polovodič (křemík, germanium, arsenid gallia atd.).
3. Dielektrikum (vakuum, vzduch, destilovaná voda).

v kovech

Kovy obsahují volné nosiče náboje a jsou někdy označovány jako „elektrický plyn“. Odkud pocházejí dopravci zdarma? Faktem je, že kov, jako každá látka, se skládá z atomů. Atomy se nějak pohybují nebo kmitají. Čím vyšší je teplota kovu, tím silnější je tento pohyb. Přitom samotné atomy obecný pohled zůstávají na svých místech a ve skutečnosti tvoří strukturu kovu.

V elektronových obalech atomu je obvykle několik elektronů, které mají spíše slabou vazbu s jádrem. Pod vlivem teplot chemické reakce a vzájemné působení nečistot, které jsou v každém případě v kovu, elektrony se oddělují od jejich atomů, vznikají kladně nabité ionty. Oddělené elektrony se nazývají volné a pohybují se náhodně.

Pokud jsou ovlivněny elektrickým polem, například když připojíte baterii ke kusu kovu - chaotický pohyb elektrony budou uspořádány. Elektrony z bodu, ke kterému je připojen záporný potenciál (například katoda galvanického článku), se začnou pohybovat směrem k bodu s kladným potenciálem.

v polovodičích

Polovodiče jsou materiály, ve kterých v normálním stavu nejsou žádné volné nosiče náboje. Jsou v tzv. zakázané zóně. Ale pokud se přihlásíte vnější síly, jako je elektrické pole, teplo, různá záření (světlo, záření atd.), překonávají zakázané pásmo a přecházejí do volného pásma nebo do pásma vodivosti. Elektrony se odtrhávají od svých atomů a stávají se volnými, tvoří ionty – kladné nosiče náboje.

Kladné nosiče v polovodičích se nazývají díry.

Pokud jednoduše přenesete energii do polovodiče, například jej zahřejete, začne chaotický pohyb nosičů náboje. Ale pokud se bavíme o polovodičových prvcích, jako je dioda nebo tranzistor, tak na opačných koncích krystalu (je na ně nanesena metalizovaná vrstva a vývody jsou připájeny) se objeví EMF, ale to se netýká tématu dnešního článku.

Pokud použijete zdroj EMF na polovodič, pak se nosiče náboje také přesunou do vodivostního pásma a jejich řízený pohyb také začne - díry půjdou na stranu s nižším elektrickým potenciálem a elektrony - na stranu s větším.

Ve vakuu a plynu

Vakuum je prostředí s úplnou (ideální) absencí plynů nebo s minimalizovaným (ve skutečnosti) jejich množstvím. Protože ve vakuu není žádná hmota, není zde žádný zdroj pro nosiče náboje. Proudění proudu ve vakuu však znamenalo začátek elektroniky a celé éry elektronické prvky- vakuové lampy. Používaly se v první polovině minulého století a v 50. letech začaly postupně ustupovat tranzistorům (v závislosti na konkrétním oboru elektroniky).

Předpokládejme, že máme nádobu, ze které byl všechen plyn odčerpán, tzn. je to úplné vakuum. V nádobě jsou umístěny dvě elektrody, říkejme jim anoda a katoda. Pokud připojíme záporný potenciál zdroje EMF ke katodě a kladný k anodě, nic se nestane a nepoteče žádný proud. Pokud ale začneme zahřívat katodu, začne téct proud. Tento proces se nazývá termionická emise – emise elektronů z ohřátého povrchu elektronu.

Obrázek ukazuje proces toku proudu ve vakuové lampě. Ve vakuových trubicích je katoda ohřívána blízkým vláknem na obr. (H), jako je to, které se nachází v osvětlovací lampě.

Současně, pokud změníte polaritu napájecího zdroje - na anodu je aplikováno mínus a na katodu je aplikováno plus - nebude proudit žádný proud. To prokáže, že proud ve vakuu teče díky pohybu elektronů z KATODY na ANODU.

Plyn se jako každá látka skládá z molekul a atomů, což znamená, že pokud je plyn pod vlivem elektrického pole, tak při určité síle (ionizačním napětí) z atomu vypadnou elektrony, pak budou splněny obě podmínky pro tok elektrického proudu - pole i volné nosiče.

Jak již bylo zmíněno, tento proces se nazývá ionizace. Může k tomu dojít nejen z aplikovaného napětí, ale také při zahřívání plynu, rentgenové snímky, pod vlivem ultrafialového záření a dalších.

Proud bude protékat vzduchem, i když je mezi elektrodami instalován hořák.

Tok proudu v inertních plynech je doprovázen luminiscencí plynu, tento jev se aktivně využívá u zářivek. Proudění elektrického proudu v plynném prostředí se nazývá plynový výboj.

v kapalině

Řekněme, že máme nádobu s vodou, ve které jsou umístěny dvě elektrody, ke kterým je připojen zdroj energie. Pokud je voda destilovaná, tedy čistá a neobsahuje nečistoty, pak je to dielektrikum. Pokud ale do vody přidáme trochu soli, kyseliny sírové nebo jakékoli jiné látky, vytvoří se elektrolyt a začne jím protékat proud.

Elektrolyt je látka, která vede elektrický proud disociací na ionty.

Pokud se do vody přidá síran měďnatý, na jedné z elektrod (katodě) se usadí vrstva mědi - nazývá se to elektrolýza, která dokazuje, že elektrický proud v kapalině se provádí v důsledku pohybu iontů - kladných a záporných nosičů náboje.

Elektrolýza je fyzikální a chemický proces, který spočívá v oddělení složek tvořících elektrolyt na elektrodách.

Dochází tak k poměďování, zlacení a povlakování jinými kovy.

Závěr

Abychom to shrnuli, pro tok elektrického proudu jsou potřeba volné nosiče náboje:

• elektrony ve vodičích (kovech) a vakuu;
• elektrony a díry v polovodičích;
• ionty (anionty a kationty) v kapalinách a plynech.

Aby se pohyb těchto nosičů stal uspořádaným, je potřeba elektrické pole. Jednoduše řečeno- přiveďte napětí na konce těla nebo nainstalujte dvě elektrody v prostředí, kde se očekává, že bude protékat elektrický proud.

Za zmínku také stojí, že proud určitým způsobem ovlivňuje látku, existují tři typy expozice:

• tepelný;
• chemikálie;
• fyzický.

Užitečný

Ohmův zákon pro část obvodu uvádí, že proud je přímo úměrný napětí a nepřímo úměrný odporu.

Pokud se napětí působící v elektrickém obvodu několikrát zvýší, pak se proud v tomto obvodu zvýší o stejnou hodnotu. A pokud několikrát zvýšíte odpor obvodu, proud se sníží o stejnou hodnotu. Stejně tak je průtok vody v potrubí větší, čím větší je tlak a tím menší odpor potrubí pohybu vody klade.

Elektrický odpor - Fyzické množství charakterizující vlastnosti vodiče k zamezení průchodu elektrického proudu a rovný poměru napětí na koncích vodiče na sílu proudu, který jím protéká.

Každé těleso, kterým protéká elektrický proud, má vůči němu určitý odpor.

Elektronická teorie to vysvětluje podstatu elektrického odporu kovových vodičů. Při pohybu po vodiči se volné elektrony na své cestě nesčetněkrát setkávají s atomy a jinými elektrony a při interakci s nimi nevyhnutelně ztrácejí část své energie. Elektrony zažívají jakoby odpor vůči svému pohybu. Různé kovové vodiče mají různé atomová struktura, mají různou odolnost vůči elektrickému proudu.

Odpor vodiče nezávisí na síle proudu v obvodu a napětí, ale je určen pouze tvarem, velikostí a materiálem vodiče.

Čím větší je odpor vodiče, tím hůře vede elektrický proud, a naopak čím nižší je odpor vodiče, tím snáze elektrický proud tímto vodičem prochází.

2 otázka. Viditelné pohyby nebeských těles. Zákony pohybu planet.

A) Za tmavé noci můžeme na obloze vidět asi 2500 hvězd (s přihlédnutím k neviditelné polokouli 5000), které se liší jasem a barvou. Zdá se, že jsou připojeny k nebeské sféře a spolu s ní se točí kolem Země. Pro navigaci mezi nimi byla obloha rozdělena do 88 souhvězdí. Zvláštní místo mezi souhvězdími zaujímalo 12 souhvězdí zvěrokruhu, kterými prochází roční dráha Slunce - ekliptika. astronomové používají různé systémy nebeských souřadnic k navigaci mezi hvězdami. Jedním z nich je rovníkový souřadnicový systém (obr. 15.1). Vychází z nebeského rovníku – projekce zemského rovníku na nebeskou sféru. Ekliptika a rovník se protínají ve dvou bodech: jarní a podzimní rovnodennosti. Každá hvězda má dvě souřadnice: α - rektascenzi (měřeno v hodinách), b - odchylka (měřeno ve stupních). Hvězda Altair má tyto souřadnice: α = 19 h 48 m 18 s; b = +8° 44'. Naměřené souřadnice hvězd jsou uloženy v katalozích, slouží ke stavbě hvězdné tabulky, které používají astronomové při hledání správných hvězd. Vzájemné uspořádání hvězd na obloze se nemění, denně rotují spolu s nebeskou sférou. Planety se spolu s denní rotací pomalu pohybují mezi hvězdami a nazývají se bludnou hvězdou.

Zdánlivý pohyb planet a Slunce popsal Mikuláš Koperník pomocí geocentrického systému světa.

b) Pohyb planet a jiných nebeských těles kolem Slunce probíhá podle tří Keplerovych zákonů:

Keplerův první zákon- pod vlivem přitažlivé síly se jedno nebeské těleso pohybuje v gravitačním poli druhého nebeské těleso podle jedné z kuželoseček - kružnice, elipsy, paraboly nebo hyperboly.

Druhý Keplerov zákon- každá planeta se pohybuje takovým způsobem, že vektor poloměru planety pokrývá stejné oblasti ve stejných časových intervalech.

Třetí Keplerov zákon- třetí mocnina hlavní poloosy oběžné dráhy tělesa dělená druhou mocninou doby jeho oběhu a součtem hmotností těles je konstantní hodnota.

a 3 / [T 2 * (M 1 + M 2)] = G / 4P 2 G je gravitační konstanta.

Měsíc pohybovat se kolem Země na eliptické dráze. Změna měsíčních fází je určena změnou typu osvětlení měsíční strany. Pohyb Měsíce kolem Země se vysvětluje zatměním Měsíce a Slunce. Jevy přílivu a odlivu jsou způsobeny přitažlivostí Měsíce a velkou velikostí Země.

Elektřina. Ohmův zákon

Pokud je izolovaný vodič umístěn v elektrickém poli, pak na volné náboje q ve vodiči bude působit síla, v důsledku čehož ve vodiči dojde ke krátkodobému pohybu volných nábojů. Tento proces skončí, když vlastní elektrické pole nábojů, které vznikly na povrchu vodiče, zcela kompenzuje vnější pole. Výsledné elektrostatické pole uvnitř vodiče bude nulové (viz § 1.5).

Ve vodičích však za určitých podmínek může docházet k nepřetržitému uspořádanému pohybu volných nosičů elektrického náboje. Takovému pohybu se říká elektrický šok . Směr pohybu kladných volných nábojů se bere jako směr elektrického proudu. Pro existenci elektrického proudu ve vodiči je nutné vytvořit v něm elektrické pole.

Kvantitativní míra elektrického proudu je proudová síla já – skalární fyzikální veličina rovna nábojovému poměru Δ q, přenesený průřezem vodiče (obr. 1.8.1) pro časový interval Δ t, do tohoto časového intervalu:

V mezinárodní soustavě jednotek SI se proud měří v ampérech (A). Jednotka proudu 1 A vzniká magnetickou interakcí dvou paralelních vodičů s proudem (viz § 1.16).

Konstantní elektrický proud lze generovat pouze v uzavřený obvod , ve kterém volné nosiče náboje obíhají po uzavřených drahách. Elektrické pole v různých bodech takového obvodu je v průběhu času konstantní. V důsledku toho má elektrické pole ve stejnosměrném obvodu charakter zmrazeného elektrostatického pole. Ale při pohybu elektrického náboje v elektrostatickém poli po uzavřené dráze je práce elektrických sil nulová (viz § 1.4). Proto je pro existenci stejnosměrného proudu nutné mít v elektrickém obvodu zařízení, které dokáže vytvářet a udržovat potenciální rozdíly v úsecích obvodu působením sil. neelektrostatického původu. Taková zařízení se nazývají zdroje stejnosměrného proudu . Volají se síly neelektrostatického původu působící na volné nosiče náboje z proudových zdrojů vnější síly .

Povaha vnějších sil může být různá. V galvanické články nebo baterie, vznikají v důsledku elektrochemických procesů, u stejnosměrných generátorů vznikají síly třetích stran při pohybu vodičů v magnetickém poli. Zdroj proudu v elektrickém obvodu hraje stejnou roli jako čerpadlo, které je nezbytné pro čerpání kapaliny v uzavřeném hydraulickém systému. Vlivem vnějších sil se uvnitř zdroje proudu pohybují elektrické náboje proti sil elektrostatického pole, díky nimž lze v uzavřeném obvodu udržovat konstantní elektrický proud.

Když se elektrické náboje pohybují podél stejnosměrného obvodu, působí vnější síly působící uvnitř zdrojů proudu.

Fyzikální veličina rovna poměru práce A st vnější síly při pohybu náboje q od záporného pólu zdroje proudu ke kladnému k hodnotě tohoto náboje, se nazývá zdroj elektromotorické síly(EMF):

EMF je tedy určeno prací vykonanou vnějšími silami při pohybu jediného kladného náboje. Elektromotorická síla, stejně jako rozdíl potenciálů, se měří ve voltech (V).

Když se jediný kladný náboj pohybuje po uzavřeném stejnosměrném obvodu, práce vnějších sil se rovná součtu EMF působících v tomto obvodu a práce elektrostatického pole je nulová.

Stejnosměrný obvod lze rozdělit na samostatné sekce. Volají se ty úseky, na které vnější síly nepůsobí (t.j. úseky, které neobsahují zdroje proudu). homogenní . Oblasti, které zahrnují proudové zdroje, se nazývají heterogenní .

Když se jednotkový kladný náboj pohybuje podél určité části obvodu, působí jak elektrostatické (Coulombovské) tak vnější síly. Práce elektrostatických sil se rovná potenciálnímu rozdílu Δφ 12 \u003d φ 1 - φ 2 mezi počátečním (1) a konečným (2) bodem nehomogenního řezu. Práce vnějších sil je podle definice elektromotorická síla 12 působící v této oblasti. Takže celková práce je

Německý fyzik G. Ohm v roce 1826 experimentálně zjistil, že aktuální síla já, protékající homogenním kovovým vodičem (tj. vodičem, ve kterém nepůsobí žádné vnější síly), je úměrný napětí U na koncích vodiče:

Kde R= konst.

hodnota R volal elektrický odpor . Nazývá se vodič s elektrickým odporem odpor . Tento poměr vyjadřuje Ohmův zákon pro homogenní část obvodu: Proud ve vodiči je přímo úměrný použitému napětí a nepřímo úměrný odporu vodiče.

V SI je jednotka elektrického odporu vodičů ohm (Ohm). Odpor 1 ohm má část obvodu, ve které při napětí 1 V vzniká proud 1 A.

Volají se vodiče, které dodržují Ohmův zákon lineární . Grafická závislost síly proudu já od napětí U(takové grafy se nazývají voltampérové ​​charakteristiky , zkráceně VAC) je reprezentován přímkou ​​procházející počátkem. Je třeba poznamenat, že existuje mnoho materiálů a zařízení, které se neřídí Ohmovým zákonem, jako je polovodičová dioda nebo plynová výbojka. Dokonce i pro kovové vodiče při proudech dostatečně velké síly je pozorována odchylka od Ohmova lineárního zákona, protože elektrický odpor kovových vodičů se zvyšuje s rostoucí teplotou.

Pro část obvodu obsahující EMF je Ohmův zákon zapsán v následující podobě:

Ohmův zákon

Sečtením obou rovností dostaneme:

já (R + r) = Δφ CD + Δφ ab + .

Ale Δφ CD = Δφ ba = – Δφ ab. Proto

Tento vzorec vyjádří Ohmův zákon pro úplný obvod : proudová síla v úplném obvodu se rovná elektromotorické síle zdroje, dělené součtem odporů homogenních a nehomogenních částí obvodu.

Odpor r heterogenní oblast na Obr. 1.8.2 lze vidět jako vnitřní odpor zdroje proudu . V tomto případě zápletka ( ab) na Obr. 1.8.2 je vnitřní část zdroje. Pokud body A A b uzavřete vodičem, jehož odpor je malý ve srovnání s vnitřním odporem zdroje ( R << r), pak okruh poteče zkratový proud

Zkratový proud - maximální proud, který lze získat z daného zdroje s elektromotorickou silou a vnitřním odporem r. U zdrojů s nízkým vnitřním odporem může být zkratový proud velmi velký a způsobit zničení elektrického obvodu nebo zdroje. Například olověné baterie používané v automobilech mohou mít zkratový proud několik stovek ampér. Zvláště nebezpečné jsou zkraty v osvětlovacích sítích napájených z rozvoden (tisíce ampérů). Aby nedocházelo k destruktivnímu působení tak vysokých proudů, jsou v obvodu zahrnuty pojistky nebo speciální jističe.

V některých případech, aby se zabránilo nebezpečným hodnotám zkratového proudu, je ke zdroji zapojen sériově nějaký vnější odpor. Pak odpor r se rovná součtu vnitřního odporu zdroje a vnějšího odporu a v případě zkratu nebude síla proudu přehnaně velká.

Pokud je vnější obvod otevřený, pak Δφ ba = – Δφ ab= , tj. potenciální rozdíl na pólech otevřené baterie je roven jejímu EMF.

Pokud je vnější zátěžový odpor R zapnutý a akumulátorem protéká proud já, potenciální rozdíl na jeho pólech se rovná

Δφ ba = – Ir.

Na Obr. 1.8.3 je schematické znázornění stejnosměrného zdroje se stejným EMF a vnitřním odporem r ve třech režimech: "nečinnost", práce na zátěži a režim zkratu (zkrat). Síla elektrického pole uvnitř baterie a síly působící na kladné náboje jsou označeny: – elektrická síla a – síla třetí strany. V režimu zkratu elektrické pole uvnitř baterie zmizí.

K měření napětí a proudů ve stejnosměrných elektrických obvodech se používají speciální přístroje - voltmetry A ampérmetry.

Voltmetr navržený k měření rozdílu potenciálu aplikovaného na jeho svorky. Spojuje se paralelníúsek obvodu, na kterém se provádí měření rozdílu potenciálů. Jakýkoli voltmetr má nějaký vnitřní odpor. R B. Aby voltmetr při zapojení do měřeného obvodu nezavedl znatelné přerozdělení proudů, musí být jeho vnitřní odpor velký v porovnání s odporem úseku obvodu, ke kterému je připojen. Pro obvod znázorněný na Obr. 1.8.4 je tato podmínka zapsána takto:

R B >> R 1 .

Tato podmínka znamená, že proud já B = Δφ CD / R B, protékající voltmetrem, je mnohem menší než proud já = Δφ CD / R 1, který protéká testovanou částí obvodu.

Protože uvnitř voltmetru nepůsobí žádné vnější síly, potenciálový rozdíl na jeho svorkách se podle definice shoduje s napětím. Můžeme tedy říci, že voltmetr měří napětí.

Ampérmetr určené k měření proudu v obvodu. Ampérmetr je zapojen do série s přerušením elektrického obvodu tak, aby jím procházel celý měřený proud. Ampérmetr má také nějaký vnitřní odpor. R A. Na rozdíl od voltmetru musí být vnitřní odpor ampérmetru dostatečně malý ve srovnání s celkovým odporem celého obvodu. Pro obvod na Obr. 1.8.4 odpor ampérmetru musí splňovat podmínku

Podmínky existence stejnosměrného elektrického proudu.

Pro existenci stejnosměrného elektrického proudu je nutná přítomnost volných nabitých částic a přítomnost zdroje proudu. ve kterém se provádí přeměna jakéhokoli druhu energie na energii elektrického pole.

Aktuální zdroj- zařízení, ve kterém se jakýkoli druh energie přeměňuje na energii elektrického pole. Ve zdroji proudu působí vnější síly na nabité částice v uzavřeném okruhu. Důvody pro výskyt vnějších sil v různých zdrojích proudu jsou různé. Například v bateriích a galvanických článcích vznikají vnější síly v důsledku proudění chemických reakcí, v generátorech elektráren vznikají při pohybu vodiče v magnetickém poli, ve fotočláncích - při působení světla na elektrony v kovech a polovodičích.

Elektromotorická síla zdroje proudunazýváme poměr práce vnějších sil k hodnotě kladného náboje přeneseného ze záporného pólu zdroje proudu na kladný.

Základní pojmy.

Síla proudu- skalární fyzikální veličina rovna poměru náboje, který prošel vodičem, k době, za kterou tento náboj prošel.

Kde já - proudová síla,q - výše poplatku (množství elektřiny),t - účtovat dobu přepravy.

proudová hustota- vektorová fyzikální veličina rovna poměru síly proudu k ploše průřezu vodiče.

Kde j -proudová hustota, S - průřezová plocha vodiče.

Směr vektoru proudové hustoty se shoduje se směrem pohybu kladně nabitých částic.

Napětí - skalární fyzikální veličina rovna poměru celkové práce Coulomba a vnějších sil při pohybu kladného náboje v oblasti k hodnotě tohoto náboje.

KdeA - plná práce třetích stran a Coulombových sil,q - elektrický náboj.

Elektrický odpor- fyzikální veličina charakterizující elektrické vlastnostiúsek řetězu.

Kde ρ - měrný odpor vodiče,l - délka části vodiče,S - plocha průřezu vodiče.

Vodivostje převrácená hodnota odporu

KdeG - vodivost.