Sektsioonid: Füüsika

Tunni eesmärgid.

Õpetus:

õpilaste teadmiste kujundamine elektrivoolu tekke ja olemasolu tingimustest.

Arendamine:

arengut loogiline mõtlemine tähelepanu, oskused omandatud teadmisi praktikas kasutada.

Hariduslik:

tingimuste loomine iseseisvuse, tähelepanelikkuse ja enesehinnangu avaldumiseks.

Varustus.

1. Galvaanielemendid, aku, generaator, kompass.
2. Kaardid (lisatud).
3. Näidismaterjal (väljapaistvate füüsikute portreed Ampère, Volta; plakatid "Elekter", "Elektrilaengud").

Demod:

1. Tegevus elektrivool juhis magnetnõelale.
2. Vooluallikad: galvaanilised elemendid, aku, generaator.

Tunniplaan

1. Organisatsioonimoment.

2. Õpetaja sissejuhatav kõne.

3. Ettevalmistus uue materjali tajumiseks.

4. Uue materjali õppimine.

a) vooluallikad;

b) elektrivoolu mõju;

c) füüsiline operett “Elektrikuninganna”;

d) tabeli “Elektrivool” täitmine;

e) ohutusabinõud elektriseadmetega töötamisel.

5. Õppetunni kokkuvõtte tegemine.

6. Peegeldus.

7. Kodutöö:

a) Eluohutuse, eritehnoloogiate tundides saadud teadmiste põhjal koostada ja vihikusse kirja panna memo “Ohutusmeetmed elektriseadmetega töötamisel”

b) Individuaalne ülesanne: Koostada aruanne jõuallika kasutamisest igapäevaelus ja tehnikas.

Tunni kokkuvõte

1. Organisatsioonimoment

Märkige õpilaste kohalolek, nimetage tunni teema, eesmärk.

2. Õpetaja sissejuhatav kõne

Sõnadega elekter, elektrivool on meile tuttav juba varasest lapsepõlvest. Elektrivoolu kasutatakse meie kodudes, transpordis, tootmises, valgustusvõrgus.

Kuid mis on elektrivool, mis on selle olemus, pole lihtne mõista.

Sõna elekter tuleneb sõnast elektron, mis on kreeka keelest tõlgitud kui merevaik. Merevaik on iidsete okaspuude kivistunud vaik. Sõna vool tähendab millegi voolu või liikumist.

3. Ettevalmistus uue materjali tajumiseks

Sissejuhatava vestluse küsimused.

Millised on kahte tüüpi laenguid, mis looduses eksisteerivad? Kuidas nad omavahel suhtlevad?

Vastus: Looduses on kahte tüüpi laenguid: positiivsed ja negatiivsed.

Positiivsed laengukandjad on prootonid, negatiivsed laengukandjad elektronid. Sarnaselt laetud osakesed tõrjuvad üksteist, vastaslaenguga osakesed tõmbavad ligi.

Kas elektroni ümber on elektriväli?

Vastus: Jah, elektroni ümber on elektriväli.

Mis on vabad elektronid?

Vastus: Need on tuumast kõige kaugemal asuvad elektronid, nad võivad vabalt aatomite vahel liikuda.

4. Uue materjali õppimine

a) Praegused allikad.

Laual on spetsiaalsed seadmed. Mis on nende nimed? Milleks neid vaja on?

Vastus: Need on galvaanilised elemendid, aku, generaator - vooluallikate üldnimetus. Need on vajalikud elektrienergia varustamiseks, juhis elektrivälja tekitamiseks.

Teame, et on olemas laetud osakesed, elektronid ja prootonid, teame, et on olemas seadmeid, mida nimetatakse vooluallikateks.

b) Elektrivoolu toimed.

Ütle mulle, kuidas me saame aru, et ahelas on elektrivool, milliste toimingute abil?

Vastus: Elektrivoolul on erinevat tüüpi toime:

• Soojus - juht, mille kaudu elektrivool voolab, kuumutatakse (elektripliit, triikraud, hõõglamp, jootekolb).
• Voolu keemilist mõju võib täheldada elektrivoolu juhtimisel läbi vasksulfaadi lahuse - vase vabanemine vitriooli lahusest, kroomimine, nikeldamine.
• Füsioloogiline - inimeste ja loomade lihaste kokkutõmbumine, mida läbib elektrivool.
• Magnetiline - kui elektrivool läbib juhti, võib see kõrvale kalduda, kui läheduses asetatakse magnetnõel. See toiming on peamine. Kogemuste demonstreerimine: aku, hõõglamp, ühendusjuhtmed, kompass.

c) Füüsiline operett “Kuninganna elekter”. (Lisa nr 1)

Nüüd esitlevad vanemad tüdrukud teie tähelepanu operetti "Elektrikuninganna". Ärge unustage vene rahvapärast vanasõna "Muinasjutt on vale, kuid selles on vihje, õppetund headele kaaslastele." See tähendab, et te mitte ainult ei kuula ega vaata, vaid võtate sealt ka teatud teavet. Sinu ülesandeks on võimalikult palju kirja panna füüsilised terminid mis tekivad vaates.

d) Tabeli “Elektrivool” täitmine. (lisa nr 2)

Ütle mulle, milline üks mõiste ühendab kõiki teie üleskirjutatud termineid?

Vastus: elektrivool.

Alustame tabeli "Elektrivool" täitmist.

Tabelit täites võtame kokku tunnis saadud teadmised ja saame uut infot.

Tabeli täitmise käigus järeldame, millised tingimused on vajalikud elektrivoolu loomiseks.

• Esimene tingimus on vabade laetud osakeste olemasolu.
• Teine tingimus on elektrivälja olemasolu juhi sees.

e) Ohutusmeetmed elektriseadmetega töötamisel.

Kuhu edasi tööstuspraktika, seisate silmitsi elektrivoolu kasutamisega? Õpilaste vastused.

Vastus: Elektriseadmetega töötamisel.

Keelatud.

• Kõndige maas, hoides elektriseadmeid võrku ühendatud. Eriti ohtlik on käia paljajalu märjal pinnasel.
• Sisenege elektri- ja muudesse elektriruumidesse.
• Võtke katkised, paljad, rippuvad ja maandusjuhtmetel lamavad.
• Torka naelad seina kohta, kus võib asuda peidetud juhtmestik. Praegu on surmavalt ohtlik maandada keskküttepatareisid, veevarustust.
• Võimalike elektrijuhtmete kohtades seinte puurimine.
• Värvige, lubitage, peske seinad välise või peidetud pingestatud juhtmestikuga.
• Töötage sisselülitatud elektriseadmetega akude või veetorude läheduses.
• Töö elektriseadmetega, lambipirnide vahetus, vannitoa peal seismine.
• Töötage vigaste elektriseadmetega.
• Paranda katkised elektriseadmed.

5. Õppetunni kokkuvõtte tegemine

Füüsikaseadusi järgides liigub aeg vääramatult edasi ja meie õppetund on jõudnud oma loogilise lõpuni.

Teeme oma õppetunni kokkuvõtte.

Mis on teie arvates elektrivool?

Vastus: Elektrivool on laetud osakeste suunatud liikumine.

Milliseid tingimusi on vaja elektrivoolu loomiseks?

Vastus: Esimene tingimus on vabade laetud osakeste olemasolu.

Teine tingimus on elektrivälja olemasolu juhi sees.

6. Peegeldus

7. Kodutöö

a) Eluohutuse, eritehnoloogiate tundides saadud teadmiste põhjal koostada ja vihikusse kirja panna memo “Ohutusmeetmed elektriseadmetega töötamisel”.

b) Individuaalne ülesanne: Koostada aruanne jõuallika kasutamisest igapäevaelus ja tehnikas. (

Ja veelkord head päeva teile, kallis. Ilma pikema jututa alustame tänast vestlust. Näib, et oleme juba ammu välja mõelnud juhi voolu põhjused. Panime juhi väljale – elektronid jooksid, tekkis vool. Mida veel teeb. Kuid selgub, et selle voolu pidevaks olemasoluks juhis on vaja järgida teatud tingimusi. Juhtis elektrivoolu liikumise füüsika füüsika selgemaks mõistmiseks vaadake näidet.

Oletame, et meil on mõni juht, mille asetame elektrivälja, nagu on näidatud joonisel 4.1.

Joonis 4.1 – Juht elektriväljas

Tähistame kokkuleppeliselt pinge suurust juhi otstes kui E 1 ja E 2 ning E 1 >E 2. Nagu varem teada saime, hakkavad juhis olevad vabad elektronid liikuma suurema väljatugevuse suunas, st punkti A. Kuid aja jooksul muutub punktis A elektronide kuhjumisel tekkiv potentsiaal selliseks, et oma Selle tekitatud elektromagnetväli E 0 on absoluutväärtuselt võrdne välisväljaga ja väljade suunad on vastupidised, kuna punkti B potentsiaal on positiivsem (välise välja toimest tingitud elektronide puudumine) .

Kuna kahe identse vastandliku jõu mõju on võrdne nulliga: |E|+|(E 0)|=0, siis elektronid lõpetavad oma järjestatud liikumise, elektrivool peatub. Selleks, et elektronide voog oleks pidev, on vaja: esiteks rakendada mittepotentsiaalset lisajõudu, mis kompenseeriks oma mõju. elektriväli juhi ja teiseks suletud vooluringi loomiseks, kuna elektronide liikumine saab toimuda ainult juhtides (varem märkisime, et dielektrikud, kuigi neil on teatav elektrijuhtivus, ei lase elektrivoolu läbi) ja kompenseeriva jõu püsivuse tagamiseks , väljade püsivus on vajalik: nii välise kui ka omana.

Alustame teise punktiga. Vaatleme väljale paigutatud juhti, nagu on näidatud joonisel 4.2. Oletame, et pärast välise ja sisemise elektromagnetvälja vastastikmõju kompenseerimist oleme rakendanud lisaks välisele väljale veel ühe sama välja. Välisvälja kogumõju on 2 |E|. Juhis voolab vool edasi samas suunas, kuid täpselt kuni 2 |E|>|E 0 |, misjärel elektrivool taas peatub. See on välismõju peab pidevalt suurenema, et võimaldada voolu voolamist avatud juhis, mis on võimatu.
Kui sulgeme juhi nii, et üks osa sellest jääb väljast väljapoole, siis lisaks välisväljale lisajõu töö tõttu (see jõud ei tohiks antud juhul olla potentsiaalne, kuna potentsiaalse jõu töö suletud vooluring on null ja ei sõltu trajektoori kujust), siis tekib juhis elektrivool ainult välisvälja mõjul, kuna juhi tegelik väli kompenseeritakse täielikult. Seetõttu peab iga elektriahel olema alati suletud.

Täiendava jõu sisseviimise vajadust saab selgitada järgmisest kaalutlusest: kui saaksime laengud osaliselt juhi otsast B juhi otsa A, ei peatuks ka elektrivool. Selline "maandumine" nõuab aga ka energiat. Seetõttu on lisajõu kasutuselevõtt endiselt vajalik. Mittepotentsiaalseid jõude nimetatakse ka välisjõududeks. Ja nende allikad on vooluallikad või generaatorid.

Joonis 4.2 – oma elektromagnetvälja tekkimine juhis

Kust siis saada lisajõudu, mida pealegi ei tohiks põld tekitada, sest ilma selleta me voolu ei saa? Selgub, et keemilise redutseerimis-oksüdatsioonireaktsiooni käigus, näiteks pliioksiidi ja lahjendatud väävelhappe interaktsiooni käigus, eralduvad vabad elektronid:

Kõigi reaktsiooni käigus vabanevate elektronide "meelitamiseks" ühte ruumipunkti asetatakse väävelhappe lahusesse mitu pliivõrku, mida nimetatakse elektroodideks. Üks elektroodide osa on valmistatud pliist ja seda nimetatakse katoodiks, teine ​​- anood - on valmistatud pliidoksiidist. Katood on välise vooluahela vabade elektroodide allikas ja anood on vastuvõtja.

Ülaltoodud näide vastab kõigile autojuhtidele (ja mitte ainult) tuntud seadmele - pliiakule. Muidugi ei lange ülaltoodud näide palju kokku sellega, mis toimub aku sees tegelikkuses, kuid voolu välimuse olemus peegeldab hästi. Seega positiivse anoodi (vähe elektrone) ja negatiivse katoodi (palju elektrone) vahele tekib elektriväli, mis tekitab välisjõude ja tekitab juhis voolu. See jõud sõltub ainult keemilise reaktsiooni käigust, see on praktiliselt konstantne, kuni eksisteerivad selle reaktsiooni elemendid - hape ja pliioksiid. Seega, kui eemaldame elektrivälja ja ühendame juhi anoodi ja katoodiga, siis elektrivool ikkagi voolab tänu sellele, et aku tekitab välise jõu. Juhi ümber on oma elektriväli, millest aku peab üle saama, et elektron katoodilt anoodile üle kanda. See on välise jõu olemus.

Nüüd kaaluge olukorda aku ja sellega ühendatud juhiga. Elektriväli teeb positiivset tööd positiivse laengu (me räägime positiivsetest laengutest, kuna nende liikumise suund vastab voolu suunale) liigutamiseks selles suunas. välja potentsiaali vähendamine. Vooluallikas teostab elektrilaengute eraldamist - positiivsed laengud kogunevad ühele poolusele, negatiivsed laengud teisele. Elektrivälja tugevus allikas on suunatud positiivselt poolusele negatiivsele, seega on elektrivälja töö positiivse laengu liigutamiseks positiivne, kui see liigub "plussist" "miinusesse". Väliste jõudude töö on vastupidi positiivne, kui positiivsed laengud liiguvad negatiivselt pooluselt positiivsesse, see tähendab "miinusest" plussiks. See on põhimõtteline erinevus potentsiaalide erinevuse ja EMF-i mõistete vahel. , mida tuleb alati meeles pidada.

Joonisel 4.3 on näidatud voolu I suund akuga ühendatud juhis - positiivselt anoodilt negatiivsele katoodile, kuid aku sees "kukutavad" kolmanda osapoole keemilise reaktsiooni jõud elektronid, mis tulid välisahelast anood katoodile ja positiivsed ioonid katoodilt anoodile, see tähendab, et need toimivad voolu suuna ja välja suuna vastu.

Joonis 4.3 – Välisjõudude demonstreerimine elektrivoolu korral

Ülaltoodud kaalutlustest võib järeldada järgnev väljund: vooluallika sees laengule mõjuvad jõud erinevad juhi sees mõjuvatest jõududest. Sellest lähtuvalt on vaja neid jõude üksteisest eristada. Välisjõudude iseloomustamiseks võeti kasutusele elektromotoorjõu (EMF) suurus – välisjõudude poolt ühe positiivse laengu liigutamiseks tehtav töö, mida tähistatakse ladina tähega ε (“epsilon”) ja seda mõõdetakse samal viisil. potentsiaalide erinevusena – voltides.

Kuna potentsiaalide erinevus ja EMF on erinevat tüüpi jõud, võib öelda, et EMF väljaspool allikajuhtmeid on null. Kuigi tavaelus jäetakse need peensused tähelepanuta ja öeldakse: "Aku pinge on 1,5 V", ehkki rangelt võttes on pinge vooluringi sektsioonis elektrostaatiliste ja kolmanda osapoole jõudude kogutöö ühe positiivse laengu liigutamiseks. Tulevikus kohtame neid mõisteid veel ja need on meile kasulikud keeruliste elektriahelate arvutamisel.

Võib-olla on see kõik, sest õppetund osutus liiga koormatuks ... Kuid pinge ja EMF-i mõisteid peavad olema võimalik eristada.

• Elektrivoolu olemasoluks on vaja kahte tingimust:
  1) suletud elektriahel;
  2) kolmandate isikute mittepotentsiaalsete jõudude allika olemasolu.
• Elektromotoorjõud (EMF) on töö, mida välised jõud ühe positiivse laengu liigutamiseks teevad.
• Elektriahelas esinevaid kõrvaliste jõudude allikaid nimetatakse ka vooluallikateks.
• Aku positiivset klemmi nimetatakse anoodiks, negatiivset katoodiks.

Seekord ülesandeid ei tule, parem on seda õppetundi korrata, et mõista kogu voolu füüsikat juhis. Nagu alati, võite allolevatesse kommentaaridesse jätta kõik küsimused, ettepanekud ja soovid! Varsti näeme!

Ilma elektrita on elu võimatu ette kujutada kaasaegne inimene. Voldid, amprid, vatid – need sõnad kõlavad vestluses elektriga töötavate seadmete kohta. Aga mis see elektrivool on ja millised on selle olemasolu tingimused? Räägime sellest edasi, pakkudes algajatele elektrikutele lühikese selgituse.

Definitsioon

Elektrivool on laengukandjate suunatud liikumine – see on füüsikaõpiku standardne sõnastus. Teatud aineosakesi nimetatakse omakorda laengukandjateks. Need võivad olla:

• Elektronid on negatiivse laengu kandjad.
• Ioonid on positiivse laengu kandjad.

Aga kust laengukandjad tulevad? Sellele küsimusele vastamiseks peate meeles pidama põhiteadmisi aine struktuuri kohta. Kõik, mis meid ümbritseb, on mateeria, see koosneb molekulidest, selle väikseimatest osakestest. Molekulid koosnevad aatomitest. Aatom koosneb tuumast, mille ümber elektronid liiguvad etteantud orbiitidel. Molekulid liiguvad ka juhuslikult. Kõigi nende osakeste liikumine ja struktuur sõltuvad ainest endast ja selle mõjust. keskkond nagu temperatuur, pinge jne.

Ioon on aatom, milles elektronide ja prootonite suhe on muutunud. Kui aatom on algselt neutraalne, jagunevad ioonid omakorda:

• Anioonid on elektronid kaotanud aatomi positiivsed ioonid.
• Katioonid on aatom, mille aatomi külge on kinnitatud "lisa" elektronid.

Voolu ühik on amper, vastavalt sellele arvutatakse valemiga:

kus U on pinge [V] ja R on takistus [oomi].

Või otseselt proportsionaalne ajaühiku kohta ülekantava tasu summaga:

kus Q on laeng, [C], t on aeg, [s].

Elektrivoolu olemasolu tingimused

Saime aru, mis on elektrivool, nüüd räägime sellest, kuidas selle voolu tagada. Elektrivoolu voolamiseks peavad olema täidetud kaks tingimust:

1. Vabade laengukandjate olemasolu.
2. Elektriväli.

Elektri olemasolu ja voolamise esimene tingimus sõltub ainest, milles vool voolab (või ei voola), samuti selle olekust. Samuti on teostatav teine ​​tingimus: elektrivälja olemasoluks on vajalik erinevate potentsiaalide olemasolu, mille vahel on keskkond, milles laengukandjad voolavad.

Tagasikutsumine: Pinge, EMF on potentsiaalide erinevus. Sellest järeldub, et voolu olemasolu tingimuste – elektrivälja ja elektrivoolu olemasolu – täitmiseks on vaja pinget. Need võivad olla laetud kondensaatori plaadid, galvaaniline element, magnetvälja (generaatori) mõjul tekkinud EMF.

Saime aru, kuidas see tekib, räägime, kuhu see suunatakse. Vool liigub meie tavakasutuses põhimõtteliselt juhtides (korteri elektrijuhtmestik, hõõglambid) või pooljuhtides (LED-id, nutitelefoni protsessor ja muu elektroonika), harvem gaasides (luminofoorlambid).

Nii et enamikul juhtudel on peamised laengukandjad elektronid, nad liiguvad miinusest (negatiivse potentsiaaliga punkt) plussile (positiivse potentsiaaliga punkt, selle kohta saate rohkem teada allpool).

Huvitav fakt on aga see, et voolu liikumise suunaks peeti positiivsete laengute liikumist – plussist miinusesse. Kuigi tegelikult toimub vastupidi. Fakt on see, et otsus voolu suuna kohta tehti enne selle olemuse uurimist ja ka enne selle kindlaksmääramist, mille tõttu vool voolab ja eksisteerib.

Elektrivool erinevates keskkondades

Oleme juba maininud, et erinevates meediumites võib elektrivool erineda laengukandjate tüübi poolest. Kandjaid saab jagada juhtivuse olemuse järgi (juhtivuse kahanevas järjekorras):

1. Juht (metallid).
2. Pooljuht (räni, germaanium, galliumarseniid jne).
3. Dielektriline (vaakum, õhk, destilleeritud vesi).

metallides

Metallid sisaldavad vabu laengukandjaid ja mõnikord nimetatakse neid "elektrigaasiks". Kust tulevad tasuta laengukandjad? Fakt on see, et metall, nagu iga aine, koosneb aatomitest. Aatomid kuidagi liiguvad või võnguvad. Mida kõrgem on metalli temperatuur, seda tugevam on see liikumine. Samas aatomid ise üldine vaade jäävad oma kohtadele, moodustades tegelikult metalli struktuuri.

Aatomi elektronkihtides on tavaliselt mitu elektroni, millel on tuumaga üsna nõrk side. Temperatuuride mõjul keemilised reaktsioonid ja lisandite vastastikmõju, mida igal juhul metallis on, elektronid eralduvad oma aatomitest, tekivad positiivselt laetud ioonid. Eraldunud elektrone nimetatakse vabadeks ja nad liiguvad juhuslikult.

Kui neid mõjutab elektriväli, näiteks kui ühendate aku metallitükiga - kaootiline liikumine elektronid muutuvad järjestatuks. Elektronid punktist, millega on ühendatud negatiivne potentsiaal (näiteks galvaanilise elemendi katood), hakkavad liikuma positiivse potentsiaaliga punkti suunas.

pooljuhtides

Pooljuhid on materjalid, milles normaalses olekus vabu laengukandjaid ei ole. Need on nn keelatud tsoonis. Aga kui kandideerid välised jõud, nagu elektriväli, soojus, mitmesugused kiirgused (valgus, kiirgus jne), ületavad nad ribapilu ja lähevad üle vabasse või juhtivusriba. Elektronid eralduvad oma aatomitest ja muutuvad vabaks, moodustades ioone – positiivseid laengukandjaid.

Pooljuhtide positiivseid kandjaid nimetatakse aukudeks.

Kui pooljuhile energia lihtsalt üle kanda, näiteks soojendada, algab laengukandjate kaootiline liikumine. Aga kui me räägime pooljuhtelementidest, nagu diood või transistor, siis kristalli vastasotstesse (nendele kantakse metalliseeritud kiht ja juhtmed on joodetud) ilmub EMF, kuid see ei kehti. tänase artikli teema juurde.

Kui pooljuhile rakendada EMF-i allikat, siis liiguvad ka laengukandjad juhtivusriba ja algab ka nende suunatud liikumine - augud lähevad madalama elektripotentsiaaliga küljele ja elektronid - küljele, mille elektripotentsiaal on väiksem. suurem.

Vaakumis ja gaasis

Vaakum on keskkond, milles gaasid täielikult (ideaalsel juhul) puuduvad või mille kogus (tegelikkuses) on minimeeritud. Kuna vaakumis pole mateeriat, pole ka laengukandjate jaoks allikat. Voolu voolamine vaakumis tähistas aga elektroonika ja terve ajastu algust elektroonilised elemendid- vaakumlambid. Neid kasutati eelmise sajandi esimesel poolel ja 50ndatel hakkasid nad järk-järgult andma teed transistoridele (olenevalt konkreetsest elektroonikavaldkonnast).

Oletame, et meil on anum, millest on kogu gaas välja pumbatud, s.t. see on täielik vaakum. Anumasse asetatakse kaks elektroodi, nimetagem neid anoodiks ja katoodiks. Kui ühendame EMF-i allika negatiivse potentsiaali katoodiga ja positiivse anoodiga, ei juhtu midagi ja voolu ei voola. Aga kui hakkame katoodi soojendama, hakkab vool voolama. Seda protsessi nimetatakse termiooniliseks emissiooniks – elektronide emissioon elektroni kuumutatud pinnalt.

Joonisel on kujutatud voolu kulgemise protsess vaakumlambis. Vaakumtorudes soojendatakse katoodi lähedalasuva hõõgniidi abil joonisel (H), näiteks valgustuslambis.

Samal ajal, kui muudate toite polaarsust - kandke anoodile miinus ja katoodile pluss - vool ei voola. See tõestab, et vaakumis olev vool voolab elektronide liikumise tõttu KATOODILT ANOOODI.

Gaas, nagu iga aine, koosneb molekulidest ja aatomitest, mis tähendab, et kui gaas on elektrivälja mõjul, siis teatud tugevuse (ionisatsioonipinge) juures lähevad elektronid aatomist lahti, siis on mõlemad tingimused. elektrivoolu voolu jaoks täidetakse - väli ja vaba meedia.

Nagu juba mainitud, nimetatakse seda protsessi ioniseerimiseks. See võib ilmneda mitte ainult rakendatud pingest, vaid ka gaasi kuumutamisel, röntgenikiirgus, ultraviolettkiirguse ja teiste mõjul.

Vool liigub läbi õhu isegi siis, kui elektroodide vahele on paigaldatud põleti.

Inertgaaside vooluga kaasneb gaasi luminestsents, seda nähtust kasutatakse aktiivselt luminofoorlampides. Elektrivoolu voolu gaasilises keskkonnas nimetatakse gaaslahenduseks.

vedelikus

Oletame, et meil on veega anum, millesse on asetatud kaks elektroodi, millele on ühendatud toiteallikas. Kui vesi on destilleeritud, see tähendab puhas ja ei sisalda lisandeid, siis on see dielektrik. Kui aga lisada veele veidi soola, väävelhapet või mõnda muud ainet, tekib elektrolüüt ja sellest hakkab läbi voolama vool.

Elektrolüüt on aine, mis juhib elektrit, dissotsieerudes ioonideks.

Kui veele lisatakse vasksulfaati, settib ühele elektroodile (katoodile) vasekiht - seda nimetatakse elektrolüüsiks, mis tõestab, et vedelikus olev elektrivool toimub ioonide liikumise tõttu - positiivne ja negatiivse laengu kandjad.

Elektrolüüs on füüsikaline ja keemiline protsess, mis seisneb elektroodide elektrolüüdi moodustavate komponentide eraldamises.

Seega toimub vasetamine, kullamine ja katmine teiste metallidega.

Järeldus

Kokkuvõtteks võib öelda, et elektrivoolu voolamiseks on vaja vabu laengukandjaid:

• elektronid juhtides (metallides) ja vaakum;
• elektronid ja augud pooljuhtides;
• ioonid (anioonid ja katioonid) vedelikes ja gaasides.

Selleks, et nende kandjate liikumine muutuks korrapäraseks, on vaja elektrivälja. Lihtsate sõnadega- rakendage korpuse otstele pinget või paigaldage kaks elektroodi keskkonda, kus eeldatakse elektrivoolu liikumist.

Samuti väärib märkimist, et vool mõjutab ainet teatud viisil, kokkupuudet on kolme tüüpi:

• soojus;
• keemiline;
• füüsiline.

Kasulik

Ohmi seadus vooluringi sektsiooni jaoks väidab, et vool on otseselt võrdeline pingega ja pöördvõrdeline takistusega.

Kui elektriahelas toimivat pinget mitu korda suurendada, suureneb voolutugevus selles ahelas sama palju. Ja kui suurendate ahela takistust mitu korda, väheneb vool sama palju. Samuti on vee vool torus suurem, mida suurem on rõhk ja seda väiksem on toru takistus vee liikumisele.

Elektritakistus - füüsiline kogus iseloomustades juhi omadusi vältida elektrivoolu läbimist ja võrdne suhtega pinge juhtme otstes seda läbiva voolu tugevusele.

Igal kehal, mille kaudu voolab elektrivool, on sellele teatud takistus.

Elektrooniline teooria see selgitab metalljuhtide elektritakistuse olemust. Mööda juhti liikudes puutuvad vabad elektronid oma teel lugematuid kordi kokku aatomite ja teiste elektronidega ning nendega suheldes kaotavad paratamatult osa oma energiast. Elektronid kogevad justkui vastupanu oma liikumisele. Erinevad metalljuhtmed, millel on erinevad aatomi struktuur, millel on erinev vastupidavus elektrivoolule.

Juhi takistus ei sõltu voolutugevusest ahelas ja pingest, vaid selle määrab ainult juhtme kuju, suurus ja materjal.

Mida suurem on juhi takistus, seda halvemini juhib see elektrivoolu ja vastupidi, mida väiksem on juhi takistus, seda lihtsam on elektrivoolul seda juhti läbida.

2 küsimus. Taevakehade nähtavad liikumised. Planeetide liikumise seadused.

A) Pimedal ööl võime taevas näha umbes 2500 tähte (arvestades nähtamatut poolkera 5000), mis erinevad heleduse ja värvi poolest. Tundub, et nad on kinnitunud taevasfääri külge ja koos sellega tiirlevad ümber Maa. Nende vahel navigeerimiseks jagati taevas 88 tähtkujuks. Erilise koha tähtkujude seas hõivasid 12 sodiaagi tähtkuju, mida läbib iga-aastane Päikese teekond - ekliptika. astronoomid kasutavad tähtede vahel navigeerimiseks erinevaid taevakoordinaatide süsteeme. Üks neist on ekvatoriaalne koordinaatsüsteem (joon. 15.1). See põhineb taevaekvaatoril – Maa ekvaatori projektsioonil taevasfäärile. Ekliptika ja ekvaator ristuvad kahes punktis: kevadine ja sügisene pööripäev. Igal tähel on kaks koordinaati: α - parem tõus (mõõdetuna tundides), b - kõrvalekalle (mõõdetuna kraadides). Tähel Altair on järgmised koordinaadid: α = 19 h 48 m 18 s; b = +8° 44’. Tähtede mõõdetud koordinaadid salvestatakse kataloogidesse, neid kasutatakse ehitamiseks tähekaardid, mida astronoomid õigete tähtede otsimisel kasutavad. Tähtede vastastikune paigutus taevas ei muutu, nad teevad koos taevasfääriga igapäevase tiiru. Planeedid koos igapäevase pöörlemisega liiguvad tähtede vahel aeglaselt ja neid nimetatakse rändtäheks.

Planeetide ja Päikese näilist liikumist kirjeldas Nicolaus Copernicus, kasutades maailma geotsentrilist süsteemi.

B) Planeetide ja teiste taevakehade liikumine ümber Päikese toimub Kepleri kolme seaduse järgi:

Kepleri esimene seadus- tõmbejõu mõjul liigub üks taevakeha teise gravitatsiooniväljas taevakeha vastavalt ühele koonuselõikest - ring, ellips, parabool või hüperbool.

Kepleri teine ​​seadus- iga planeet liigub nii, et planeedi raadiuse vektor katab võrdsete ajavahemike järel võrdsed alad.

Kepleri kolmas seadus- keha orbiidi poolsuurtelje kuup, mis on jagatud selle pöördeperioodi ruudu ja kehade masside summaga, on konstantne väärtus.

ja 3 / [T 2 * (M 1+ M 2)] = G / 4P 2 G on gravitatsioonikonstant.

Kuu ringi liikudes Maa elliptilisel orbiidil. Kuu faaside muutuse määrab kuu külje valgustuse tüübi muutus. Kuu liikumist ümber Maa seletatakse kuu- ja päikesevarjutustega. Mõõnade ja voolude nähtused on tingitud Kuu külgetõmbejõust ja Maa suurest suurusest.

Elekter. Ohmi seadus

Kui isoleeritud juht asetada elektrivälja, siis tasuta tasudega q juhis hakkab mõjuma jõud, mille tulemusena toimub juhis lühiajaline vabade laengute liikumine. See protsess lõpeb siis, kui juhi pinnal tekkinud laengute oma elektriväli välisvälja täielikult kompenseerib. Tekkiv elektrostaatiline väli juhi sees on null (vt § 1.5).

Juhtides võib aga teatud tingimustel toimuda vabade elektrilaengukandjate pidev järjestatud liikumine. Sellist liikumist nimetatakse elektri-šokk . Elektrivoolu suunaks võetakse positiivsete vabade laengute liikumissuund. Elektrivoolu olemasoluks juhis on vaja tekitada selles elektriväli.

Elektrivoolu kvantitatiivne mõõt on voolutugevus I – skalaarne füüsikaline suurus, mis võrdub laengu suhtega Δ q, kantakse läbi juhi ristlõike (joonis 1.8.1) ajavahemikuks Δ t, sellele ajavahemikule:

Rahvusvahelises mõõtühikute süsteemis SI mõõdetakse voolutugevust amprites (A). Vooluühik 1 A tekib kahe paralleelse juhtme magnetilisel vastasmõjul vooluga (vt § 1.16).

Konstantset elektrivoolu saab tekitada ainult sisse suletud vooluring , milles vabad laengukandjad ringlevad mööda suletud radu. Sellise ahela erinevates punktides on elektriväli ajas konstantne. Järelikult on alalisvooluahela elektriväljal külmunud elektrostaatilise välja iseloom. Aga liigutades elektrilaengut elektrostaatilises väljas mööda suletud rada, on elektrijõudude töö null (vt § 1.4). Seetõttu on alalisvoolu olemasoluks vajalik, et elektriahelas oleks seade, mis suudab jõudude töö tõttu tekitada ja säilitada vooluahela lõikudes potentsiaalseid erinevusi mitteelektrostaatilist päritolu. Selliseid seadmeid nimetatakse alalisvooluallikad . Nimetatakse vooluallikatest pärinevatele vabadele laengukandjatele mõjuvaid mitteelektrostaatilise päritoluga jõude välised jõud .

Väliste jõudude olemus võib olla erinev. IN galvaanilised elemendid või patareid, tekivad need elektrokeemiliste protsesside tulemusena, alalisvoolugeneraatorites tekivad magnetväljas juhtide liikumisel kolmandate isikute jõud. Vooluallikas elektriahelas mängib sama rolli kui pump, mis on vajalik vedeliku pumpamiseks suletud hüdrosüsteemis. Väliste jõudude mõjul liiguvad elektrilaengud vooluallika sees vastu elektrostaatilise välja jõud, mille tõttu saab suletud ahelas hoida püsivat elektrivoolu.

Kui elektrilaengud liiguvad mööda alalisvooluahelat, töötavad välised jõud, mis toimivad vooluallikate sees.

Füüsiline suurus, mis võrdub töö suhtega A st välisjõud laengu liigutamisel q vooluallika negatiivsest poolusest positiivsesse selle laengu väärtuseni, nimetatakse allika elektromotoorjõud(EMF):

Seega määrab EMF töö, mida välised jõud ühe positiivse laengu liigutamisel teevad. Elektromotoorjõudu, nagu ka potentsiaalide erinevust, mõõdetakse voltides (V).

Kui üks positiivne laeng liigub mööda suletud alalisvooluahelat, on välisjõudude töö võrdne selles vooluringis toimiva EMF-i summaga ja elektrostaatilise välja töö on null.

Alalisvooluahela saab jagada eraldi sektsioonideks. Neid lõike, millele välised jõud ei mõju (st lõike, mis ei sisalda vooluallikaid), nimetatakse nn. homogeenne . Nimetatakse valdkondi, mis sisaldavad vooluallikaid heterogeenne .

Kui ühik positiivne laeng liigub mööda ahela teatud lõiku, töötavad nii elektrostaatilised (Coulomb) kui ka välised jõud. Elektrostaatiliste jõudude töö on võrdne potentsiaalsete erinevustega Δφ 12 \u003d φ 1 - φ 2 ebahomogeense sektsiooni esialgse (1) ja lõpliku (2) punkti vahel. Väliste jõudude töö on definitsiooni järgi selles piirkonnas toimiv elektromotoorjõud 12. Nii et kogu töö on

Saksa füüsik G. Ohm tegi 1826. aastal eksperimentaalselt kindlaks, et voolutugevus I, mis voolab läbi homogeense metalljuhi (st juhi, milles välised jõud ei mõju), on võrdeline pingega U dirigendi otstes:

Kus R= konst.

väärtust R helistas elektritakistus . Elektritakistusega juhti nimetatakse takisti . See suhe väljendab Ohmi seadus vooluringi homogeense lõigu jaoks: Juhi vool on otseselt võrdeline rakendatud pingega ja pöördvõrdeline juhi takistusega.

SI-s on juhtide elektritakistuse ühik ohm (Ohm). 1 oomi takistusel on ahela osa, milles 1 V pingel tekib vool 1 A.

Nimetatakse juhte, mis järgivad Ohmi seadust lineaarne . Voolutugevuse graafiline sõltuvus I pingest U(Selliseid diagramme nimetatakse volt-amprite omadused , lühendatult VAC) on tähistatud alguspunkti läbiva sirgjoonega. Tuleb märkida, et on palju materjale ja seadmeid, mis ei allu Ohmi seadusele, näiteks pooljuhtdiood või gaaslahenduslamp. Isegi piisavalt suure tugevusega voolude metalljuhtide puhul täheldatakse kõrvalekallet Ohmi lineaarseadusest, kuna metalljuhtide elektritakistus suureneb temperatuuri tõustes.

EMF-i sisaldava vooluringi sektsiooni jaoks on Ohmi seadus kirjutatud järgmisel kujul:

Ohmi seadus

Lisades mõlemad võrdsused, saame:

I (R + r) = Δφ cd + Δφ ab + .

Aga Δφ cd = Δφ ba = – Δφ ab. Sellepärast

See valem väljendab Ohmi seadus tervikliku vooluringi jaoks : voolutugevus terviklikus vooluringis võrdub allika elektromotoorjõuga, mis on jagatud ahela homogeensete ja mittehomogeensete sektsioonide takistuste summaga.

Vastupidavus r heterogeenne ala joonisel fig. 1.8.2 võib näha kui vooluallika sisetakistus . Sel juhul süžee ( ab) joonisel fig. 1.8.2 on allika sisemine osa. Kui punktid a Ja b sulgeda juhiga, mille takistus on allika sisetakistusega võrreldes väike ( R << r), siis ahel voolab lühisvool

Lühisvool - maksimaalne vool, mida saab antud allikast elektromotoorjõu ja sisetakistusega r. Madala sisetakistusega allikate puhul võib lühisvool olla väga suur ja põhjustada elektriahela või allika hävimise. Näiteks autodes kasutatavatel pliiakudel võib lühisvool olla mitusada amprit. Eriti ohtlikud on lühised alajaamadest toidetavates valgustusvõrkudes (tuhandetes amprites). Selliste suurte voolude hävitava mõju vältimiseks on vooluringis kaitsmed või spetsiaalsed kaitselülitid.

Mõnel juhul on lühisevoolu ohtlike väärtuste vältimiseks allikaga järjestikku ühendatud mõni välistakistus. Siis vastupanu r on võrdne allika sisetakistuse ja välistakistuse summaga ning lühise korral ei ole voolutugevus ülemäära suur.

Kui välisahel on avatud, siis Δφ ba = – Δφ ab= , st avatud aku pooluste potentsiaalide erinevus on võrdne selle EMF-iga.

Kui väliskoormuse takistus R sisse lülitatud ja vool läbib akut I, muutub selle pooluste potentsiaalide erinevus võrdseks

Δφ ba = – Ir.

Joonisel fig. 1.8.3 on võrdse EMF-i ja sisetakistusega alalisvooluallika skemaatiline kujutis r kolmes režiimis: "tühikäik", töö koormuse ja lühise režiimis (lühis). Näidatud on aku sees oleva elektrivälja tugevus ja positiivsetele laengutele mõjuvad jõud: – elektrijõud ja – kolmanda osapoole jõud. Lühisrežiimis kaob aku sees olev elektriväli.

Pingete ja voolude mõõtmiseks alalisvoolu elektriahelates kasutatakse spetsiaalseid seadmeid - voltmeetrid Ja ampermeetrid.

Voltmeeter mõeldud selle klemmidele rakendatud potentsiaalide erinevuse mõõtmiseks. Ta ühendab paralleelselt ahela osa, millel potentsiaalide erinevust mõõdetakse. Igal voltmeetril on teatud sisetakistus. R B. Selleks, et voltmeeter ei põhjustaks mõõdetud vooluringiga ühendamisel voolude märgatavat ümberjaotust, peab selle sisetakistus olema suur võrreldes selle vooluringi sektsiooni takistusega, millega see on ühendatud. Joonisel fig. 1.8.4, on see tingimus kirjutatud järgmiselt:

R B >> R 1 .

See tingimus tähendab, et praegune I B = Δφ cd / R B, mis voolab läbi voltmeetri, on palju väiksem kui vool I = Δφ cd / R 1, mis voolab läbi ahela testitud osa.

Kuna voltmeetri sees ei mõju välisjõude, langeb potentsiaalide erinevus selle klemmidel definitsiooni järgi kokku pingega. Seetõttu võime öelda, et voltmeeter mõõdab pinget.

Ampermeeter mõeldud voolu mõõtmiseks vooluringis. Ampermeeter on ühendatud järjestikku elektriahela katkestusega, nii et kogu mõõdetud vool läbib seda. Ampermeetril on ka teatud sisetakistus. R A. Erinevalt voltmeetrist peab ampermeetri sisetakistus olema piisavalt väike, võrreldes kogu vooluahela kogutakistusega. Joonisel fig. 1.8.4 ampermeetri takistus peab vastama tingimusele

Tingimused alalisvoolu olemasoluks.

Alalisvoolu olemasoluks on vajalik vabade laetud osakeste olemasolu ja vooluallika olemasolu. milles viiakse läbi mis tahes tüüpi energia muundamine elektrivälja energiaks.

Praegune allikas- seade, milles igasugune energia muundatakse elektrivälja energiaks. Vooluallikas mõjutavad välised jõud suletud ahelas laetud osakestele. Väliste jõudude ilmnemise põhjused erinevates vooluallikates on erinevad. Näiteks akudes ja galvaanilistes elementides tekivad välisjõud keemiliste reaktsioonide kulgemise tõttu, elektrijaamade generaatorites tekivad need siis, kui juht liigub magnetväljas, fotoelementides - kui valgus mõjutab metallides ja pooljuhtides elektrone.

Vooluallika elektromotoorjõudnimetatakse välisjõudude töö suhteks vooluallika negatiivselt pooluselt positiivsele ülekantud positiivse laengu väärtusega.

Põhimõisted.

Praegune tugevus– skalaarne füüsikaline suurus, mis võrdub juhi läbinud laengu ja selle laengu läbimise aja suhtega.

Kus I - voolutugevus,q - tasu suurus (elektri kogus),t - laadimise transiidiaeg.

voolutihedus- vektori füüsikaline suurus, mis võrdub voolutugevuse ja juhi ristlõikepindala suhtega.

Kus j -voolutihedus, S - juhi ristlõike pindala.

Voolutiheduse vektori suund langeb kokku positiivselt laetud osakeste liikumissuunaga.

Pinge - skalaarne füüsikaline suurus, mis võrdub Coulombi kogutöö ja välisjõudude suhtega positiivse laengu liigutamisel piirkonnas selle laengu väärtusesse.

KusA - kolmandate osapoolte ja Coulombi vägede täielik töö,q - elektrilaeng.

Elektritakistus- iseloomustav füüsikaline suurus elektrilised omadused keti osa.

Kus ρ - juhi eritakistus,l - juhtmeosa pikkus,S - juhi ristlõikepindala.

Juhtivuson vastupanu vastastikune väärtus

KusG - juhtivus.