Szakaszok: Fizika

Óracélok.

Oktatóanyag:

a tanulók tudásának formálása az elektromos áram keletkezésének és létezésének feltételeiről.

Fejlesztés:

fejlesztés logikus gondolkodás figyelem, készségek a megszerzett ismeretek gyakorlati felhasználására.

Nevelési:

feltételek megteremtése a függetlenség, a figyelmesség és az önbecsülés megnyilvánulásához.

Felszerelés.

1. Galvanikus cellák, akkumulátor, generátor, iránytű.
2. Kártyák (mellékelve).
3. Bemutató anyag (kiváló fizikusok portréi, Ampère, Volta; plakátok "Elektromos", "Elektromos töltések").

Demók:

1. Akció elektromos áram a vezetőben a mágnestűhöz.
2. Áramforrások: galvánelemek, akkumulátor, generátor.

Tanterv

1. Szervezeti mozzanat.

2. A tanár bevezető beszéde.

3. Felkészülés az új anyag észlelésére.

4. Új anyagok elsajátítása.

a) áramforrások;

b) az elektromos áram hatása;

c) „Az elektromosság királynője” fizikai operett;

d) az „Elektromos áram” táblázat kitöltése;

e) biztonsági intézkedések az elektromos készülékekkel végzett munka során.

5. A lecke összegzése.

6. Reflexió.

7. Házi feladat:

a) Az életbiztonság, speciális technológiák leckéken megszerzett ismeretek alapján készítsen jegyzetfüzetbe „Biztonsági intézkedések elektromos készülékekkel végzett munka során” feljegyzést!

b) Egyéni feladat: Beszámoló készítése az áramforrás mindennapi életben és technikában való felhasználásáról.

Óra összefoglalója

1. Szervezési mozzanat

Jelölje meg a tanulók jelenlétét, nevezze meg az óra témáját, célját.

2. A tanár bevezető beszéde

Az elektromosság, elektromos áram szavakat kora gyermekkorunktól ismerjük. Az elektromos áramot otthonunkban, a közlekedésben, a termelésben, a világítási hálózatban használjuk.

De mi az elektromos áram, mi a természete, nem könnyű megérteni.

Az elektromosság szó az elektron szóból származik, amelyet görögül borostyánnak fordítanak. A borostyán ősi tűlevelű fák megkövesedett gyantája. Az áram szó valaminek az áramlását vagy mozgását jelenti.

3. Felkészülés az új anyag észlelésére

A bevezető beszélgetés kérdései.

Milyen kétféle töltés létezik a természetben? Hogyan lépnek kapcsolatba egymással?

Válasz: A természetben kétféle töltés létezik: pozitív és negatív.

A pozitív töltéshordozók a protonok, a negatív töltéshordozók az elektronok. A hasonló töltésű részecskék taszítják egymást, az ellentétes töltésű részecskék vonzzák.

Van elektromos tér az elektron körül?

Válasz: Igen, az elektron körül elektromos tér van.

Mik azok a szabad elektronok?

Válasz: Ezek az atommagtól legtávolabbi elektronok, szabadon mozoghatnak az atomok között.

4. Új anyagok elsajátítása

a) Aktuális források.

Az asztalon speciális eszközök vannak. Mi a nevük? Mire kellenek?

Válasz: Ezek galvanikus cellák, akkumulátor, generátor - az áramforrások általános neve. Szükségesek az elektromos energia ellátásához, elektromos mező létrehozásához a vezetőben.

Tudjuk, hogy vannak töltött részecskék, elektronok és protonok, tudjuk, hogy vannak áramforrásoknak nevezett eszközök.

b) Az elektromos áram hatásai.

Mondja meg, hogyan érthetjük meg, hogy elektromos áram van az áramkörben, milyen műveletekkel?

Válasz: Az elektromos áramnak különböző típusú hatásai vannak:

• Termikus - a vezető, amelyen keresztül az elektromos áram folyik, felmelegszik (villanytűzhely, vasaló, izzólámpa, forrasztópáka).
• Az áram kémiai hatása megfigyelhető, amikor elektromos áramot vezetünk át réz-szulfát oldaton - a réz felszabadulása vitriol oldatból, krómozás, nikkelezés.
• Fiziológiai - az emberek és állatok izomzatának összehúzódása, amelyen keresztül elektromos áram halad át.
• Mágneses - amikor elektromos áram halad át egy vezetőn, ha mágneses tűt helyeznek el a közelben, eltérhet. Ez a művelet a fő. Tapasztalatok bemutatása: elem, izzólámpa, csatlakozó vezetékek, iránytű.

c) Fizikai operett „Queen Electricity”. (1. sz. melléklet)

Most idősebb lányok mutatják be a figyelmednek az "Elektromos királynő" operettet. Ne felejtsük el az orosz népi közmondást: „A mese hazugság, de van benne utalás, lecke a jó fickók számára.” Vagyis nem csak hallgat és néz, hanem bizonyos információkat is vesz belőle. Az Ön feladata, hogy minél többet írjon le fizikai kifejezések amelyek a nézetben előfordulnak.

d) Az „Elektromos áram” táblázat kitöltése. (2. sz. melléklet)

Mondd, melyik fogalom egyesíti az összes leírt kifejezést?

Válasz: elektromos áram.

Kezdjük kitölteni az "Elektromos áram" táblázatot.

A táblázat kitöltésével összegezzük az órán megszerzett ismereteket és szerezzünk új információkat.

A táblázat kitöltése során arra a következtetésre jutunk, hogy milyen feltételek szükségesek az elektromos áram létrehozásához.

• Az első feltétel a szabad töltésű részecskék jelenléte.
• A második feltétel az elektromos mező jelenléte a vezető belsejében.

e) Biztonsági intézkedések az elektromos készülékekkel végzett munka során.

Hol ipari gyakorlat, elektromos áram alkalmazásával szembesül? Tanulói válaszok.

Válasz: Amikor elektromos készülékekkel dolgozik.

Tiltott.

• Sétáljon a földön, tartsa az elektromos készülékeket a hálózatra csatlakoztatva. Különösen veszélyes mezítláb járni nedves talajon.
• Lépjen be az elektromos és egyéb elektromos helyiségekbe.
• Vedd fel törött, csupasz, lógó és a földelő vezetékeken fekve.
• Szögeket verjen a falba olyan helyen, ahol rejtett vezetékek találhatók. Ebben a pillanatban halálosan veszélyes a központi fűtés akkumulátoraira, a vízellátásra való földelés.
• Falak fúrása az esetleges elektromos vezetékek helyén.
• Fessük, meszeljük, mossuk falakat külső vagy rejtett feszültség alatti vezetékekkel.
• Bekapcsolt elektromos készülékekkel dolgozzon akkumulátorok vagy vízvezetékek közelében.
• Munka elektromos készülékekkel, izzócsere, a fürdőszobán állva.
• Dolgozzon hibás elektromos készülékekkel.
• Elromlott elektromos készülékek javítása.

5. A lecke összegzése

A fizika törvényeit követve az idő menthetetlenül halad előre, és leckénk logikus végére ért.

Foglaljuk össze leckénket.

Szerinted mi az elektromos áram?

Válasz: Az elektromos áram a töltött részecskék irányított mozgása.

Milyen feltételek szükségesek az elektromos áram létrehozásához?

Válasz: Az első feltétel a szabad töltésű részecskék jelenléte.

A második feltétel az elektromos mező jelenléte a vezető belsejében.

6. Reflexió

7. Házi feladat

a) Az életbiztonság, speciális technológiák leckéken megszerzett ismeretek alapján készítsen jegyzetfüzetbe „Biztonsági intézkedések elektromos készülékekkel végzett munka során” feljegyzést.

b) Egyéni feladat: Beszámoló készítése az áramforrás mindennapi életben és technikában való felhasználásáról. (

És még egyszer jó napot neked, kedvesem. Minden további nélkül kezdjük a mai beszélgetésünket. Úgy tűnik, hogy már régóta kitaláltuk a vezetőben lévő áram okait. Elhelyeztünk egy vezetőt egy mezőben - elektronok futottak, áram keletkezett. Mi mást csinál. De kiderül, hogy ahhoz, hogy ez az áram folyamatosan létezzen a vezetőben, bizonyos feltételeket be kell tartani. A vezetőben lévő elektromos áram áramlási folyamatának fizikájának világosabb megértéséhez vegyen egy példát.

Tegyük fel, hogy van egy vezetőnk, amelyet elektromos térbe helyezünk, ahogy az a 4.1. ábrán látható.

4.1. ábra - Vezető elektromos térben

Jelöljük konvencionálisan a feszültség nagyságát a vezető végén E 1 és E 2, valamint E 1 >E 2 értékkel. Amint azt korábban megtudtuk, a vezetőben lévő szabad elektronok nagyobb térerősség felé, azaz az A pont felé kezdenek mozogni. Idővel azonban az elektronok A pontban történő felhalmozódása által képződött potenciál olyanná válik, hogy a saját Az általa létrehozott E 0 elektromágneses tér abszolút értékben egyenlő lesz a külső térrel, és a mezők irányai ellentétesek lesznek, mivel a B pont potenciálja pozitívabb (külső tér hatása miatt elektronhiány) .

Mivel két azonos ellentétes erő eredő hatása nullával egyenlő: |E|+|(E 0)|=0, az elektronok leállítják rendezett mozgásukat, az elektromos áram leáll. Annak érdekében, hogy az elektronáramlás folyamatos legyen, először is szükség van egy nem-potenciális jellegű kiegészítő erő alkalmazására, amely kompenzálja a saját hatását. elektromos mező másodsorban zárt áramkör létrehozására, mivel az elektronok mozgása csak vezetőben történhet (korábban jeleztük, hogy a dielektrikumok, bár van némi elektromos vezetőképességük, nem engedik át az elektromos áramot), valamint a kompenzáló erő állandóságának biztosítása. , a mezők állandósága szükséges: külsőként és sajátként is.

Kezdjük a második ponttal. A 4.2. ábrán látható módon egy mezőben elhelyezett vezetőt fogunk figyelembe venni. Tételezzük fel, hogy miután a külső és belső elektromágneses mezők kölcsönhatását kompenzáltuk, a külső tér mellett még egyet alkalmaztunk ugyanabból a mezőből. A külső mező összhatása 2 |E| lesz. A vezetőben az áram ugyanabban az irányban folyik tovább, de pontosan 2 |E|>|E 0 |-ig, ezután az elektromos áram ismét leáll. Azaz külső hatás folyamatosan növekednie kell, hogy az áram folyhasson egy nyitott vezetőben, ami lehetetlen.
Ha a vezetőt úgy zárjuk le, hogy egy része a mezőn kívül legyen, akkor a külső téren kívül egy járulékos erő munkája miatt (ez az erő ebben az esetben nem lehet potenciális, mivel a potenciális erő munkája zártláncú nulla, és nem függ a pálya alakjától), akkor elektromos áram jelenik meg a vezetőben, csak a külső tér hatására, mivel a vezető tényleges tere teljesen kompenzálódik. Ezért minden elektromos áramkört mindig zárva kell tartani.

A többleterő bevezetésének szükségességét a következő megfontolásból próbálhatja meg magyarázni: ha a vezető B végéről részlegesen át tudnánk vinni a töltéseket a vezető A végére, akkor az elektromos áram sem állna le. Az ilyen „leszálláshoz” azonban energia is kell. Ezért további erők bevezetése továbbra is szükséges. A nem potenciális erőket külső erőknek is nevezik. Forrásaik pedig áramforrások vagy generátorok.

4.2 ábra - Saját elektromágneses mező megjelenése a vezetőben

Honnan szerezhetünk tehát többleterőt, amit ráadásul nem a mezőnynek kellene létrehoznia, mert enélkül nem kapunk áramot? Kiderül, hogy egy kémiai redukciós-oxidációs reakció során, például az ólom-oxid és a híg kénsav kölcsönhatása során szabad elektronok szabadulnak fel:

Annak érdekében, hogy a reakció során felszabaduló összes elektront a tér egy pontjába „vonzzák”, több ólomrácsot, úgynevezett elektródát helyeznek kénsavoldatba. Az elektródák egyik része ólomból készül és katódnak hívják, a másik - az anód - ólom-dioxidból készül. A katód a szabad elektródák forrása a külső áramkör számára, az anód pedig a vevő.

A fenti példa egy minden autós (és nem csak) által ismert eszköznek felel meg - egy ólom-savas akkumulátornak. Természetesen a fenti példa nem nagyon esik egybe azzal, ami az akkumulátor belsejében a valóságban történik, azonban az áram megjelenésének lényege jól tükröződik. Így a pozitív anód (kevés elektron) és a negatív katód (sok elektron) között elektromos tér keletkezik, amely külső erőket hoz létre, és áramot hoz létre a vezetőben. Ez az erő csak egy kémiai reakció lefolyásától függ, gyakorlatilag állandó mindaddig, amíg ennek a reakciónak az elemei - sav és ólom-oxid - meg nem jelennek. Ezért, ha eltávolítjuk az elektromos mezőt, és a vezetőt az anódhoz és a katódhoz csatlakoztatjuk, az elektromos áram továbbra is folyik, mivel az akkumulátor külső erőt hoz létre. A vezető körül saját elektromos mező lesz, amelyet az akkumulátornak le kell győznie, hogy az elektront a katódról az anódra vigye át. Ez a külső hatalom lényege.

Most nézzük meg a helyzetet az akkumulátorral és a hozzá csatlakoztatott vezetővel.Az elektromos tér pozitív munkát végez, hogy egy pozitív töltést (pozitív töltésekről beszélünk, mivel ezek mozgásának iránya megfelel az áram irányának) az adott irányba. a térpotenciál csökkentésére. Az áramforrás az elektromos töltések szétválasztását végzi - pozitív töltések halmozódnak fel az egyik póluson, negatív töltések a másikon. A forrásban lévő elektromos tér erőssége a pozitív pólusról a negatívra irányul, így az elektromos tér pozitív töltés mozgatására irányuló munkája pozitív lesz, ha a „plusz”-ból „mínuszba” kerül. A külső erők munkája éppen ellenkezőleg, akkor pozitív, ha a pozitív töltések a negatív pólusról a pozitívba, vagyis a „mínuszból” a „pluszba” mozognak.Ez az alapvető különbség a potenciálkülönbség és az EMF fogalma között. , amire mindig emlékezni kell.

A 4.3. ábra mutatja az I áram áramlási irányát az akkumulátorhoz csatlakoztatott vezetőben - a pozitív anódtól a negatív katódig, azonban az akkumulátor belsejében külső kémiai reakcióerők „ledobják” a külső áramkörből származó elektronokat. az anód a katódra, a pozitív ionok pedig a katódról az anódra, vagyis az áram áramlási irányával és a tér irányával ellentétes hatást fejtenek ki.

4.3 ábra - A külső erők bemutatása elektromos áram esetén

A fenti megfontolások alapján megállapítható következő kimenet: az áramforráson belüli töltésre ható erők eltérnek a vezető belsejében ható erőktől. Ennek megfelelően meg kell különböztetni ezeket az erőket egymástól. A külső erők jellemzésére bevezették az elektromotoros erő (EMF) nagyságát - azt a munkát, amelyet külső erők végeznek egyetlen pozitív töltés mozgatása érdekében. Ezt latin ε ("epsilon") betűvel jelölik, és ugyanilyen módon mérik. mint a potenciálkülönbség – voltban.

Mivel a potenciálkülönbség és az EMF különböző típusú erők, azt mondhatjuk, hogy az EMF a forrásvezetékeken kívül nulla. Bár a hétköznapi életben ezeket a finomságokat figyelmen kívül hagyják, és azt mondják: „Az akkumulátor feszültsége 1,5 V”, bár szigorúan véve az áramköri szakasz feszültsége az elektrosztatikus és harmadik féltől származó erők teljes munkája egyetlen pozitív töltés mozgatására. Ezekkel a fogalmakkal a jövőben is találkozni fogunk, és hasznosak lesznek a bonyolult elektromos áramkörök kiszámításakor.

Talán ez minden, mert a lecke túlságosan terheltnek bizonyult ... De a feszültség és az EMF fogalmát meg kell tudni különböztetni egymástól.

• Az elektromos áram létezéséhez két feltétel szükséges:
  1) zárt elektromos áramkör;
  2) harmadik féltől származó, nem potenciális erők forrásának jelenléte.
• Az elektromotoros erő (EMF) az a munka, amelyet külső erők végeznek egyetlen pozitív töltés mozgatására.
• Az elektromos áramkörben lévő külső erők forrásait áramforrásoknak is nevezik.
• Az akkumulátor pozitív pólusát anódnak, a negatív pólust katódnak nevezzük.

Ezúttal nem lesz feladat, jobb, ha megismételjük ezt a leckét, hogy megértsük a vezetőben való áramáramlás teljes fizikáját. Mint mindig, az alábbi megjegyzésekben bármilyen kérdést, javaslatot és kívánságot feltehet! Hamarosan találkozunk!

Elektromos áram nélkül lehetetlen elképzelni az életet modern ember. Volt, Amper, Watt – ezek a szavak hangzanak el az elektromos árammal működő eszközökről szóló beszélgetésekben. De mi ez az elektromos áram, és mik a létezésének feltételei? Erről a továbbiakban fogunk beszélni, rövid magyarázatot adva a kezdő villanyszerelőknek.

Meghatározás

Az elektromos áram a töltéshordozók irányított mozgása - ez egy szabványos megfogalmazás egy fizika tankönyvből. Az anyag bizonyos részecskéit viszont töltéshordozóknak nevezzük. Ezek lehetnek:

• Az elektronok negatív töltéshordozók.
• Az ionok pozitív töltéshordozók.

De honnan származnak a töltéshordozók? A kérdés megválaszolásához emlékeznie kell az anyag szerkezetére vonatkozó alapvető ismeretekre. Minden, ami körülvesz bennünket, anyag, molekulákból áll, annak legkisebb részecskéiből. A molekulák atomokból állnak. Az atom egy magból áll, amely körül az elektronok adott pályán mozognak. A molekulák is véletlenszerűen mozognak. Ezen részecskék mozgása és szerkezete magától az anyagtól és az arra gyakorolt ​​hatástól függ. környezet például hőmérséklet, feszültség stb.

Az ion olyan atom, amelyben az elektronok és a protonok aránya megváltozott. Ha az atom kezdetben semleges, akkor az ionok a következőkre oszlanak:

• Az anionok az elektronokat vesztett atom pozitív ionjai.
• A kationok olyan atomok, amelyekhez "extra" elektronok kapcsolódnak.

Az áramerősség mértékegysége az Amper, a következő képlettel számítják ki:

ahol U feszültség [V] és R ellenállás [Ohm].

Vagy egyenesen arányos az időegységenként átvitt díj összegével:

ahol Q a töltés, [C], t az idő, [s].

Az elektromos áram létezésének feltételei

Kitaláltuk, mi az elektromos áram, most beszéljünk arról, hogyan biztosítható az áramlás. Az elektromos áram áramlásához két feltételnek kell teljesülnie:

1. A szabad töltéshordozók jelenléte.
2. Elektromos mező.

Az elektromosság létezésének és áramlásának első feltétele attól az anyagtól függ, amelyben az áram folyik (vagy nem folyik), valamint annak állapotától. A második feltétel is megvalósítható: az elektromos tér létezéséhez különböző potenciálok jelenléte szükséges, amelyek között van egy közeg, amelyben töltéshordozók áramlanak majd.

Visszahívás: A feszültség, az EMF potenciálkülönbség. Ebből következik, hogy az áram létezésének feltételeinek teljesítéséhez - elektromos mező és elektromos áram jelenléte - feszültségre van szükség. Ezek lehetnek feltöltött kondenzátor lemezei, galvánelem, mágneses mező (generátor) hatására keletkezett EMF.

Kitaláltuk, hogyan keletkezik, beszéljünk arról, hogy hová irányítják. Az áram alapvetően a szokásos használatunkban vezetékekben (lakásban elektromos vezetékek, izzók) vagy félvezetőben (LED-ek, okostelefon processzora és egyéb elektronika), ritkábban gázokban (fluoreszkáló lámpák) mozog.

Tehát a legtöbb esetben a fő töltéshordozók az elektronok, ezek mínuszból (negatív potenciállal rendelkező pont) pluszba (pozitív potenciállal rendelkező pont) mozognak, erről az alábbiakban többet megtudhat.

De érdekes tény, hogy az áram mozgásának irányát a pozitív töltések mozgásának tekintették - pluszból mínuszba. Bár valójában az ellenkezője történik. Az a tény, hogy az áram irányára vonatkozó döntést azelőtt hozták meg, hogy megvizsgálták annak természetét, és még azelőtt, hogy meghatározták volna, hogy az áram hogyan folyik és létezik.

Elektromos áram különböző környezetben

Korábban már említettük, hogy a különböző közegekben az elektromos áram a töltéshordozók típusában eltérő lehet. A közegeket a vezetőképesség jellege szerint (a vezetőképesség csökkenő sorrendjében) oszthatjuk fel:

1. Vezető (fémek).
2. Félvezető (szilícium, germánium, gallium-arzenid stb.).
3. Dielektromos (vákuum, levegő, desztillált víz).

fémekben

A fémek szabad töltéshordozókat tartalmaznak, és néha "elektromos gáznak" nevezik őket. Honnan jönnek az ingyenes töltéshordozók? A tény az, hogy a fém, mint minden anyag, atomokból áll. Az atomok valahogy mozognak vagy oszcillálnak. Minél magasabb a fém hőmérséklete, annál erősebb ez a mozgás. Ugyanakkor maguk az atomok Általános nézet helyükön maradnak, valójában a fém szerkezetét alkotják.

Egy atom elektronhéjában általában több olyan elektron található, amelyeknek meglehetősen gyenge a kötése az atommaggal. A hőmérséklet hatása alatt kémiai reakciók illetve a szennyeződések kölcsönhatása, amelyek mindenképpen a fémben vannak, az elektronok leválanak az atomjairól, pozitív töltésű ionok keletkeznek. A levált elektronokat szabadnak nevezzük, és véletlenszerűen mozognak.

Ha elektromos mező éri őket, például ha egy akkumulátort egy fémdarabhoz csatlakoztat - kaotikus mozgás az elektronok rendezettek lesznek. Az elektronok egy olyan pontból, amelyhez negatív potenciál kapcsolódik (például egy galvánelem katódja), elkezdenek mozogni egy pozitív potenciállal rendelkező pont felé.

félvezetőkben

A félvezetők olyan anyagok, amelyekben normál állapotban nincsenek szabad töltéshordozók. Az úgynevezett tiltott zónában vannak. De ha jelentkezel külső erők, mint például elektromos tér, hő, különféle sugárzások (fény, sugárzás stb.), legyőzik a sávhézagot és átmennek a szabad sávba vagy a vezetési sávba. Az elektronok elszakadnak atomjaiktól és szabaddá válnak, ionokat képezve - pozitív töltéshordozókat.

A félvezetőkben lévő pozitív hordozókat lyukaknak nevezzük.

Ha egyszerűen átadja az energiát egy félvezetőnek, például felmelegíti, a töltéshordozók kaotikus mozgása kezdődik meg. De ha félvezető elemekről beszélünk, például diódáról vagy tranzisztorról, akkor a kristály ellentétes végein (fémezett réteget visznek fel rájuk és a vezetékeket forrasztják) megjelenik egy EMF, de ez nem vonatkozik a mai cikk témájához.

Ha egy félvezetőre EMF-forrást alkalmazunk, akkor a töltéshordozók is beköltöznek a vezetési sávba, és megindul az irányított mozgásuk is - a lyukak kisebb elektromos potenciállal, az elektronok pedig a vezetési sávba kerülnek. nagyobbat.

Vákuumban és gázban

A vákuum olyan közeg, amelyben teljesen (ideális esetben) hiányoznak a gázok, vagy minimálisra (a valóságban) a mennyisége van. Mivel a vákuumban nincs anyag, nincs forrás a töltéshordozókra. Az áram vákuumban való áramlása azonban az elektronika és egy egész korszak kezdetét jelentette elektronikus elemek- vákuumlámpák. A múlt század első felében használták őket, majd az 50-es években fokozatosan átadták a helyét a tranzisztoroknak (az elektronika adott területétől függően).

Tegyük fel, hogy van egy edényünk, amelyből az összes gázt kiszivattyúzták, azaz. ez egy teljes vákuum. Az edényben két elektróda van elhelyezve, nevezzük őket anódnak és katódnak. Ha az EMF-forrás negatív potenciálját a katódra, a pozitívot pedig az anódra kötjük, semmi sem fog történni, és nem fog áramolni. De ha elkezdjük melegíteni a katódot, az áram elkezd folyni. Ezt a folyamatot termionikus emissziónak nevezik - az elektronok emissziója egy elektron fűtött felületéről.

Az ábra az áram áramlásának folyamatát mutatja vákuumlámpában. Vákuumcsövekben a katódot a (H) ábrán látható közeli izzószál melegíti fel, például egy világító lámpában.

Ugyanakkor, ha megváltoztatja a tápellátás polaritását - mínuszt az anódra, és pluszt a katódra - az áram nem fog folyni. Ez bebizonyítja, hogy a vákuumban lévő áram az elektronok KATÓD-HOZ ANÓD felé történő mozgása miatt folyik.

A gáz, mint minden anyag, molekulákból és atomokból áll, ami azt jelenti, hogy ha a gáz elektromos tér hatása alatt áll, akkor egy bizonyos erősségnél (ionizációs feszültségnél) az elektronok elszakadnak az atomtól, akkor mindkét feltétel fennáll. mert az elektromos áram áramlása teljesül - a mező és a szabad közeg.

Mint már említettük, ezt a folyamatot ionizációnak nevezik. Nem csak a rákapcsolt feszültségtől fordulhat elő, hanem a gáz felmelegedésekor is, röntgensugarak, ultraibolya sugárzás hatása alatt és mások.

Az áram átfolyik a levegőn, még akkor is, ha az elektródák közé égő van felszerelve.

Az inert gázokban az áram áramlását gázlumineszcencia kíséri, ezt a jelenséget aktívan használják fénycsövekben. Az elektromos áram áramlását gáznemű közegben gázkisülésnek nevezzük.

folyadékban

Tegyük fel, hogy van egy vizes edényünk, amelyben két elektróda van elhelyezve, amihez áramforrás van csatlakoztatva. Ha a víz desztillált, azaz tiszta és nem tartalmaz szennyeződéseket, akkor ez dielektrikum. De ha egy kis sót, kénsavat vagy bármilyen más anyagot adunk a vízhez, elektrolit keletkezik, és áram kezd átfolyni rajta.

Az elektrolit olyan anyag, amely ionokká disszociálva vezeti az elektromosságot.

Ha réz-szulfátot adunk a vízhez, akkor az egyik elektródán (katódon) egy rézréteg ülepedik - ezt elektrolízisnek nevezik, amely bizonyítja, hogy a folyadékban az elektromos áram az ionok mozgása miatt jön létre - pozitív és negatív töltéshordozók.

Az elektrolízis egy fizikai és kémiai folyamat, amely az elektrolitot alkotó komponensek szétválasztásából áll az elektródákon.

Így előfordul a rézbevonat, aranyozás és más fémekkel való bevonás.

Következtetés

Összefoglalva, az elektromos áram áramlásához szabad töltéshordozókra van szükség:

• elektronok vezetőben (fémekben) és vákuumban;
• elektronok és lyukak a félvezetőkben;
• ionok (anionok és kationok) folyadékokban és gázokban.

Ahhoz, hogy ezeknek a hordozóknak a mozgása rendezett legyen, elektromos térre van szükség. Egyszerű szavakkal- helyezzen feszültséget a test végein, vagy szereljen fel két elektródát olyan környezetben, ahol várhatóan elektromos áram folyik.

Azt is érdemes megjegyezni, hogy az áram bizonyos módon befolyásolja az anyagot, háromféle expozíció létezik:

• termikus;
• kémiai;
• fizikai.

Hasznos

Ohm törvénye egy áramköri szakaszra kimondja, hogy az áramerősség egyenesen arányos a feszültséggel és fordítottan arányos az ellenállással.

Ha az elektromos áramkörben ható feszültséget többször megnöveljük, akkor az áramkörben lévő áram ugyanannyival nő. És ha többször növeli az áramkör ellenállását, akkor az áram ugyanolyan mértékben csökken. Hasonlóképpen, a víz áramlása a csőben nagyobb, annál nagyobb a nyomás és annál kisebb ellenállást fejt ki a cső a víz mozgásával szemben.

Elektromos ellenállás - fizikai mennyiség a vezető tulajdonságainak jellemzése az elektromos áram áthaladásának megakadályozására és egyenlő az aránnyal feszültség a vezető végein a rajta átfolyó áram erősségére.

Minden test, amelyen elektromos áram folyik, bizonyos ellenállással rendelkezik.

Elektronikus elmélet ez magyarázza a fémes vezetők elektromos ellenállásának lényegét. Egy vezető mentén haladva a szabad elektronok számtalanszor találkoznak atomokkal és más elektronokkal útjuk során, és a velük való kölcsönhatás során elkerülhetetlenül elveszítik energiájuk egy részét. Az elektronok mintegy ellenállást tapasztalnak a mozgásukkal szemben. Különböző fémvezetők eltérőek atomszerkezet, eltérő ellenállásúak az elektromos árammal szemben.

A vezető ellenállása nem függ az áramkörben lévő áramerősségtől és a feszültségtől, hanem csak a vezető alakja, mérete és anyaga határozza meg.

Minél nagyobb a vezető ellenállása, annál rosszabbul vezeti az elektromos áramot, és fordítva, minél kisebb a vezető ellenállása, annál könnyebben halad át az elektromos áram ezen a vezetőn.

2 kérdés. Az égitestek látható mozgása. A bolygómozgás törvényei.

A) Egy sötét éjszakán körülbelül 2500 csillagot láthatunk az égen (a láthatatlan féltekét figyelembe véve 5000), amelyek fényességükben és színükben különböznek egymástól. Úgy tűnik, hogy az égi szférához kötődnek, és vele együtt keringenek a Föld körül. A köztük való navigáláshoz az eget 88 csillagképre osztották. A csillagképek között különleges helyet foglalt el 12 állatövi csillagkép, amelyeken keresztül a Nap éves útja halad - az ekliptika. a csillagászok különböző égi koordinátarendszereket használnak a csillagok közötti navigáláshoz. Az egyik az egyenlítői koordinátarendszer (15.1. ábra). Az égi egyenlítőn alapul - a földi egyenlítőnek az égi szférára való vetületén. Az ekliptika és az egyenlítő két ponton metszi egymást: a tavaszi és az őszi napéjegyenlőségben. Minden csillagnak két koordinátája van: α - jobbra emelkedés (órában mérve), b - eltérés (fokban mérve). Az Altair csillag koordinátái a következők: α = 19 h 48 m 18 s; b = +8° 44’. A csillagok mért koordinátáit katalógusok tárolják, ezekből építkeznek csillagtérképek, amelyeket a csillagászok a megfelelő csillagok keresése során használnak. A csillagok kölcsönös elrendezése az égen nem változik, naponta forognak az égi szférával együtt. A bolygók a napi forgással együtt lassan mozognak a csillagok között, és vándorcsillagnak nevezik.

A bolygók és a Nap látszólagos mozgását Nicolaus Kopernikusz írta le a világ geocentrikus rendszerének felhasználásával.

B) A bolygók és más égitestek Nap körüli mozgása Kepler három törvénye szerint történik:

Kepler első törvénye- a vonzási erő hatására az egyik égitest a másik gravitációs terében mozog égitest az egyik kúpszelvény szerint - kör, ellipszis, parabola vagy hiperbola.

Kepler második törvénye- minden bolygó úgy mozog, hogy a bolygó sugárvektora egyenlő időközönként egyenlő területeket fed le.

Kepler harmadik törvénye- a test pályájának fél-főtengelyének kocka, elosztva forgási periódusának négyzetével és a testek tömegeinek összegével, állandó érték.

és 3 / [T 2 * (M 1+ M 2)] = G / 4P 2 G a gravitációs állandó.

Hold körbe mozog föld elliptikus pályán. A holdfázisok változását a Hold oldalának megvilágítási típusának változása határozza meg. A Hold mozgását a Föld körül hold- és napfogyatkozással magyarázzák. Az apályok és apályok jelenségei a Hold vonzásából és a Föld nagy méretéből adódnak.

Elektromosság. Ohm törvénye

Ha egy szigetelt vezetőt elektromos mezőbe helyezünk, akkor ingyenes töltéseken q a vezetőben erő hat majd, ennek eredményeként a vezetőben a szabad töltések rövid távú mozgása lép fel. Ez a folyamat akkor ér véget, amikor a vezető felületén keletkezett töltések saját elektromos tere teljesen kompenzálja a külső mezőt. Az így létrejövő elektrosztatikus tér a vezető belsejében nulla lesz (lásd az 1.5. pontot).

A vezetőkben azonban bizonyos feltételek mellett a szabad elektromos töltéshordozók folyamatos rendezett mozgása is létrejöhet. Az ilyen mozgást ún Áramütés . A pozitív szabad töltések mozgási irányát tekintjük az elektromos áram irányának. Ahhoz, hogy egy vezetőben elektromos áram létezzen, elektromos mezőt kell létrehozni benne.

Az elektromos áram mennyiségi mértéke az áramerősség én – skaláris fizikai mennyiség, amely egyenlő a töltésaránnyal Δ q, amely a vezető keresztmetszetén át (1.8.1. ábra) a Δ időintervallumra t, ehhez az időintervallumhoz:

Az SI mértékegységek nemzetközi rendszerében az áramerősséget amperben (A) mérik. Az 1 A áramegységet két párhuzamos vezető árammal való mágneses kölcsönhatása hozza létre (lásd 1.16. §).

Állandó elektromos áram csak bennük állítható elő zárt áramkör , amelyben a szabad töltéshordozók zárt utakon keringenek. Az ilyen áramkör különböző pontjain az elektromos mező időben állandó. Következésképpen az egyenáramú áramkör elektromos mezője fagyott elektrosztatikus tér jellegű. De amikor az elektromos töltést elektrosztatikus térben zárt úton mozgatjuk, az elektromos erők munkája nulla (lásd 1.4. §). Ezért az egyenáram létezéséhez olyan eszközre van szükség az elektromos áramkörben, amely az erők működése miatt potenciálkülönbségeket tud létrehozni és fenntartani az áramkör szakaszaiban nem elektrosztatikus eredetű. Az ilyen eszközöket ún egyenáramú források . Az áramforrásból származó szabad töltéshordozókra ható, nem elektrosztatikus eredetű erőket nevezzük külső erők .

A külső erők természete eltérő lehet. BAN BEN galvanikus cellák vagy akkumulátorok, elektrokémiai folyamatok eredményeként keletkeznek, az egyenáramú generátorokban harmadik féltől származó erők keletkeznek, amikor a vezetők mágneses térben mozognak. Az áramforrás az elektromos áramkörben ugyanazt a szerepet játszik, mint a szivattyú, amely a folyadék szivattyúzásához szükséges egy zárt hidraulikus rendszerben. Külső erők hatására elektromos töltések mozognak az áramforrás belsejében ellen elektrosztatikus mező erői, amelyeknek köszönhetően zárt áramkörben állandó elektromos áram tartható fenn.

Amikor az elektromos töltések egy egyenáramú áramkör mentén mozognak, az áramforrások belsejében ható külső erők működnek.

Fizikai mennyiség megegyezik a munka arányával A st külső erők a töltés mozgatásakor q az áramforrás negatív pólusától a pozitív felé ennek a töltésnek az értékéig hívjuk forrás elektromotoros erő(EMF):

Így az EMF-et a külső erők által végzett munka határozza meg egyetlen pozitív töltés mozgatásakor. Az elektromotoros erőt, akárcsak a potenciálkülönbséget, voltban (V) mérjük.

Ha egyetlen pozitív töltés egy zárt egyenáramú áramkör mentén mozog, a külső erők munkája megegyezik az ebben az áramkörben ható EMF összegével, és az elektrosztatikus mező munkája nulla.

Az egyenáramú áramkör külön részekre osztható. Azokat a szakaszokat, amelyeken külső erők nem hatnak (azaz azokat a szakaszokat, amelyek nem tartalmaznak áramforrást), az ún. homogén . Az aktuális forrásokat tartalmazó területeket hívjuk heterogén .

Amikor az egységnyi pozitív töltés az áramkör egy bizonyos szakaszán mozog, mind az elektrosztatikus (Coulomb), mind a külső erők működnek. Az elektrosztatikus erők munkája megegyezik a Δφ 12 \u003d φ 1 - φ 2 potenciálkülönbséggel az inhomogén szakasz kezdeti (1) és végső (2) pontja között. A külső erők munkája értelemszerűen az ezen a területen ható elektromotoros 12 erő. Tehát a teljes munka

G. Ohm német fizikus 1826-ban kísérletileg megállapította, hogy az áramerősség én, amely homogén fémvezetőn (azaz olyan vezetőn, amelyben nem hat külső erő) átfolyik, arányos a feszültséggel U a karmester végén:

Ahol R= konst.

az érték R hívott elektromos ellenállás . Az elektromos ellenállású vezetőt ún ellenállás . Ez az arány kifejezi Ohm törvénye az áramkör homogén szakaszára: A vezetőben lévő áram egyenesen arányos a rákapcsolt feszültséggel és fordítottan arányos a vezető ellenállásával.

SI-ben a vezetők elektromos ellenállásának mértékegysége ohm (Ohm). Az 1 ohmos ellenállásnak van egy része az áramkörnek, amelyben 1 V feszültség mellett 1 A áram lép fel.

Az Ohm törvényének engedelmeskedő vezetőket nevezzük lineáris . Az áramerősség grafikus függése én feszültségtől U(Az ilyen diagramokat hívják volt-amper jellemzők , rövidítve VAC) az origón áthaladó egyenes jelöli. Meg kell jegyezni, hogy sok olyan anyag és eszköz van, amely nem engedelmeskedik Ohm törvényének, például a félvezető dióda vagy a gázkisülési lámpa. Még a kellően nagy erősségű fémvezetők esetében is megfigyelhető az Ohm lineáris törvényétől való eltérés, mivel a fémvezetők elektromos ellenállása a hőmérséklet emelkedésével nő.

Az EMF-et tartalmazó áramköri szakaszra az Ohm-törvény a következő formában van írva:

Ohm törvénye

Mindkét egyenlőséget összeadva a következőt kapjuk:

én (R + r) = Δφ CD + Δφ ab + .

De Δφ CD = Δφ ba = – Δφ ab. Ezért

Ez a képlet kifejezi Ohm törvénye a teljes áramkörre : az áramerősség egy komplett áramkörben egyenlő a forrás elektromotoros erejével, osztva az áramkör homogén és inhomogén szakaszainak ellenállásainak összegével.

Ellenállás rábrán látható heterogén terület. 1.8.2-nek tekinthető áramforrás belső ellenállása . Ebben az esetben a cselekmény ( ab) ábrán. Az 1.8.2 a forrás belső része. Ha a pontok aÉs b zárja le olyan vezetővel, amelynek ellenállása kicsi a forrás belső ellenállásához képest ( R << r), akkor az áramkör folyni fog rövidzárlati áram

Rövidzárlati áram - az adott forrásból elektromotoros erővel és belső ellenállással nyerhető maximális áram r. Alacsony belső ellenállású források esetén a rövidzárlati áram nagyon nagy lehet, és az elektromos áramkör vagy forrás tönkremenetelét okozhatja. Például az autókban használt ólom-savas akkumulátorok rövidzárlati árama több száz amper is lehet. Különösen veszélyesek a rövidzárlatok az alállomásokról táplált világítási hálózatokban (több ezer amper). Az ilyen nagy áramok pusztító hatásának elkerülése érdekében biztosítékokat vagy speciális megszakítókat kell beépíteni az áramkörbe.

Egyes esetekben a rövidzárlati áram veszélyes értékeinek elkerülése érdekében néhány külső ellenállást sorosan csatlakoztatnak a forráshoz. Aztán ellenállás r egyenlő a forrás belső ellenállásának és a külső ellenállásnak az összegével, és rövidzárlat esetén az áramerősség nem lesz túlzottan nagy.

Ha a külső áramkör szakadt, akkor Δφ ba = – Δφ ab= , azaz a nyitott akkumulátor pólusainál a potenciálkülönbség egyenlő az EMF-jével.

Ha a külső terhelési ellenállás R be van kapcsolva és áram folyik át az akkumulátoron én, a potenciálkülönbség a pólusainál egyenlővé válik

Δφ ba = – Ir.

ábrán. Az 1.8.3 egy egyenáramú forrás sematikus ábrázolása azonos EMF-fel és belső ellenállással r három üzemmódban: "üresjárat", terhelési és rövidzárlati üzemmód (rövidzárlat). Az akkumulátoron belüli elektromos tér erőssége és a pozitív töltésekre ható erők jelennek meg: – elektromos erő és – külső erő. Rövidzárlatos üzemmódban az akkumulátor belsejében lévő elektromos mező eltűnik.

Az egyenáramú elektromos áramkörök feszültségének és áramának mérésére speciális eszközöket használnak - voltmérőkÉs ampermérők.

Voltmérőúgy tervezték, hogy mérje a kapcsaira alkalmazott potenciálkülönbséget. Összekapcsol párhuzamos az áramkör azon szakasza, amelyen a potenciálkülönbség mérése történik. Minden voltmérőnek van némi belső ellenállása. R B. Annak érdekében, hogy a voltmérő ne vezesse be az áramok észrevehető újraeloszlását, amikor a mért áramkörhöz csatlakozik, belső ellenállásának nagynak kell lennie az áramkör azon szakaszának ellenállásához képest, amelyhez csatlakozik. ábrán látható áramkörhöz. 1.8.4, ez a feltétel a következőképpen van írva:

R B >> R 1 .

Ez a feltétel azt jelenti, hogy a jelenlegi I B = Δφ CD / R B, amely a voltmérőn átfolyik, sokkal kisebb, mint az áram én = Δφ CD / R 1, amely átfolyik az áramkör vizsgált szakaszán.

Mivel a voltmérő belsejében nincsenek külső erők, a potenciálkülönbség a kapcsainál értelemszerűen egybeesik a feszültséggel. Ezért azt mondhatjuk, hogy a voltmérő feszültséget mér.

Árammérő Az áramkörben lévő áram mérésére tervezték. Az ampermérő sorba van kötve az elektromos áramkör megszakításával, így a teljes mért áram áthalad rajta. Az ampermérőnek van némi belső ellenállása is. R A. A voltmérővel ellentétben az ampermérő belső ellenállásának kellően kicsinek kell lennie a teljes áramkör teljes ellenállásához képest. ábra szerinti áramkörhöz. 1.8.4 az ampermérő ellenállásának meg kell felelnie a feltételnek

Az egyenáram létezésének feltételei.

Az egyenáram létezéséhez szükséges a szabad töltésű részecskék és az áramforrás jelenléte. amelyben bármilyen típusú energiát elektromos tér energiájává alakítanak át.

Aktuális forrás- olyan eszköz, amelyben bármilyen típusú energiát elektromos mező energiájává alakítanak át. Áramforrásban zárt áramkörben külső erők hatnak a töltött részecskékre. A külső erők különböző áramforrásokban való megjelenésének okai eltérőek. Például akkumulátorokban és galvánelemekben külső erők keletkeznek a kémiai reakciók áramlása miatt, az erőművek generátoraiban akkor keletkeznek, amikor egy vezető mágneses térben mozog, fotocellákban - amikor a fény a fémekben és a félvezetőkben lévő elektronokra hat.

Az áramforrás elektromotoros erejea külső erők munkájának az áramforrás negatív pólusáról a pozitívra átvitt pozitív töltés értékéhez viszonyított arányának nevezzük.

Alapfogalmak.

Áramerősség- skaláris fizikai mennyiség, amely megegyezik a vezetőn áthaladó töltés és a töltés áthaladásának idő arányával.

Ahol én - áramerősség,q - díj összege (villany mennyisége),t - töltési szállítási idő.

pillanatnyi sűrűség- vektorfizikai mennyiség, amely megegyezik az áramerősség és a vezető keresztmetszete arányával.

Ahol j -pillanatnyi sűrűség, S - a vezető keresztmetszete.

Az áramsűrűségvektor iránya egybeesik a pozitív töltésű részecskék mozgási irányával.

Feszültség - skaláris fizikai mennyiség, amely megegyezik a Coulomb teljes munkájának és a külső erőknek a pozitív töltést a területen való mozgatásakor e töltés értékéhez viszonyított arányával.

AholA - harmadik fél és Coulomb-erők teljes munkája,q - elektromos töltés.

Elektromos ellenállás- fizikai mennyiség jellemzése elektromos tulajdonságok a lánc szakasza.

Ahol ρ - a vezető fajlagos ellenállása,l - a vezetékszakasz hossza,S - a vezető keresztmetszete.

Vezetőképességaz ellenállás reciprokja

AholG - vezetőképesség.