Sadaļas: Fizika

Nodarbības mērķi.

Apmācība:

skolēnu zināšanu veidošana par elektriskās strāvas rašanās un pastāvēšanas nosacījumiem.

Attīstās:

attīstību loģiskā domāšana uzmanība, prasmes iegūtās zināšanas izmantot praksē.

Izglītojoši:

radot apstākļus neatkarības, vērīguma un pašcieņas izpausmei.

Aprīkojums.

1. Galvaniskās šūnas, akumulators, ģenerators, kompass.
2. Kartes (pievienotas).
3. Demonstrācijas materiāls (izcilo fiziķu Ampēra, Voltas portreti; plakāti "Elektrība", "Elektriskie lādiņi").

Demonstrācijas:

1. Darbība elektriskā strāva vadītājā uz magnētisko adatu.
2. Strāvas avoti: galvaniskie elementi, akumulators, ģenerators.

Nodarbības plāns

1. Organizatoriskais moments.

2. Skolotāja ievadruna.

3. Sagatavošanās jauna materiāla uztveršanai.

4. Jauna materiāla apgūšana.

a) strāvas avoti;

b) elektriskās strāvas darbība;

c) fiziskā operete “Elektrības karaliene”;

d) tabulas “Elektriskā strāva” aizpildīšana;

e) drošības pasākumi, strādājot ar elektroierīcēm.

5. Nodarbības rezumēšana.

6. Atspulgs.

7. Mājas darbs:

a) Pamatojoties uz dzīvības drošības, speciālo tehnoloģiju nodarbībās iegūtajām zināšanām, sagatavot un piezīmju grāmatiņā ierakstīt piezīmi “Drošības pasākumi, strādājot ar elektroierīcēm”

b) Individuālais uzdevums: Sagatavot atskaiti par strāvas avota izmantošanu ikdienā un tehnoloģijās.

Nodarbības kopsavilkums

1. Organizatoriskais moments

Atzīmējiet skolēnu klātbūtni, nosauciet stundas tēmu, mērķi.

2. Skolotāja ievadruna

Ar vārdiem elektrība, elektriskā strāva esam pazīstami jau no agras bērnības. Elektrisko strāvu izmanto mūsu mājās, transportā, ražošanā, apgaismojuma tīklā.

Bet kas ir elektriskā strāva, kāda ir tās būtība, nav viegli saprast.

Vārds elektrība cēlies no vārda elektrons, kas no grieķu valodas tiek tulkots kā dzintars. Dzintars ir seno skujkoku pārakmeņojušies sveķi. Vārds strāva nozīmē kaut kā plūsmu vai kustību.

3. Sagatavošanās jauna materiāla uztveršanai

Iepazans sarunas jautjumi.

Kādi ir divu veidu lādiņi, kas pastāv dabā? Kā viņi mijiedarbojas?

Atbilde: Dabā ir divu veidu lādiņi: pozitīvi un negatīvi.

Pozitīvie lādiņu nesēji ir protoni, negatīvie ir elektroni. Līdzīgi lādētas daļiņas viena otru atgrūž, pretējās lādētās daļiņas piesaista.

Vai ap elektronu pastāv elektriskais lauks?

Atbilde: Jā, ap elektronu ir elektriskais lauks.

Kas ir brīvie elektroni?

Atbilde: Tie ir elektroni, kas atrodas vistālāk no kodola, tie var brīvi pārvietoties starp atomiem.

4. Jauna materiāla apgūšana

a) Pašreizējie avoti.

Uz galda ir īpašas ierīces. Kādi ir viņu vārdi? Priekš kam tās vajadzīgas?

Atbilde: Tie ir galvaniskie elementi, akumulators, ģenerators - strāvas avotu vispārpieņemtais nosaukums. Tie ir nepieciešami, lai piegādātu elektroenerģiju, radītu elektrisko lauku vadītājā.

Mēs zinām, ka ir lādētas daļiņas, elektroni un protoni, mēs zinām, ka ir ierīces, ko sauc par strāvas avotiem.

b) elektriskās strāvas darbības.

Pastāsti man, kā mēs varam saprast, ka ķēdē ir elektriskā strāva, ar kādām darbībām?

Atbilde: Elektrības strāvai ir dažādi darbības veidi:

• Siltums - tiek uzkarsēts vadītājs, caur kuru plūst elektriskā strāva (elektriskā plīts, gludeklis, kvēlspuldze, lodāmurs).
• Strāvas ķīmisko efektu var novērot, laižot elektrisko strāvu caur vara sulfāta šķīdumu - vara izdalīšanās no vitriola šķīduma, hromēšana, niķeļa pārklāšana.
• Fizioloģiska - cilvēku un dzīvnieku muskuļu kontrakcijas, caur kurām ir izgājusi elektriskā strāva.
• Magnētiskais - kad elektriskā strāva iet caur vadītāju, ja tuvumā ir novietota magnētiskā adata, tā var novirzīties. Šī darbība ir galvenā. Pieredzes demonstrējums: akumulators, kvēlspuldze, savienojošie vadi, kompass.

c) Fiziskā operete “Karaliene Elektrība”. (Pielikums Nr. 1)

Tagad vecākās meitenes jūsu uzmanībai piedāvās opereti "Elektrības karaliene". Neaizmirstiet krievu tautas sakāmvārdu "Pasaka ir meli, bet tajā ir mājiens, mācība labiem biedriem." Tas ir, jūs ne tikai klausāties un skatāties, bet arī ņemat no tā noteiktu informāciju. Tavs uzdevums ir pierakstīt tik daudz fiziski termini kas parādās skatā.

d) tabulas “Elektriskā strāva” aizpildīšana. (Pielikums Nr. 2)

Pastāsti man, kāds jēdziens apvieno visus jūsu pierakstītos terminus?

Atbilde: elektriskā strāva.

Sāksim aizpildīt tabulu "Elektriskā strāva".

Aizpildot tabulu, apkoposim nodarbībā iegūtās zināšanas un iegūsim jaunu informāciju.

Tabulas aizpildīšanas procesā mēs secinām, kādi nosacījumi ir nepieciešami, lai izveidotu elektrisko strāvu.

• Pirmais nosacījums ir brīvi uzlādētu daļiņu klātbūtne.
• Otrais nosacījums ir elektriskā lauka klātbūtne vadītāja iekšpusē.

e) Drošības pasākumi, strādājot ar elektroierīcēm.

Kur tālāk rūpnieciskā prakse, jūs saskaraties ar elektriskās strāvas izmantošanu? Studentu atbildes.

Atbilde: Strādājot ar elektroierīcēm.

Aizliegts.

• Ejiet pa zemi, turot elektroierīces pieslēgtas tīklam. Īpaši bīstami ir staigāt basām kājām pa mitru augsni.
• Ieiet elektriskās un citās elektriskajās telpās.
• Uzņemieties salauztus, kailus, piekārtus un guļus uz zemējuma vadiem.
• Ieduriet naglas sienā vietā, kur var atrasties slēptā elektroinstalācija. Šobrīd ir nāvējoši bīstami iezemēt centrālās apkures baterijas, ūdens padevi.
• Sienu urbšana iespējamās elektroinstalācijas vietās.
• Krāsojiet, baliniet, mazgājiet sienas ar ārējo vai slēpto strāvu.
• Strādājiet ar ieslēgtām elektroierīcēm akumulatoru vai ūdensvadu tuvumā.
• Darbs ar elektroierīcēm, spuldzīšu maiņa, stāvēšana uz vannasistabas.
• Darbs ar bojātām elektroierīcēm.
• Saremontē bojātas elektroierīces.

5. Nodarbības rezumēšana

Sekojot fizikas likumiem, laiks nepielūdzami virzās uz priekšu, un mūsu stunda ir nonākusi pie sava loģiskā noslēguma.

Apkoposim mūsu nodarbību.

Kas, jūsuprāt, ir elektriskā strāva?

Atbilde: Elektriskā strāva ir lādētu daļiņu virzīta kustība.

Kādi nosacījumi ir nepieciešami, lai izveidotu elektrisko strāvu?

Atbilde: Pirmais nosacījums ir brīvi uzlādētu daļiņu klātbūtne.

Otrais nosacījums ir elektriskā lauka klātbūtne vadītāja iekšpusē.

6. Atspulgs

7. Mājas darbs

a) Pamatojoties uz dzīvības drošības, speciālo tehnoloģiju nodarbībās iegūtajām zināšanām, sagatavot un piezīmju grāmatiņā ierakstīt piezīmi “Drošības pasākumi, strādājot ar elektroierīcēm”.

b) Individuālais uzdevums: Sagatavot atskaiti par strāvas avota izmantošanu ikdienā un tehnoloģijās. (

Un atkal laba diena tev, dārgā. Bez turpmākas kavēšanās sāksim mūsu sarunu šodien. Šķiet, ka mēs jau sen esam izdomājuši strāvas cēloņus vadītājā. Mēs novietojām vadītāju laukā - elektroni skrēja, radās strāva. Ko vēl dara. Bet izrādās, ka šī strāva vadītājā pastāvētu pastāvīgi, ir jāievēro noteikti nosacījumi. Lai iegūtu skaidrāku izpratni par elektriskās strāvas plūsmas procesa fiziku vadītājā, apsveriet piemēru.

Pieņemsim, ka mums ir kāds vadītājs, kuru ievietosim elektriskajā laukā, kā parādīts 4.1. attēlā.

4.1. attēls. Vadītājs elektriskā laukā

Nosacīti apzīmēsim sprieguma lielumu vadītāja galos kā E 1 un E 2 un E 1 > E 2. Kā noskaidrojām iepriekš, brīvie elektroni vadītājā sāks virzīties uz lielāku lauka intensitāti, tas ir, uz punktu A. Tomēr laika gaitā potenciāls, ko veido elektronu uzkrāšanās punktā A, kļūs tāds, ka viņam tā radītais elektromagnētiskais lauks E 0 pēc absolūtās vērtības būs vienāds ar ārējo lauku, un lauku virzieni būs pretēji, jo punkta B potenciāls ir pozitīvāks (ārēja lauka darbības radīts elektronu trūkums) .

Tā kā rezultātā divu vienādu pretēju spēku darbība ir vienāda ar nulli: |E|+|(E 0)|=0, elektroni pārtrauc savu sakārtoto kustību, elektriskā strāva apstājas. Lai elektronu plūsma būtu nepārtraukta, ir nepieciešams: pirmkārt, jāpieliek nepotenciāla rakstura papildu spēks, kas kompensētu savu ietekmi elektriskais lauks diriģents un, otrkārt, izveidot slēgtu ķēdi, jo elektronu kustība var notikt tikai vadītājos (iepriekš norādījām, ka dielektriķi, lai gan tiem ir zināma elektrovadītspēja, neizlaiž elektrisko strāvu) un nodrošināt kompensējošā spēka noturību. , ir nepieciešama lauku noturība: gan kā ārēja, gan sava.

Sāksim ar otro punktu. Mēs apsvērsim vadu, kas novietots laukā, kā parādīts 4.2. attēlā. Pieņemsim, ka pēc ārējā un iekšējā elektromagnētiskā lauka mijiedarbības kompensēšanas papildus ārējam laukam esam pielietojuši vēl vienu tādu pašu lauku. Kopējā ārējā lauka darbība būs 2 |E|. Strāva vadītājā turpinās plūst tajā pašā virzienā, bet tieši līdz 2 |E|>|E 0 |, pēc tam elektriskā strāva atkal apstāsies. Tas ir ārējā ietekme nepārtraukti jāpalielina, lai ļautu strāvai plūst atvērtā vadā, kas nav iespējams.
Ja mēs aizveram vadītāju tā, lai viena tā daļa atrodas ārpus lauka, tad papildus ārējam laukam papildus spēka darba dēļ (šim spēkam šajā gadījumā nevajadzētu būt potenciālam, jo ​​potenciālā spēka darbs slēgta cilpa ir nulle un nav atkarīgs no trajektorijas formas), tad vadītājā parādīsies elektriskā strāva tikai ārējā lauka ietekmes dēļ, jo vadītāja faktiskais lauks tiks pilnībā kompensēts. Tāpēc jebkurai elektriskajai ķēdei vienmēr jābūt slēgtai.

Papildu spēka ieviešanas nepieciešamību varat mēģināt izskaidrot ar sekojošu apsvērumu: ja mēs varētu daļēji pārnest lādiņus no vadītāja gala B uz vadītāja galu A, arī elektriskā strāva neapstātos. Taču arī šādai "piezemēšanās" ir vajadzīga enerģija. Līdz ar to papildu spēka ieviešana joprojām ir nepieciešama. Nepotenciālos spēkus sauc arī par ārējiem spēkiem. Un to avoti ir pašreizējie avoti vai ģeneratori.

4.2. attēls - sava elektromagnētiskā lauka rašanās vadītājā

Tātad, kur mēs varam iegūt papildspēku, ko turklāt nevajadzētu radīt laukam, jo ​​bez tā mēs nedabūsim strāvu? Izrādās, ka ķīmiskās reducēšanas-oksidācijas reakcijas gaitā, piemēram, svina oksīda un atšķaidītas sērskābes mijiedarbības laikā, atbrīvojas brīvie elektroni:

Lai visus reakcijas laikā atbrīvotos elektronus “piesaistītu” vienam telpas punktam, sērskābes šķīdumā ievieto vairākus svina režģus, ko sauc par elektrodiem. Viena elektrodu daļa ir izgatavota no svina un tiek saukta par katodu, otra - anodu - ir izgatavota no svina dioksīda. Katods ir brīvo elektrodu avots ārējai ķēdei, un anods ir uztvērējs.

Iepriekš minētais piemērs atbilst visiem autobraucējiem (un ne tikai) zināmai ierīcei - svina-skābes akumulatoram. Protams, iepriekš minētais piemērs daudz nesakrīt ar to, kas notiek akumulatora iekšpusē patiesībā, tomēr strāvas izskata būtība labi atspoguļojas. Tādējādi starp pozitīvo anodu (maz elektronu) un negatīvo katodu (daudz elektronu) rodas elektriskais lauks, kas veido ārējos spēkus un rada strāvu vadītājā. Šis spēks ir atkarīgs tikai no ķīmiskās reakcijas gaitas, tas ir praktiski nemainīgs, līdz pastāv šīs reakcijas elementi - skābe un svina oksīds. Tāpēc, ja mēs noņemam elektrisko lauku un savienosim vadītāju ar anodu un katodu, elektriskā strāva joprojām plūdīs, jo akumulators rada ārēju spēku. Apkārt vadītājam būs savs elektriskais lauks, kas jāpārvar akumulatoram, lai elektronu no katoda pārnestu uz anodu. Tā ir ārējās varas būtība.

Tagad apsveriet situāciju ar akumulatoru un tam pievienoto vadītāju. Elektriskais lauks veic pozitīvu darbu, lai pārvietotu pozitīvu lādiņu (runājam par pozitīvajiem lādiņiem, jo ​​to kustības virziens atbilst strāvas virzienam) lauka potenciāla samazināšanai. Strāvas avots veic elektrisko lādiņu atdalīšanu - pozitīvi lādiņi uzkrājas vienā polā, negatīvie lādiņi otrā. Elektriskā lauka stiprums avotā tiek virzīts no pozitīvā pola uz negatīvo, tāpēc elektriskā lauka darbs pozitīvā lādiņa pārvietošanai būs pozitīvs, kad tas pāriet no "plus" uz "mīnusu". Gluži pretēji, ārējo spēku darbs ir pozitīvs, ja pozitīvie lādiņi virzās no negatīvā pola uz pozitīvo, tas ir, no "mīnus" uz "plus". Šī ir būtiskā atšķirība starp potenciālu starpības un EML jēdzieniem. , kas vienmēr ir jāatceras.

4.3. attēlā parādīts strāvas plūsmas I virziens akumulatoram pievienotajā vadītājā - no pozitīvā anoda uz negatīvo katodu, tomēr akumulatora iekšpusē trešās puses ķīmiskās reakcijas spēki “izmet” elektronus, kas nāca no ārējās ķēdes no anods uz katodu un pozitīvie joni no katoda uz anodu, tas ir, tie darbojas pretēji strāvas plūsmas virzienam un lauka virzienam.

Attēls 4.3 - Ārējo spēku demonstrēšana elektriskās strāvas gadījumā

No iepriekšminētajiem apsvērumiem var izdarīt sekojošā izvade: spēki, kas iedarbojas uz lādiņu strāvas avota iekšpusē, atšķiras no spēkiem, kas iedarbojas vadītāja iekšpusē. Attiecīgi šie spēki ir jānošķir viens no otra. Lai raksturotu ārējos spēkus, tika ieviests elektromotora spēka lielums (EMF) - darbs, ko ārējie spēki veic, lai pārvietotu vienu pozitīvu lādiņu. To apzīmē ar latīņu burtu ε (“epsilon”) un mēra tādā pašā veidā. kā potenciālu starpība - voltos.

Tā kā potenciālā atšķirība un EML ir dažāda veida spēki, mēs varam teikt, ka EML ārpus avota vadiem ir nulle. Lai gan parastajā dzīvē šie smalkumi tiek atstāti novārtā un saka: “Akumulatora spriegums ir 1,5 V”, lai gan strikti runājot, spriegums ķēdes daļā ir kopējais elektrostatisko un trešo pušu spēku darbs, lai pārvietotu vienu pozitīvu lādiņu. Nākotnē mēs joprojām saskarsimies ar šiem jēdzieniem, un tie mums noderēs, aprēķinot sarežģītas elektriskās ķēdes.

Tas, iespējams, ir viss, jo nodarbība izrādījās pārāk noslogota ... Bet sprieguma un EML jēdzieni ir jāspēj atšķirt.

• Lai pastāvētu elektriskā strāva, ir nepieciešami divi nosacījumi:
  1) slēgta elektriskā ķēde;
  2) trešo personu nepotenciālo spēku avota klātbūtne.
• Elektromotora spēks (EMF) ir darbs, ko veic ārējie spēki, lai pārvietotu vienu pozitīvu lādiņu.
• Ārējo spēku avotus elektriskā ķēdē sauc arī par strāvas avotiem.
• Akumulatora pozitīvo spaili sauc par anodu, negatīvo - par katodu.

Šoreiz uzdevumu nebūs, šo nodarbību labāk atkārtot, lai izprastu visu strāvas plūsmas fiziku vadītājā. Kā vienmēr, visus jautājumus, ieteikumus un vēlmes varat atstāt komentāros zemāk! Uz drīzu redzēšanos!

Bez elektrības nav iespējams iedomāties dzīvi mūsdienu cilvēks. Volti, ampēri, vati – šie vārdi izskan sarunā par ierīcēm, kas darbojas ar elektrību. Bet kas ir šī elektriskā strāva un kādi ir tās pastāvēšanas nosacījumi? Mēs par to runāsim tālāk, sniedzot īsu skaidrojumu iesācējiem elektriķiem.

Definīcija

Elektriskā strāva ir virzīta lādiņnesēju kustība - tas ir standarta formulējums no fizikas mācību grāmatas. Savukārt atsevišķas matērijas daļiņas sauc par lādiņnesējiem. Tie var būt:

• Elektroni ir negatīvu lādiņu nesēji.
• Joni ir pozitīvu lādiņu nesēji.

Bet no kurienes nāk lādiņu nesēji? Lai atbildētu uz šo jautājumu, ir jāatceras pamatzināšanas par matērijas uzbūvi. Viss, kas mūs ieskauj, ir matērija, tā sastāv no molekulām, tās mazākajām daļiņām. Molekulas sastāv no atomiem. Atoms sastāv no kodola, ap kuru noteiktās orbītās pārvietojas elektroni. Molekulas arī pārvietojas nejauši. Katras šīs daļiņas kustība un struktūra ir atkarīga no pašas vielas un ietekmes uz to. vidi piemēram, temperatūra, spriegums utt.

Jons ir atoms, kurā ir mainījusies elektronu un protonu attiecība. Ja atoms sākotnēji ir neitrāls, tad jonus savukārt iedala:

• Anjoni ir pozitīvs atoma jons, kas zaudējis elektronus.
• Katjoni ir atoms ar "papildu" elektroniem, kas pievienoti atomam.

Strāvas mērvienība ir ampērs, saskaņā ar to aprēķina pēc formulas:

kur U ir spriegums [V] un R ir pretestība [Om].

Vai tieši proporcionāls pārskaitītās maksas summai par laika vienību:

kur Q ir lādiņš, [C], t ir laiks, [s].

Elektriskās strāvas pastāvēšanas nosacījumi

Mēs sapratām, kas ir elektriskā strāva, tagad parunāsim par to, kā nodrošināt tās plūsmu. Lai plūstu elektriskā strāva, ir jāievēro divi nosacījumi:

1. Brīvo lādiņu nesēju klātbūtne.
2. Elektriskais lauks.

Pirmais nosacījums elektroenerģijas pastāvēšanai un plūsmai ir atkarīgs no vielas, kurā strāva plūst (vai neplūst), kā arī no tās stāvokļa. Ir iespējams arī otrs nosacījums: elektriskā lauka pastāvēšanai ir nepieciešama dažādu potenciālu klātbūtne, starp kuriem ir vide, kurā plūst lādiņnesēji.

Atsaukt: Spriegums, EMF ir potenciāla atšķirība. No tā izriet, ka, lai izpildītu strāvas pastāvēšanas nosacījumus - elektriskā lauka un elektriskās strāvas klātbūtni, ir nepieciešams spriegums. Tās var būt uzlādēta kondensatora plāksnes, galvaniskais elements, EML, kas radies magnētiskā lauka (ģeneratora) ietekmē.

Mēs sapratām, kā tas rodas, parunāsim par to, kur tas tiek virzīts. Strāva pamatā, pie mums ierastajā lietošanā, kustas pa vadītājiem (elektroinstalācija dzīvoklī, kvēlspuldzes) vai pusvadītājos (LED, viedtālruņa procesors un cita elektronika), retāk gāzēs (luminiscences spuldzes).

Tātad vairumā gadījumu galvenie lādiņu nesēji ir elektroni, tie pāriet no mīnusa (punkts ar negatīvu potenciālu) uz plusu (punkts ar pozitīvu potenciālu, par to jūs uzzināsit tālāk).

Bet interesants fakts ir tas, ka strāvas kustības virziens tika uzskatīts par pozitīvo lādiņu kustību - no plusa uz mīnusu. Lai gan patiesībā notiek pretējais. Fakts ir tāds, ka lēmums par strāvas virzienu tika pieņemts pirms tās būtības izpētes, kā arī pirms tika noteikts, kādēļ strāva plūst un pastāv.

Elektriskā strāva dažādās vidēs

Jau minējām, ka dažādos medijos elektriskā strāva var atšķirties pēc lādiņnesēju veida. Medijus var iedalīt pēc vadītspējas rakstura (vadītspējas dilstošā secībā):

1. Diriģents (metāli).
2. Pusvadītājs (silīcijs, germānija, gallija arsenīds utt.).
3. Dielektrisks (vakuums, gaiss, destilēts ūdens).

metālos

Metāli satur brīvus lādiņnesējus, un tos dažreiz dēvē par "elektrisko gāzi". No kurienes nāk bezmaksas maksas nesēji? Fakts ir tāds, ka metāls, tāpat kā jebkura viela, sastāv no atomiem. Atomi kaut kā kustas vai svārstās. Jo augstāka ir metāla temperatūra, jo spēcīgāka ir šī kustība. Tajā pašā laikā paši atomi vispārējs skats paliek savās vietās, faktiski veidojot metāla struktūru.

Atomu elektronu apvalkos parasti ir vairāki elektroni, kuriem ir diezgan vāja saite ar kodolu. Temperatūras ietekmē ķīmiskās reakcijas un piemaisījumu mijiedarbība, kas jebkurā gadījumā atrodas metālā, elektroni atdalās no atomiem, veidojas pozitīvi lādēti joni. Atdalītos elektronus sauc par brīviem un pārvietojas nejauši.

Ja tos ietekmē elektriskais lauks, piemēram, ja pievienojat akumulatoru metāla gabalam - haotiska kustība elektroni kļūs sakārtoti. Elektroni no punkta, kuram ir pievienots negatīvs potenciāls (piemēram, galvaniskās šūnas katoda), sāks virzīties uz punktu ar pozitīvu potenciālu.

pusvadītājos

Pusvadītāji ir materiāli, kuros normālā stāvoklī nav brīvu lādiņu nesēju. Tie atrodas tā sauktajā aizliegtajā zonā. Bet, ja jūs piesakāties ārējie spēki, piemēram, elektriskais lauks, siltums, dažādi starojumi (gaisma, starojums utt.), tie pārvar joslas spraugu un pāriet brīvajā joslā vai vadīšanas joslā. Elektroni atraujas no saviem atomiem un kļūst brīvi, veidojot jonus – pozitīvus lādiņu nesējus.

Pozitīvos nesējus pusvadītājos sauc par caurumiem.

Ja jūs vienkārši nododat enerģiju pusvadītājam, piemēram, to sildat, sāksies haotiska lādiņnesēju kustība. Bet, ja mēs runājam par pusvadītāju elementiem, piemēram, diodi vai tranzistoru, tad kristāla pretējos galos (uz tiem tiek uzklāts metalizēts slānis un vadi ir pielodēti) parādīsies EMF, bet tas neattiecas uz šodienas raksta tēmu.

Ja pusvadītājam pieliekat EML avotu, tad arī lādiņnesēji pārvietosies vadīšanas joslā, un sāksies arī to virzītā kustība - caurumi ies uz sāniem ar zemāku elektrisko potenciālu, bet elektroni - uz pusi ar lielāku.

Vakuumā un gāzē

Vakuums ir vide ar pilnīgu (ideālā gadījumā) gāzu trūkumu vai minimālu (faktiski) tā daudzumu. Tā kā vakuumā nav matērijas, nav avota lādiņu nesējiem. Tomēr strāvas plūsma vakuumā iezīmēja elektronikas sākumu un veselu laikmetu elektroniskie elementi- vakuuma lampas. Tos izmantoja pagājušā gadsimta pirmajā pusē, un 50. gados sāka pamazām piekāpties tranzistoriem (atkarībā no konkrētās elektronikas jomas).

Pieņemsim, ka mums ir trauks, no kura ir izsūknēta visa gāze, t.i. tas ir pilnīgs vakuums. Tvertnē ir ievietoti divi elektrodi, sauksim tos par anodu un katodu. Ja EML avota negatīvo potenciālu savienosim ar katodu, bet pozitīvo - ar anodu, nekas nenotiks un strāva neplūst. Bet, ja mēs sāksim sildīt katodu, strāva sāks plūst. Šo procesu sauc par termisko emisiju – elektronu emisiju no apsildāmas elektrona virsmas.

Attēlā parādīts strāvas plūsmas process vakuuma lampā. Vakuuma lampās katodu silda blakus esošais kvēldiegs (H) attēlā, piemēram, apgaismojuma lampā.

Tajā pašā laikā, ja maināt barošanas polaritāti - pielieciet mīnusu anodam un pievienojiet plusu katodam - strāva neplūst. Tas pierādīs, ka strāva vakuumā plūst elektronu kustības dēļ no KATODA uz ANODU.

Gāze, tāpat kā jebkura viela, sastāv no molekulām un atomiem, kas nozīmē, ja gāze atrodas elektriskā lauka ietekmē, tad pie noteikta stipruma (jonizācijas sprieguma) elektroni no atoma atdalīsies, tad abi nosacījumi elektriskās strāvas plūsmai tiks izpildīts - lauks un brīvie mediji.

Kā jau minēts, šo procesu sauc par jonizāciju. Tas var rasties ne tikai no pielietotā sprieguma, bet arī tad, kad gāze tiek uzkarsēta, rentgenstari, ultravioletā starojuma ietekmē un citi.

Strāva plūdīs pa gaisu, pat ja starp elektrodiem ir uzstādīts deglis.

Strāvas plūsmu inertās gāzēs pavada gāzes luminiscence, šī parādība tiek aktīvi izmantota dienasgaismas spuldzēs. Elektriskās strāvas plūsmu gāzveida vidē sauc par gāzes izlādi.

šķidrumā

Pieņemsim, ka mums ir trauks ar ūdeni, kurā ir ievietoti divi elektrodi, kuriem ir pievienots strāvas avots. Ja ūdens ir destilēts, tas ir, tīrs un nesatur piemaisījumus, tad tas ir dielektrisks. Bet, ja ūdenim pievienojam nedaudz sāls, sērskābi vai kādu citu vielu, veidojas elektrolīts un caur to sāk plūst strāva.

Elektrolīts ir viela, kas vada elektrību, sadaloties jonos.

Ja ūdenim pievieno vara sulfātu, tad uz viena no elektrodiem (katoda) nosēdīsies vara slānis - to sauc par elektrolīzi, kas pierāda, ka elektriskā strāva šķidrumā tiek veikta jonu kustības dēļ - pozitīva un negatīvo lādiņu nesēji.

Elektrolīze ir fizikāls un ķīmisks process, kas sastāv no komponentu atdalīšanas, kas veido elektrolītu uz elektrodiem.

Tādējādi notiek vara apšuvums, zeltīšana un pārklāšana ar citiem metāliem.

Secinājums

Rezumējot, elektriskās strāvas plūsmai ir nepieciešami brīvi lādiņu nesēji:

• elektroni vadītājos (metālos) un vakuumā;
• elektroni un caurumi pusvadītājos;
• joni (anjoni un katjoni) šķidrumos un gāzēs.

Lai šo nesēju kustība kļūtu sakārtota, ir nepieciešams elektriskais lauks. Vienkāršiem vārdiem sakot- pielieciet spriegumu korpusa galos vai uzstādiet divus elektrodus vidē, kur paredzama elektriskās strāvas plūsma.

Ir arī vērts atzīmēt, ka strāva noteiktā veidā ietekmē vielu, ir trīs iedarbības veidi:

• termiski;
• ķīmiskās vielas;
• fiziskais.

Noderīga

Oma likums ķēdes posmam norāda, ka strāva ir tieši proporcionāla spriegumam un apgriezti proporcionāla pretestībai.

Ja spriegums, kas darbojas elektriskā ķēdē, tiek palielināts vairākas reizes, tad strāva šajā ķēdē palielināsies par tādu pašu daudzumu. Un, ja jūs vairākas reizes palielināsit ķēdes pretestību, tad strāva samazināsies par tādu pašu daudzumu. Tāpat ūdens plūsma caurulē ir lielāka, jo lielāks ir spiediens un jo mazāka ir caurule pretestība ūdens kustībai.

Elektriskā pretestība - fiziskais daudzums raksturojot vadītāja īpašības, lai novērstu elektriskās strāvas pāreju un vienāds ar attiecību spriegums vadītāja galos līdz caur to plūstošās strāvas stiprumam.

Jebkuram ķermenim, caur kuru plūst elektriskā strāva, ir noteikta pretestība.

Elektroniskā teorija tas izskaidro metālisko vadītāju elektriskās pretestības būtību. Pārvietojoties pa vadītāju, brīvie elektroni savā ceļā neskaitāmas reizes sastopas ar atomiem un citiem elektroniem un, mijiedarbojoties ar tiem, neizbēgami zaudē daļu savas enerģijas. Elektroni it kā piedzīvo pretestību to kustībai. Dažādi metāla vadītāji ar atšķirīgiem atomu struktūra, ir atšķirīga pretestība pret elektrisko strāvu.

Vadītāja pretestība nav atkarīga no strāvas stipruma ķēdē un sprieguma, bet to nosaka tikai vadītāja forma, izmērs un materiāls.

Jo lielāka ir vadītāja pretestība, jo sliktāk tas vada elektrisko strāvu, un, gluži pretēji, jo zemāka ir vadītāja pretestība, jo vieglāk elektriskā strāva iziet caur šo vadītāju.

2 jautājums. Redzamās debess ķermeņu kustības. Planētu kustības likumi.

A) Tumšā naktī debesīs varam redzēt aptuveni 2500 zvaigžņu (ņemot vērā neredzamo puslodi 5000), kas atšķiras pēc spilgtuma un krāsas. Šķiet, ka tie ir piesaistīti debess sfērai un kopā ar to riņķo ap Zemi. Lai pārvietotos starp tiem, debesis tika sadalītas 88 zvaigznājos. Īpašu vietu starp zvaigznājiem ieņēma 12 zodiaka zvaigznāji, caur kuriem iet ikgadējais Saules ceļš - ekliptika. astronomi izmanto dažādas debesu koordinātu sistēmas, lai pārvietotos starp zvaigznēm. Viena no tām ir ekvatoriālā koordinātu sistēma (15.1. att.). Tā pamatā ir debess ekvators – zemes ekvatora projekcija uz debess sfēru. Ekliptika un ekvators krustojas divos punktos: pavasara un rudens ekvinokcijas. Jebkurai zvaigznei ir divas koordinātas: α - taisnā augšupeja (mēra stundās), b - novirze (mēra grādos). Zvaigznei Altair ir šādas koordinātas: α = 19 h 48 m 18 s; b = +8° 44’. Zvaigžņu izmērītās koordinātas tiek glabātas katalogos, tās tiek izmantotas būvēšanai zvaigžņu kartes, kuras astronomi izmanto, meklējot pareizās zvaigznes. Zvaigžņu savstarpējais izvietojums debesīs nemainās, tās katru dienu veic rotāciju kopā ar debess sfēru. Planētas kopā ar ikdienas rotāciju lēnām pārvietojas starp zvaigznēm un tiek sauktas par klejojošo zvaigzni.

Planētu un Saules šķietamo kustību aprakstīja Nikolajs Koperniks, izmantojot pasaules ģeocentrisko sistēmu.

B) Planētu un citu debess ķermeņu kustība ap Sauli notiek saskaņā ar trim Keplera likumiem:

Keplera pirmais likums- pievilkšanās spēka ietekmē viens debess ķermenis pārvietojas cita gravitācijas laukā debess ķermenis saskaņā ar kādu no konusa griezumiem - aplis, elipse, parabola vai hiperbola.

Keplera otrais likums- katra planēta pārvietojas tā, ka planētas rādiusa vektors vienādos laika intervālos aptver vienādus laukumus.

Keplera trešais likums- ķermeņa orbītas puslielās ass kubs, dalīts ar tā apgriezienu perioda kvadrātu un ķermeņu masu summu, ir nemainīga vērtība.

un 3 / [T 2 * (M 1+ M 2)] = G / 4P 2 G ir gravitācijas konstante.

Mēness pārvietojas apkārt Zeme eliptiskā orbītā. Mēness fāžu maiņu nosaka mēness puses apgaismojuma veida izmaiņas. Mēness kustība ap Zemi tiek skaidrota ar Mēness un Saules aptumsumiem. Paisumu un bēgumu parādības ir saistītas ar Mēness pievilcību un Zemes lielo izmēru.

Elektrība. Oma likums

Ja izolētu vadītāju ievieto elektriskajā laukā, tad uz bezmaksas lādiņiem q vadītājā darbosies spēks.Rezultātā vadītājā notiek īslaicīga brīvo lādiņu kustība. Šis process beigsies, kad uz vadītāja virsmas radušos lādiņu elektriskais lauks pilnībā kompensēs ārējo lauku. Iegūtais elektrostatiskais lauks vadītāja iekšpusē būs nulle (sk. § 1.5).

Taču vadītājos noteiktos apstākļos var notikt nepārtraukta sakārtota brīvo elektrisko lādiņnesēju kustība. Tādu kustību sauc elektrošoks . Par elektriskās strāvas virzienu tiek pieņemts pozitīvo brīvo lādiņu kustības virziens. Lai vadītājā pastāvētu elektriskā strāva, ir nepieciešams izveidot tajā elektrisko lauku.

Elektriskās strāvas kvantitatīvais mērs ir strāvas stiprums es – skalārais fiziskais lielums, kas vienāds ar lādiņa attiecību Δ q, kas pārnests pa vadītāja šķērsgriezumu (1.8.1. att.) laika intervālam Δ t, līdz šim laika intervālam:

Starptautiskajā vienību sistēmā SI strāvu mēra ampēros (A). Strāvas vienību 1 A nosaka divu paralēlu vadītāju magnētiskā mijiedarbība ar strāvu (sk. § 1.16).

Pastāvīgu elektrisko strāvu var ģenerēt tikai iekšā slēgta ķēde , kurā brīvie lādiņnesēji cirkulē pa slēgtiem ceļiem. Elektriskais lauks dažādos punktos šādā ķēdē ir nemainīgs laika gaitā. Līdz ar to elektriskajam laukam līdzstrāvas ķēdē ir iesaldēta elektrostatiskā lauka raksturs. Bet, pārvietojot elektrisko lādiņu elektrostatiskā laukā pa slēgtu ceļu, elektrisko spēku darbs ir nulle (sk. § 1.4). Tāpēc, lai pastāvētu līdzstrāva, elektriskajā ķēdē ir jābūt ierīcei, kas spēku darba dēļ var radīt un uzturēt potenciālās atšķirības ķēdes posmos neelektrostatiska izcelsme. Šādas ierīces sauc līdzstrāvas avoti . Tiek izsaukti neelektrostatiskas izcelsmes spēki, kas iedarbojas uz brīvajiem lādiņu nesējiem no strāvas avotiem ārējie spēki .

Ārējo spēku raksturs var būt atšķirīgs. IN galvaniskās šūnas vai baterijas, tās rodas elektroķīmisko procesu rezultātā, līdzstrāvas ģeneratoros, vadotnēm pārvietojoties magnētiskajā laukā, rodas trešo pušu spēki. Strāvas avotam elektriskajā ķēdē ir tāda pati loma kā sūknim, kas nepieciešams šķidruma sūknēšanai slēgtā hidrauliskajā sistēmā. Ārējo spēku ietekmē elektriskie lādiņi pārvietojas strāvas avota iekšpusē pret elektrostatiskā lauka spēki, kuru dēļ slēgtā ķēdē var uzturēt pastāvīgu elektrisko strāvu.

Kad elektriskie lādiņi pārvietojas pa līdzstrāvas ķēdi, darbojas ārējie spēki, kas darbojas strāvas avotos.

Fiziskais daudzums, kas vienāds ar darba attiecību A st ārējie spēki, pārvietojot lādiņu q no strāvas avota negatīvā pola uz pozitīvo līdz šī lādiņa vērtībai, tiek saukts avota elektromotora spēks(EMF):

Tādējādi EML nosaka darbs, ko veic ārējie spēki, pārvietojot vienu pozitīvu lādiņu. Elektromotora spēku, tāpat kā potenciālu starpību, mēra voltos (V).

Kad viens pozitīvs lādiņš pārvietojas pa slēgtu līdzstrāvas ķēdi, ārējo spēku darbs ir vienāds ar EML summu, kas darbojas šajā ķēdē, un elektrostatiskā lauka darbs ir nulle.

Līdzstrāvas ķēdi var sadalīt atsevišķās sadaļās. Tos posmus, uz kuriem neiedarbojas ārējie spēki (t.i., sekcijas, kas nesatur strāvas avotus), sauc. viendabīgs . Tiek saukti apgabali, kas ietver pašreizējos avotus neviendabīgs .

Kad vienības pozitīvais lādiņš pārvietojas pa noteiktu ķēdes posmu, darbojas gan elektrostatiskie (kulona), gan ārējie spēki. Elektrostatisko spēku darbs ir vienāds ar potenciālu starpību Δφ 12 \u003d φ 1 - φ 2 starp nehomogēnās sekcijas sākuma (1) un beigu (2) punktiem. Ārējo spēku darbs pēc definīcijas ir elektromotora spēks 12, kas darbojas šajā zonā. Tātad kopējais darbs ir

Vācu fiziķis G. Oma 1826. gadā eksperimentāli konstatēja, ka strāvas stiprums es, kas plūst caur viendabīgu metāla vadītāju (t.i., vadītāju, kurā nedarbojas ārēji spēki), ir proporcionāls spriegumam U diriģenta galos:

Kur R= konst.

vērtība R sauca elektriskā pretestība . Tiek saukts vadītājs ar elektrisko pretestību rezistors . Šī attiecība izsaka Oma likums viendabīgai ķēdes posmam: Strāva vadītājā ir tieši proporcionāla pielietotajam spriegumam un apgriezti proporcionāla vadītāja pretestībai.

SI vadu elektriskās pretestības mērvienība ir ohm (Ohm). 1 omu pretestībai ir ķēdes posms, kurā pie 1 V sprieguma rodas 1 A strāva.

Tiek saukti vadītāji, kas ievēro Ohma likumu lineārs . Strāvas stipruma grafiskā atkarība es no sprieguma U(šādas diagrammas sauc voltu ampēru raksturlielumi , saīsināti VAC) ir attēlota ar taisnu līniju, kas iet caur izcelsmi. Jāņem vērā, ka ir daudz materiālu un ierīču, kas nepakļaujas Ohma likumam, piemēram, pusvadītāju diode vai gāzizlādes spuldze. Pat metāla vadītājiem pie pietiekami lielas stiprības strāvām tiek novērota novirze no Ohma lineārā likuma, jo metāla vadītāju elektriskā pretestība palielinās, palielinoties temperatūrai.

Ķēdes sadaļai, kas satur EMF, Oma likums ir uzrakstīts šādā formā:

Oma likums

Saskaitot abas vienādības, iegūstam:

es (R + r) = Δφ cd + Δφ ab + .

Bet Δφ cd = Δφ ba = – Δφ ab. Tāpēc

Šī formula izteiks Oma likums pilnīgai ķēdei : strāvas stiprums pilnā ķēdē ir vienāds ar avota elektromotora spēku, kas dalīts ar ķēdes viendabīgo un nehomogēnu posmu pretestību summu.

Pretestība r neviendabīgs laukums attēlā. 1.8.2 var redzēt kā strāvas avota iekšējā pretestība . Šajā gadījumā sižets ( ab) attēlā. 1.8.2 ir avota iekšējā sadaļa. Ja punkti a Un b aizveriet ar vadītāju, kura pretestība ir maza salīdzinājumā ar avota iekšējo pretestību ( R << r), tad ķēde plūst īssavienojuma strāva

Īsslēguma strāva - maksimālā strāva, ko var iegūt no dotā avota ar elektromotora spēku un iekšējo pretestību r. Avotiem ar zemu iekšējo pretestību īssavienojuma strāva var būt ļoti liela un izraisīt elektriskās ķēdes vai avota iznīcināšanu. Piemēram, svina-skābes akumulatoriem, ko izmanto automašīnās, īssavienojuma strāva var būt vairāki simti ampēru. Īpaši bīstami ir īssavienojumi apgaismes tīklos, kurus darbina apakšstacijas (tūkstošiem ampēru). Lai izvairītos no tik lielu strāvu postošās ietekmes, ķēdē ir iekļauti drošinātāji vai speciāli automātiskie slēdži.

Dažos gadījumos, lai novērstu īssavienojuma strāvas bīstamās vērtības, kāda ārējā pretestība ir virknē savienota ar avotu. Tad pretestība r ir vienāds ar avota iekšējās pretestības un ārējās pretestības summu, un īssavienojuma gadījumā strāvas stiprums nebūs pārmērīgi liels.

Ja ārējā ķēde ir atvērta, tad Δφ ba = – Δφ ab= , t.i., potenciālu starpība pie atvērta akumulatora poliem ir vienāda ar tā EMF.

Ja ārējās slodzes pretestība R ieslēgts un strāva plūst caur akumulatoru es, potenciāla starpība tās polios kļūst vienāda ar

Δφ ba = – Ir.

Uz att. 1.8.3 ir shematisks līdzstrāvas avota attēlojums ar vienādu EML un iekšējo pretestību r trīs režīmos: "dīkstāve", darbs pie slodzes un īssavienojuma režīms (īssavienojums). Tiek norādīts elektriskā lauka stiprums akumulatora iekšpusē un spēki, kas iedarbojas uz pozitīvajiem lādiņiem: – elektriskais spēks un – trešās puses spēks. Īsslēguma režīmā elektriskais lauks akumulatora iekšpusē pazūd.

Sprieguma un strāvas mērīšanai līdzstrāvas elektriskajās ķēdēs tiek izmantotas īpašas ierīces - voltmetri Un ampērmetri.

Voltmetrs paredzēts, lai izmērītu potenciālo starpību, kas tiek piemērota tā spailēm. Viņš savieno paralēliķēdes sadaļa, kurā tiek veikta potenciālu starpības mērīšana. Jebkuram voltmetram ir kāda iekšējā pretestība. R B. Lai voltmetrs neradītu ievērojamu strāvu pārdali, kad tas ir savienots ar izmērīto ķēdi, tā iekšējai pretestībai jābūt lielai salīdzinājumā ar tās ķēdes sekcijas pretestību, kurai tas ir pievienots. Attēlā parādītajai shēmai. 1.8.4, šis nosacījums ir uzrakstīts šādi:

R B >> R 1 .

Šis nosacījums nozīmē, ka strāva Es B = Δφ cd / R B, kas plūst caur voltmetru, ir daudz mazāks par strāvu es = Δφ cd / R 1, kas plūst caur pārbaudīto ķēdes posmu.

Tā kā voltmetra iekšpusē nedarbojas ārēji spēki, potenciālu starpība tā spailēs pēc definīcijas sakrīt ar spriegumu. Tāpēc mēs varam teikt, ka voltmetrs mēra spriegumu.

Ampermetrs paredzēts strāvas mērīšanai ķēdē. Ampermetrs ir virknē savienots ar elektriskās ķēdes pārtraukumu, lai visa izmērītā strāva iet caur to. Ampermetram ir arī zināma iekšējā pretestība. R A. Atšķirībā no voltmetra, ampērmetra iekšējai pretestībai jābūt pietiekami mazai, salīdzinot ar visas ķēdes kopējo pretestību. Shēmai attēlā. 1.8.4. ampērmetra pretestībai jāatbilst nosacījumam

Tiešās elektriskās strāvas pastāvēšanas nosacījumi.

Lai pastāvētu tiešā elektriskā strāva, ir nepieciešama brīvi uzlādētu daļiņu klātbūtne un strāvas avota klātbūtne. kurā tiek veikta jebkura veida enerģijas pārvēršana elektriskā lauka enerģijā.

Pašreizējais avots- ierīce, kurā jebkura veida enerģija tiek pārveidota elektriskā lauka enerģijā. Strāvas avotā ārējie spēki iedarbojas uz lādētām daļiņām slēgtā ķēdē. Ārējo spēku parādīšanās iemesli dažādos strāvas avotos ir atšķirīgi. Piemēram, baterijās un galvaniskajās šūnās ārējie spēki rodas ķīmisko reakciju plūsmas dēļ, spēkstaciju ģeneratoros tie rodas, vadītājam pārvietojoties magnētiskajā laukā, fotoelementos - gaismai iedarbojoties uz elektroniem metālos un pusvadītājos.

Strāvas avota elektromotora spēkssauc par ārējo spēku darba attiecību pret pozitīvā lādiņa vērtību, kas pārnesta no strāvas avota negatīvā pola uz pozitīvo.

Pamatjēdzieni.

Pašreizējais spēks- skalārais fiziskais lielums, kas vienāds ar lādiņa attiecību, kas ir izgājusi caur vadītāju, un laiku, kurā šis lādiņš ir pagājis.

Kur es - strāvas stiprums,q - maksas apjoms (elektrības daudzums),t - maksas tranzīta laiks.

strāvas blīvums- vektora fiziskais daudzums, kas vienāds ar strāvas stipruma attiecību pret vadītāja šķērsgriezuma laukumu.

Kur j -strāvas blīvums, S - vadītāja šķērsgriezuma laukums.

Strāvas blīvuma vektora virziens sakrīt ar pozitīvi lādētu daļiņu kustības virzienu.

spriegums - skalārais fiziskais lielums, kas vienāds ar Kulona kopējā darba un ārējo spēku attiecību, pārvietojot pozitīvu lādiņu apgabalā, pret šī lādiņa vērtību.

KurA - pilns trešo pušu un Kulona spēku darbs,q - elektriskais lādiņš.

Elektriskā pretestība- fizikālo daudzumu raksturojošs elektriskās īpašībasķēdes sadaļa.

Kur ρ - vadītāja īpašā pretestība,l - vadītāja sekcijas garums,S - vadītāja šķērsgriezuma laukums.

Vadītspējair pretestības reciproks

KurG - vadītspēja.