Sekcie: fyzika

Ciele lekcie.

Návod:

formovanie vedomostí žiakov o podmienkach vzniku a existencie elektrického prúdu.

vyvíja sa:

rozvoj logické myslenie pozornosť, zručnosti využívať nadobudnuté vedomosti v praxi.

Vzdelávacie:

vytváranie podmienok pre prejav samostatnosti, pozornosti a sebaúcty.

Vybavenie.

1. Galvanické články, batéria, generátor, kompas.
2. Karty (v prílohe).
3. Demonštračný materiál (portréty vynikajúcich fyzikov Ampère, Volta; plagáty „Elektrina“, „Elektrické náboje“).

Ukážky:

1. Akcia elektrický prúd vo vodiči k magnetickej ihle.
2. Prúdové zdroje: galvanické články, batéria, generátor.

Plán lekcie

1. Organizačný moment.

2. Úvodný prejav učiteľa.

3. Príprava na vnímanie nového materiálu.

4. Učenie sa nového materiálu.

a) prúdové zdroje;

b) pôsobenie elektrického prúdu;

c) fyzický operát „Kráľovná elektriny“;

d) vyplnenie tabuľky „Elektrický prúd“;

e) bezpečnostné opatrenia pri práci s elektrickými spotrebičmi.

5. Zhrnutie lekcie.

6. Reflexia.

7. Domáce úlohy:

a) Na základe poznatkov získaných na hodinách životnej bezpečnosti, špeciálnych technológií si vypracujte a zapíšte do zošita poznámku „Bezpečnostné opatrenia pri práci s elektrospotrebičmi“

b) Samostatná úloha: Vypracujte správu o využití zdroja energie v bežnom živote a technike.

Zhrnutie lekcie

1. Organizačný moment

Označte prítomnosť žiakov, pomenujte tému hodiny, cieľ.

2. Úvodný prejav učiteľa

Slová elektrina, elektrický prúd poznáme už od raného detstva. Elektrický prúd sa používa v našich domácnostiach, v doprave, vo výrobe, v osvetľovacej sieti.

Ale čo je elektrický prúd, aká je jeho povaha, nie je ľahké pochopiť.

Slovo elektrina pochádza zo slova elektrón, ktoré sa z gréčtiny prekladá ako jantár. Jantár je fosílna živica starých ihličnatých stromov. Slovo prúd znamená tok alebo pohyb niečoho.

3. Príprava na vnímanie nového materiálu

Otázky úvodného rozhovoru.

Aké dva typy nábojov existujú v prírode? Ako spolu interagujú?

Odpoveď: V prírode existujú dva typy nábojov: kladné a záporné.

Pozitívne nosiče náboja sú protóny, negatívne nosiče náboja sú elektróny. Podobne nabité častice sa navzájom odpudzujú, opačne nabité častice sa priťahujú.

Existuje elektrické pole okolo elektrónu?

Odpoveď: Áno, okolo elektrónu je elektrické pole.

Čo sú voľné elektróny?

Odpoveď: Toto sú elektróny najvzdialenejšie od jadra, môžu sa voľne pohybovať medzi atómami.

4. Učenie sa nového materiálu

a) Aktuálne zdroje.

Na stole sú špeciálne zariadenia. Ako sa volajú? Na čo sú potrebné?

Odpoveď: Sú to galvanické články, batéria, generátor – všeobecný názov pre prúdové zdroje. Sú potrebné na dodávanie elektrickej energie, vytváranie elektrického poľa vo vodiči.

Vieme, že existujú nabité častice, elektróny a protóny, vieme, že existujú zariadenia nazývané zdroje prúdu.

b) Pôsobenie elektrického prúdu.

Povedzte mi, ako môžeme pochopiť, že v obvode je elektrický prúd, akými činnosťami?

Odpoveď: Elektrický prúd má rôzne typy pôsobenia:

• Tepelný - ohrieva sa vodič, ktorým preteká elektrický prúd (elektrický sporák, žehlička, žiarovka, spájkovačka).
• Chemický účinok prúdu možno pozorovať pri prechode elektrického prúdu cez roztok síranu meďnatého - uvoľňovanie medi z roztoku vitriolu, chrómovanie, niklovanie.
• Fyziologické - kontrakcie svalov ľudí a zvierat, cez ktoré prešiel elektrický prúd.
• Magnetický - keď elektrický prúd prechádza vodičom, ak je v blízkosti umiestnená magnetická ihla, môže sa odchýliť. Táto akcia je hlavná. Preukázanie skúseností: batéria, žiarovka, spojovacie vodiče, kompas.

c) Fyzický operát „Queen Electricity“. (Príloha č. 1)

Teraz vám seniorky predstavia operetu „Kráľovná elektriny“. Nezabudnite na ruské ľudové príslovie „Rozprávka je lož, ale je v nej náznak, poučenie pre dobrých ľudí“. To znamená, že nielen počúvate a sledujete, ale si z toho aj beriete určité informácie. Vašou úlohou je zapísať čo najviac fyzikálne pojmy ktoré sa vyskytujú vo výhľade.

d) Vyplnenie tabuľky „Elektrický prúd“. (Príloha č. 2)

Povedz mi, ktorý jeden pojem spája všetky výrazy, ktoré si napísal?

Odpoveď: elektrický prúd.

Začnime vypĺňať tabuľku "Elektrický prúd".

Vyplňovaním tabuľky si zhrňme poznatky získané na hodine a získajme nové informácie.

V procese vypĺňania tabuľky dospejeme k záveru, aké podmienky sú potrebné na vytvorenie elektrického prúdu.

• Prvou podmienkou je prítomnosť voľných nabitých častíc.
• Druhou podmienkou je prítomnosť elektrického poľa vo vnútri vodiča.

e) Bezpečnostné opatrenia pri práci s elektrickými spotrebičmi.

Kde ďalej priemyselná prax, stretávate sa s aplikáciou elektrického prúdu? Odpovede študentov.

Odpoveď: Pri práci s elektrickými spotrebičmi.

Zakázané.

• Choďte po zemi a držte elektrické spotrebiče zapojené do siete. Zvlášť nebezpečné je chodiť naboso po mokrej pôde.
• Vstúpte do elektrických a iných elektrických miestností.
• Vezmite si zlomené, holé, visiace a ležiace na uzemňovacích drôtoch.
• Zatĺkajte klince do steny na mieste, kde sa môžu nachádzať skryté rozvody. V tejto chvíli je smrteľne nebezpečné uzemniť batérie ústredného kúrenia, zásobovanie vodou.
• Vŕtanie stien v miestach prípadných elektrických rozvodov.
• Maľujte, natierajte, umývajte steny vonkajšími alebo skrytými živými rozvodmi.
• Pracujte so zapnutými elektrickými spotrebičmi v blízkosti batérií alebo vodovodných potrubí.
• Práca s elektrospotrebičmi, výmena žiaroviek, státie na kúpeľni.
• Práca s chybnými elektrickými spotrebičmi.
• Opravte pokazené elektrické spotrebiče.

5. Zhrnutie lekcie

Podľa fyzikálnych zákonov sa čas neúprosne posúva vpred a naša hodina dospela k logickému záveru.

Zhrňme si našu lekciu.

Čo je podľa vás elektrický prúd?

Odpoveď: Elektrický prúd je riadený pohyb nabitých častíc.

Aké podmienky sú potrebné na vytvorenie elektrického prúdu?

Odpoveď: Prvou podmienkou je prítomnosť voľných nabitých častíc.

Druhou podmienkou je prítomnosť elektrického poľa vo vnútri vodiča.

6. Reflexia

7. Domáce úlohy

a) Na základe poznatkov získaných na hodinách bezpečnosti života, špeciálnych technológií si vypracujte a zapíšte do zošita poznámku „Bezpečnostné opatrenia pri práci s elektrospotrebičmi“.

b) Samostatná úloha: Vypracujte správu o využití zdroja energie v bežnom živote a technike. (

A ešte raz, dobrý deň, drahá. Bez ďalších okolkov začnime náš dnešný rozhovor. Zdá sa, že sme už dlho prišli na príčiny prúdu vo vodiči. Umiestnili sme vodič do poľa - elektróny sa rozbehli, vznikol prúd. Čo iné robí. Ukazuje sa však, že na to, aby tento prúd existoval vo vodiči neustále, je potrebné dodržiavať určité podmienky. Pre jasnejšie pochopenie fyziky procesu toku elektrického prúdu vo vodiči zvážte príklad.

Predpokladajme, že máme nejaký vodič, ktorý umiestnime do elektrického poľa, ako je znázornené na obrázku 4.1.

Obrázok 4.1 - Vodič v elektrickom poli

Bežne označme veľkosť napätia na koncoch vodiča ako E 1 a E 2 a E 1 >E 2. Ako sme už skôr zistili, voľné elektróny vo vodiči sa začnú pohybovať smerom k väčšej intenzite poľa, teda do bodu A. Postupom času sa však potenciál vytvorený akumuláciou elektrónov v bode A stane takým, že vlastné elektromagnetické pole E 0 ním vytvorené bude v absolútnej hodnote rovnaké ako vonkajšie pole a smery polí budú opačné, pretože potenciál bodu B je kladnejší (nedostatok elektrónov).

Keďže výsledné pôsobenie dvoch rovnakých opačných síl je rovné nule: |E|+|(E 0)|=0, elektróny zastavia svoj usporiadaný pohyb, zastaví sa elektrický prúd. Na to, aby tok elektrónov bol kontinuálny, je potrebné: najprv použiť dodatočnú silu nepotencionálneho charakteru, ktorá by kompenzovala vplyv vlastného elektrické pole vodič a po druhé na vytvorenie uzavretého okruhu, pretože pohyb elektrónov sa môže vyskytnúť iba vo vodičoch (už sme uviedli, že dielektriká, hoci majú určitú elektrickú vodivosť, neprechádzajú elektrickým prúdom) a na zabezpečenie stálosti kompenzačnej sily je potrebná stálosť polí: vonkajšie aj vnútorné.

Začnime druhým bodom. Budeme uvažovať vodič umiestnený v poli, ako je znázornené na obrázku 4.2. Predpokladajme, že po kompenzácii interakcie vonkajšieho a vlastného elektromagnetického poľa sme okrem vonkajšieho poľa aplikovali ešte jedno rovnaké pole. Celkové pôsobenie vonkajšieho poľa bude 2 |E|. Prúd vo vodiči bude naďalej tiecť rovnakým smerom, ale presne do 2 |E|>|E 0 |, potom sa elektrický prúd opäť zastaví. Teda vonkajší vplyv sa musí neustále zvyšovať, aby umožnil prúdenie prúdu v otvorenom vodiči, čo je nemožné.
Ak vodič uzavrieme tak, aby jedna jeho časť ležala mimo poľa, potom v dôsledku práce dodatočnej sily okrem vonkajšieho poľa (táto sila by v tomto prípade nemala byť potenciálna, pretože práca potenciálnej sily v uzavretý okruh je nula a nezávisí od tvaru trajektórie), potom sa vo vodiči objaví elektrický prúd vplyvom iba vonkajšieho poľa, pretože skutočné pole vodiča bude úplne kompenzované. Preto musí byť každý elektrický obvod vždy uzavretý.

Potrebu zavedenia dodatočnej sily môžete skúsiť vysvetliť z nasledujúcej úvahy: ak by sme mohli čiastočne preniesť náboje z konca B vodiča na koniec A vodiča, elektrický prúd by sa tiež nezastavil. Takéto „pristátie“ si však vyžaduje aj energiu. Preto je stále potrebné zaviesť dodatočnú silu. Nepotencionálne sily sa nazývajú aj vonkajšie sily. A ich zdrojmi sú prúdové zdroje alebo generátory.

Obrázok 4.2 - Vznik vlastného elektromagnetického poľa vo vodiči

Kde teda môžeme získať dodatočnú silu, ktorú by navyše pole nemalo vytvárať, pretože bez nej nedostaneme prúd? Ukazuje sa, že v priebehu chemickej redukčno-oxidačnej reakcie, napríklad pri interakcii oxidu olovnatého a zriedenej kyseliny sírovej, sa uvoľňujú voľné elektróny:

Aby sa všetky elektróny uvoľnené počas reakcie „pritiahli“ do jedného bodu v priestore, niekoľko olovených mriežok, nazývaných elektródy, sa umiestni do roztoku kyseliny sírovej. Jedna časť elektród je vyrobená z olova a nazýva sa katóda, druhá - anóda - je vyrobená z oxidu olovnatého. Katóda je zdrojom voľných elektród pre vonkajší obvod a anóda je prijímač.

Uvedený príklad zodpovedá zariadeniu známemu všetkým motoristom (nielen) – olovenej batérii. Vyššie uvedený príklad sa samozrejme príliš nezhoduje s tým, čo sa deje vo vnútri batérie v skutočnosti, podstata vzhľadu prúdu však dobre odráža. Medzi kladnou anódou (málo elektrónov) a zápornou katódou (veľa elektrónov) teda vzniká elektrické pole, ktoré vytvára vonkajšie sily a vytvára prúd vo vodiči. Táto sila závisí len od priebehu chemickej reakcie, je prakticky konštantná, kým neexistujú prvky tejto reakcie – kyselina a oxid olovnatý. Ak teda odstránime elektrické pole a pripojíme vodič k anóde a katóde, elektrický prúd bude stále tiecť vďaka tomu, že batéria vytvára vonkajšiu silu. Vodič bude mať okolo seba vlastné elektrické pole, ktoré musí batéria prekonať, aby preniesla elektrón z katódy na anódu. Toto je podstata vonkajšej moci.

Teraz zvážte situáciu s batériou a vodičom, ktorý je k nej pripojený.Elektrické pole vykoná kladnú prácu, aby posunulo kladný náboj (hovoríme o kladných nábojoch, pretože smer ich pohybu zodpovedá smeru prúdu) v smere znižovania potenciálu poľa. Zdroj prúdu vykonáva separáciu elektrických nábojov - kladné náboje sa hromadia na jednom póle, záporné náboje na druhom. Sila elektrického poľa v zdroji je nasmerovaná z kladného pólu na záporný, takže práca elektrického poľa na pohyb kladného náboja bude kladná, keď sa pohybuje z „plus“ na „mínus“. Práca vonkajších síl je naopak pozitívna, ak sa kladné náboje pohybujú zo záporného pólu na kladný, to znamená od „mínusu“ k „plusu.“ Toto je základný rozdiel medzi pojmami rozdiel potenciálu a EMF, ktorý treba vždy pamätať.

Obrázok 4.3 ukazuje smer toku prúdu I vo vodiči pripojenom k ​​batérii - od kladnej anódy k zápornej katóde, avšak vo vnútri batérie sila chemická reakcia tretích strán "pristávať" elektróny, ktoré prišli z vonkajšieho obvodu z anódy na katódu a kladné ióny z katódy na anódu, to znamená, že pôsobia proti smeru pohybu prúdu a smeru prúdu.

Obrázok 4.3 - Ukážka vonkajších síl v prípade elektrického prúdu

Z vyššie uvedených úvah možno urobiť nasledujúci výstup: sily pôsobiace na náboj vo vnútri zdroja prúdu sú odlišné od síl pôsobiacich vo vnútri vodiča. Podľa toho je potrebné tieto sily od seba odlíšiť. Na charakterizáciu vonkajších síl bola zavedená veľkosť elektromotorickej sily (EMF) - práca vykonaná vonkajšími silami na pohyb jediného kladného náboja. Označuje sa latinským písmenom ε (“epsilon”) a meria sa rovnakým spôsobom ako potenciálny rozdiel - vo voltoch.

Keďže potenciálny rozdiel a EMF sú sily rôznych typov, môžeme povedať, že EMF mimo zdrojových vodičov je nulové. Aj keď v bežnom živote sú tieto jemnosti zanedbávané a hovoria: „Napätie na batérii je 1,5 V“, aj keď striktne povedané, napätie v obvode je celkovou prácou elektrostatických síl a síl tretích strán na presun jediného kladného náboja. V budúcnosti sa s týmito pojmami ešte stretneme a budú sa nám hodiť pri výpočtoch zložitých elektrických obvodov.

To je možno všetko, pretože lekcia sa ukázala byť príliš nabitá ... Ale pojmy napätia a EMF musia byť schopné rozlíšiť.

• Pre existenciu elektrického prúdu sú potrebné dve podmienky:
  1) uzavretý elektrický obvod;
  2) prítomnosť zdroja nepotencionálnych síl tretích strán.
• Elektromotorická sila (EMF) je práca vykonaná vonkajšími silami na pohyb jediného kladného náboja.
• Zdroje cudzích síl v elektrickom obvode sa tiež nazývajú zdroje prúdu.
• Kladný pól batérie sa nazýva anóda, záporný pól sa nazýva katóda.

Tentoraz nebudú žiadne úlohy, je lepšie zopakovať túto lekciu, aby ste pochopili celú fyziku toku prúdu vo vodiči. Ako vždy môžete zanechať akékoľvek otázky, návrhy a želania v komentároch nižšie! Do skorého videnia!

Bez elektriny si nemožno predstaviť život moderný človek. Volty, ampéry, watty – tieto slová zaznejú v rozhovore o zariadeniach, ktoré fungujú na elektrinu. Čo je však tento elektrický prúd a aké sú podmienky jeho existencie? Budeme o tom hovoriť ďalej a poskytneme krátke vysvetlenie pre začínajúcich elektrikárov.

Definícia

Elektrický prúd je riadený pohyb nosičov náboja - to je štandardná formulácia z učebnice fyziky. Určité častice hmoty sa zase nazývajú nosiče náboja. Môžu to byť:

• Elektróny sú negatívne nosiče náboja.
• Ióny sú kladné nosiče náboja.

Ale odkiaľ pochádzajú nosiče nábojov? Na zodpovedanie tejto otázky si treba zapamätať základné poznatky o štruktúre hmoty. Všetko, čo nás obklopuje, je hmota, skladá sa z molekúl, jej najmenších častíc. Molekuly sa skladajú z atómov. Atóm pozostáva z jadra, okolo ktorého sa elektróny pohybujú po daných dráhach. Molekuly sa tiež pohybujú náhodne. Pohyb a štruktúra každej z týchto častíc závisí od samotnej látky a jej vplyvu. životné prostredie ako je teplota, napätie a pod.

Ión je atóm, v ktorom sa zmenil pomer elektrónov a protónov. Ak je atóm na začiatku neutrálny, potom sa ióny delia na:

• Anióny sú kladný ión atómu, ktorý stratil elektróny.
• Katióny sú atóm s "extra" elektrónmi pripojenými k atómu.

Jednotka prúdu je ampér, podľa ktorej sa vypočíta podľa vzorca:

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

Alebo priamo úmerné výške poplatku prevedeného za jednotku času:

kde Q je náboj, [C], t je čas, [s].

Podmienky existencie elektrického prúdu

Prišli sme na to, čo je elektrický prúd, teraz si povedzme, ako zabezpečiť jeho tok. Aby elektrický prúd mohol prúdiť, musia byť splnené dve podmienky:

1. Prítomnosť bezplatných nosičov náboja.
2. Elektrické pole.

Prvá podmienka existencie a toku elektriny závisí od látky, v ktorej prúd tečie (alebo netečie), ako aj od jej stavu. Druhá podmienka je tiež realizovateľná: pre existenciu elektrického poľa je potrebná prítomnosť rôznych potenciálov, medzi ktorými je médium, v ktorom budú prúdiť nosiče náboja.

Odvolanie: Napätie, EMF je potenciálny rozdiel. Z toho vyplýva, že na splnenie podmienok existencie prúdu - prítomnosti elektrického poľa a elektrického prúdu je potrebné napätie. Môžu to byť dosky nabitého kondenzátora, galvanický článok, EMF, ktorý vznikol pod vplyvom magnetického poľa (generátor).

Prišli sme na to, ako vzniká, povedzme si, kam smeruje. Prúd sa v podstate pri našom bežnom používaní pohybuje vo vodičoch (elektrické rozvody v byte, žiarovky) alebo v polovodičoch (LED, procesor vášho smartfónu a iná elektronika), menej často v plynoch (žiarivky).

Takže vo väčšine prípadov sú hlavnými nosičmi náboja elektróny, pohybujú sa od mínus (bod so záporným potenciálom) do plusu (bod s kladným potenciálom, o tom sa dozviete nižšie).

Zaujímavým faktom však je, že smer súčasného pohybu bol braný ako pohyb kladných nábojov - z plusu do mínusu. Aj keď v skutočnosti sa deje pravý opak. Faktom je, že rozhodnutie o smere prúdu bolo prijaté pred štúdiom jeho povahy a tiež predtým, ako bolo určené, vďaka čomu prúd tečie a existuje.

Elektrický prúd v rôznych prostrediach

Už sme spomenuli, že v rôznych médiách sa elektrický prúd môže líšiť v type nosičov náboja. Médiá možno rozdeliť podľa povahy vodivosti (v zostupnom poradí vodivosti):

1. Vodič (kovy).
2. Polovodič (kremík, germánium, arzenid gália atď.).
3. Dielektrikum (vákuum, vzduch, destilovaná voda).

v kovoch

Kovy obsahujú voľné nosiče náboja a niekedy sa označujú ako „elektrický plyn“. Odkiaľ pochádzajú poskytovatelia bezplatných poplatkov? Faktom je, že kov, ako každá látka, pozostáva z atómov. Atómy sa nejako pohybujú alebo kmitajú. Čím vyššia je teplota kovu, tým silnejší je tento pohyb. Zároveň samotné atómy všeobecný pohľad zostávajú na svojich miestach a v skutočnosti tvoria štruktúru kovu.

V elektrónových obaloch atómu je zvyčajne niekoľko elektrónov, ktoré majú dosť slabú väzbu s jadrom. Pod vplyvom teplôt chemické reakcie a interakciou nečistôt, ktoré sú v každom prípade v kove, sa elektróny oddeľujú od ich atómov, vytvárajú sa kladne nabité ióny. Oddelené elektróny sa nazývajú voľné a pohybujú sa náhodne.

Ak sú ovplyvnené elektrickým poľom, napríklad ak pripojíte batériu ku kusu kovu - chaotický pohyb elektróny budú usporiadané. Elektróny z bodu, ku ktorému je pripojený záporný potenciál (napríklad katóda galvanického článku), sa začnú pohybovať smerom k bodu s kladným potenciálom.

v polovodičoch

Polovodiče sú materiály, v ktorých v normálnom stave nie sú žiadne voľné nosiče náboja. Sú v takzvanej zakázanej zóne. Ale ak sa prihlásite vonkajšie sily, ako je elektrické pole, teplo, rôzne žiarenia (svetlo, žiarenie atď.), prekonávajú zakázané pásmo a prechádzajú do voľného pásma alebo do vodivého pásma. Elektróny sa odtrhávajú od svojich atómov a stávajú sa voľnými, pričom vytvárajú ióny - pozitívne nosiče náboja.

Kladné nosiče v polovodičoch sa nazývajú diery.

Ak polovodičovi jednoducho prenesiete energiu, napríklad ho zahrejete, začne sa chaotický pohyb nosičov náboja. Ale ak hovoríme o polovodičových prvkoch, ako je dióda alebo tranzistor, potom sa na opačných koncoch kryštálu (nanesie sa na ne metalizovaná vrstva a vývody sa spájkujú) objaví EMF, ale to sa netýka témy dnešného článku.

Ak použijete zdroj EMF na polovodič, nosiče náboja sa tiež presunú do vodivého pásma a ich riadený pohyb sa tiež začne - otvory pôjdu na stranu s nižším elektrickým potenciálom a elektróny - na stranu s väčším.

Vo vákuu a plyne

Vákuum je médium s úplnou (ideálnou) absenciou plynov alebo s minimalizovaným (v skutočnosti) ich množstvom. Keďže vo vákuu nie je žiadna hmota, neexistuje žiadny zdroj pre nosiče náboja. Tok prúdu vo vákuu však znamenal začiatok elektroniky a celej éry elektronické prvky- vákuové lampy. Používali sa v prvej polovici minulého storočia a v 50. rokoch začali postupne ustupovať tranzistorom (v závislosti od konkrétnej oblasti elektroniky).

Predpokladajme, že máme nádobu, z ktorej bol odčerpaný všetok plyn, t.j. je to úplné vákuum. V nádobe sú umiestnené dve elektródy, nazvime ich anóda a katóda. Ak pripojíme záporný potenciál zdroja EMF ku katóde a kladný k anóde, nič sa nestane a nepotečie žiadny prúd. Ale ak začneme ohrievať katódu, začne tiecť prúd. Tento proces sa nazýva termionická emisia - emisia elektrónov z ohriateho povrchu elektrónu.

Obrázok ukazuje proces toku prúdu vo vákuovej lampe. Vo vákuových trubiciach je katóda ohrievaná blízkym vláknom na obr. (H), ako je to, ktoré sa nachádza v osvetľovacej lampe.

Súčasne, ak zmeníte polaritu napájania - aplikujte mínus na anódu a aplikujte plus na katódu - prúd nebude tiecť. To dokáže, že prúd vo vákuu tečie v dôsledku pohybu elektrónov z KATÉDY do ANÓDY.

Plyn, ako každá látka, pozostáva z molekúl a atómov, čo znamená, že ak je plyn pod vplyvom elektrického poľa, tak pri určitej sile (ionizačné napätie) z atómu odídu elektróny, vtedy budú splnené obe podmienky toku elektrického prúdu - pole aj voľné nosiče.

Ako už bolo spomenuté, tento proces sa nazýva ionizácia. Môže sa vyskytnúť nielen pri aplikovanom napätí, ale aj pri zahrievaní plynu, röntgenových lúčov, pod vplyvom ultrafialového žiarenia a iných.

Prúd bude prúdiť vzduchom, aj keď je medzi elektródami nainštalovaný horák.

Tok prúdu v inertných plynoch je sprevádzaný luminiscenciou plynu, tento jav sa aktívne využíva v žiarivkách. Tok elektrického prúdu v plynnom médiu sa nazýva výboj plynu.

v kvapaline

Povedzme, že máme nádobu s vodou, v ktorej sú umiestnené dve elektródy, ku ktorým je pripojený zdroj energie. Ak je voda destilovaná, teda čistá a neobsahuje nečistoty, tak ide o dielektrikum. Ale ak do vody pridáme trochu soli, kyseliny sírovej alebo akejkoľvek inej látky, vytvorí sa elektrolyt a začne ňou pretekať prúd.

Elektrolyt je látka, ktorá vedie elektrinu disociáciou na ióny.

Ak sa do vody pridá síran meďnatý, na jednej z elektród (katóde) sa usadí vrstva medi - nazýva sa to elektrolýza, čo dokazuje, že elektrický prúd v kvapaline sa uskutočňuje v dôsledku pohybu iónov - pozitívnych a negatívnych nosičov náboja.

Elektrolýza je fyzikálny a chemický proces, ktorý spočíva v oddelení zložiek, ktoré tvoria elektrolyt na elektródach.

Dochádza tak k pomedeniu, pozláteniu a potiahnutiu inými kovmi.

Záver

Aby som to zhrnul, na tok elektrického prúdu sú potrebné voľné nosiče náboja:

• elektróny vo vodičoch (kovy) a vákuum;
• elektróny a diery v polovodičoch;
• ióny (anióny a katióny) v kvapalinách a plynoch.

Aby sa pohyb týchto nosičov stal usporiadaným, je potrebné elektrické pole. Jednoducho povedané- pripojte napätie na konce tela alebo nainštalujte dve elektródy v prostredí, kde sa očakáva prúdenie elektrického prúdu.

Za zmienku tiež stojí, že prúd určitým spôsobom ovplyvňuje látku, existujú tri typy expozície:

• tepelný;
• chemický;
• fyzické.

Užitočné

Ohmov zákon pre časť obvodu uvádza, že prúd je priamo úmerný napätiu a nepriamo úmerný odporu.

Ak sa napätie pôsobiace v elektrickom obvode niekoľkokrát zvýši, prúd v tomto obvode sa zvýši o rovnakú hodnotu. A ak niekoľkokrát zvýšite odpor obvodu, prúd sa zníži o rovnakú hodnotu. Rovnako aj prietok vody v potrubí je väčší, čím väčší je tlak a tým menší odpor potrubie kladie pohybu vody.

Elektrický odpor - fyzikálne množstvo charakterizujúce vlastnosti vodiča na zabránenie prechodu elektrického prúdu a rovný pomeru napätie na koncoch vodiča na silu prúdu, ktorý ním prechádza.

Každé teleso, ktorým preteká elektrický prúd, má voči nemu určitý odpor.

Elektronická teória to vysvetľuje podstatu elektrického odporu kovových vodičov. Pri pohybe po vodiči sa voľné elektróny na svojej ceste nespočetnekrát stretávajú s atómami a inými elektrónmi a pri interakcii s nimi nevyhnutne strácajú časť svojej energie. Elektróny majú akoby odpor voči svojmu pohybu. Rôzne kovové vodiče s rôznymi atómová štruktúra, majú rôznu odolnosť voči elektrickému prúdu.

Odpor vodiča nezávisí od sily prúdu v obvode a napätia, ale je určený iba tvarom, veľkosťou a materiálom vodiča.

Čím väčší je odpor vodiča, tým horšie vedie elektrický prúd, a naopak, čím je odpor vodiča menší, tým ľahšie elektrický prúd týmto vodičom prechádza.

2 otázka. Viditeľné pohyby nebeských telies. Zákony pohybu planét.

A) V tmavej noci môžeme na oblohe vidieť asi 2500 hviezd (s prihliadnutím na neviditeľnú pologuľu 5000), ktoré sa líšia jasom a farbou. Zdá sa, že sú pripútané k nebeskej sfére a spolu s ňou sa točia okolo Zeme. Na navigáciu medzi nimi bola obloha rozdelená na 88 súhvezdí. Zvláštne miesto medzi súhvezdiami zaujímalo 12 súhvezdí zverokruhu, cez ktoré prechádza ročná dráha Slnka - ekliptika. astronómovia používajú rôzne systémy nebeských súradníc na navigáciu medzi hviezdami. Jedným z nich je rovníkový súradnicový systém (obr. 15.1). Vychádza z nebeského rovníka – projekcie zemského rovníka na nebeskú sféru. Ekliptika a rovník sa pretínajú v dvoch bodoch: jarná a jesenná rovnodennosť. Každá hviezda má dve súradnice: α - rektascenzia (meraná v hodinách), b - odchýlka (meraná v stupňoch). Hviezda Altair má tieto súradnice: α = 19 h 48 m 18 s; b = +8° 44'. Namerané súradnice hviezd sú uložené v katalógoch, slúžia na stavbu hviezdne mapy, ktoré využívajú astronómovia pri hľadaní tých správnych hviezd. Vzájomné usporiadanie hviezd na oblohe sa nemení, denne sa otáčajú spolu s nebeskou sférou. Planéty sa spolu s dennou rotáciou pohybujú pomaly medzi hviezdami a nazývajú sa putujúca hviezda.

Zdanlivý pohyb planét a Slnka opísal Mikuláš Kopernik pomocou geocentrického systému sveta.

B) Pohyb planét a iných nebeských telies okolo Slnka prebieha podľa troch Keplerovych zákonov:

Keplerov prvý zákon- vplyvom príťažlivej sily sa jedno nebeské teleso pohybuje v gravitačnom poli druhého nebeské teleso podľa jednej z kužeľosečiek - kružnice, elipsy, paraboly alebo hyperboly.

Druhý Keplerov zákon- každá planéta sa pohybuje tak, že vektor polomeru planéty pokrýva rovnaké oblasti v rovnakých časových intervaloch.

Tretí Keplerov zákon- druhá mocnina hlavnej poloosi dráhy telesa delená druhou mocninou periódy jeho otáčania a súčtu hmotností telies je konštantná hodnota.

a 3/[T2* (M1+ M2)] = G/4P2 G je gravitačná konštanta.

Mesiac pohybovať sa Zem na eliptickej obežnej dráhe. Zmena lunárnych fáz je určená zmenou typu osvetlenia strany Mesiaca. Pohyb Mesiaca okolo Zeme sa vysvetľuje zatmením Mesiaca a Slnka. Javy prílivov a odlivov sú spôsobené príťažlivosťou Mesiaca a veľkou veľkosťou Zeme.

Elektrina. Ohmov zákon

Ak je izolovaný vodič umiestnený v elektrickom poli, potom na bezplatné poplatky q vo vodiči bude pôsobiť sila.V dôsledku toho dochádza vo vodiči ku krátkodobému pohybu voľných nábojov. Tento proces sa skončí, keď vlastné elektrické pole nábojov, ktoré vznikli na povrchu vodiča, úplne kompenzuje vonkajšie pole. Výsledné elektrostatické pole vo vnútri vodiča bude nulové (pozri § 1.5).

Vo vodičoch však za určitých podmienok môže nastať súvislý usporiadaný pohyb voľných nosičov elektrického náboja. Takýto pohyb sa nazýva elektrický šok . Smer pohybu kladných voľných nábojov sa berie ako smer elektrického prúdu. Pre existenciu elektrického prúdu vo vodiči je potrebné vytvoriť v ňom elektrické pole.

Kvantitatívna miera elektrického prúdu je prúdová sila ja – skalárna fyzikálna veličina rovná pomeru náboja Δ q, prenášaný cez prierez vodiča (obr. 1.8.1) za časový interval Δ t, do tohto časového intervalu:

V medzinárodnom systéme jednotiek SI sa prúd meria v ampéroch (A). Prúdová jednotka 1 A vzniká magnetickou interakciou dvoch paralelných vodičov s prúdom (pozri § 1.16).

Konštantný elektrický prúd môže byť generovaný iba v uzavretý okruh , v ktorom voľné nosiče náboja cirkulujú po uzavretých dráhach. Elektrické pole v rôznych bodoch takéhoto obvodu je v priebehu času konštantné. V dôsledku toho má elektrické pole v jednosmernom obvode charakter zmrazeného elektrostatického poľa. Ale pri pohybe elektrického náboja v elektrostatickom poli po uzavretej dráhe je práca elektrických síl nulová (pozri § 1.4). Preto pre existenciu jednosmerného prúdu je potrebné mať v elektrickom obvode zariadenie, ktoré dokáže vytvárať a udržiavať potenciálne rozdiely v úsekoch obvodu v dôsledku práce síl. neelektrostatického pôvodu. Takéto zariadenia sú tzv zdroje jednosmerného prúdu . Volajú sa sily neelektrostatického pôvodu pôsobiace na voľné nosiče náboja zo zdrojov prúdu vonkajšie sily .

Povaha vonkajších síl môže byť rôzna. IN galvanické články alebo batérie, vznikajú ako výsledok elektrochemických procesov, v DC generátoroch vznikajú cudzie sily pri pohybe vodičov v magnetickom poli. Zdroj prúdu v elektrickom obvode hrá rovnakú úlohu ako čerpadlo, ktoré je potrebné na čerpanie kvapaliny v uzavretom hydraulickom systéme. Pod vplyvom vonkajších síl sa elektrické náboje pohybujú vo vnútri zdroja prúdu proti sily elektrostatického poľa, vďaka ktorým sa v uzavretom okruhu môže udržiavať konštantný elektrický prúd.

Keď sa elektrické náboje pohybujú po obvode jednosmerného prúdu, fungujú vonkajšie sily pôsobiace vo vnútri zdrojov prúdu.

Fyzikálne množstvo rovnajúce sa pomeru práce A st vonkajšie sily pri pohybe náboja q zo záporného pólu zdroja prúdu na kladný k hodnote tohto náboja, sa nazýva zdrojová elektromotorická sila(EMF):

EMP je teda určené prácou vykonanou vonkajšími silami pri pohybe jedného kladného náboja. Elektromotorická sila, podobne ako potenciálny rozdiel, sa meria vo voltoch (V).

Keď sa jeden kladný náboj pohybuje pozdĺž uzavretého obvodu jednosmerného prúdu, práca vonkajších síl sa rovná súčtu EMF pôsobiacich v tomto obvode a práca elektrostatického poľa je nulová.

Jednosmerný obvod je možné rozdeliť na samostatné časti. Volajú sa tie úseky, na ktoré nepôsobia vonkajšie sily (t.j. úseky, ktoré neobsahujú zdroje prúdu). homogénne . Oblasti, ktoré zahŕňajú prúdové zdroje, sú tzv heterogénne .

Keď sa jednotkový kladný náboj pohybuje pozdĺž určitej časti obvodu, fungujú elektrostatické (Coulomb) aj vonkajšie sily. Práca elektrostatických síl sa rovná potenciálnemu rozdielu Δφ 12 \u003d φ 1 - φ 2 medzi počiatočným (1) a konečným (2) bodom nehomogénneho rezu. Práca vonkajších síl je podľa definície elektromotorická sila 12 pôsobiaca v tejto oblasti. Takže celková práca je

Nemecký fyzik G. Ohm v roku 1826 experimentálne zistil, že súčasná sila ja, ktorý preteká cez homogénny kovový vodič (t.j. vodič, v ktorom nepôsobia žiadne vonkajšie sily), je úmerný napätiu U na koncoch vodiča:

Kde R= konšt.

hodnota R volal elektrický odpor . Vodič s elektrickým odporom sa nazýva odpor . Tento pomer vyjadruje Ohmov zákon pre homogénnu časť obvodu: Prúd vo vodiči je priamo úmerný použitému napätiu a nepriamo úmerný odporu vodiča.

V SI je jednotka elektrického odporu vodičov ohm (Ohm). Odpor 1 ohm má časť obvodu, v ktorej sa pri napätí 1 V vyskytuje prúd 1 A.

Volajú sa vodiče, ktoré dodržiavajú Ohmov zákon lineárne . Grafická závislosť sily prúdu ja od napätia U(takéto tabuľky sa nazývajú voltampérové ​​charakteristiky , skrátene VAC) je znázornená priamkou prechádzajúcou počiatkom. Treba poznamenať, že existuje veľa materiálov a zariadení, ktoré nespĺňajú Ohmov zákon, ako napríklad polovodičová dióda alebo plynová výbojka. Dokonca aj pre kovové vodiče pri prúdoch dostatočne veľkých síl sa pozoruje odchýlka od Ohmovho lineárneho zákona, pretože elektrický odpor kovových vodičov sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou.

Pre časť obvodu obsahujúcu EMF je Ohmov zákon napísaný v nasledujúcom tvare:

Ohmov zákon

Pridaním oboch rovností dostaneme:

ja (R + r) = Δφ cd + Δφ ab + .

Ale Δφ cd = Δφ ba = – Δφ ab. Preto

Tento vzorec vyjadrí Ohmov zákon pre úplný obvod : prúdová sila v kompletnom obvode sa rovná elektromotorickej sile zdroja, vydelená súčtom odporov homogénnych a nehomogénnych častí obvodu.

Odpor r heterogénna oblasť na obr. 1.8.2 možno vidieť ako vnútorný odpor zdroja prúdu . V tomto prípade zápletka ( ab) na obr. 1.8.2 je vnútorná časť zdroja. Ak body a A b zatvorte vodičom, ktorého odpor je malý v porovnaní s vnútorným odporom zdroja ( R << r), potom bude okruh prúdiť skratový prúd

Skratový prúd - maximálny prúd, ktorý je možné získať z daného zdroja s elektromotorickou silou a vnútorným odporom r. Pri zdrojoch s nízkym vnútorným odporom môže byť skratový prúd veľmi veľký a spôsobiť zničenie elektrického obvodu alebo zdroja. Napríklad olovené batérie používané v automobiloch môžu mať skratový prúd niekoľko stoviek ampérov. Zvlášť nebezpečné sú skraty v osvetľovacích sieťach napájaných z rozvodní (tisíce ampérov). Aby sa predišlo deštruktívnemu účinku takýchto vysokých prúdov, sú v obvode zahrnuté poistky alebo špeciálne ističe.

V niektorých prípadoch, aby sa zabránilo nebezpečným hodnotám skratového prúdu, je k zdroju zapojený nejaký vonkajší odpor sériovo. Potom odpor r sa rovná súčtu vnútorného odporu zdroja a vonkajšieho odporu a v prípade skratu nebude sila prúdu nadmerne veľká.

Ak je vonkajší obvod otvorený, potom Δφ ba = – Δφ ab= , t.j. potenciálny rozdiel na póloch otvorenej batérie sa rovná jej EMF.

Ak odpor vonkajšieho zaťaženia R zapnuté a cez batériu preteká prúd ja, potenciálny rozdiel na jeho póloch sa rovná

Δφ ba = – Ir.

Na obr. 1.8.3 je schematické znázornenie jednosmerného zdroja s rovnakým EMF a vnútorným odporom r v troch režimoch: "nečinnosť", práca na záťaži a režim skratu (skrat). Intenzita elektrického poľa vo vnútri batérie a sily pôsobiace na kladné náboje sú označené: – elektrická sila a – sila tretej strany. V režime skratu elektrické pole vo vnútri batérie zmizne.

Na meranie napätí a prúdov v jednosmerných elektrických obvodoch sa používajú špeciálne zariadenia - voltmetre A ampérmetre.

Voltmeter navrhnutý na meranie rozdielu potenciálov aplikovaného na jeho svorky. On spája paralelnýúsek obvodu, na ktorom sa vykonáva meranie rozdielu potenciálov. Každý voltmeter má nejaký vnútorný odpor. R B. Aby voltmeter po pripojení k meranému obvodu nezaviedol citeľné prerozdelenie prúdov, musí byť jeho vnútorný odpor veľký v porovnaní s odporom úseku obvodu, ku ktorému je pripojený. Pre obvod znázornený na obr. 1.8.4 je táto podmienka napísaná takto:

R B >> R 1 .

Táto podmienka znamená, že prúd ja B = Δφ cd / R B, ktorý preteká voltmetrom, je oveľa menší ako prúd ja = Δφ cd / R 1, ktorý preteká cez testovaný úsek obvodu.

Pretože vo vnútri voltmetra nepôsobia žiadne vonkajšie sily, potenciálny rozdiel na jeho svorkách sa podľa definície zhoduje s napätím. Preto môžeme povedať, že voltmeter meria napätie.

Ampérmeter určené na meranie prúdu v obvode. Ampérmeter je zapojený do série s prerušením elektrického obvodu tak, aby ním prechádzal celý meraný prúd. Ampérmeter má tiež nejaký vnútorný odpor. R A. Na rozdiel od voltmetra musí byť vnútorný odpor ampérmetra dostatočne malý v porovnaní s celkovým odporom celého obvodu. Pre obvod na obr. 1.8.4 odpor ampérmetra musí spĺňať podmienku

Podmienky existencie jednosmerného elektrického prúdu.

Pre existenciu jednosmerného elektrického prúdu je potrebná prítomnosť voľných nabitých častíc a prítomnosť zdroja prúdu. v ktorom sa uskutočňuje premena akéhokoľvek druhu energie na energiu elektrického poľa.

Aktuálny zdroj- zariadenie, v ktorom sa akýkoľvek druh energie premieňa na energiu elektrického poľa. V zdroji prúdu pôsobia vonkajšie sily na nabité častice v uzavretom okruhu. Dôvody výskytu vonkajších síl v rôznych zdrojoch prúdu sú rôzne. Napríklad v batériách a galvanických článkoch vznikajú vonkajšie sily v dôsledku prúdenia chemických reakcií, v generátoroch elektrární vznikajú pri pohybe vodiča v magnetickom poli, vo fotočlánkoch - pri pôsobení svetla na elektróny v kovoch a polovodičoch.

Elektromotorická sila zdroja prúdunazývaný pomer práce vonkajších síl k hodnote kladného náboja preneseného zo záporného pólu zdroja prúdu na kladný.

Základné pojmy.

Súčasná sila- skalárna fyzikálna veličina rovnajúca sa pomeru náboja, ktorý prešiel vodičom, k času, za ktorý tento náboj prešiel.

Kde ja - sila prúdu,q - výška poplatku (množstvo elektriny),t - účtovať čas prepravy.

súčasná hustota- vektorová fyzikálna veličina rovnajúca sa pomeru sily prúdu k ploche prierezu vodiča.

Kde j -súčasná hustota, S - prierezová plocha vodiča.

Smer vektora prúdovej hustoty sa zhoduje so smerom pohybu kladne nabitých častíc.

Napätie - skalárna fyzikálna veličina rovnajúca sa pomeru celkovej práce Coulomba a vonkajších síl pri pohybe kladného náboja v oblasti k hodnote tohto náboja.

KdeA - plná práca tretích strán a Coulombových síl,q - nabíjačka.

Elektrický odpor- fyzikálna veličina charakterizujúca elektrické vlastnostičasť reťaze.

Kde ρ - špecifický odpor vodiča,l - dĺžka časti vodiča,S - plocha prierezu vodiča.

Vodivosťje prevrátená hodnota odporu

KdeG - vodivosť.