Чтобы создать электрический ток в проводнике надо: Что необходимо сделать, чтобы получить электрический ток в проводнике?

Для получения электрического тока в проводнике необходимо

Назад в «Оглавление» — смотреть

1. Что такое электрический ток?

Электрическим током называется упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц.

2 Что нужно создать в проводнике, чтобы в нём возник и существовал ток?

Для получения электрического тока в проводнике необходимо создать электрическое поле.
Для создания электрического поля в проводнике используются источники электрического тока.

3. Какие превращения энергии происходят внутри источника тока?

В источниках электрического тока происходит превращение механической, внутренней или других видов энергии в электрическую энергию.
В любом из них совершается работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц.
Разделенные частицы накапливаются на полюсах источника тока.

4. Как устроен сухой гальванический элемент?

Гальванический элемент состоит из цинкового сосуда, в который вставлен угольный стержень.
Стержень помещен в полотняный мешочек, наполненный смесью оксида марганца с углем.
В этом элементе используют густой клейстер из муки на растворе нашатыря.
В ходе химической реакции цинка с хлоридом аммония цинковый сосуд заряжается отрицательно, а стержень — положительно.

5. Что происходит внутри гальванического элемента?

В гальваническом элементе происходят химические реакции.
Внутренняя энергия, выделяющаяся при этих реакциях, превращается в электрическую.

5. Что является положительным и отрицательным полюсами батареи?

В результате химической реакции:
— от цинка отделяются положительные ионы, и цинковый сосуд становится отрицательно заряженным.
— угольный стержень становится положительно заряженным.
Между заряженными угольным стержнем и цинковым сосудом, которые называются электродами, возникает электрическое поле.

6. Что такое электрическая батарея?

Из нескольких гальванических элементов можно составить батарею для увеличения мощности источника тока.
Положительные и отрицательные электроды гальванических элементов соединяют между собой.
Здесь угольный стержень первого элемента соединен с цинковым сосудом второго, а угольный стержень второго — с сосудом третьего элемента и т.д.

7. Что такое электрический аккумулятор?

Электрический аккумулятор — это источник тока, аналогичный электрической батарее, но который можно многократно перезаряжать.
Сначала, чтобы аккумулятор стал источником тока, его надо зарядить.
Для этого через него пропускают постоянный электрический ток от какого-нибудь источника тока.

8. Как устроен аккумулятор?

Аккумулятор — это устройство, состоящее из двух электродов (металлических пластин), опущенных в раствор кислоты либо щелочи.

9. С какими полюсами источника тока соединяют полюсы аккумулятора при его зарядке?

При зарядке аккумулятора:
его положительный полюс соединяют с положительным полюсом источника тока,
а его отрицательный полюс- с отрицательным полюсом источника тока.

10. Где применяются аккумуляторы?

Аккумуляторы применяются в автомобилях, железнодорожных вагонах, на подводных лодках, на искусственных спутниках Земли, в мобильных телефонах, плеерах, ноутбуках,и многих других современных устройствах.

Первую запись хочу посвятить электрическому току. Материал я взял из учебника по физике за 8 класс. Автор А.В. Перышкин. Издательство ДРОФА, Москва 2006.

§ 32 Электрический ток. Источники электрического тока.

Когда говорят об использовании электрической энергии в быту,
на производстве или транспорте, то имеют в виду работу электрического
тока. Электрический ток подводят к потребителю от электростанции
по проводам. Поэтому, когда в домах неожиданно гаснут
электрические лампы или прекращается движение электропоездов,
троллейбусов, говорят, что в проводах исчез ток.

Что же такое электрический ток и что необходимо для его возникновения
и существования в течение нужного нам времени?

Слово «ток» означает движение или течение чего-то.

Что может перемещаться в проводах, соединяющих электростанцию
с потребителями электрической энергии?

Мы уже знаем, что в телах имеются электроны, движением которых
объясняются различные электрические явления (см. § 31).
Электроны обладают отрицательным электрическим зарядом. Электрическими
зарядами могут обладать и более крупные частицы вещества — ионы. Следовательно, в проводниках могут перемещаться различные заряженные частицы.

Чтобы получить электрический ток в проводнике, надо создать в нем электрическое поле. Под действием этого поля заряженные частицы, которые могут свободно перемещаться в этом проводнике, придут в движение в направлении действия на них электрических сил. Возникнет электрический ток.

Чтобы электрический ток в проводниках существовал длительное время, необходимо все это время поддерживать в нем электрическое поле. Электрическое поле в проводниках создается и может длительное время поддерживаться источниками электрического тока.

Источники тока бывают различные, но во всяком из них совершается работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц. Разделенные частицы накапливаются на полюсах источника тока. Так называют места, к которым с помощью клемм или зажимов подсоединяют проводники. Один полюс источника тока заряжается положительно, другой — отрицательно. Если полюсы источника соединить проводником, то под действием электрического поля свободные заряженные частицы в проводнике начнут двигаться в определенном направлении, возникнет электрический ток.

В источниках тока в процессе работы по разделению заряженных частиц происходит превращение механической, внутренней или какой-нибудь другой энергии в электрическую. Так, например, в электрофорной машине (рис. 42) в электрическую энергию превращается механическая энергия.

Можно осуществить и превращение внутренней энергии в электрическую. Если две проволоки, изготовленные из различных металлов, спаять, а затем нагреть место спая, то в проволоках возникнет электрический ток (рис. 43).

Такой источник тока называется термоэлементом. В нем внутренняя энергия нагревателя превращается в электрическую энергию. При освещении некоторых веществ, например селена, оксида меди (I), кремния, наблюдается потеря отрицательного электрического заряда (рис. 44).

Это явление называется фотоэффектом. На нем основано устройство и действие фотоэлементов. Термоэлементы и фотоэлементы изучают в курсе физики старших классов.

Рассмотрим более подробно устройство и работу двух источников тока
— гальванического элемента и аккумулятора, которые будем использовать в опытах по электричеству.

В гальваническом элементе (рис. 45) происходят химические реакции и внутренняя энергия, выделяющаяся при этих реакциях, превращается в электрическую.

Изображенный па рисунке 46 элемент состоит из цинкового сосуда (корпуса) Ц. В корпус вставлен угольный стержень У, у которого имеется металлическая крышка М. Стержень помещен в смесь оксида марганца (IV) MnO2 и размельченного углерода С. Пространство между цинковым корпусом и смесью MnO2 с С заполнено желеобразным раствором соли (хлорида аммония Nh5Cl) P.

В ходе химической реакции цинка Zn с хлоридом аммония Nh5Cl цинковый сосуд становится отрицательно заряженным.

Оксид марганца несет положительный заряд, а вставленный в него угольный стержень используется для передачи положительного заряда.

Между заряженными угольным стержнем и цинковым сосудом, которые называются электродами, возникает электрическое поле. Если угольный стержень и цинковый сосуд соединить проводником, то по всей длине под действием электрического поля свободные электроны придут в упорядоченное движение. Возникнет электрический ток.

Гальванические элементы — самые распространенные в мире источники постоянного тока. Их достоинством является удобство и безопасность в использовании.

В быту часто применяют батарейки, которые можно подзаряжать многократно — аккумуляторы (от лат. слова аккумуляторе — накоплять). Простейший аккумулятор состоит из двух свинцовых пластин (электродов), помещенных в раствор серной кислоты.

Чтобы аккумулятор стал источником тока, его надо зарядить. Для зарядки через аккумулятор пропускают постоянный ток от какого-нибудь источника. В процессе зарядки в результате химических реакций один электрод становится положительно заряженным, а другой — отрицательно. Когда аккумулятор зарядится, его можно использовать как самостоятельный источник тока. Полюсы аккумуляторов обозначены знаками «+» и «-». При зарядке положительный полюс аккумулятора соединяют с положительным полюсом источника тока, отрицательный — с отрицательным полюсом.

Кроме свинцовых, или кислотных, аккумуляторов широко применяют железоникелевые, или щелочные, аккумуляторы. В них используется раствор щелочи, а пластины состоят одна из спрессованного железного порошка, вторая — из пероксида никеля. На рисунке 47 изображена батарея из трех таких аккумуляторов.

Аккумуляторы имеют широкое и разнообразное применение. Они
служат для освещения железнодорожных вагонов, автомобилей, для запуска автомобильного двигателя. Батареи аккумуляторов питают электроэнергией подводную
лодку под водой. Радиопередатчики и научная аппаратура на искусственных спутниках 3емли также получают электропитание от аккумуляторов, установленных на спутнике.

На электростанциях электрический ток получают с помощью генераторов (от лат. слова генератор — создатель, производитель). Этот электрический ток используется в промышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве.

1. Что такое электрический ток?

2. Что нужно создать в проводнике, чтобы в нем возник и существовал ток?

3. Какие превращения энергии происходят внутри источника тока?

4. Как устроен сухой гальванический элемент?

5. Что является положительным и отрицательным полюсами батареи?

6. Как устроен аккумулятор?

7. Где применяются аккумуляторы?

Направленное (упорядоченное) движение свободных заряженных частиц под действием электрического поля называется электрическим током.

Условия существования тока:

1. Наличие свободных зарядов.

2. Наличие электрического поля, т.е. разности потенциалов. Свободные заряды имеются в проводниках. Электрическое поле создается источниками тока.

При прохождении тока через проводник он оказывает следующие действия:

· Тепловое (нагревание проводника током). Например: работа электрического чайника, утюга и т.д.).

· Магнитное (возникновение магнитного поля вокруг проводника с током). Например: работа электродвигателя, электроизмерительных приборов).

· Химическое (химические реакции при прохождении тока через некоторые вещества). Например: электролиз.

Можно также говорить о

· Световом (сопровождает тепловое действие). Например: свечение нити накала электрической лампочки.

· Механическом (сопровождает магнитное или тепловое). Например: деформация проводника при нагревании, поворот рамки с током в магнитном поле).

· Биологическом (физиологическом). Например: поражение человека током, использование действия тока в медицине.

Основные величины, описывающие процесс прохождения тока по проводнику.

1. Сила тока I — скалярная величина, равная отношению заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника, промежутку времени, в течение которого шел ток. Сила тока показывает, какой заряд проходит через поперечное сечение проводника за единицу времени. Ток называют постоянным, если сила тока не меняется со временем. Для того чтобы ток через проводник был постоянным необходимо, чтобы разность потенциалов на концах проводника была постоянной.

2. Напряжение U. Напряжение численно равно работе электрического поля по перемещению единичного положительного заряда вдоль силовых линий поля внутри проводника.

3. Электрическое сопротивление R — физическая величина, численно равная отношению напряжения (разности потенциалов) на концах проводника к силе тока, проходящего через проводник.

60. Закон Ома для участка цепи.

Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого проводника и обратно пропорциональна его сопротивлению:

I = U / R; [A = В / Ом]

Ом установил, что сопротивление прямо пропорционально длине проводника и обратно пропорционально площади его поперечного сечения и зависит от вещества проводника.

где ρ — удельное сопротивление, l — длина проводника, S — площадь поперечного сечения проводника.

61. Сопротивление как электрическая характеристика резистора. Зависимость сопротивления металлических проводников от рода материала и геометрических размеров.

Электри́ческое сопротивле́ние — физическая величина, характеризующая свойства проводника препятствовать прохождению электрического тока и равная отношению напряжения на концах проводника к силе тока, протекающего по нему. Сопротивление для цепей переменного тока и для переменных электромагнитных полей описывается понятиями импеданса и волнового сопротивления.

Сопротивление (часто обозначается буквой R или r) считается, в определённых пределах, постоянной величиной для данного проводника; её можно рассчитать как

где R — сопротивление; U — разность электрических потенциалов на концах проводника; I — сила тока, протекающего между концами проводника под действием разности потенциалов.

Сопротивление проводника является такой же характеристикой проводника как и его масса. Сопротивление проводника не зависит ни от силы тока в проводнике, ни от напряжения на его концах, а зависит только от рода вещества, из которого изготовлен проводник и его геометрических размеров: ,где: l — длина проводника, S — площадь поперечного сечения проводника, ρ — удельное сопротивление проводника, показывающее каким сопротивлением будет обладать проводник длиной 1 м и площадью сечения 1 м 2 , изготовленный из данного материала.

Проводники, подчиняющиеся закону Ома, называются линейными. Существует много материалов и устройств, не подчиняющихся закону Ома, например, полупроводниковый диод или газоразрядная лампа. Даже у металлических проводников при достаточно больших токах наблюдается отклонение от линейного закона Ома, так как электрическое сопротивление металлических проводников растет с ростом температуры.

Зависимость сопротивления проводника от температуры выражается формулой: , где: R — сопротивление проводника при температуре Т, R _{— сопротивление проводника при температуре 0ºС, α — температурный коэффициент сопротивления.}

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Электрический ток. Условия, необходимые для его существования. Физика. 10 класс. — Объяснение нового материала.

Комментарии преподавателя

Электрический ток.

Когда говорят об использовании электрической энергии в быту, на производстве или транспорте, то имеют в виду работу электрического тока. Электрический ток подводят к потребителю от электростанции по проводам. Поэтому, когда в домах неожиданно гаснут электрические лампы или прекращается движение электропоездов, троллейбусов, говорят, что в проводах исчез ток.

  Подача электрического тока потребителю

Что же такое электрический ток и что необходимо для его возникновения и существования в течение нужного нам времени?

Слово «ток» означает движение или течение чего-то.

Что может перемещаться в проводах, соединяющих электростанцию с потребителями электрической энергии?

Мы уже знаем, что в телах имеются электроны, движением которых объясняются различные электрические явления (см. § 30). Электроны обладают отрицательным электрическим зарядом. Электрическими зарядами могут обладать и более крупные частицы вещества — ионы. Следовательно, в проводниках могут перемещаться различные заряженные частицы.

   Источник тока из лимона

Электрическим током называется упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц.

Чтобы получить электрический ток в проводнике, надо создать в нём электрическое поле. Под действием этого поля заряженные частицы, которые могут свободно перемещаться в проводнике, придут в движение в направлении действия на них электрических сил. Возникнет электрический ток.

Чтобы электрический ток в проводнике существовал длительное время, необходимо всё это время поддерживать в нем электрическое поле. Электрическое поле в проводниках создаётся и может длительное время поддерживаться источниками электрического тока.

Источники электрического тока.

Источник тока — это устройство, в котором происходит преобразование какого-либо вида энергии в электрическую энергию.

В любом источнике тока совершается работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц, которые накапливаются на полюсах источника.

Существуют различные виды источников тока:

Механический источник тока

— механическая энергия преобразуется в электрическую энергию.

К ним относятся : электрофорная машина (диски машины приводятся во вращение в противоположных направлениях. В результате трения щеток о диски на кондукторах машины накапливаются заряды противоположного знака), динамо-машина, генераторы.

Тепловой источник тока

— внутренняя энергия преобразуется в электрическую энергию.

Например, термоэлемент — две проволоки из разных металлов необходимо спаять с одного края, затем нагреть место спая, тогда между другими концами этих проволок появится напряжение.

Применяются в термодатчиках и на геотермальных электростанциях.

Световой источник тока

— энергия света преобразуется в электрическую энергию.

Например, фотоэлемент — при освещении некоторых полупроводников световая энергия превращается в электрическую. Из фотоэлементов составлены солнечные батареи.

Применяются в солнечных батареях, световых датчиках, калькуляторах, видеокамерах.

Химический источник тока

— в результате химических реакций внутренняя энергия преобразуется в электрическую.

Например, гальванический элемент — в цинковый сосуд вставлен угольный стержень. Стержень помещен в полотняный мешочек, наполнен-ный смесью оксида марганца с углем. В элементе используют клейстер из муки на растворе нашатыря. При взаимодействии нашатыря с цинком, цинк приобретает отрицательный заряд, а угольный стержень — положительный заряд. Между заряженным стержнем и цинковым сосудом возникает электрическое поле. В таком источнике тока уголь является положительным электродом, а цинковый сосуд — отрицательным электродом.

Из нескольких гальванических элементов можно составить батарею.

Источники тока на основе гальванических элементов применяются в бытовых автономных электроприборах, источниках бесперебойного питания.

Аккумуляторы — в автомобилях, электромобилях, сотовых телефонах.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Условное обозначение источника тока на электрической схеме

или батареи, состоящей из нескольких источников

Домашнее задание.

Задание 1. Ответь на вопросы.

1. Что такое электрический ток?
2. Что нужно создать в проводнике, чтобы в нём возник и существовал ток?
3. Какие превращения энергии происходят внутри источника тока?
4. Как устроен сухой гальванический элемент?
5. Что является положительным и отрицательным полюсами батареи?
6. Как устроен аккумулятор?
7. Где применяются аккумуляторы?

Задание 2. С помощью Интернета найдите, какие существуют типы зарядных устройств и выделите их особенности.

Задание 3.

К занятию прикреплен файл  «Открытие электричества.». Вы можете скачать файл в любое удобное для вас время.

Использованные источники:

• http://www.tepka.ru/
• http://class-fizika.narod.ru
• http://www.youtube.com/watch?v=x2F4VbIlRLg
• http://znaika.ru/catalog/8-klass/physics/
• http://www.youtube.com/watch?v=x2F4VbIlRLg
• http://www.youtube.com/watch?v=zNdnN_RyqFY
• http://www.youtube.com/watch?v=AzG6rUPhsXY
• http://www.youtube.com/watch?v=5Qo5LkxG6Hw
  
   

 

 

2. Электрический ток. Электрическая цепь. Гальванические элементы. Аккумуляторы

Электрический ток — направленное, упорядоченное движение электрических зарядов.

Электрические заряды могут быть разными. Это могут быть электроны или ионы (положительно или отрицательно заряженные).
Чтобы получить электрический ток в проводнике, надо создать в нём электрическое поле. Под действием поля электрические заряды начнут перемещаться, возникнет электрический ток.

 

Обрати внимание!

Условия существования электрического тока:

• наличие свободных электрических зарядов;
• наличие электрического поля, которое обеспечивает движение зарядов;
• замкнутая электрическая цепь.
Электрическое поле создают источники электрического тока.

Источник тока — это устройство, в котором происходит преобразование какого-либо вида энергии в электрическую энергию.

В любом источнике тока совершается работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц, которые накапливаются на полюсах источника.

 

Существуют различные виды источников тока:

  

• Механический источник тока — механическая энергия преобразуется в электрическую энергию.  Сюда относятся: электрофорная машина, динамо-машина, генераторы.

 

Диски электрофорной машины приводятся во вращение в противоположных направлениях. В результате трения щёток о диски на кондукторах машины накапливаются заряды противоположного знака.

 

• Тепловой источник тока — внутренняя энергия преобразуется в электрическую энергию.

 

 

 

К нему относится термоэлемент. Две проволоки из разных металлов спаяны с одного края. Затем место спая нагревают, тогда между другими концами этих проволок появляется напряжение.

 

• Световой источник тока — энергия света преобразуется в электрическую энергию. Сюда относится фотоэлемент.

 

При освещении некоторых полупроводников световая энергия превращается в электрическую. Из фотоэлементов составлены солнечные батареи.

 

• Химический источник тока — в результате химических реакций внутренняя энергия преобразуется в электрическую.
К нему относится, например, гальванический элемент. 

 

 

В цинковый сосуд Ц вставлен угольный стержень У, у которого имеется металлическая крышка М. Стержень помещён в полотняный мешочек, наполненный смесью оксида марганца с углём С. Пространство между цинковым корпусом и смесью оксида марганца с углём заполнено желеобразным раствором соли Р. В результате химической реакции цинк приобретает отрицательный заряд, а угольный стержень — положительный заряд. Между заряженным стержнем и цинковым сосудом возникает электрическое поле. В таком источнике тока уголь является положительным электродом, а цинковый сосуд — отрицательным электродом.

Из нескольких гальванических элементов можно составить батарею.

 

 

Источники тока на основе гальванических элементов применяются в бытовых автономных электроприборах, источниках бесперебойного питания. Они являются одноразовыми. В быту часто используют батарейки, которые можно подзаряжать многократно. Их называют аккумуляторами.

 

 

 

Простейший аккумулятор состоит из сосуда, наполненного слабым раствором серной кислоты в воде, в который опущены две свинцовые пластины (электроды). Чтобы аккумулятор стал источником тока, его надо зарядить. Если обе пластины соединить с полюсами какого-либо источника электрической энергии, то электрический ток, проходя через раствор, зарядит один электрод положительно, а другой — отрицательно. Такие аккумуляторы называют кислотными или свинцовыми. Кроме них ещё существуют щелочные или железоникелевые аккумуляторы. В них используется раствор щёлочи и пластины: одна — из спрессованного железного порошка, а вторая — из пероксида никеля.   
Аккумуляторы используют в автомобилях, электромобилях, сотовых телефонах, железнодорожных вагонах и даже на искусственных спутниках Земли.
Наряду с источниками тока существуют различные потребители электроэнергии: лампы, пылесосы, компьютеры и многие другие. Чтобы электроэнергию доставить от источника до потребителя, необходимы соединительные проводники, а чтобы её поступлением можно было управлять, нужны рубильники, выключатели, кнопки и т.д.

 

Обрати внимание!

Источник электроэнергии, потребители электроэнергии, замыкающие устройства, соединённые между собой проводами, называют электрической цепью.

Чтобы в цепи существовал электрический ток, она должна быть замкнутой, т.е. состоять из проводников электричества. Если в каком-либо месте провод разорвётся, то ток в цепи прекратится. На этом основано действие выключателей.  

 

Обрати внимание!

Чертежи, на которых изображаются способы соединения электрических приборов в цепь, называют схемами.

 

 

Приборы на схемах обозначают условными знаками. Вот некоторые из них:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Источники:

 

Пёрышкин А.В. Физика, 8 класс// ДРОФА, 2013.

http://www.fizika.ru/kniga/index.php?mode=paragraf&theme=09&id=9010
http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/669ba06a-e921-11dc-95ff-0800200c9a66/3_8.swf

1.Что такое электрический ток? 2.Что нужно создать в проводнике, чтобы в нем возник и существовал ток? 3. С помощью чего можно создать

Инфоурок
›

Другое
›Презентации›1.Что такое электрический ток? 2.Что нужно создать в проводнике, чтобы в нем возник и существовал ток? 3. С помощью чего можно создать

Скрыть

Описание презентации по отдельным слайдам:

1 слайд

Описание слайда:

1.Что такое электрический ток?
2.Что нужно создать в проводнике, чтобы в нем возник и существовал ток?
3. С помощью чего можно создать в цепи электрическое поле?
4. Какие источники тока вы знаете?
5.Что представляет собой гальванический элемент?

2 слайд

Описание слайда:

Как устроена батарейка?

3 слайд

Описание слайда:

Как устроен аккумулятор?

4 слайд

Описание слайда:

Для того чтобы использовать энергию электрического тока нужен источник тока, электродвигатели, лампы, плиты, всевозможные приборы называют приемниками или потребителями электрической энергии.

5 слайд

Описание слайда:

6 слайд

Описание слайда:

Источник тока и потребитель электроэнергии, соединенные между собой проводниками, образуют электрическую цепь.

7 слайд

Описание слайда:

Электрическая цепь и её составные части

8 слайд

Описание слайда:

Когда цепь замкнута, по ней идет ток. Если один проводник убрать или разорвать его в любом месте, ток по цепи не пойдет.

9 слайд

Описание слайда:

При работе с электрическими цепями необходимо соблюдать правила по технике безопасности.

10 слайд

Описание слайда:

Недопустимо касаться
оголенных проводников,
неисправных участков цепи
полюсов источника.

11 слайд

Описание слайда:

12 слайд

Описание слайда:

13 слайд

Описание слайда:

Схема простой электрической цепи

14 слайд

Описание слайда:

Схема неразветвленной электрической цепи

15 слайд

Описание слайда:

Схема разветвленной электрической цепи

16 слайд

Описание слайда:

На рисунке 1 изображены условные обозначения, применяемые на схемах
Каким номером обозначены….
I пересечение проводов?.
II ключ?
III электрический звонок?
IV плавкий предохранитель?
V соединение проводов?
VI потребители электроэнергии?

17 слайд

Описание слайда:

Из каких частей состоит электрическая цепь, изображенная на рисунке?
1.Элемент, выключатель, лампа, провода.
2. Батарея элементов, звонок, выключатель, провода.
3. Батарея элементов, лампа, выключатель, провода.

18 слайд

Описание слайда:

Почему не горит исправная лампа в цепи при замыкании ключа?

19 слайд

Описание слайда:

Почему не звенит звонок в цепи при замыкании цепи?

20 слайд

Описание слайда:

Где надо расположить источник тока, чтобы при замыкании ключа К1 зазвенел звонок, а при замыкании ключа К2 загорелась лампа?

21 слайд

Описание слайда:

Начертите схему соединения приборов (помните розетка всегда должна быть под напряжением)
ввод

22 слайд

Описание слайда:

23 слайд

Описание слайда:

Домашнее задание
П. 33. вопросы стр 78, упр 13 № 4, 5.

Курс повышения квалификации

Курс профессиональной переподготовки

Педагог-библиотекарь

Курс профессиональной переподготовки

Специалист в области охраны труда

Найдите материал к любому уроку,
указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:

Выберите категорию:
Все категорииАлгебраАнглийский языкАстрономияБиологияВнеурочная деятельностьВсеобщая историяГеографияГеометрияДиректору, завучуДоп. образованиеДошкольное образованиеЕстествознаниеИЗО, МХКИностранные языкиИнформатикаИстория РоссииКлассному руководителюКоррекционное обучениеЛитератураЛитературное чтениеЛогопедия, ДефектологияМатематикаМузыкаНачальные классыНемецкий языкОБЖОбществознаниеОкружающий мирПриродоведениеРелигиоведениеРодная литератураРодной языкРусский языкСоциальному педагогуТехнологияУкраинский языкФизикаФизическая культураФилософияФранцузский языкХимияЧерчениеШкольному психологуЭкологияДругое

Выберите класс:
Все классыДошкольники1 класс2 класс3 класс4 класс5 класс6 класс7 класс8 класс9 класс10 класс11 класс

Выберите учебник:
Все учебники

Выберите тему:
Все темы

также Вы можете выбрать тип материала:

Проверен экспертом

Общая информация

Похожие материалы

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

Открытая Физика.

Электрический ток. Закон Ома

Если изолированный проводник поместить в электрическое поле E→, то на свободные заряды q в проводнике будет действовать сила F→=qE→. В результате в проводнике возникает кратковременное перемещение свободных зарядов. Этот процесс закончится тогда, когда собственное электрическое поле зарядов, возникших на поверхности проводника, скомпенсирует полностью внешнее поле. Результирующее электростатическое поле внутри проводника будет равно нулю (см. § 1.5).

Однако, в проводниках при определенных условиях может возникнуть непрерывное упорядоченное движение свободных носителей электрического заряда. Такое движение называется электрическим током. За направление электрического тока принято направление движения положительных свободных зарядов. Для существования электрического тока в проводнике необходимо создать в нем электрическое поле.

Количественной мерой электрического тока служит сила тока I – скалярная физическая величина, равная отношению заряда Δq, переносимого через поперечное сечение проводника (рис. 1.8.1) за интервал времени Δt, к этому интервалу времени:
I=ΔqΔt.

Если сила тока и его направление не изменяются со временем, то такой ток называется постоянным.

Упорядоченное движение электронов в металлическом проводнике и ток I. S – площадь поперечного сечения проводника, E→ – электрическое поле

В Международной системе единиц СИ сила тока измеряется в амперах (А). Единица измерения тока 1 А устанавливается по магнитному взаимодействию двух параллельных проводников с током (см. § 1.16).

Постоянный электрический ток может быть создан только в замкнутой цепи, в которой свободные носители заряда циркулируют по замкнутым траекториям. Электрическое поле в разных точках такой цепи неизменно во времени. Следовательно, электрическое поле в цепи постоянного тока имеет характер замороженного электростатического поля. Но при перемещении электрического заряда в электростатическом поле по замкнутой траектории, работа электрических сил равна нулю (см. § 1.4). Поэтому для существования постоянного тока необходимо наличие в электрической цепи устройства, способного создавать и поддерживать разности потенциалов на участках цепи за счет работы сил неэлектростатического происхождения. Такие устройства называются источниками постоянного тока. Силы неэлектростатического происхождения, действующие на свободные носители заряда со стороны источников тока, называются сторонними силами.

Природа сторонних сил может быть различной. В гальванических элементах или аккумуляторах они возникают в результате электрохимических процессов, в генераторах постоянного тока сторонние силы возникают при движении проводников в магнитном поле. Источник тока в электрической цепи играет ту же роль, что и насос, который необходим для перекачивания жидкости в замкнутой гидравлической системе. Под действием сторонних сил электрические заряды движутся внутри источника тока против сил электростатического поля, благодаря чему в замкнутой цепи может поддерживаться постоянный электрический ток.

При перемещении электрических зарядов по цепи постоянного тока сторонние силы, действующие внутри источников тока, совершают
работу.

Физическая величина, равная отношению работы A_ст сторонних сил при перемещении заряда q от отрицательного полюса источника тока к положительному к величине этого заряда, называется электродвижущей силой источника (ЭДС):
ЭДС=ℰ=Aстq.

Таким образом, ЭДС определяется работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда. Электродвижущая сила, как и разность потенциалов, измеряется в вольтах (В).

При перемещении единичного положительного заряда по замкнутой цепи постоянного тока работа сторонних сил равна сумме ЭДС, действующих в этой цепи, а работа электростатического поля равна нулю.

Цепь постоянного тока можно разбить на отдельные участки. Те участки, на которых не действуют сторонние силы (т. е. участки, не содержащие источников тока), называются однородными. Участки, включающие источники тока, называются неоднородными.

При перемещении единичного положительного заряда по некоторому участку цепи работу совершают как электростатические (кулоновские), так и сторонние силы. Работа электростатических сил равна разности потенциалов Δφ₁₂ = φ₁ – φ₂ между начальной (1) и конечной (2) точками неоднородного участка. Работа сторонних сил равна по определению электродвижущей силе ℰ₁₂, действующей на данном участке. Поэтому полная работа равна

U₁₂ = φ₁ – φ₂ + ℰ₁₂.

Величину U₁₂ принято называть напряжением на участке цепи 1–2. В случае однородного участка напряжение равно разности потенциалов:
U₁₂ = φ₁ – φ₂.

Немецкий физик Г. Ом в 1826 году экспериментально установил, что сила тока I, текущего по однородному металлическому проводнику (т. е. проводнику, в котором не действуют сторонние силы), пропорциональна напряжению U на концах проводника:
I=1RU    или    RI=U,

где R = const.

Величину R принято называть электрическим сопротивлением. Проводник, обладающий электрическим сопротивлением, называется резистором. Данное соотношение выражает закон Ома для однородного участка цепи: сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника.

В СИ единицей электрического сопротивления проводников служит ом (Ом). Сопротивлением в 1 Ом обладает такой участок цепи, в котором при напряжении 1 В возникает ток силой 1 А.

Проводники, подчиняющиеся закону Ома, называются линейными. Графическая зависимость силы тока I от напряжения U (такие графики называются вольт-амперными характеристиками, сокращенно ВАХ) изображается прямой линией, проходящей через начало координат. Следует отметить, что существует много материалов и устройств, не подчиняющихся закону Ома, например, полупроводниковый диод или газоразрядная лампа. Даже у металлических проводников при токах достаточно большой силы наблюдается отклонение от линейного закона Ома, так как электрическое сопротивление металлических проводников растет с ростом температуры.

Для участка цепи, содержащего ЭДС, закон Ома записывается в следующей форме:

IR = U₁₂ = φ₁ – φ₂ + ℰ = Δφ₁₂ + ℰ.

Это соотношение принято называть обобщенным законом Ома или законом Ома для неоднородного участка цепи.

На рис. 1.8.2 изображена замкнутая цепь постоянного тока. Участок цепи (cd) является однородным.

Цепь постоянного тока

По закону Ома
IR = Δφ_cd.

Участок (ab) содержит источник тока с ЭДС, равной ℰ.

По закону Ома для неоднородного участка,
Ir = Δφ_ab + ℰ.

Сложив оба равенства, получим:
I (R + r) = Δφ_cd + Δφ_ab + ℰ.

Но Δφ_cd = Δφ_ba = – Δφ_ab. Поэтому
I=ℰR+r.

Эта формула выражет закон Ома для полной цепи: сила тока в полной цепи равна электродвижущей силе источника, деленной на сумму сопротивлений однородного и неоднородного участков цепи.

Сопротивление r неоднородного участка на рис. 1.8.2 можно рассматривать как внутреннее сопротивление источника тока. В этом случае участок (ab) на рис. 1.8.2 является внутренним участком источника. Если точки a и b замкнуть проводником, сопротивление которого мало по сравнению с внутренним сопротивлением источника (R << r), тогда в цепи потечет ток короткого замыкания
Iкз=ℰr.

Сила тока короткого замыкания – максимальная сила тока, которую можно получить от данного источника с электродвижущей силой ℰ и внутренним сопротивлением r. У источников с малым внутренним сопротивлением ток короткого замыкания может быть очень велик и вызывать разрушение электрической цепи или источника. Например, у свинцовых аккумуляторов, используемых в автомобилях, сила тока короткого замыкания может составлять несколько сотен ампер. Особенно опасны короткие замыкания в осветительных сетях, питаемых от подстанций (тысячи ампер). Чтобы избежать разрушительного действия таких больших токов, в цепь включаются предохранители или специальные автоматы защиты сетей.

В ряде случаев для предотвращения опасных значений силы тока короткого замыкания к источнику последовательно подсоединяется некоторое внешнее сопротивление. Тогда сопротивление r равно сумме внутреннего сопротивления источника и внешнего сопротивления, и при коротком замыкании сила тока не окажется чрезмерно большой.

Если внешняя цепь разомкнута, то Δφ_ba = – Δφ_ab = ℰ, т. е. разность потенциалов на полюсах разомкнутой батареи равна ее ЭДС.

Если внешнее нагрузочное сопротивление R включено и через батарею протекает ток I, разность потенциалов на ее полюсах становится равной

Δφ_ba = ℰ – Ir.

На рис. 1.8.3 дано схематическое изображение источника постоянного тока с ЭДС равной ℰ и внутренним сопротивлением r в трех режимах: «холостой ход», работа на нагрузку и режим короткого замыкания (к. з.). Указаны напряженность E→ электрического поля внутри батареи и силы, действующие на положительные заряды: F→э – электрическая сила и F→ст – сторонняя сила. В режиме короткого замыкания электрическое поле внутри батареи исчезает.

Схематическое изображение источника постоянного тока: 1 – батарея разомкнута; 2 – батарея замкнута на внешнее сопротивление R; 3 – режим короткого замыкания

Для измерения напряжений и токов в электрических цепях постоянного тока используются специальные приборы – вольтметры и амперметры.

Вольтметр предназначен для измерения разности потенциалов, приложенной к его клеммам. Он подключается параллельно участку цепи, на котором производится измерение разности потенциалов. Любой вольтметр обладает некоторым внутренним сопротивлением R_B. Для того, чтобы вольтметр не вносил заметного перераспределения токов при подключении к измеряемой цепи, его внутреннее сопротивление должно быть велико по сравнению с сопротивлением того участка цепи, к которому он подключен. Для цепи, изображенной на рис. 1.8.4, это условие записывается в виде:
R_B >> R₁.

Это условие означает, что ток I_B = Δφ_cd / R_B, протекающий через вольтметр, много меньше тока I = Δφ_cd / R₁, который протекает по тестируемому участку цепи.

Поскольку внутри вольтметра не действуют сторонние силы, разность потенциалов на его клеммах совпадает по определению с напряжением. Поэтому можно говорить, что вольтметр измеряет напряжение.

Амперметр предназначен для измерения силы тока в цепи. Амперметр включается последовательно в разрыв электрической цепи, чтобы через него проходил весь измеряемый ток. Амперметр также обладает некоторым внутренним сопротивлением R_A. В отличие от вольтметра, внутреннее сопротивление амперметра должно быть достаточно малым по сравнению с полным сопротивлением всей цепи. Для цепи на рис. 1.8.4 сопротивление амперметра должно удовлетворять условию
R_A << (r + R₁ + R₂),

чтобы при включении амперметра ток в цепи не изменялся.

Измерительные приборы – вольтметры и амперметры – бывают двух видов: стрелочные (аналоговые) и цифровые. Цифровые электроизмерительные приборы представляют собой сложные электронные устройства. Обычно цифровые приборы обеспечивают более высокую точность измерений.

Включение амперметра (А) и вольтметра (В) в электрическую цепь

Тест по физике Сила тока.

Напряжение. Сопротивление. Закон Ома для участка цепи 8 класс

Тест по физике Сила тока. Напряжение. Сопротивление. Закон Ома для участка цепи 8 класс с ответами. Тест включает два варианта, в каждом по 10 заданий.

Вариант 1

1. Электрическим током называется …

А. движение электронов
Б. упорядоченное движение заряженных частиц
В. упорядоченное движение электронов

2. Чтобы создать электрический ток в проводнике, надо …

А. создать в нем электрическое поле
Б. создать в нем электрические заряды
В. разделить в нем электрические заряды

3. Какие частицы создают электрический ток в металлах?

А. свободные электроны
Б. положительные ионы
В. отрицательные ионы

4. Какое действие тока используется в гальванометрах?

А. тепловое
Б. химическое
В. магнитное

5. Сила тока в цепи электрической плитки равна 1,4 А. Какой электрический заряд проходит через поперечное сечение ее спирали за 20 мин?

А. 3200 Кл
Б. 1680 Кл
В. 500 Кл

6. На какой схеме (рис. 62) амперметр включен в цепь правильно?

А. 1
Б. 2
В. 3

7. При прохождении по проводнику электрического заряда, равного 6 Кл, совершается работа 660 Дж. Чему равно напряжение на концах этого проводника?

А. 110 В
Б. 220 В
В. 330 В

8. На какой схеме (рис. 63) вольтметр включен в цепь правильно?

А. 1
Б. 2

9. Два мотка медной проволоки одинакового сечения имеют соответственно длину 50 и 150 м. Какой из них обладает большим сопротивлением и во сколько раз?

А. первый в 3 раза
Б. второй в 3 раза

10. Какова сила тока, проходящего по никелиновой проволоке длиной 25 см и сечением 0,1 мм², если напряжение на ее концах равно 6 В?

А. 2 А
Б. 10 А
В. 6 А

Вариант 2

1. Электрический ток в металлах представляет собой …

А. движение электронов
Б. упорядоченное движение заряженных частиц
В. упорядоченное движение свободных электронов

2. В источниках тока в процессе работы происходит …

А. создание электрических зарядов
Б. создание электрического тока
В. разделение электрических зарядов

3. Какие частицы находятся в узлах кристаллической решетки металлов?

А. отрицательные ионы
Б. положительные ионы
В. электроны

4. Какое действие тока используется в электрических лампах?

А. тепловое
Б. химическое
В. магнитное

5. Через нить лампочки карманного фонаря каждые 10 с протекает заряд, равный 2 Кл. Какова сила тока в лампочке?

А. 20 А
Б. 0,2 А
В. 2 А

6. На какой схеме (рис. 64) амперметр включен в цепь неправильно?

А. 1
Б. 2

7. Каково напряжение на автомобильной лампочке, если при прохождении через нее заряда, равного 100 Кл, была совершена работа 1200 Дж?

А. 12 В
Б. 24 В
В. 100 В

8. На какой схеме (рис. 65) вольтметр включен в цепь неправильно?

А. 1
Б. 2

9. Два куска алюминиевой проволоки одинаковой длины имеют соответственно площадь поперечного сечения 1 мм² и 3 мм². Какой из них обладает меньшим сопротивлением и во сколько раз?

А. первый в 3 раза
В. второй в 3 раза

10. Сила тока в стальном проводнике длиной 140 см и площадью поперечного сечения 0,2 мм² равна 250 мА. Каково напряжение на концах этого проводника?

А. ≈ 1,5 В
Б. ≈ 0,5 В
В. ≈ 0,26 В

Ответы на тест по физике Сила тока. Напряжение. Сопротивление. Закон Ома для участка цепи 8 класс
Вариант 1
1-Б
2-А
3-А
4-В
5-Б
6-А
7-А
8-А
9-В
10-Б
Вариант 2
1-В
2-В
3-Б
4-А
5-Б
6-А
7-А
8-А
9-Б
10-В

Контрольная работа по физике на тему «Законы постянного тока»

Предмет: физика

Класс: 10 класс, 1 курс СПО

Тема: «Законы постоянного тока»

Инструкция к контрольной работе

Контрольная работа предназначена для контроля знаний, учащих 10 класса (студентов 1 курса СПО) по теме «Законы постоянного тока». Контрольная работа представлена в форме теста. На выполнение теста отводится 45 минут. Работа включает в себя 22 задания и представлена в 4-х вариантах. Необходимо выбрать один правильный вариант ответа в каждом вопросе. Ответы теста следует внести в следующую таблицу:

Вариант___

Вопрос	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22
Ответ

Контрольная работа «Законы постоянного тока»

Вариант 1

1. Электрическим током называется…

1) движение электронов.

2) упорядоченное движение заряженных частиц.

3) упорядоченное движение электронов.

В источниках тока в процессе работы происхl

электромагнетизм — Что такое «электрическое поле вызывает ток в проводнике (металлической проволоке)»?

Мне непонятно понятие «электрическое поле вызывает ток в проводнике (металлической проволоке)». Во многих учебниках говорится, что свободные электроны в металлической проволоке перемещаются электрическим полем (электростатическим?), Образуя электрический ток.

1) Если есть какое-либо электростатическое поле вне проводника, внутри этого проводника это поле равно нулю (= отсутствует).

2) Ток в проводе появляется только тогда, когда цепь «замкнута», но электростатическое поле существует, даже если у нас есть только один (скажем, только положительный) заряд (положительный штекер силовой батареи), нам не нужны два заряда — источники поля (положительные и отрицательные).

3). Положительный штекер силовой батареи является источником электростатического поля (заряжается положительно — это как «точечный заряд», создающий электростатическое поле). Если мы подключим к нему металлический стержень (цепь не замкнута), в этом стержне не будет тока, хотя у нас есть электростатическое поле (положительная вилка аккумулятора) и свободные электроны внутри стержня.

4). Это «загадочное» электростатическое поле, которое перемещает электроны в замкнутом проводе, представляет собой композицию (суперпозицию) двух отдельных полей, созданных двумя «точечными зарядами» — положительной и отрицательной вилками автомобильного аккумулятора.У меня проблемы с визуализацией такого результирующего поля …

5) Металлический стержень кладу ровно между плюсовой и минусовой клеммами аккумулятора, но с миллиметровым зазором (стержень не касается обеих клемм). Есть почти такое же электростатическое поле — та же конфигурация = места в пространстве источников поля-зарядов (положительный и отрицательный штекеры), но нет тока, значит, внутри проводника нет электростатического (электрического) поля? Почему появляется при контакте (без разрыва)?

6) Это обсуждение усугубляет мою путаницу — в сверхпроводнике (идеальном проводнике) ток существует без какого-либо электрического (электростатического?) Поля.А электрическое поле вызывает ток только в неидеальных проводниках (не в сверхпроводниках).

П.С. А какое «электрическое поле» вызывает ток в проводнике? Электростатический или ЭДС (электромагнитный, когда заряды движутся, хотя изначально свечи-источники поля не перемещаются). А движущиеся электроны внутри стержня создают магнитное поле, верно? Любая движущаяся заряженная частица создает магнитное поле. Но поскольку это магнитное поле не изменяется (поток не изменяется, если ток постоянный), это магнитное поле (флуктуации) не генерирует никакого (вихревого) электрического поля, поэтому не должно быть ЭДС (электромагнитного) поля, только электростатическое. (+ магнитный).

Подскажите, пожалуйста, что полностью нарушает мое мышление? Я не понимаю физически, как «напряжение батареи создает электрическое поле внутри проводника».

Здесь дается интересная информация: электростатическое поле внутри проводника объясняется градиентом поверхностного заряда по всей длине металлической проволоки.

электромагнетизм — Может ли электрическое поле генерировать ток?

Мой вопрос: — Могу ли я непосредственно воздействовать на электрическое поле рядом с катушкой с медным проводом и генерировать ток в этом проводе?

Я думаю, что вы, вероятно, сбиты с толку, думая, что в электрическом поле, создаваемом движущимся магнитным полем, есть что-то уникальное по сравнению с индуцированным током в катушке с проволокой.Электрические поля всегда ответственны за протекание электрического тока в проводах. Возьмите батарейку размера АА. Вы этого не видите, но между противоположными концами батареи есть невидимое электрическое поле. Перпендикулярно невидимым линиям электрического поля расположены невидимые плоскости эквипотенциального напряжения. Разность потенциалов между двумя концами батареи составляет 1,5 В.

Теперь возьмите медный провод и прикоснитесь противоположными концами провода к двум концам батареи. Из-за электрического поля между двумя концами батареи через провод будет протекать электрический ток. Этот электрический ток по существу не отличается от электрического тока, протекающего через медный провод в вашем примере. В обоих случаях возникает ток, возникающий в ответ на электрическое поле. Единственное принципиальное отличие состоит в том, что в одном случае электрическое поле индуцируется изменяющимся магнитным полем, а в другом — электрическое поле из-за электрохимии батареи AA.

Вам также могут быть интересны электрические поля, создаваемые не такими объектами, как батареи, а статическим электричеством.Если вы потрете резиновый шар о кусок ткани так, что он будет заряжен статическими зарядами противоположной полярности, возникнет ли электрическое поле между воздушным шаром и тканью? Да. Можете ли вы заставить ток течь по медному проводу из-за этого электрического поля? Да. Просто возьмите кусок медной проволоки и прикоснитесь одним концом к воздушному шарику, а другим концом к ткани. Электрический ток будет течь через провод — но только на короткое время, потому что движение электронов через провод уменьшит разницу зарядов между воздушным шаром и тканью и, следовательно, электрическое поле между воздушным шаром и тканью.Когда электрическое поле уменьшается до нуля, ток прекращается. Это может произойти очень быстро. Ситуация с батареей AA немного отличается в том, что батарея «самовосполняет» свое электрическое поле (за счет электрохимической активности), даже когда провод, прикрепленный к концам батареи, перемещает электрический заряд с одного конца батареи на другой. Вот почему ток продолжает течь по батарее, но не по статически заряженным объектам.

Электрический ток | Encyclopedia.com

Электрический ток обычно рассматривается как поток электронов.Когда два конца батареи соединяются друг с другом с помощью металлического провода, электроны выходят из одного конца (электрода или полюса) батареи через провод к противоположному концу батареи.

Электрический ток можно также рассматривать как поток положительных «дырок». «Дыра» в этом смысле — это область пространства, где обычно можно найти электрон, но не существует. Отсутствие отрицательного заряда электрона можно рассматривать как создание положительно заряженной дыры.

В некоторых случаях электрический ток может также состоять из потока положительно заряженных частиц, известных как катионы. Катион — это просто атом или группа атомов, несущих положительный заряд.

Измерение тока

Ампер (ампер) используется для измерения величины протекающего тока. Отделение было названо в честь французского математика и физика Андре Мари Ампера (1775–1836), основавшего современные исследования электрических токов. Ампер определяется как количество электронов, которые проходят через любую заданную точку за определенную единицу времени.Поскольку электрический заряд измеряется в кулонах, точное определение ампера — это количество кулонов, которые проходят через заданную точку каждую секунду.

Характеристики электрического тока

Разность потенциалов. Для протекания электрического тока необходимо выполнение ряда условий. Во-первых, между двумя точками должна существовать разность потенциалов. Термин разность потенциалов (или напряжение) означает, что сила, создаваемая группой электронов в одном месте, больше, чем сила электронов в другом месте.Большая сила отталкивает электроны от первого места ко второму.

Потенциальные различия обычно не встречаются в природе. В большинстве случаев распределение электронов в окружающем нас мире довольно равномерное. Однако ученые изобрели определенные виды устройств, в которых электроны могут накапливаться, создавая разность потенциалов. Например, батарея — это не что иное, как устройство для производства больших масс электронов на одном электроде (точка, из которой отправляется или принимается электрический ток) и недостатка электронов на другом электроде.Эта разница объясняет способность батареи генерировать разность потенциалов или напряжение.

Электрическое сопротивление. Второе условие, необходимое для протекания тока, — это путь, по которому могут перемещаться электроны. Некоторые материалы могут обеспечить такой путь, а другие — нет. Материалы, которые пропускают электрический ток, называются проводниками. Те, которые блокируют прохождение электрического тока, называются непроводниками или изоляторами. Металлический провод, соединяющий два полюса батареи в приведенном ранее примере, обеспечивает путь для движения электронов от одного полюса батареи к другому.

Электропроводность материалов — это внутреннее (или естественное) свойство, основанное на их сопротивлении движению электронов. Электроны в некоторых материалах связаны химическими связями и не могут проводить электрический ток. В других материалах большое количество электронов свободно перемещается, и они легко передают поток электронов.

Электрическое сопротивление (или удельное сопротивление) измеряется в единицах, известных как ом (Ом). Устройство было названо в честь немецкого физика Георга Симона Ома (1789–1854), первого человека, выразившего законы электропроводности.Противоположностью сопротивлению является проводимость, свойство, которое измеряется единицей, называемой mho (ом, записанный наоборот).

Сопротивление куска провода, используемого в электрической цепи, зависит от трех факторов: длины провода, его площади поперечного сечения и удельного сопротивления материала, из которого он сделан. Чтобы понять влияние электрического сопротивления, представьте себе воду, текущую по шлангу.

Количество воды, протекающей по шлангу, аналогично току в проводе.Подобно тому, как через толстый пожарный шланг может пройти больше воды, чем через тонкий садовый шланг, толстая металлическая проволока может пропускать больше тока, чем тонкая металлическая проволока. У провода чем больше площадь поперечного сечения, тем меньше его сопротивление; чем меньше площадь поперечного сечения, тем больше его сопротивление.

Аналогичное сравнение можно провести и по длине. Воду сложнее течь по длинному шлангу просто потому, что она должна течь дальше. Точно так же току труднее пройти по длинному проводу, чем по короткому.

Удельное сопротивление — это свойство материала, из которого изготовлен сам провод, которое различается от материала к материалу. Представьте, что вы наполняете пожарный шланг патокой, а не водой. Меласса будет течь медленнее просто из-за ее вязкости (липкости или сопротивления течению). Точно так же электрический ток проходит через некоторые металлы (например, свинец) с большим трудом, чем через другие металлы (например, серебро).

Электрические цепи

В большинстве случаев путь, по которому проходит электрический ток, известен как электрическая цепь.Как минимум, схема состоит из (1) источника электронов (например, батареи), который будет обеспечивать разность потенциалов, и (2) пути, по которому могут перемещаться электроны (например, металлической проволоки). Вспомните, что разность потенциалов (или напряжение) означает большую силу электронов в одном месте, чем в другом; эта большая сила толкает электроны к месту с меньшей силой.

Для любого практического (или полезного) применения ток также требует (3) устройства, работа которого зависит от протекания электрического тока.К таким приборам относятся электрические часы, тостеры, радио, телевизоры и различные типы электродвигателей. Во многих случаях электрические цепи также содержат (4) какой-то измеритель, который показывает величину электрического тока или разность потенциалов в цепи. Наконец, схема, вероятно, будет включать (5) различные устройства для управления потоком электрического тока, такие как выпрямители, трансформаторы, конденсаторы и автоматические выключатели.

Приборы можно включать в электрическую цепь одним из двух способов.В последовательной цепи ток течет через приборы один за другим. В параллельной цепи входящий ток разделяется и передается через каждую отдельную цепь независимо.

Важным преимуществом параллельных цепей является их устойчивость к повреждениям. Предположим, что какой-либо из приборов в последовательной цепи поврежден, и ток не может течь через него. Этот пробой предотвращает протекание тока в любом из приборов. При параллельной схеме такой проблемы не возникает.Если одно из устройств в параллельной цепи выходит из строя, ток все равно продолжает течь через другие устройства в цепи.

Принципиальная математическая зависимость, управляющая протеканием электрического тока в цепи, была обнаружена Омом в 1827 году. Закон Ома гласит, что величина тока (i) в цепи напрямую связана с разностью потенциалов (V) и обратно пропорциональна сопротивление (r) в цепи. Другими словами, i = V / r. Закон Ома гласит, что увеличение разности потенциалов

или уменьшение сопротивления приводит к увеличению тока.И наоборот, уменьшение разности потенциалов или увеличение сопротивления приводит к уменьшению тока. Чем сложнее становится электрическая цепь, тем труднее становится применить закон Ома.

Поток тока и поток электронов

Область электротехники обременена странной проблемой, которая возникла более 200 лет назад. Когда ученые впервые изучили поток электрического тока из одного места в другое, они считали, что этот поток создается движением крошечных частиц.Поскольку электрон еще не был обнаружен, они предположили, что эти частицы несут положительный заряд.

Сегодня мы знаем иначе. Электрический ток — это поток отрицательно заряженных частиц: электронов. Но обычай отображать электрический ток как положительный существует уже давно и до сих пор широко используется. По этой причине нередко можно увидеть электрический ток в виде потока положительных зарядов, хотя мы уже давно знаем это лучше.

Описанный до сих пор тип электрического тока — постоянный ток (DC).Постоянный ток всегда включает в себя движение электронов из области с высоким отрицательным зарядом в область с более низким отрицательным зарядом. Электрический ток, производимый батареями, является постоянным.

Интересно, что подавляющее большинство электрического тока, используемого в практических целях, — это переменный ток (AC ток). Переменный ток — это ток, который очень быстро меняет направление своего протекания. В Северной Америке, например, коммерческие линии электропередач работают с частотой 60 герц.(Герц — это единица измерения частоты.) В линии с частотой 60 Гц ток меняет свое направление 60 раз каждую секунду.

Также широко используются другие типы переменного тока. За пределами Северной Америки чаще встречается линия электропередачи на 50 герц. А в самолетах переменный ток обычно составляет 400 герц.

[ См. Также Электричество; Электродвигатель ]

Открытые учебники | Сиявула

Математика

Наука

• • Читать онлайн

  • Учебники

    • Английский

      • Класс 7A

      • Марка 7Б

      • 7 класс (A и B вместе)

    • Африкаанс

      • Граад 7А

      • Граад 7Б

      • Граад 7 (A en B saam)

  • Пособия для учителя

• • Читать онлайн

  • Учебники

    • Английский

      • Марка 8A

      • Сорт 8Б

      • Оценка 8 (вместе A и B)

    • Африкаанс

      • Граад 8А

      • Граад 8Б

      • Граад 8 (A en B saam)

  • Пособия для учителя

• • Читать онлайн

  • Учебники

    • Английский

      • Марка 9А

      • Марка 9Б

      • 9 класс (A и B вместе)

    • Африкаанс

      • Граад 9А

      • Граад 9Б

      • Граад 9 (A en B saam)

  • Пособия для учителя

• • Читать онлайн

  • Учебники

    • Английский

      • Класс 4A

      • Класс 4Б

      • Класс 4 (вместе A и B)

    • Африкаанс

      • Граад 4А

      • Граад 4Б

      • Граад 4 (A en B saam)

  • Пособия для учителя

• • Читать онлайн

  • Учебники

    • Английский

      • Марка 5А

      • Марка 5Б

      • Оценка 5 (вместе A и B)

    • Африкаанс

      • Граад 5А

      • Граад 5Б

      • Граад 5 (A en B saam)

  • Пособия для учителя

• • Читать онлайн

  • Учебники

    • Английский

      • Марка 6А

      • Марка 6Б

      • 6 класс (A и B вместе)

    • Африкаанс

      • Граад 6А

      • Граад 6Б

      • Граад 6 (A en B saam)

  • Пособия для учителя

Наша книга лицензионная

Эти книги не просто бесплатные, они также имеют открытую лицензию! Один и тот же контент, но разные версии (брендированные или нет) имеют разные лицензии, как объяснено:

CC-BY-ND (фирменные версии)

Вам разрешается и поощряется свободное копирование этих версий. Вы можете делать ксерокопии, распечатывать и распространять их сколько угодно раз. Вы можете скачать их на свой мобильный телефон, iPad, ПК или флешку. Вы можете записать их на компакт-диск, отправить по электронной почте или загрузить на свой веб-сайт. Единственное ограничение заключается в том, что вы не можете адаптировать или изменять эти версии учебников, их содержание или обложки каким-либо образом, поскольку они содержат соответствующие бренды Siyavula, спонсорские логотипы и одобрены Департаментом базового образования. Для получения дополнительной информации посетите Creative Commons Attribution-NoDerivs 3.0 Непортированный.

Узнайте больше о спонсорстве и партнерстве с другими, которые сделали возможным выпуск каждого из открытых учебников.

CC-BY (версии без марочного знака)

Эти небрендовые версии одного и того же контента доступны для вас, чтобы вы могли делиться ими, адаптировать, преобразовывать, модифицировать или дополнять их любым способом, с единственным требованием — дать соответствующую оценку Siyavula. Для получения дополнительной информации посетите Creative Commons Attribution 3.0 Unported.

Провода и кабели

Провода, как мы определяем здесь:
используется для передачи электричества или электрических сигналов.Провода
бывают разных форм и сделаны из разных материалов. Они могут показаться простыми, но инженеры
известно о двух
важные моменты:

-Электричество в длинных проводах, используемых для передачи, ведет себя совсем иначе , чем в коротких
провода, используемые в конструкции устройств

-Использование проводов в цепях переменного тока вызывает всевозможные проблемы , например
скин-эффект и эффекты близости.

1. Удельное сопротивление / импеданс
2. Скин-эффект
3. Типы конструкций проводов
4. Подробнее о материалах проводов
5. Изоляция проводов

1.) Поведение электричества
в проводах: сопротивление и импеданс

Важно знать, имеете ли вы дело с постоянным или переменным током в данном проводе. Мощность переменного тока
имеет очень сложную физику, которая вызывает некоторые странные эффекты. Это была одна из причин, почему
Электроэнергия переменного тока была разработана в 1890-х годах, намного позже мощности постоянного тока. Инженеры любят
С.П. Штейнмецу пришлось
сначала разберитесь в математике и физике.

Питание переменного тока:

В переменном токе ток любит путешествовать рядом
поверхность проволоки (скин-эффект). Мощность переменного тока в проводе также вызывает
вокруг него формируется магнитное поле (индуктивность). Это поле влияет на другие
соседние провода (например, в обмотке), вызывающие

эффект близости. Со всеми этими свойствами необходимо иметь дело
при проектировании цепи переменного тока.

Питание постоянного тока:

В питании постоянного тока ток проходит через весь провод.

Размер проводника и материал (питание переменного и постоянного тока):

Электричество легче передается в местах с высокой проводимостью.
элементы, такие как медь, серебро или золото, менее проводящие
Чем больше диаметр материала, тем больше должен быть диаметр, чтобы выдерживать такую ​​же токовую нагрузку.

Инженеры выбирают правильно
диаметр проволоки для работы, повышение тока в проволоке увеличивает удельное сопротивление и выделяет больше тепла.
Как вы увидите на схеме ниже, медь
может выдерживать больший ток, чем алюминий, при той же нагрузке.

Внизу: Когда сэр Хамфри
Дэви пропустил большой ток через тонкий платиновый провод в 1802 году, когда он светился.
и сделал первую лампу накаливания!
но всего через несколько секунд проволока расплавилась и испарилась из-за
тепло, вызванное сопротивлением в проводе.

Качество материала: примеси и кристаллы:

Большинство материалов содержат примеси.
В меди содержание кислорода и других материалов в меди влияет на проводимость,
поэтому медь, из которой будет сделан электрический провод, легируется по-другому.
чем медь, которая скоро станет водопроводом.

Металлы кристаллические (как вы увидите в нашем видео о меди).
Монокристаллическая медь или алюминий лучше
проводимость, чем у поликристаллических металлов, однако крупнокристаллическая медь очень дорога в
производят и используются только в высокопроизводительных приложениях.

Удельное сопротивление:

Сопротивление в проводе описывает возбуждение электронов в проводе.
материал проводника. Это возбуждение приводит к выделению тепла и потере эффективности.
На раннем этапе создания постоянного тока Томас Эдисон не мог послать свою энергию на большие расстояния без использования
медные провода большого диаметра за счет сопротивления на расстоянии. Это сделало мощность постоянного тока
не рентабельно и допускает рост мощности переменного тока.

Измерительные инструменты:

Инженеры используют закон Ома
чтобы рассчитать, какое сопротивление будет иметь данный провод. Это говорит нам, сколько энергии мы
потеряет на расстоянии.

I = V / R А = Вольт, деленное на сопротивление

Формулы сопротивления и проводимости:

Сопротивление = удельное сопротивление / площадь поперечного сечения

Проводимость = 1 / Сопротивление

При хорошем сопротивлении:

Создание
Тепло в проводе обычно является признаком потери энергии, однако в вольфрамовом
или танталовой проволоки, тепло заставляет проволоку светиться и производить свет, который
может быть желательным. Вольфрам используется для изготовления нитей
потому что он имеет очень высокую температуру плавления. Проволока может сильно нагреться и
ярко светятся, не таять. Вольфрам очень плохо подходит для передачи энергии
поскольку большая часть прошедшей энергии теряется в виде тепла и света.

По мощности
передачи мы ищем как можно более низкое удельное сопротивление, мы хотим
для передачи энергии на большие расстояния без потери энергии из-за тепла.
Мы измеряем сопротивление в проводе в Ом на 1000 футов или метров.
Чем дольше электричество должно пройти, тем больше энергии оно теряет.

Сверхпроводящий провод и сопротивление:

Вверху: сверхпроводящий проволоку можно превратить в металлическую «ленту»

Вверху: Карл Роснер, Марк Бенц и другие
использовали специальные катушки сверхпроводящего провода для производства всего мира
первый магнит на 10 тесла.Вместо меди используются ниобий и олово
поскольку материалы работают по-разному при разных температурах.

Одно из отличных решений для передачи энергии — это сверхпроводники.
Когда металл становится очень холодным (приближаясь к абсолютному нулю), он приобретает
проводимость бесконечности. В какой-то момент сопротивления вообще нет.
Были экспериментальные сверхпроводящие линии высокого напряжения, которые
смогли передавать мощность практически без потерь, однако технология
недостаточно развит, чтобы быть рентабельным.

Магнитные поля (индуктивность и импеданс):

Каждый провод, используемый для передачи переменного тока, создает магнитное поле, по которому течет ток. В
магнитное поле визуализируется концентрическими кольцами вокруг поперечного сечения
провода, каждое кольцо ближе к проводу имеет более прочный
магнитная сила.
Магнитные поля полезны для создания очень сильных магнитов (когда они находятся в катушке) i.е. изготовление двигателей
и генераторы, однако эти магнитные поля нежелательны в линиях электропередачи.

В то время как сопротивление провода может препятствовать прохождению тока и выделять тепло, индуктивность
провод / линия передачи также могут препятствовать прохождению тока, но это сопротивление
не выделяет тепла, так как энергия «теряется» при создании магнитного поля, а не
чем возбуждение электронов в материале. Этот импеданс называется реактивным сопротивлением переменного тока.
Схемы.Мы использовали слово «потерянный», однако сила на самом деле не потеряна, она используется для создания магнитного поля.
поле и возвращается, когда магнитное поле схлопывается.

2.) Кожный эффект:

В сети переменного тока электроны любят течь по
вне провода. Это потому, что изменение тока вперед и назад
вызывает вихревые токи, которые приводят к вытеснению тока к поверхности.

Глубина кожи

Глубина скин-слоя — это фиксированное число для данной частоты, удельного сопротивления и диэлектрической проницаемости.Чем выше частота переменного тока в системе, тем сильнее сжимается ток.
на внешней стороне провода, поэтому провод, который используется с частотой 60 Гц при заданном напряжении, будет
не будет нормально на 200 МГц. Инженеры всегда должны
При проектировании цепей учитывайте скин-эффект. Увидеть
сайт Википедии для
формула, используемая для расчета глубины скин-слоя.

Вверху: инженеры преодолевают скин-эффект с помощью изолированного многожильного провода. Если вы сделаете отдельные пряди равными одной толщине скин-слоя, большая часть тока будет протекать по всей поперечное сечение, и вы используете всю медь. Обратной стороной является то, что ваш провод должен иметь больший размер. диаметр, так как вам нужно все дополнительное пространство для утепления. По мере того, как проволочные пряди становятся меньше в диаметре, а изоляция остается той же толщины, соотношение площади меди к изоляции может стать меньше единицы, тогда у вас будет больше изоляции, чем медь в обмотке или кабеле.

Ниже: более высокая частота переменного тока = меньшая глубина скин-слоя. «Более быстрый» ток чередуется вперед и назад
тем больше вихревых токов он создает. Эта высокая частота
блок питания работает в диапазоне МГц, обратите внимание на специальный провод, используемый на
право. Провод кажется многожильным и оголенным, но это не так,
он имеет прозрачное эмалевое покрытие, изолирующее его, поэтому каждая небольшая жилка
несет свою часть тока, при этом ток идет снаружи
каждой пряди.Это дает большую площадь поверхности в целом и позволяет
большое количество тока для прохождения.

Вверху: Компактный люминесцентный легкая электроника, трансформатор очень маленький и спроектирован очень дешево. Эти детали часто выходят из строя до окончания типичного жизненный цикл агрегата »

Инженеры и затраты Сберегательный дизайн: Инженеры используют математику для расчета «глубины скин-слоя», чтобы узнать, сколько проволоки используется для проведения электричества. Это важная часть инженеров-электриков работают над проектированием энергосистем. Этот работа также связана с экономией средств, как могут понять инженеры какой калибр и какой тип провода использовать и сравнить с другие материалы и конфигурации. Старый электрический двигатели и генераторы из начало 20 века, как известно, длилось долгое время, потому что в то время инженеры могли спроектировать обмотки и тип провода для лучшей производительности, так как затраты на оборудование и машины были выше.Сегодня многие двигатели перегорают, потому что инженеры вынуждены использовать самый дешевый вариант — наименьшее количество материала который может выдерживать ток, однако, когда двигатель начинает при перегреве более тонкие провода из более дешевого материала быстрее сгорят. Балласты (трансформаторы) в современных системах освещения имеют общеизвестную короткий срок службы в целях снижения стоимости единицы продукции.

Практическое упражнение: Как затраты влияют на дизайн Вы можете увидеть и ощутите работу инженеров по проектированию проводов вокруг вашего дома.Просто найдите старые блоки питания или профессиональные блоки питания используется с дорогостоящими машинами или инструментами. Почувствуйте вес этих стеновые блоки или блоки питания. Теперь найдите детскую игрушку или мобильный телефон зарядное устройство. Почувствуйте, насколько легкими кажутся трансформаторы по сравнению с ними. Если вам повезет, вы можете найти два трансформатора, преобразующие мощность. от стены (120 или 220 В) на такое же напряжение постоянного тока для устройства. Если открыть корпус, можно увидеть разницу в размерах. калибра обмоток, а также от того, используют ли они медь или алюминий.Вы четко увидите, как влияет на дизайн общий предмет.

3.) Типы проводов:

Ниже: типов провода, используемого коммунальными предприятиями при передаче электроэнергии: Ниже: фиксированная проводка в домах и шнуры в динамиках, бытовая техника и телефонные системы.На рисунке ниже показаны старые провода, которые когда-то использовались в домах (кабель SJTWA и тип SE), и современные стандартный ромекс. ЭЛЕКТРОПРОВОДКА с 1880-х до наших дней: Вверху: 3 проводника подземный медный провод (сейчас редко) Внизу: плоская лента провод, используемый в сверхпроводящих магнитах

Лучший провод для вакансия: Все инженеры-электрики должны знать о проводах и думать об использовании правильной конструкции и материал для поставленной задачи.Вот факторы для определения конструкция проволоки: -Прочность (способность многократно сгибаться или сдавливаться веса) -Уровень напряжения и тока -Прочность подвески (способность долго удерживать собственный вес пролеты между опорами) -Подземный или подводный -Температура эксплуатации (например, сверхпроводящий проволока) -Стоимость Сплошная проволока: Преимущества: Меньшая площадь поверхности, подверженной коррозии Может быть жесткой и прочной Недостатки: Не годится при многократном сгибании, может сломаться при сгибании пятно Непрактично для высокого напряжения Многожильный провод: Вверху: многожильный динамик Провод, который есть в каждом доме Ниже: Специализированный сверхтолстый многожильный медный провод -Скрученный провод — много меньших проводов параллельно, можно скручивать вместе Преимущества: Отличный проводник для своего размера Недостатки: Вы можете подумать, что это будет хорошо для высокочастотного использования, потому что у него есть большая площадь поверхности на всех маленьких жилках проволоки, однако это хуже, чем сплошная проволока, потому что пряди соприкасаются друг друга, закорачивая, и поэтому провод действует как один больший проволока, и в ней много воздушных пространств, что обеспечивает большее сопротивление для типоразмера Плетеный провод: Преимущества: -Большая долговечность по сравнению с сплошным проводом -Лучшая проводимость, чем сплошной провод (большая площадь поверхности) -Может действовать как электромагнитный экран в шумоподавляющих проводах -Чем больше жил в проволоке, тем она гибче и прочнее. есть, но он стоит дороже Спец. провода: Сплошной с оплеткой снаружи или в некоторой их комбинации, эти провода используются для всех видов специальных применений. Коаксиальный кабель используется для передачи радио или кабельного телевидения. потому что по своей конструкции проводники с оплеткой и фольгой снаружи держать частоты в ловушке внутри. Экранирование предотвращает паразитная электромагнитная энергия от заражения области вокруг чувствительной приемники.

Ниже: Видео о типах проводов, используемых в электроэнергетических компаниях:

Практическое упражнение: Проволока Угадайка Соберите куски металлолома провода вокруг вашего дома или школьной мастерской, соберите короткие образцы разных типов.Теперь используйте приведенные выше диаграммы, чтобы выяснить, что вид проволоки, из чего она сделана, и перечислите ее применение каждый. Покажите это своему учителю и посмотрите, правильно ли вы угадали. Провод бывает так много экзотических видов, что вы можете оказаться с настоящей загадкой в ​​твоих руках. Используйте поиск в Интернете, чтобы попробовать чтобы идентифицировать все ваши образцы.

4.)
Проволочные материалы:

Наиболее распространенный материал для электрического провода — медь и алюминий ,
это не самые лучшие проводники, но они многочисленны и дешевы. Золото также используется в различных областях, поскольку оно устойчиво к коррозии.
Золото используется в электронике автомобильных подушек безопасности, чтобы гарантировать, что устройство
будет функционировать много лет спустя, несмотря на воздействие вредных элементов.

Вверху: золото, использованное в разъемы для микросхем Motorola

Золото обычно используется в контакте
области, потому что эта точка в системе более подвержена коррозии и
имеет больший окислительный потенциал.

Алюминий
обернутый вокруг стального центрального провода используется в передаче энергии, потому что
алюминий дешевле меди и не подвержен коррозии. Стальной центр
используется просто для прочности, чтобы удерживать проволоку на длинных участках. Выше
типичный кабель ACSR, используемый в воздушных линиях электропередач по всему миру.

Хорошие проводники,
твердое вещество при комнатной температуре:

Платина, серебро, золото, медь, алюминий

4.) ПРОВОДНАЯ ИЗОЛЯЦИЯ: Слева: Для эффективного обмотки двигателя или генератора должны быть плотно упакованы вместе, минимизация воздушных пространств. Провода, используемые в двигателях и генераторах, обычно покрыты эмалью, чтобы обмотки плотно прилегали друг к другу. Традиционная резиновая или полимерная изоляция сделает провод диаметром толще, это одна из причин, почему старые электродвигатели были больше и тяжелее современных моторов такой же мощности. Смотрите, как провод двигателя упакован и намотан в современный асинхронные двигатели в нашем видео здесь. Узнать больше о вся область электроизоляция на нашей странице здесь.

Практическое упражнение: Сжечь мотор! Вы заметили что когда моторчик игрушки сильно нагревается, он пахнет? Это испарение изоляции.Тепло разрушает все виды изоляции в конце концов, и в обмотке двигателя, когда изоляция становится слабой. два провода рядом друг с другом будут короткими, это приведет к возникновению дуги. и устройство сгорает. Если взять небольшой двигатель, о котором вы не заботитесь, вы можете намеренно сжечь его посмотреть, что происходит с обмотками. Вы можете сделать это, поставив больше рекомендованного напряжения через устройство или при работе мотор горячий в течение длительного периода времени.Проконсультируйтесь с электриком или инженер, чтобы безопасно выполнить это упражнение.

Статья, фото и видео М. Велана и В. Корнрумпфа

Источники:
Государственный университет Джорджии
Википедия
Волшебники Скенектади Карл Роснер. Технический центр Эдисона. 2008
Интервью с Руди Деном. Технический центр Эдисона. 2012
Видео с Денверским электродвигателем. Технический центр Эдисона. 2012
Видео с Энергетической ассоциацией Сан-Мигеля.Технический центр Эдисона. 2014 г.

Уильям Корнрумпф, инженер-электрик

Какие материалы проводят электричество? — Scientific American

Ключевые концепции
Электричество
Дирижер
Изолятор

Введение
Электричество питает многие устройства, которые вы используете каждый день. Эти устройства состоят из схем, от очень простых (например, лампа с одной лампочкой) до очень сложных (например, в компьютере).Попробуйте этот проект, чтобы построить свою собственную простую схему и использовать ее, чтобы проверить, какие обычные домашние материалы проводят электричество.

Справочная информация
Вы, наверное, часто слышите слово «электричество», но что оно означает на самом деле? В повседневном использовании электричество обычно относится к электрически заряженным частицам (называемым электронами), движущимся по металлическим проводам. Поток электричества называется током. Металлы, как правило, очень хорошие проводники, что означает, что они легко пропускают ток.Материалы, которые не пропускают ток, называются изоляторами. Большинство неметаллических материалов, таких как пластик, дерево и резина, являются изоляторами. Вы заметите это, если когда-нибудь подключили что-нибудь к розетке. Штыри на вилке и провод внутри шнура металлические, но они окружены пластиковой или резиновой изоляцией, поэтому вы не получите удара током при прикосновении к шнуру!

Электричество требует полного «контура» для прохождения тока. Это называется замкнутым контуром. Вот почему настенные розетки имеют два контакта, а батареи имеют два конца (положительный и отрицательный), а не один.Вы подключаете их обоих к цепи, и это создает полный цикл. Если контур вообще разрывается, он становится разомкнутым, и ток не течет.

В этом проекте вы построите свою простую схему, разобрав фонарик (разумеется, с разрешения). Вы будете использовать свою схему в качестве тестера, чтобы определить, являются ли домашние материалы проводниками или изоляторами. Когда вы подключаете цепь к проводнику, вы создаете замкнутую цепь и лампочка фонарика включается.Если вы подключите цепь к изолятору, у вас все равно будет разрыв, поэтому лампочка останется выключенной.

Материалы

• Фонарик (разбираемый)
• Батарейки для фонарика
• Три куска провода, которые можно разрезать и зачистить (дополнительную информацию см. В разделе «Процедура»).
• Линейка с метрическими размерами
• Изолента (и / или резинки)
• Ножницы или нож (и помощь взрослого)
• Ассортимент металлических и неметаллических бытовых материалов, которые можно проверить в вашей схеме

Препарат

• Для выполнения этого проекта вам понадобится три куска провода от старого электронного устройства.У вас может быть ящик для мусора, полный старых зарядных устройств для сотовых телефонов — они отлично подойдут. Вы также можете приобрести проволоку в хозяйственных магазинах или в некоторых магазинах для рукоделия.
• Отрежьте три куска проволоки длиной не менее 10 сантиметров каждый.
• Попросите взрослого использовать ножницы или острый нож, чтобы срезать примерно один сантиметр изоляции с концов каждого провода, обнажив металл внутри. (Для этого также существует специальный инструмент, называемый устройством для зачистки проводов. Вы или взрослый можете использовать их, если они есть.)
• Разберите фонарик. Удалите батарейки. Если есть возможность, открутите «головку» (ту часть, которая держит лампочку) и снимите тумблер. Большинство фонарей можно легко разобрать вручную, но для этого вам может потребоваться другой инструмент (например, отвертка) и / или помощь взрослого.
• Осторожно: Электричество из розеток очень опасно и может быть смертельно опасным. Никогда не разрезайте провод и не открывайте электронное устройство, подключенное к розетке.

Процедура

• Осмотрите фонарик изнутри и попытайтесь проследить цепь. Помните, что электричество требует протекания замкнутого контура. Схема в фонарике обычно идет от одного конца батарейного отсека через выключатель, затем через лампочку и обратно к другому концу батарейного отсека. Вы можете найти схему?
• Ваша первая цель — подключить батарейный отсек к лампочке двумя проводами. Это может потребовать некоторых усилий с вашей стороны — не все фонарики одинаковы. Сложно ли создать свой новый замкнутый контур?
• Батарейный отсек должен иметь положительный (+) и отрицательный (-) полюс. Изолентой прикрепите один конец провода к металлическим частям на каждом конце батарейного отсека. Обязательно плотно прижмите провода, чтобы они хорошо соприкасались. ( Совет: Если батарейки просто вставляются в корпус фонарика, а не удерживаются на месте зажимами или пружинами, используйте резинки, чтобы удерживать их вместе встык. когда снимаешь их с фонарика.)
• Теперь найдите два металлических контакта на корпусе лампы и соедините другие концы проводов с изолентой. Совет: Иногда вся внутренняя часть корпуса фонаря металлическая, и это служит одним из контактов. Удалось ли вам создать цепь и заставить лампочку загореться?
• Если вы правильно установили контакты, то лампочка должна загореться. Если лампочка не горит, не волнуйтесь! Вы можете проверить несколько вещей:
• У вас может быть светодиодный фонарик.LED означает светодиод. Светодиод — это особый тип лампочки, которая действует как односторонний клапан для электричества. Он загорается только тогда, когда его положительная (+) и отрицательная (-) стороны подключены правильно. Попробуйте изменить способ подключения двух проводов к аккумуляторной батарее и посмотрите, загорается ли он.
• Другая причина, по которой у вас может не светиться свет, заключается в том, что ваши провода могут плохо контактировать с металлом в цепи фонарика. Попробуйте зажать точки контакта пальцами или используйте что-нибудь, например, миниатюрные прищепки или зажимы для бумаг, чтобы сжать соединения.
• Теперь у вас должна быть рабочая цепь. По сути, вы вынули батарею и лампочку из корпуса фонарика и воссоздали схему, используя два провода. Вы можете использовать эту схему для проверки электропроводности бытовых материалов, добавив третий провод.
• Отсоедините провод от одного конца аккумуляторной батареи. Это создает разрыв цепи, и ваша лампочка должна погаснуть.
• Приклейте один конец третьего провода к этому концу аккумуляторной батареи. Теперь ваша схема должна состоять из трех проводов, два из которых имеют свободные концы.
• Соедините два свободных конца проводов вместе. Это должно снова создать замкнутую цепь, и ваша лампочка должна включиться.
• Проверьте, являются ли материалы проводящими, прикоснувшись к ним обоими свободными концами провода одновременно.
• Что произойдет, если вы прикоснетесь к металлическим предметам, например, к скрепкам или алюминиевой фольге? Если лампочка загорается, означает ли это, что материал является проводником или изолятором?
• Что произойдет, если вы прикоснетесь к неметаллическим предметам, таким как дерево, пластик или резина? Лампа горит или не горит?
• Extra: Можете ли вы найти в своем доме неметаллические проводящие материалы?

Наблюдения и результаты
После того, как вы разобрали фонарик, может потребоваться небольшая работа, чтобы реконструировать фонарик.Однако вы сможете заставить фонарик работать без выключателя питания, подключив батарейный отсек непосредственно к лампочке с помощью двух проводов. Добавление третьего провода позволяет создать «тестера». Когда вы касаетесь металлического предмета свободными концами провода, лампочка должна загореться, как обычно. Это работает, потому что металлические предметы являются проводниками, поэтому они создают замкнутую цепь. Когда вы касаетесь изоляционных материалов, таких как пластик, резина и дерево, цепь остается разомкнутой, поэтому лампочка остается выключенной, потому что ток не течет.

Иногда бывает трудно найти неметаллические проводящие материалы. К некоторым фонарикам подойдет графитовый стержень карандаша. Но графит имеет очень высокое сопротивление по сравнению с металлами, поэтому лампа может казаться очень тусклой или вообще не загораться.

Очистка
Соберите фонарик, если вам снова понадобится его использовать, или оставьте самодельный тестер проводимости!

Больше для изучения
Какие материалы являются лучшими проводниками, от приятелей науки
Движение электронов и зарядов, от Physics4Kids
Выработка электричества с помощью лимонной батареи, от Scientific American
Научная деятельность для всех возрастов, от друзей науки

Эта деятельность предоставлена ​​вам в сотрудничестве с Science Buddies

Проводники, изоляторы и поток электронов | Основные понятия электричества

Электроны атомов разных типов имеют разную степень свободы передвижения.В некоторых типах материалов, таких как металлы, внешние электроны в атомах настолько слабо связаны, что они хаотично перемещаются в пространстве между атомами этого материала не более чем под влиянием тепловой энергии комнатной температуры. Поскольку эти практически несвязанные электроны могут свободно покидать свои соответствующие атомы и плавать в пространстве между соседними атомами, их часто называют свободными электронами .

Проводники и изоляторы

В других типах материалов, таких как стекло, электроны атомов имеют очень небольшую свободу передвижения.Хотя внешние силы, такие как физическое трение, могут заставить некоторые из этих электронов покинуть свои соответствующие атомы и перейти к атомам другого материала, они не очень легко перемещаются между атомами внутри этого материала.

Эта относительная подвижность электронов в материале известна как электрическая проводимость . Электропроводность определяется типами атомов в материале (количество протонов в ядре каждого атома определяет его химическую идентичность) и тем, как атомы связаны друг с другом.Материалы с высокой подвижностью электронов (много свободных электронов) называются проводниками , в то время как материалы с низкой подвижностью электронов (мало или совсем нет свободных электронов) называются изоляторами . Вот несколько распространенных примеров проводников и изоляторов:

Проводники серебро медь золото алюминий утюг сталь латунь бронза ртуть графит грязная вода бетон

Изоляторы стекло каучук масло асфальт стекловолокно фарфор керамика кварц (сухое) хлопок (сухая) бумага (сухое) дерево пластик воздух алмаз чистая вода

Следует понимать, что не все проводящие материалы имеют одинаковый уровень проводимости, и не все изоляторы одинаково устойчивы к движению электронов.Электропроводность аналогична прозрачности некоторых материалов для света: материалы, которые легко «проводят» свет, называются «прозрачными», а те, которые этого не делают, — «непрозрачными». Однако не все прозрачные материалы одинаково светопроводят. Оконное стекло лучше, чем большинство пластиков, и, конечно, лучше, чем «прозрачное» стекловолокно. Так и с электрическими проводниками, одни лучше других.

Например, серебро является лучшим проводником в списке «проводников», предлагая более легкий проход для электронов, чем любой другой упомянутый материал.Грязная вода и бетон также считаются проводниками, но эти материалы обладают значительно меньшей проводимостью, чем любой металл.

Также следует понимать, что некоторые материалы изменяют свои электрические свойства в различных условиях. Например, стекло является очень хорошим изолятором при комнатной температуре, но становится проводником при нагревании до очень высокой температуры. Такие газы, как воздух, обычно изолирующие материалы, также становятся проводящими при нагревании до очень высоких температур.Большинство металлов при нагревании становятся хуже проводниками, а при охлаждении — лучше. Многие проводящие материалы становятся идеально проводящими (это называется сверхпроводимостью , ) при чрезвычайно низких температурах.

Электронный поток / Электрический ток

В то время как нормальное движение «свободных» электронов в проводнике является случайным, без определенного направления или скорости, электроны могут скоординированно перемещаться через проводящий материал. Это равномерное движение электронов и есть то, что мы называем электричеством или электрическим током .Чтобы быть более точным, его можно было бы назвать динамическим электричеством в отличие от статического электричества , которое представляет собой неподвижное накопление электрического заряда. Так же, как вода, текущая через пустоту трубы, электроны могут перемещаться в пустом пространстве внутри и между атомами проводника. На наш взгляд проводник может показаться твердым, но любой материал, состоящий из атомов, по большей части представляет собой пустое пространство! Аналогия с потоком жидкости настолько уместна, что движение электронов через проводник часто называют «потоком».”

Здесь можно сделать примечательное наблюдение. Поскольку каждый электрон равномерно движется через проводник, он толкает проводник впереди, так что все электроны движутся вместе как группа. Начало и остановка потока электронов на всем протяжении проводящего пути происходит практически мгновенно от одного конца проводника к другому, даже если движение каждого электрона может быть очень медленным. Примерная аналогия — трубка, заполненная встык мрамором:

Трубка полна шариков, так же как проводник полон свободных электронов, готовых к перемещению под внешним воздействием.Если один шарик внезапно вставляется в эту полную трубку с левой стороны, другой шарик немедленно попытается выйти из трубки справа. Несмотря на то, что каждый шарик прошел лишь небольшое расстояние, передача движения через трубку происходит практически мгновенно от левого конца к правому, независимо от длины трубки. С электричеством общий эффект от одного конца проводника до другого происходит со скоростью света: быстрые 186 000 миль в секунду !!! Однако каждый отдельный электрон проходит через проводник на , гораздо медленнее.

Электронный поток через провод

Если мы хотим, чтобы электроны текли в определенном направлении в определенное место, мы должны обеспечить им правильный путь, так же как водопроводчик должен установить трубопровод, чтобы вода текла туда, где он или она хочет, чтобы она текла. Чтобы облегчить это, провода изготовлены из металлов с высокой проводимостью, таких как медь или алюминий, самых разных размеров.

Помните, что электроны могут течь только тогда, когда у них есть возможность перемещаться в пространстве между атомами материала.Это означает, что электрический ток может присутствовать только там, где существует непрерывный путь из проводящего материала, обеспечивающий канал для прохождения электронов. В аналогии с мрамором шарики могут течь в левую сторону трубки (и, следовательно, через трубку) тогда и только тогда, когда трубка открыта с правой стороны, чтобы шарики могли вытекать. Если трубка заблокирована с правой стороны, шарики будут просто «скапливаться» внутри трубки, и мраморный «поток» не произойдет.То же самое верно и для электрического тока: непрерывный поток электронов требует наличия непрерывного пути, позволяющего этот поток. Давайте посмотрим на диаграмму, чтобы проиллюстрировать, как это работает:

Тонкая сплошная линия (как показано выше) является условным обозначением непрерывного отрезка проволоки. Поскольку проволока сделана из проводящего материала, такого как медь, составляющие ее атомы имеют много свободных электронов, которые могут легко перемещаться по проволоке. Однако в этом проводе никогда не будет непрерывного или равномерного потока электронов, если им не будет откуда взяться и куда идти.Добавим гипотетические «Источник» и «Назначение» электрона:

.

Теперь, когда Источник электронов проталкивает новые электроны в провод с левой стороны, поток электронов через провод может происходить (на что указывают стрелки, указывающие слева направо). Однако поток будет прерван, если токопроводящий путь, образованный проволокой, будет нарушен:

Проверка целостности цепи

Поскольку воздух является изолирующим материалом, а два куска провода разделяет воздушный зазор, некогда непрерывный путь был прерван, и электроны не могут течь от источника к месту назначения.Это похоже на разрезание водопроводной трубы на две части и закрытие ее сломанных концов: вода не может течь, если нет выхода из трубы. С точки зрения электричества, у нас было состояние электрической непрерывности , когда провод был цельным, а теперь эта непрерывность прервана из-за того, что провод был разрезан и отделен.

Если бы мы возьмем другой кусок провода, ведущего к Пункту назначения, и просто вступим в физический контакт с проводом, ведущим к Источнику, у нас снова будет непрерывный путь для движения электронов.Две точки на схеме обозначают физический контакт (металл-металл) между кусочками провода:

Теперь у нас есть непрерывность от Источника до вновь созданного соединения, вниз, вправо и вверх до Назначения. Это аналогично установке тройника в одну из закрытых труб и направлению воды через новый сегмент трубы к месту назначения. Обратите внимание на то, что через сломанный сегмент провода с правой стороны не проходят электроны, потому что он больше не является частью полного пути от Источника к Пункту назначения.

Интересно отметить, что из-за этого электрического тока внутри проводов не происходит «износа», в отличие от водопроводных труб, которые в конечном итоге подвергаются коррозии и изнашиваются из-за продолжительных потоков. Однако при движении электроны сталкиваются с некоторым трением, и это трение может генерировать тепло в проводнике. Это тема, которую мы рассмотрим более подробно позже.

ОБЗОР:

• В проводящих материалах внешние электроны в каждом атоме могут легко приходить или уходить и называются свободными электронами .