Электрический ток Источники тока Электрическая цепь и ее

Электрический ток. Источники тока. Электрическая цепь и ее составные части. Электрический ток в металлах. Действия электрического тока.

Знаете ли вы что… • Серьезный шаг в изучении электрических явлений в физике сделал ученый, избравший своей специальностью совсем другую область науки – анатомию. • Луиджи Гальвани возглавил кафедру анатомии в Болонье в 1759 году, когда ему было всего 22 года, и долгие годы спокойно и вдумчиво исследовал костное строение птиц. И, только, в 1790 году, когда ему уже исполнилось 53 года, сделал свое удивительное наблюдение в области электричества, благодаря которому его имя сохранилось в истории науки. Открытие Гальвани – целая цепь случайностей: заболевшей жене Гальвани прописали целительный бульон из лягушачьих лапок, Гальвани сам готовил этот бульон, чистил только что пойманную лягушку и случайно прикоснулся скальпелем к ее обнаженному нерву. Мышцы конечности вдруг сократились как будто от сильной судороги. Гальвани не останавливается на этом и соединяет скальпель с электрической машиной: сокращения мышц многократно увеличиваются. Он решает заменить «электрическую» машину более мощным источником электричества – молнией. Вот его оригинальный эксперимент: одна проволока, обвивающая мышцу лягушки, тянется в колодец, другая, соединенная с нервом задней лапки, закинута на крышу. Как только появлялись молнии – тотчас же мышцы приходили в сильные сокращения, которые совпадали по времени с молнией и предшествовали грому. Ученый делает вывод о присущем животном электричестве.

• 180 королевских гвардейцев в парадных мундирах в Версале в присутствии его Величества короля Франции берутся за руки и образуют большой круг. Вы удивлены, но мы с вами присутствуем при одном из публичных опытов с электричеством, столь модных во второй половине 18 века. Электрическая цепь из 180 гвардейцев по команде замыкалась. На одном конце цепи первый гвардеец дотрагивался рукой до металлической фольги, в которую была завернута банка (конденсатор), последний в цепи, прикасался к гвоздю, торчащему из пробки. Сильный электрический удар мгновенно чувствовали все гвардейцы. Было курьезно видеть разнообразие жестов и слышать вскрики, исторгаемые неожиданностью у большей части получающих удар. • То был, несомненно, научный опыт, доказавший без ведома и желания участников не только достаточно высокую проводимость человеческого тела по отношению к электрическому току, но даже один из законов электрических цепей, который будет установлен в лаборатории век спустя. Да, не случайно подпрыгивали королевские гвардейцы, не зря сокращались мышцы лягушки, не напрасно отнимали руку от лейденской банки первые исследователи, не только от испуга пальцы руки, случайно коснувшись обнаженных концов провода городской электросети в современной квартире, «отпрыгивают» назад! Все это происходит потому, что живой организм проводит, пропускает через себя

• • • Гальвани сообщил о своих наблюдениях в книге, которая называлась «Трактат о силах электричества при мышечном движении» . Появление этой книги вызвало огромный интерес в среде ученых. Опыты с лягушачьей лапкой стали повторять и физики, и химики, и философы, и врачи. Но лишь одному из них — итальянскому ученому Алессандро Вольта удалось понять истинную причину наблюдаемого эффекта. Лапка сокращается не потому, что в лягушке сосредоточено какое-то особое «животное» электричество (как считал Гальвани), а потому, что через нее проходит электрический ток, возникающий благодаря контакту двух проводников из разных металлов, — к такому выводу пришел Вольта после тщательных исследований этого явления. По мнению Вольта, лягушка в этих опытах нужна лишь как «электрометр, в десятки раз более чувствительный, чем даже самый чувствительный электрометр с золотыми листочками» . Поэтому тот же ток можно получить и без использования лягушки, если только позаботиться о том, чтобы разнородные металлы соприкасались с жидкостью, способной проводить электричество. И Вольта подтверждает свой вывод опытом на самом себе. Он соединил концы серебряной и оловянной проволочек между собой и коснулся их противоположными концами к своему языку. Появившийся при этом кисло-горький вкус означал, что по языку пошел ток. Если бы источником электричества была сама мышца языка, то вкус должен был бы ощущаться и тогда, когда металлы одинаковые; этого, однако, не происходило.

• Вольта продолжает опыты. Он берет две монеты из разного вещества и одну из них кладет себе на язык, а другую — под него. Соединив монеты проволочкой, он снова ощущает специфический вкус. • Наконец, в 1800 г. Вольта берет несколько десятков пар круглых пластин (из цинка и серебра) и, проложив между ними кружочки картона, смоченные соленой водой, располагает их в виде столба. Подсоединив к верхней и нижней пластинам столба провода, Вольта получает первый источник постоянного тока (вольтов столб).

• На демонстрации вольтова столба перед французскими учеными присутствовал Наполеон Бонапарт. Опыты Вольта произвели на присутствующих очень сильное впечатление. Поэтому неудивительно, что за свои исследования Вольта получил титул графа и стал рыцарем Почетного легиона. • В последующие годы источники тока непрерывно совершенствовались и в конце концов приобрели тот вид, к которому мы все привыкли

• Источники тока бывают различные, но во всяком из них совершается работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц. Разделенные частицы накапливаются на полюсах. У любого источника тока два полюса - положительный (+) и отрицательный (-).

• В источниках тока в процессе работы по разделению заряженных частиц происходит превращение механической, внутренней или какой-нибудь другой энергии в электрическую. • Тело человека и животных очень хорошо проводит электрический ток, поскольку содержит ионные растворы. Характер и глубина воздействия электрического тока на организм человека зависит от силы и рода тока и времени его действия, пути прохождения через тело человека, физического и психологического состояния последнего. Наибольшую опасность представляет прохождение тока через мозг и те нервные центры, которые контролируют дыхание и сердце человека. Смерть человека может наступить при силе тока 0, 1 А. (100 м. А). Особенно опасны участки, расположенные на висках, спине, тыльных сторонах рук, голенях, затылке и шее. Их сопротивление существенно меньше, чем у остальных частей тела. Самыми уязвимыми у человека являются, так называемые, акупунктурные точки на шее и мочках ушей: при ударе током в эти точки смертельным может оказаться даже напряжение 10 – 15 В.

• Сопротивление человеческого тела не имеет постоянного значения. Оно зависит от состояния человека, его кожи, наличия на ее поверхности пота, содержания алкоголя в крови. Сухая, огрубевшая кожа имеет высокое сопротивление, а тонкая, нежная и влажная – низкое. Снижается сопротивление и при различных повреждениях кожи (порезы, царапины, ссадины). При сухой и неповрежденной коже сопротивление тела человека от пальцев одной руки до пальцев другой составляет 100000 Ом и выше. Если же руки потные, то сопротивление между ними оказывается равным 1500 Ом и ниже. Каждому из этих случаев соответствует свое смертельное напряжение

ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА • Действия электрического тока - это те явления, которые вызывает электрический ток. По этим явлениям можно судить "есть" или "нет" в электрической цепи ток. • Тепловое действие тока. • - электрический ток вызывает разогревание металлических проводников (вплоть до свечения). • Химическое действие тока. • - при прохождении электрического тока через электролит возможно выделение веществ, содержащихся в растворе, на электродах. . - наблюдается в жидких проводниках. • Магнитное действие тока. • - проводник с током приобретает магнитные свойства. - наблюдается при наличии электрического тока в любых проводниках (твердых, жидких, газообразных).

А, знаете ли вы, что… ДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА. Физиологическое действие тока на ранней стадии развития науки об электричестве было единственным, о котором было известно ученым, и было основано на собственных ощущениях экспериментаторов. Одним из первых, кто ощутил на себе действие тока, был голландский физик П. Мушенбрук, живший в 18 веке. Получив удар током он заявил, что "не согласился бы подвергнуться ещё раз такому испытанию даже за королевский трон Франции. "

• Электрическая природа грозовых явлений была доказана в середине 18 в великими русскими учеными М. В. Ломоносовым и его другом Г. В. Рихманом. Они совместно проводили исследования атмосферного электричества. У себя дома Георг Рихман устроил экспериментальную установку по изучению грозовых разрядов — «громовую машину» . 26 июля 1753 г. во время сильной грозы, когда ученый приблизился к электрометру «грозовой машины» на расстояние 30 см, неожиданно из толстого железного прута прямо в него ударил бледно-синий огненный шар величиной с кулак. Это была шаровая молния. Раздался оглушительный взрыв и Рихман упал замертво. Ломоносов тяжело переживал смерть своего друга и сделал все от него зависящее, чтобы имя Георга Рихмана навсегда осталось в истории науки. Уже более 250 лет ученые изучают молнию, но пока еще им так и не удалось разгадать загадку убийцы Рихмана — загадку шаровой молнии.

• отрицательное действие тока: • Электрический ток вызывает изменения в нервной системе, выражающиеся в ее раздражении или параличе. При воздействии электрического тока возникают судорожные спазмы мышц. Принято говорить, что электрический ток человека "держит": пострадавший не в состоянии выпустить из рук предмет - источник электричества. • При поражении достаточно сильным электрическим током происходит судорожный спазм диафрагмы - главной дыхательной мышцы в организме - и сердца. Это вызывает моментальную остановку дыхания и сердечной деятельности. Действие электрического тока на мозг вызывает потерю сознания. Соприкасаясь с телом человека, электрический ток оказывает также тепловое действие, причем в месте контакта возникают ожоги III степени.

• Постоянный ток менее опасен, чем переменный в электросети, который даже под напряжением 220 В может вызвать очень тяжелое поражение организма. Действие электрического тока на человека усиливается при наличии промокшей обуви, мокрых рук, которым свойственна повышенная электропроводность. • При поражении молнией на теле пострадавшего возникает древовидный рисунок синюшного цвета. Принято говорить, что молния оставила свое изображение. В действительности при поражении молнией происходит паралич подкожных сосудов.

• положительное действие тока: • Электрошок - электрическое раздражение мозга , с помощью которого лечат некоторые психические заболевания. • Электрофорез – применяют при лечении простудных заболеваний. Дефибрилляторы - электрические медицинские приборы, используемые при восстановлении нарушений ритма сердечной деятельности посредством воздействия на организм кратковременными высоковольтными электрическими разрядами. Гальванизация - пропускание через организм слабого постоянного тока, оказывающего болеутоляющий эффект и улучшающий кровообращение.

Исторические факты: • 1. Электрические рыбы известны человечеству с древнейших времен. Еще Аристотель рассказывал своим ученикам, что электрический скат, обитающий в Средиземном море, "заставляет цепенеть животных, которых он хочет поймать, побеждая их силой удара, живущего в его теле". А древнеримский врач Скрибоний небезуспешно излечивал подагру стареющих римских патрициев с помощью "освежающего удара электрического угря". • 2. В древних архивах сохранились записи, свидетельствующие о том, что грозного императора Нерона, страдавшего ревматизмом, придворные врачи лечили электрованнами. Для этого в небольшую деревянную кадку с водой пускали рыб, способных испускать электрические разряды. Находясь в такой ванне, император в течение предписанного врачами времени подвергался действию электрических разрядов и полей. Лечение происходило успешно.

• Факт действия электрического тока на человека был установлен в последней четверти XVIII века. Опасность этого действия впервые установил изобретатель электрохимического высоковольтного источника напряжения В. В. Петров. Описание первых промышленных электротравм появилось значительно позже: в 1863 г. — от постоянного тока и в 1882 г. — от переменного.

Действия электрического тока

Электрический ток в металлах. • Металлы в твердом состоянии имеют кристаллическое строение. • В узлах кристаллической решётки металлов расположены положительные ионы, а в пространстве между ними движутся электроны. Электроны не связаны с ядрами своих атомов и движутся беспорядочно, поэтому их называют свободными. • Отрицательный заряд всех свободных электронов по абсолютному значению равен положительному заряду всех ионов решётки. Поэтому в обычных условиях металл электрически нейтрален. • Если в металлах создать электрическое поле, то свободные электроны начнут двигаться направленно под действием электрических сил. Возникает электрический ток. Все электроны начинают двигаться в одном направлении по всей длине проводника, но между ними сохраняется беспорядочное движение (стайка мошкары, движущаяся в сторону ветра).

Свободные электроны в металлах и положительные ионы

• Наиболее убедительное доказательство электронной природы тока в металлах было получено в опытах с инерцией электронов (опыт Толмена и Стьюарта): • Катушка с большим числом витков тонкой проволоки приводилась в быстрое вращение вокруг своей оси. Концы катушки с помощью гибких проводов были присоединены к чувствительному баллистическому гальванометру. Раскрученная катушка резко тормозилась, и в цепи возникал кратковременных ток, обусловленный инерцией носителей заряда. Полный заряд, протекающий по цепи, измерялся гальванометром.

Электрический ток в металлах – это упорядоченное движение свободных электронов • Скорость движения самих электронов в проводнике под действием электрического поля мала (несколько мм в секунду). • Но почему при замыкании электрической цепи лампочка загорается практически мгновенно? • Оказывается электрическое поле распространяется с огромной скоростью (близкой к скорости света С= 300 000 км/с) по всей длине проводника. Под действием электрического поля в упорядоченное движение приходят свободные электроны, находящиеся не только в подводящих проводниках, но и в спирали самой лампы.

• Наиболее убедительное доказательство электронной природы тока в металлах было получено в опытах с инерцией электронов. Идея таких опытов и первые качественные результаты (1913 г. ) принадлежат русским физикам Л. И. Мандельштаму и Н. Д. Папалекси. Л. И. Мандельштам Н. Д. Папалекси

• В 1916 году американский физик Р. Толмен и шотландский физик Б. Стюарт усовершенствовали методику этих опытов и выполнили количественные измерения, неопровержимо доказавшие, что ток в металлических проводниках обусловлен движением электронов

Запомни! • Человеческое тело – проводник. Если случайно человек окажется под напряжением 24 В, то в большинстве случаев он не избежит травмы или даже смерти. Поэтому любому человеку, имеющему дело с электричеством, надо помнить следующие правила: • 1. Очень опасно одновременное прикосновение двумя руками к двум оголённым проводам. • 2. Очень опасно прикосновение к оголённому проводу, стоя на земле, на сыром или цементном полу. • 3. Опасно пользоваться неисправными электроприборами. • 4. Нельзя собирать, разбирать, исправлять что-либо в электрическом приборе, не отключив его от источника питания. • 5. Нельзя проводить какие либо операции с электрической арматурой, не выключив её из сети.

Электрическая цепь Все устройства и объекты, входящие в состав электрической цепи, могут быть разделены на три группы: 1) Источники электрической энергии (питания). Общим свойством всех источников питания является преобразование какоголибо вида энергии в электрическую. Источники, в которых происходит преобразование неэлектрической энергии в электрическую, называются первичными источниками. Вторичные источники – это такие источники, у которых и на входе, и на выходе – электрическая энергия (например, выпрямительные устройства). 2) Потребители электрической энергии. Общим свойством всех потребителей является преобразование электроэнергии в другие виды энергии (например, нагревательный прибор). Иногда потребители называют нагрузкой. 3) Вспомогательные элементы цепи: соединительные провода, коммутационная аппаратура, аппаратура защиты, измерительные приборы и т. д. , без которых реальная цепь не работает.

Д/З • ЧИТАТЬ ПАРАГРАФЫ УЧЕБНИКА с 32 по 36 ВКЛЮЧИТЕЛЬНО • Уметь отвечать на вопросы задачника в разделе «электричество» параграфа 38 -39. • Выучить обозначения, применяемые в схемах электрической цепи. • Выполнить в рабочей тетради упражнение 13 задачи № 2, 3.