Лекция 2 Постоянный электрический ток Вопросы Постоянный

Лекция 2. Постоянный электрический ток Вопросы: • Постоянный электрический ток • Сила тока, напряжение, электрическое сопротивление • Закон Ома для участка цепи • Тепловое действие электрического тока. Закон Джоуля-Ленца

Вопрос 1 Всем вам хорошо известно словосочетание «электрический ток» , но чаще мы используем слово «электричество» Эти понятия давно и прочно вошли в нашу жизнь, что мы даже не задумываемся над их значением. Так что же они означают?

Вопрос 1 Электрический ток… Слово «ток» , что означает? Движение! А значит – «электрический ток» , это движение заряженных частиц

Вопрос 1 Рассмотрим наиболее простой случай направленного движения заряженных частиц – постоянный электрический ток. Для возникновения и существования постоянного электрического тока в веществе необходимо наличие свободных заряженных частиц При движении которых в проводнике происходит перенос электрического заряда с одного места в другое

Вопрос 1 Однако если заряженные частицы совершают беспорядочное тепловое движение, как например, свободные электроны в металле, то переноса заряда не происходит, а значит нет и электрического тока

Вопрос 1 Электрический ток возникает лишь при упорядоченном (направленном) движении заряженных частиц (электронов или ионов)

Вопрос 1 Обычно именно электрическое поле внутри проводника служит причиной, вызывающей и поддерживающей упорядоченное движение заряженных частиц. Если внутри проводника имеется электрическое поле, то между концами проводника существует разность потенциалов. Когда разность потенциалов не меняется во времени, в проводнике устанавливается постоянный электрический ток.

Вопрос 1 Значит, кроме заряженных частиц для существования электрического тока необходимо наличие электрического поля

Вопрос 1 Таким образом, установили два условия существования электрического тока: наличие свободных зарядов u наличие электрического поля u

Вопрос 1 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК — направленное упорядоченное движение заряженных частиц (электронов, ионов и др. ) Условно за направление электрического тока принимается направление движения положительных зарядов.

Вопрос 1 Действие тока Движение частиц в проводнике мы непосредственно не видим О наличии электрического тока приходится судить по тем действиям или явлениям, которые его сопровождают

Вопрос 1 Действие тока Тепловое действие электрического тока Проводник, по которому течет ток, нагревается (светится электрическая лампочка накаливания)

Вопрос 1 Действие тока Магнитное действие электрического тока Проводник с током притягивает или намагничивает тела (поворачивается перпендикулярно к проводу с током магнитная стрелка)

Вопрос 1 Действие тока Химическое действие электрического тока Электрический ток может изменять химический состав проводника, например, выделять его химические составные части (выделяются водород и кислород из подкисленной воды, налитой в U-образный стеклянный сосуд)

Вопрос 1 Повторим Действия электрического тока Тепловое действие Химическое действие Магнитное действие В электрических лампах тонкая вольфрамовая проволочка нагревается до яркого свечения В некоторых растворах кислот, солей, щелочей при прохождении через них э. т. наблюдается выделение веществ Когда цепь замкнута, железные предметы становятся магнитами. С исчезновением тока в цепи железный предмет размагничивается

Вопрос 2 Как заставить заряженные частицы двигаться упорядоченно? Нужна сила, действующая на них в определенном направлении. Как только эта сила перестает действовать, то упорядоченное движение частиц прекратится.

Вопрос 2 Так откуда берется такая сила? На заряженные частицы действует кулоновская сила F=q • E, которая непосредственно связана с электрическим полем.

Вопрос 2 Сила тока СИЛА ТОКА — скалярная физическая величина, применяемая для описания электрического тока и равная отношению абсолютного значения заряда, который проходит через поперечное сечение проводника за малый промежуток времени, к этому промежутку времени. Единица силы тока в СИ — ампер (А) Прибор, измеряющий силу тока - амперметр. Амперметр включают в цепь последовательно с тем прибором, силу тока в котором измеряют.

Вопрос 2 Сила тока Обратите внимание: если сила тока со временем не меняется, то ток называют постоянным. Сила тока может быть: u положительной величиной (I>0), если направление тока совпадает с условно выбранным положительным направлением вдоль проводника. u отрицательной величиной в противном случае (I<0)

Вопрос 2 Электрическое напряжение Напряжение - это физическая величина, характеризующая электрическое поле. Напряжение показывает, какую работу совершает электрическое поле при перемещении единичного положительного заряда из одной точки в другую. U равно отношению работы тока на данном участке к электрическому заряду, прошедшему по этому участку. Единица напряжения названа вольтом в честь итальянского учёного Алессандро Вольта, создавшего первый гальванический элемент. Напряжение измеряется вольтметром. Он включается в цепь параллельно к тому прибору, у которого нужно измерить напряжение.

Вопрос 2 Электрическое сопротивление физическая величина Обозначается буквой R. За единицу сопротивления принимают 1 Ом –сопротивление такого проводника, в котором при напряжении на концах 1 вольт сила тока равна 1 амперу. Причиной сопротивления является взаимодействие движущихся электронов с ионами кристаллической решетки. Разные проводники обладают различным сопротивлением из-за различия в строении их кристаллической решетки, из-за разной длины и площади поперечного сечения.

Сила тока – это физическая величина, равная… 1. … электрическому заряду, прошедшему в цепи через поперечное сечение проводника. 2. … электрическому заряду, прошедшему в цепи через поперечное сечение проводника за 1 с. 3. … электрическому заряду, перемещенному за 1 с от положительного полюса источника тока к отрицательному. Задание

Напряжение – это физическая величина, показывающая, какую работу совершает электрическое поле, перемещая…. 1. …по цепи электрические заряды. 2. …электрические заряды между двумя точками цепи. 3. …единичный положительный заряд от одного конца участка к другому. Задание

Сопоставь формулу единице измерения Формула Единицы измерения 1. Вольт (В) 2. Ом (Ом) 3. 3. Ампер (А) Задание

Вопрос 3 Закон Ома Зависимость силы тока от напряжения на концах участка цепи и сопротивления этого участка называется Законом Ома по имени немецкого ученого Георга Ома, открывшем этот закон в 1827 г. Закон Ома: Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению

Вопрос 3 Работа электрического тока на участке цепи равна произведению напряжения на концах этого участка на силу тока и на время, в течение которого совершалась работа A=U·I·t A=U·q 1 джоуль = 1 вольт· 1 ампер· 1 секунду Для измерения работы электрического тока нужны три прибора: вольтметр, амперметр, часы

Вопрос 3 Мощность электрического тока Мощность численно равна работе, совершенной в единицу времени. Следовательно, чтобы найти среднюю мощность тока, надо эту работу разделить на время: Так как работа электрического тока равна произведению напряжения на силу тока и на время: A=U·I·t Следовательно, 1 Вт = 1 В · 1 А

Вопрос 4 Закон Джоуля-Ленца Количество теплоты, выделяемое проводником, по которому течёт ток, равно работе тока: A=U·I·t следовательно Q=U·I·t A=Q Пользуясь законом Ома, можно количество теплоты, выделяемое проводником с током, выразить через силу тока, сопротивление участка цепи и время. Зная, что U=I·R получим: Q=I·R·I·t = I 2·R·t К этому выводу пришли независимо друг от друга английский учёный Джеймс Джоуль и русский учёный Эмилий Христианович Ленц. Поэтому сформулированный выше вывод называется законом Джоуля-Ленца.

приложение О необходимости соблюдения мер безопасности вблизи энергообъектов

приложение Действие электрического тока на организм человека В повседневной жизни, находясь рядом с энергообъектами, человек может оказаться в сфере действия электрического поля или непосредственном соприкосновении с находящимися под напряжением проводниками электрического тока. В результате прохождения тока через человека может произойти нарушение его жизнедеятельных функций. Электрический ток, проходя через тело человека, может оказывать биологическое, тепловое, механическое и химическое действия. Биологическое действие заключается в способности электрического тока раздражать и возбуждать живые ткани организма, тепловое – в способности вызывать ожоги тела, механическое – приводить к разрыву тканей, а химическое – к электролизу крови.

приложение Влияние окружающей среды Влажность и температура воздуха и другие факторы окружающей среды оказывают дополнительное влияние на условие электробезопасности. Во влажных помещениях, в помещениях с высокой температурой или при большой влажности на улице складываются неблагоприятные условия, при которых обеспечивается наилучший контакт с токоведущими частями и вероятность поражения током многократно увеличивается.

приложение Род и частота тока Исследования показывают, что самыми неблагоприятными для человека являются переменные токи промышленной частоты (50 Герц). Сопротивление тела человека Величина тока, проходящего через какой-либо участок тела человека, зависит от приложенного напряжения (напряжения прикосновения) и электрического сопротивления, оказываемого току данным участком тела человека.

приложение Основные опасные объекты и возможность поражения электрическим током приближении к ним

приложение Опора линии электропередачи. Подъем на опору

приложение Линия электропередачи. Игры вблизи линий

приложение Оборванный провод линии. Приближение или прикосновение к проводу

приложение Трансформаторный пункт. Проникновение внутрь

1. Сила тока обозначается …, измеряется в … 2. Напряжение обозначается …, измеряется в … 3. Сопротивление обозначается …, измеряется в … 4. Электрический заряд обозначается …, измеряется в … 5. Электрическое сопротивление обозначается …, измеряется в … 6. Работа электрического тока обозначается …, измеряется в … 7. Мощность электрического тока обозначается …, измеряется в … 8. Количество теплоты обозначается …, измеряется в …

Сопоставь 1. 2. 3. 4. 5. Какие действия электрического тока существуют? Чем измеряется сила тока? Как этот прибор включается в цепь? Чем измеряется напряжение? Как этот прибор включается в цепь? Сформулируйте закон Ома. Какими приборами измеряется работа? a) Тремя приборами: амперметром, вольтметром, часами. b) Амперметр. Он включается в цепь последовательно. c) Вольтметр. Он включается в цепь параллельно с тем прибором, у которого нужно измерить напряжение. d) Химическое, магнитное, тепловое действия e) Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению.

Задачи на повторение 1. Определите силу тока в электрической лампе, если через нее за 10 мин проходит 300 Кл количества электричества. 2. 2. При напряжении 110 В, подведенном к резистору, сила тока в нем равна 5 А. Какова будет сила тока в резисторе, если напряжение на нем увеличить на 10 В. 3. 3. Сопротивление электрического паяльника 440 Ом. Напряжение, при котором он работает, 220 В. Определите мощность тока, потребляемого паяльником.

Дано: Си: q=300 Кл t= 10 мин I=? Решение: I=q /t 600 с I=300 Кл : 600 с=0. 5 А Ответ: 0. 5 А

Дано: U=110 B Решение: 1. I=U /R R=U /I I=5 A R=110 В: 5 А=22 Ом U*=120 B 2. I*=U*/R I*=120 B : 22 Ом =5. 4 А I*=? Ответ: 5. 4 А

Дано: Решение: R=440 Ом 1. P=U I U=220 В I=U /R I=220 B: 440 Ом=0. 5 А 2. P=U I Р=? P=220 В х 0. 5 А=110 Вт Ответ: 110 Вт.

Решение типовых задач 1. Плитка включена в осветительную сеть. Какое количество электричества протекает через нее за 10 минут, если сила тока в подводящем шнуре равна 5 А? Решение: Время в системе СИ 10 минут = 600 с I=q/t => q=I • t=5 А • 600 с=3000 Кл

2. Сколько электронов проходит через спираль лампы накаливания за 1 с при силе тока в лампе 1, 6 А? Решение: Заряд электрона равен e=1, 6 • 10 -19 Кл, q=I • t , N=q/e. Отсюда следует N= I • t / e=1, 6 А • 1 с/1, 6 • 10 -19 Кл= 1019

3. По проводнику в течение года протекает ток силой 1 А. Найдите массу электронов, прошедших за этот промежуток времени сквозь поперечное сечение проводника. Отношение заряда электрона к его массе e/m=1, 76 • 10+11 Кл/кг. Решение: М= N • me. Используя формулу N= I • t /e (смотри предыдущую задачу). Получаем, что масса равна М= me • I • t /e =1 А • 365 • 24 • 60 с/1, 76 • 10+11 Кл/кг =1, 8 • 10 -4 кг.

Спасибо за внимание. Желаем успеха в самостоятельных упражнениях на эту тему!