План урока. Тема Электрический ток Электропроводность. Разновидности электрического тока: электронная теория строения, электрический ток в проводнике, ток проводимости, плотность тока, электрическое напряжение, величина, единицы измерения.

План учебного занятия

Тема занятия. Электрический ток Электропроводность. Разновидности электрического тока: электронная теория строения, электрический ток в проводнике, ток проводимости, плотность тока, электрическое напряжение, величина, единицы измерения.

Цели занятия:

Образовательная - сформировать понятие электрического тока.

-обеспечить усвоение учащимися законов, свойств, особенностей.

Воспитательная - акцентировать внимание на понятии электрического тока.

Развивающая - Развивать. мышление (формировать умение выделять существенные признаки, сжато излагать прочитанный материал, применять полученные знания ни практике).

Задача занятия: обеспечить в ходе занятия усвоение, повторение, закрепление основных понятий, теорий, а также научных фактов о электрическом токе.

__________________________________________________________________

В результате освоения дисциплины обучающийся должен уметь:

- выполнять расчеты электрических цепей;

должен знать:

- основы теории электрических и магнитных полей.

ОК 4. Осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития.

ПК 4.3. Участвовать в расчетах основных технико-экономических показателей.

Тип занятия лекция.

Вид занятия урок.

Методы обучения: по источнику получения знаний - словесные (лекция, беседа, работа с карточкой студента), наглядные (презентация Power Point, демонстрационные опыты), практические (качественные и расчетные задачи, практическое задание).

Материально-техническое, программное, учебно-методическое и информационное обеспечение занятия ноутбук, мультимедийный проектор. Презентация. Задачи для самостоятельного решения.

ХОД ЗАНЯТИЯ

1.Организационная часть

Взаимное приветствие преподавателя и студентов, проверка отсутствующих, проверка подготовки студентов к занятию, организация внимания студентов

Пожелание хорошего настроения, позитивного общения, активной работы.

Формулировки цели и задач урока.

II Актуализация опорных знаний

1. Применение электрической энергии.

2. Получение электрической энергии .

3. Передача и распределение электрической энергии.

4.Распределение электрической энергии.

5. Некоторые памятные даты развития электротехники.

6.Современное состояние электрификации.

7.Перспективы энергетики.

Тест

III Объяснение нового материала

Вопросы

3.1. Электропроводность

3.2. Электрический ток

3.3. Разновидности электрического тока.

3.4. Электрическое напряжение, величина, единицы измерения.

IV Закрепление нового материала

1. Решение задачи с комментариями.

Фронтальный опрос. 2. Что наз. эл. током?

3. Какое действие оказывает эл. ток?

4. Какая величина служит для качественной хар. тока?

5. Что наз. постоянным током?

6. Что представляет график постоянного тока?

V Подведение итогов, домашнее задание

Подведение итогов работы, оценка собственных действий на уроке

организуется самооценка студентами собственной учебной деятельности, кто из студентов особенно старался, что нового узнали на уроке, как работали.

1. §- 2.1-2.2, А. Данилов, П. М. Иванов, конспект.

VI Рефлексия

Возможные вопросы: - Чему научились? - Где эти знания можно применить? - Каким способом вы учились? - Докажите, что сегодня вы учились, а не просто присутствовали на уроке и теряли время.

Лекция

Электрический ток Электропроводность. Разновидности электрического тока: электронная теория строения, ток проводимости, плотность тока, электрическое напряжение, величина, единицы измерения.

Электропроводность, электрическая проводимость, проводимость, способность тела пропускать электрический ток под воздействием электрического поля, а также физическая величина, количественно характеризующая эту способность.

Тела, проводящие электрический ток, называются проводниками, в отличие от изоляторов (диэлектриков). Проводники всегда содержат свободные (или квазисвободные) носители заряда - электроны, ионы, направленное (упорядоченное) движение которых и есть электрический ток.

Коэффициент s и называется Э., или удельной Э . Величина, обратная s, называется удельным электрическим сопротивлением: r = 1/s

Э. измеряют в единицах (ом·см)^-1 или (в СИ) в (ом·м)^-1.

В зависимости от величины Э. все вещества делятся на

проводники с s > 10⁶ (ом·м)^-1,

диэлектрики с s < 10^-8(ом·м)^-1

и полупроводники с промежуточными значениями s.

Это деление в значит. мере условно, т. к. Э. меняется в широких пределах при изменении состояния вещества. Э. s зависит от температуры, структуры вещества (агрегатного состояния, дефектов и пр.) и от внешних воздействий (магнитного поля, облучения, сильного электрического поля и т. п.).

Характер зависимости Э. от температуры Т различен у разных веществ.

У металлов зависимость s(Т) определяется в основном уменьшением времени свободного пробега электронов с ростом Т:

увеличение температуры приводит к возрастанию тепловых колебаний кристаллической решётки, на которых рассеиваются электроны, и s уменьшается .

В полупроводниках s резко возрастает при повышении температуры за счёт увеличения числа электронов проводимости и положительных носителей заряда - дырок.

Диэлектрики имеют заметную Э. лишь при очень высоких электрических напряжениях; при некотором (большом) значении Е происходит пробой диэлектриков.

Некоторые металлы, сплавы и полупроводники при понижении Т до нескольких градусов К переходят в сверхпроводящее состояние с s = ¥ (см. Сверхпроводимость). При плавлении металлов их Э. в жидком состоянии остаётся того же порядка, что и в твёрдом.

1. Электрический ток проводимости. Метрологический справочник А.Чертова (1990) приводит такое определение тока проводимости: "явление направленного движения свободных носителей заряда в веществе или в вакууме".

2. Электрический ток переноса. Определяется в справочнике А.Чертова (1990) как "электрический ток, осуществляемый переносом электрических зарядов телами". Имеет еще одно, не совсем удачное название:конвекционный ток.

3. Электрический ток зарядки (разрядки Этот вид тока можно рассматривать, как ток проводимости, входящий из окружающей среды в непроточную систему (или выходящий в обратном направлении) при отсутствии энергетического равновесия между средой и системой. А также как поток зарядов внутри непроточной системы, связанный с выравниваем плотности зарядов внутри системы. Частным случаем тока зарядки является электрический ток поляризации, связанный с зарядкой (разрядкой) конденсаторов и аккумуляторов.

4. Ток смещения в вакууме, как "явление изменения электрического поля в вакууме". И это именно физическое явление, а вовсе не поток зарядов. Ток смещения является физической величиной другой природы, нежели электрический ток проводимости, несмотря на то, что имеет ту же размерность. (В физике, к сожалению, не является редкой ситуация, когда равенство размерностей двух физических величин считается достаточным поводом для неверного присвоения термина.)



Ток смещения - это поток вектора ротора напряженности магнитного поля, называемого в теории Максвелла потоком вектора плотности переменного тока. Это переменное изменение объемной плотности статических зарядов в диэлектрике. На странице, посвященной току смещения</</u>, разъяснено, почему ток смещения не имеет никакого отношения к направленному движению свободных носителей заряда, то есть к термину "электрический ток".

Электрический ток

Как уже говорилось, носителями тока в металлах являются свободные электроны. Наряду со свободными электронами в металлах имеются положительные заряды - ионы, расположенные в узлах кристаллической решетки и не принимающие участия в переносе тока. При отсутствии внешнего электрического поля свободные электроны движутся хаотически (беспорядочно) и ток в металле равен нулю.

При наличии электрического поля они приобретают дополнительное упорядоченное движение (дрейф) против поля, создавая электрический ток.

Электрическим током называется упорядоченное движение электрических зарядов, а сами заряды - носителями тока.

Например, в металлах и полупроводниках носителями тока являются электроны, в жидких проводниках (электролитах) положительные и отрицательные ионы, а в ионизированных газах - как ионы, так и электроны. Ток, возникающий внутри твердого, жидкого или газообразного проводника, называется током проводимости.

За направление электрического тока условно принято направление упорядоченного движения положительных зарядов.

Для возникновения тока необходимо наличие электрической цепи. Для поддержания тока в цепи нужен источник электрической энергии. Полученная от источника электрическая энергия преобразуется в другие формы энергии в различных ее приемниках.

Причиной создания электрического тока является электрическое поле.

Не следует путать два понятия: скорость передачи энергии электрического тока (или сигналов, вызванных некоторыми процессами в электрических цепях) и скорость перемещения собственно электронов, имеющихся в телах, по которым протекает ток. Электрическая энергия или сигналы, передающие информацию электрическим способом, распространяются чрезвычайно быстро, со скоростью сотен тысяч километров в секунду (в свободном пространстве - около 3-Ю⁸ м/с," в кабелях - несколько меньше), а сами электроны (в упрощенном представлении - частицы вещества) перемещаются весьма медленно, примерно 0,0005м/с, т. е. более чем в 10¹⁰ медленнее, чем электрические сигналы (энергия). Когда мы включаем электрическую лампочку, то она загорается сразу, независимо от длины проводов, соединяющих ее с выключателем. Это вовсе не означает, что электроны начали двигаться с огромной скоростью и очень быстро достигли лампочки. Скорость поступательного движения свободных электронов в металлах довольно мала - она называется скоростью дрейфа и составляет доли миллиметра в секунду. Так почему же лампочка загорается сразу?

При замыкании электрической цепи все содержащиеся в проводнике свободные электроны почти одновременно приходят в движение, и ток начинает идти через лампочку. При этом через лампочку сначала проходят ближайшие к ней электроны. Здесь уместна аналогия с водопроводом: когда вы открываете кран, из него начинает течь вода из ближайших труб, а частицы воды из водонапорной станции дойдут до вас совсем не скоро.

Механизм передачи электрических сигналов по линиям можно представить с помощью следующей модели: представим себе, что имеется ряд упругих шариков, касающихся друг друга.

Если по первому шарику ударить чем-либо, то, у дар передастся через все шарики к последнему, и эффект от удара, будет передан .весьма быстро на значительные расстояния, хотя каждый шарик перемещается крайне незначительно. Нечто подобное происходит и в электрических цепях: воздействие, произведенное на свободные электроны', в начале линии практически мгновенно обнаруживается в любой точке линии, хотя каждый электрон перемещается весьма незначительно.

Величина тока характеризует меру интенсивности движения

электрических зарядов в проводниках. Вместе с термином величина тока» применяют термины: «ток» и «сила тока».

Количественной характеристикой электрического тока является сила тока. Силой тока называют скалярную величину I, численно равную заряду Q проходящему через поперечное сечение проводника за единицу времени:

I =

где Q - заряд, который переносится через поперечное сечение проводника за время 1.

Единицей величины тока является 1 ампер, определяемый как количество электричества в 1 кулон, прошедшего через поперечное сечение проводника в 1 секунду, т. е., 1ампер = 1 кулон / 1 секунда

Также используют и более мелкие единицы:

1 мА (миллиамперметр) = 10 ^-3 А

1 мкА (микроамперметр) = 10 ^-6 А

Ток в цепи измеряется электрическим прибором - амперметром, внешний вид которого представлен на рис. Тысячные доли ампера - миллиамперы измеряются миллиамперметром. Если количество электричества, протекающее по проводнику, будет меняться, то величина тока также будет меняться.

рис2

Рис1. Внешний вид амперметра

Ток, не изменяющийся по величине и по направлению, называется постоянным током.

Графически постоянный ток изображается в виде прямой линии, параллельной оси времени (рис2.).

Постоянный ток дают нам гальванические элементы, аккумуляторы, генераторы постоянного тока, если условия работы электрической цепи не меняются.

Какие же силы тока встречаются на практике?

Человек начинает ощущать проходящий через его тело ток, когда сила тока достигает 0,005 А. Ток величиной около 0,05 А уже опасен для жизни. Сила

тока в лампочках накаливания от 0,2 до 1 А, в утюгах и электрокаминах - от 5 до 8 А, а в электродвигателях трамваев и троллейбусов - свыше 100 А.

Для количественной характеристики электрического тока используют также плотность тока.

Отношение величины тока к площади поперечного сечения проводника S называется плотностью тока и обозначается греческой буквой б (дельта). б =

плотность тока измеряется в А /мм,². Плотность тока - это вектор, направление которого совпадает с направлением скорости движения заряженных частиц.

Если плотность тока и сила тока не меняются во времени, то мы говорим, что в проводнике течет постоянный, или стационарный,, ток. Для постоянного тока сила тока одинакова во всех сечениях проводника. Если сила тока не остается постоянной, то мы говорим об изменяющемся токе. Частным случаем изменяющегося тока является переменный синусоидальный ток, который называют просто переменным током.

О наличии тока можно судить по его действиям: тепловому, магнитному, механическому, электродинамическому, биологическому, химическому.

1.Электрический ток, протекая по проводникам нагревает их. Это тепловое действие.

2.Вокруг проводников с токами создается магнитное поле. Это магнитное действие.

3.Ёсли проводник с током поместить в магнитное поле, то проводник перемещается. Это механическое действие.

4.Близко расположенные проводники токами в зависимости от направления токов в них взаимно притягиваются или отталкиваются. Это электродинамическое действие .

5.Электрический ток действует на живые организмы. Это биологическое действие. В медицине такое действие используется в физиотерапии для лечения различных заболеваний, но при определенных условиях ток опасен для живых организмов, вызывает ожоги и судорожное сокращение мышц, в том числе и мышц сердца, что может привести к смертельным случаям.

6.Электрический ток, протекающий через электролиты, вызывает химические процессы, при которых происходит разложение вещества на составные части. Это явление называется электролизом, который широко используется в металлургии при добыче и очистке металлов.

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ

Напряжение характеризует электрическое поле, создаваемое током.

Напряжение ( U ) равно отношению работы электрического поля по перемещению заряда к величине перемещаемого заряда на участке цепи.



Единица измерения напряжения в системе СИ:

[ U ] = 1 B

1 Вольт равен электрическому напряжению на участке цепи, где при протекании заряда, равного 1 Кл, совершается работа, равная 1 Дж:

1 В = 1 Дж/1 Кл.