Презентация по физике 10 кл. на тему Постоянный электрический ток

Тема 3.5. Постоянный электрический ток. Сила тока, напряжение, электрическое сопротивление. Закон Ома для участка цепи. Девиз урока: Незнающий узнает, знающий повторит.

Что называют электрическим током? Электрический ток - упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц под действием электрического поля. За направление тока выбрано направление движения положительно заряженных частиц.

Благодаря этой рекламе сайт может продолжать свое существование, спасибо за просмотр.

Действие тока. Движение частиц в проводнике мы непосредственно не видим. О наличии электрического тока приходится судить по тем действиям или явлениям, которые его сопровождают. Тепловое (Проводник, по которому течет ток, нагревается). Нагревание отсутствует у сверхпроводников. Химическое (Электрический ток может изменять химический состав проводника, например, выделять его составные части (медь из раствора медного купороса и т. д.). Химическое действие тока наблюдается лишь у растворов и расплавов электролитов. Магнитное (Ток оказывает силовое воздействие на соседние токи и намагниченные тела. Так, магнитная стрелка вблизи проводника с током поворачивается. Магнитное действие тока проявляется у всех без исключения проводников).

!1 А – это сила тока, при которой за 1с через поперечное сечение проводника проходит заряд в 1 Кл. Упорядоченное движение электронов в металлическом проводнике и ток I, S – площадь поперечного сечения проводника, Е– электрическое поле.

Амперметр – это прибор для измерения силы тока в электрической цепи. В зависимости от величины измеряемого тока приборы для измерения силы тока делятся на: амперметры (PA1), миллиамперметры (PA2) микроамперметры (PA3). На принципиальных схемах амперметр, как измерительный прибор обозначается: Эл. схема для измерения силы тока

где j -плотность тока, S - площадь сечения проводника.

Вольтметр — это прибор, предназначенный для измерения напряжения или электродвижущей силы в электрических цепях. На принципиальных схемах условное изображение вольтметра: Изображения с обозначением «mV» и «μV» указываются в тех случаях, если вольтметр рассчитан на измерение долей вольта - милливольт (1mV = 0,001V) и микровольт (1μV = 0,000001 V).  Вольтметр, в отличие от амперметра подключается параллельно нагрузке.

[G] =1 Ом-1=1 См ( сименс)

Зависимость сопротивление проводника от температуры: R = R0 [ 1 + αт (T - T0 )] Здесь R0 - сопротивление при температуре T0 (до нагрева), T – температура, до которой нагрели проводник, α0 - температурный коэффициент, у каждого металла – свой коэффициент: медь 0,004, вольфрам 0,004 – 0,05, нихром 0,00015, сталь 0,006, латунь 0,0027, константан 0,000005, манганин 0,00006. Температурный коэффициент αт показывает на сколько Ом увеличивается сопротивление каждого Ома проводника при увеличении температуры его на 1 градус. Примечание: Приведенная формула пригодна только для температур не более 150 градусов.

Условия, необходимые для существования электрического тока: наличие свободных заряженных частиц. сила, действующая на них в определенном направлении. На заряженные частицы, как мы знаем, действует электрическое поле с силой F = qE. Для каждого проводника существует определенная зависимость силы тока от приложенной разности потенциалов на концах проводника. Эту зависимость выражает так называемая вольт-амперная характеристика ВАХ проводника. Впервые (для металлов) ВАХ установил немецкий ученый Георг Ом (1787—1854), поэтому зависимость силы тока от напряжения носит название закона Ома.

Актуализация знаний. Уровень 2 1. По проводнику, к концам которого приложено напряжение 5 В, прошло 100 Кл электричества. Определите работу тока. 2. Электрическая лампочка включена в цепь с напряжением 10 В. Током была совершена работа 150 Дж. Какое количество электричества прошло через нить накала лампочки? Уровень 3 1. Какую работу совершит ток силой 3 А за 10 мин при напряжении в цепи 15 В? 2. К источнику тока напряжением 120 В поочередно присоединяли на одно и то же время проводники сопротивлением 20 Ом и 40 Ом. В каком случае работа электрического тока была меньше и во сколько раз?

768(777). Обмотка реостата сопротивлением 84 Ом выполнена из никелиновой проволоки с площадью поперечного сечения 1 мм2. Какова длина проволоки? 769(778). Во сколько раз изменится сопротивление проводника (без изоляции), если его свернуть пополам и скрутить? 770. Моток проволоки, изготовленный из стали, имеет сопротивление 23,2 Ом и массу 14,1 кг. Найти длину / проволоки и площадь поперечного сечения. 772(783). Какова напряженность поля в алюминиевом проводнике сечением 1,4 мм2 при силе тока 1 А?

Тема 3.6. Последовательное и параллельное соединения проводников. Работа и мощность тока.

Чтобы электротехническое устройство работало, должна быть создана электрическая цепь, задача которой передать электрическую энергию этому устройству и обеспечить ему требуемый режим работы. Электрической цепью называется совокупность устройств и объектов, образующих путь для электрического тока. Для анализа и расчета электрическая цепь графически представляется в виде электрической схемы, содержащей условные обозначения ее элементов и способы их соединения.

Все устройства и объекты, входящие в состав электрической цепи, могут быть разделены на три группы: 1.Источники электрической энергии (питания, аккумуляторы, генераторы и т.д.), 2. Потребители электрической энергии (нагревательные приборы, эл. лампы, двигатели), Общим свойством всех потребителей является преобразование электроэнергии в другие виды энергии Иногда потребители называют нагрузкой. 3. Вспомогательные элементы цепи (соединительные провода, аппаратура защиты, измерительные приборы и т.д.).

Способы соединения сопротивлений: последовательное, параллельное и смешанное. Смешанное соединение - комбинация параллельного и последовательного соединений.

При последовательном соединении конец предыдущего проводника соединяется с началом следующего. Во всех последовательно соединенных проводниках сила тока одинакова: I1= I2=I Сопротивление всего участка равно сумме сопротивлений всех отдельно взятых проводников: R = R1+ R2 Падение напряжения на всем участке равно сумме паданий напряжений на всех отдельно взятых проводниках: U= U1 +U2 Напряжения на последовательно соединенных проводниках пропорциональны их сопротивлениям. При параллельном соединении проводники подсоединяются к одним и тем же точкам цепи. Сила тока в неразветвленной части цепи равна сумме токов, текущих в каждом проводнике: I = I1+ I2 Величина, обратная сопротивлению разветвленного участка, равна сумме обратных величин обратных сопротивлениям каждого отдельно взятого проводника: Падение напряжения во всех проводниках одинаково: U= U1 = U2 Силы тока в проводниках обратно пропорциональны их сопротивлениям

Работа электрического тока При протекании тока по однородному участку цепи электрическое поле совершает работу. За время Δt по цепи протекает заряд Δq = IΔt. Электрическое поле на выделенном участке совершает работу ΔA = (φ1 – φ2)Δq = ΔφIΔt = UIΔt, где U = Δφ12 – напряжение. Эту работу называют работой электрического тока. Из закона Ома для участка цепи U =RI. То получится соотношение ΔA = UIΔt = RI2Δt Работа ΔA электрического тока I, протекающего по неподвижному проводнику с сопротивлением R, преобразуется в тепло ΔQ, выделяющееся на проводнике. ΔQ = ΔA = RI2Δt. Закон преобразования работы тока в тепло был экспериментально установлен независимо друг от друга Дж. Джоулем и Э. Ленцем и носит название закона Джоуля–Ленца. Измеряют работу электрического тока счетчиками.

Мощность электрического тока Р равна отношению работы тока ΔA к интервалу времени Δt, за которое эта работа была совершена: Работа электрического тока в СИ выражается в джоулях (Дж), мощность – в ваттах (Вт).

Решение задач: 1.Определить общее сопротивление двух потребителей, если их сопротивления равны 8 и 12 Ом при последовательном и параллельном соединениях.. 2.Два потребителя с сопротивлением 50 и 100 Ом включены последовательно. Напряжение на втором потребителе 25 В. Определить напряжение на первом потребителе и напряжение на источнике. 3.Напряжение источника 12 В. К источнику подключены параллельно три потребителя с сопротивлением 4, 6 и 3 Ом. Определить общее сопротивление. Определить силу тока в каждом и общую силу тока.

Решение задач: 4.Сопротивление спирали плитки 80 Ом, сила тока 2,75 А. Определить мощность плитки и напряжение, на которое она рассчитана. Определить стоимость за месяц из расчета работы плитки по 6 часов в сутки. 5.Определить количество теплоты, выделяемой плиткой за полчаса, если сопротивление спирали 80 Ом, а напряжение сети 220 В. 6.Печь мощностью 2 кВт при напряжении 220 В имеет спираль из нихрома диаметром 0,6 мм. Сколько метров нихрома ушло на изготовление спирали?

Начертите принципиальную схему электриче­ской цепи, изображенной на рисунке. Укажите на ней знаками «+» и «—» полярность зажимов измерительных приборов. Какому участку цепи соответствует мощность, определенная по показаниям приборов? Найдите значение этой мощности. Определите номинальную мощность тока в реостате.

Начертить схему электрической цепи, состоящей из источника тока, эл. лампы, звонка и трёх выключателей, причем если включить один выключатель, то горит лампа, если второй – работает звонок, третий – одновременно загорается лампа и работает звонок.

На рис.  приведен пример сложной цепи и указана последовательность вычислений.

1. Найти сопротивление цепи, изображенной на рисунке, если каждое из сопротивлений равно 2 Ом. 2. Вычислите сопротивление цепи, представленной на рисунке, если каждое из сопротивлений равно 1 Ом.

В каком случае человек подвергается меньшей опасности, (воздействие электрического тока) когда он находится на мокрой или сухой поверхности, вблизи которой упал на землю провод линии высокого напряжения? Возможный ответ. Тело человека и Земля между ступнями его ног, представляют собой параллельные участки цепи в которых силы токов обратно пропорционально сопротивлениям. Сопротивление данного человека постоянно, а сопротивление сухой земли больше, чем мокрой, то ток проходящий через человека меньше, чем через влажную поверхность. В некоторых случаях, случайно схватившись за оголённый провод, вы не сможете оторвать руку от провода. Почему? Возможный ответ. Руку удерживают на проводе не электрические силы. Проходя по мышцам руки электрический ток вызывает сокращение мышц, которые и обуславливают охват провода.

Проводники ρ (Ом·м) Изоляторы ρ (Ом·м) Алюминий 2.7·10-8 Бакелит 1016 Вольфрам 5.5·10-8 Бензол 1015..1016 Графит 8.0·10-6 Бумага 1015 Железо 1.0·10-7 Вода дистиллированная 104 Золото 2.2·10-8 Вода морская 0.3 Иридий 4.74·10-8 Дерево сухое 109..1013 Константан 5.0·10-7 Земля влажная 102 Литая сталь 1.3·10-7 Кварцевое стекло 1016 Магний 4.4·10-8 Керосин 1010..1012 Манганин 4.3·10-7 Мрамор 108 Медь 1.72·10-8 Парафин 1014..1016 Молибден 5.4·10-8 Парафиновое масло 1014 Нейзильбер 3.3·10-7 Плексиглас 1013 Никель 8.7·10-8 Полистирол 1016 Нихром 1.12·10-6 Полихлорвинил 1013 Олово 1.2·10-7 Полиэтилен 1010..1013 Платина 1.07·10-7 Силиконовое масло 1013 Ртуть 9.6·10-7 Слюда 1014 Свинец 2.08·10-7 Стекло 1011 Серебро 1.6·10-8 Трансформаторное масло 1010

Тема 3.7. Источник тока. Электродвижущая сила источника тока. Закон Ома для полной цепи.

Источник тока - устройство, в котором осуществляется преобразование какого-либо вида энергии в энергию электрического поля. В источниках тока происходит разделение зарядов разных знаков под действием сил неэлектрического природы: химических, механических, термоэлектрических и других. Силы неэлектростатического происхождения, действующие на свободные носители заряда со стороны источников тока, называются сторонними силами. Причины возникновения сторонних сил в различных источниках тока различны. Например в аккумуляторах и гальванических элементах сторонние силы возникают благодаря протеканию химических реакций, в генераторах электростанций они возникают при движении проводника в магнитном поле, в фотоэлементах - при действия света на электроны в металлах и полупроводниках.

Источник тока в электрической цепи играет ту же роль, что и насос, который необходим для перекачки 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 Aст сторонних сил при перемещении заряда q от отрицательного полюса источника тока к положительному к величине этого заряда, называется электродвижущей силой источника (ЭДС): Таким образом, ЭДС определяется работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда. Электродвижущая сила, как и разность потенциалов, измеряется в вольтах(В).

Цепь постоянного тока можно разбить на определенные 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 12, действующей на данном участке. Поэтому полная работа равна U12 = φ1 – φ2 + 12. Электрическое сопротивление источника тока называется внутренним сопротивлением r источника тока.

Тема 3.8: Электрические цепи постоянного тока и методы их расчета Пример использования метода свертывания схемы (метода эквивалентных преобразований) Пусть в схеме известны все сопротивления резисторов и входное напряжение U: Для схемы, приведенной на рис. 1, необходимо: Рассчитать все токи в ветвях: I1, I2, I3 . Рассчитать напряжение на каждом сопротивлении схемы.

Тема: Режимы работы электрической цепи Для электрической цепи наиболее характерными являются режимы работы: нагрузочный (рабочий), холостого хода и короткого замыкания. Из всех возможных нагрузочных режимов работы наиболее важным является номинальный. Номинальным называется режим работы, установленный заводом-изготовителем для данного электротехнического устройства в соответствии с предъявляемыми к нему техническими требованиями. Он характеризуется номинальными напряжением, током и мощностью. Эти величины обычно указывают в паспорте данного устройства. Нагрузочный режим работы. Рассмотрим работу электрической цепи при подключении к источнику какого-либо приемника с сопротивлением R (резистора, электрической лампы и т. п.). На основании закона Ома э. д. с. источника равна сумме напряжений IR на внешнем участке цепи и Ir на внутреннем сопротивлении источника: ℰ= IR + Ir. Учитывая, что напряжение Uи на зажимах источника равно падению напряжения IR во внешней цепи, получим: ℰ = Uи+Ir (1)

Режим холостого хода. При этом режиме присоединенная к источнику электрическая цепь разомкнута, т. е. тока в цепи нет. В этом случае внутреннее падение напряжения Ir будет равно нулю и формула ℰ = Uи+ Ir примет вид E = Uи Таким образом, в режиме холостого хода напряжение на зажимах источника электрической энергии равно его э. д. с. Это обстоятельство можно использовать для измерения э. д. с. источников электроэнергии.

Режим короткого замыкания. Коротким замыканием (к. з.) называют такой режим работы источника, когда его зажимы замкнуты проводником, сопротивление которого можно считать равным нулю. Практически к. з. возникает при соединении друг с другом проводов, связывающих источник с приемником, так как эти провода имеют обычно незначительное сопротивление и его можно принять равным нулю. При к. з. ЭДС источника тока и его сопротивление будут определять значение силы тока в цепи. Такое значение силы тока будет являться предельным для данного источника тока и называется током короткого замыкания.

ΔQ = RI2Δt – тепло, выделяющееся на внешнем участке цепи за время Δt, ΔQист = rI2Δt – тепло, выделяющееся внутри источника за то же время. При протекании электрического тока по замкнутой цепи работа сторонних сил ΔAст преобразуется в тепло, выделяющееся во внешней цепи (ΔQ) и внутри источника (ΔQист). ΔQ + ΔQист = ΔAст = IΔt

Шунты и добавочные сопротивления. Шунт - сопротивление, подключаемое параллельно к амперметру (гальванометру), для расширения его шкалы при измерении силы тока. Если амперметр рассчитан на силу тока I0 , а с помощью него необходимо измерить силу тока, превышающую в n раз допустимое значение, то сопротивление, подключаемого шунта должно удовлетворять следующему условию:

1. Найти сопротивление цепи, изображенной на рисунке, если каждое из сопротивлений равно 2 Ом. 2.Вычислите сопротивление цепи, представленной на рисунке, если каждое из сопротивлений равно 1 Ом.

Для расширения пределов измерения амперметров применяются так называемые шунты, благодаря которым в прибор ответвляется лишь часть измеряемого тока. Шунт представляет собой сопротивление, включаемое последовательно в цепь измеряемого тока, амперметр же включается параллельно шунту. Шунты изготовляются обычно из манганина, обладающего малым температурным коэффициентом, благодаря чему его сопротивление практически остается постоянным.

Для расширения пределов измерения вольтметра к обмотке измерительного механизма последовательно присоединяют многоомное сопротивление, носящее название добавочного сопротивления. Добавочное сопротивление - сопротивление, подключаемое последовательно с вольтметром (гальванометром), для расширения его шкалы при измерении напряжения. Если вольтметр рассчитан на напряжение U0 , а с помощью него необходимо измерить напряжение, превышающее в n раз допустимое значение, то добавочное сопротивление должно удовлетворять следующему условию

2. Решение экспериментальных задач 1.Нарисуйте соединения изображенных на рисунке устройств в соответствии с приведенной принципиальной схемой электрической цепи. 2.Отметьте стрелками на линиях, изображающих соединительные провода, направление тока в ветвях параллельного соединения. 3. Определите цену деления шкалы амперметра:

Начертите принципиальную схему электриче­ской цепи, изображенной на рисунке. Укажите на ней знаками «+» и «—» полярность зажимов измерительных приборов. Какому участку цепи соответствует мощность, определенная по показаниям приборов? Найдите значение этой мощности. Определите номинальную мощность тока в реостате.

Вопрос: при каком соединении одинаковые лампы горят ярче? Почему? или

Начертить схему электрической цепи, состоящей из источника тока, эл. лампы, звонка и трёх выключателей, причем если включить один выключатель, то горит лампа, если второй – работает звонок, третий – одновременно загорается лампа и работает звонок.

Вопрос: Как определить знаки полюсов автомобильного аккумулятора , пользуясь двумя медными проводниками и сырой картофелиной?