ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК. ИСТОЧНИКИ ТОКА.ДЕЙСТВИЯ ТОКА Презентация Катуниной О.А. - презентация

1 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК. ИСТОЧНИКИ ТОКА.ДЕЙСТВИЯ ТОКА Презентация Катуниной О.А.

2 Обучающая: формирование знаний учащихся об условиях возникновения и существования электрического тока. Развивающая: развитие логического мышления, внимания, умений использовать полученные знания на практике. Воспитательная: создание условий для проявления самостоятельности, внимательности и самооценки. Цели и задачи урока

3 В первых уроках мы говорили о проводниках и диэлектриках, которые различаются по возможности прохождения через них электрических зарядов. Мы помним, как стержень из металла уравнивал заряды электроскопов. Если в этот стержень вставить неоновую лампочку, то при соединении электроскопов можно заметить кратковременную вспышку. Понятно, что она связана с протеканием через лампочку электрических зарядов. Это и есть электрический ток.

4 Со словами электричество, электрический ток мы знакомы с раннего детства. Электрический ток используется в наших домах, на транспорте, на производстве, в осветительной сети. Но, что такое электрический ток, какова его природа, понять нелегко. Слово электричество произошло от слова электрон, которое переводится с греческого языка как янтарь. Янтарь - это окаменевшая смола древних хвойных деревьев. Слово ток обозначает течение или движение чего-либо.

5 Как мы можем понять, что в цепи существует электрический ток, по каким действиям? Ответ: Электрический ток оказывает различные виды действия: Тепловое – проводник по которому идет электрический ток нагревается (электроплита, утюг, лампа накаливания, паяльник). Химическое действие тока можно наблюдать при пропускании электрического тока через раствор медного купороса – выделение меди из раствора купороса, хромирование, никелирование. Физиологическое – сокращение мышц человека и животных, по которым прошел электрический ток. Магнитное – при прохождении электрического тока по проводнику, если рядом расположить магнитную стрелку она способна отклонится. Это действие является основным. Демонстрация опыта: аккумулятор, лампа накаливания, соединительные провода, компас.

6 Химическое действие тока + и – ионы (катионы и анионы)

7 Магнитное действие тока

8 Тепловое действие тока Тепловое действие тока

9 В 1802 г. рус. уч.В.В. Петров открыл явление электрической дуги и только в 1880 г. соотечественники Н.Н. Бекардос и И.Г.Славянов первыми в мире применили дугу Петрова для сварки металлов ; --иногда электрическую дугу называют вольтовой дугой или дугой Деви ; --Петров взял два стержня из древесного угля соединил их с полюсами батареи и сблизил, между ними возникал разряд и вспыхнул свет ; --именно свечение поспешили использовать, так в 1876 г. П.Н.Яблочков изобрел дуговую угольную лампочку переменного тока; --в основе работы сварочного аппарата и дуговой лампы лежит дуговой разряд, являющий одним из видов самостоятельного разряда; --этот разряд сопровождается выделением большой энергии, происходит нагрев до температуры порядка К на положительном электроде (А) вследствие термоэлектронной эмиссии и ударной лавины электронов; --при этом идет сильное световое ультрафиолетовое излучение, поэтому смотреть на дугу без защитного стекла нельзя Историческая справка

10 --электросварочный аппарат используют для сварки различных металлов; --эл. дуга применяется в прожекторах, киноаппаратах, лампах ультрафиолетового излучения; --в лампе дневного света используется другой вид самостоятельного разряда - тлеющий; --в 30 годах ХХ века появились газоразрядные источники тока

11 Историческая справка --первые ртутные лампы дневного света в нашей стране появились в 1924 г., натриевые - в 1935 г.; --лампы состоят из стеклянных трубок, заполненных каким- либо газом, по краям этой трубки размещены электроды ( А и К ), при больших разностях потенциала в газоразрядной трубке образуется светящийся столб за счет движения -- ионов и электронов к А, а + ионов к К, при этом происходит ударная ионизация -выбиваются ионы, т.е. вторичная ионизация, часть ионов рекомбинируется в результате чего высвобождается энергия -появляется свечение; --цвета свечения в газоразрядной трубке зависит от того, каким газом наполнена трубка; --применяются в качестве светильников, рекламных трубок, в газовых лазерах;

12 Это интересно --в природе примером такого разряда служит северное сияние; --есть и другие виды самостоятельного разряда - это искровой и коронный; --примером искрового разряда - молния, а так же свеча зажигания смеси в ДВС; --коронный разряд возникает в неоднородных эл. полях между острием и плоскостью ( в линиях электропередачи, на мачтах кораблей, на остриях --причиной несамостоятельного разряда в газах является внешние воздействия ( огонь, рентгеновские лучи и т.п. ), а причиной самостоятельного разряда является само эл. поле, при этом электрону надо сообщить кинетическую энергию не меньшую работы выхода электрона из атома

13 -Какие два типа зарядов существуют в природе? Как они взаимодействуют? Ответ: В природе существуют два вида зарядов: положительные и отрицательные. Носителями положительного заряда являются протоны, отрицательного электроны. Одноименно заряженные частицы отталкиваются, разноименно заряженные притягиваются - Существует ли электрическое поле вокруг электрона? Ответ: Да, электрическое поле вокруг электрона существует. - Что такое свободные электроны? Ответ: Это электроны наиболее удаленные от ядра, они могут свободно двигаться между атомами. Повторение

14

15 Сегодня нам с вами совершаем путешествие в удивительную и загадочную страну: империю Электрического тока. Много у нее загадок и тайн. Жители этой страны очень разнообразны, порой даже противоречивы по характеру, но все они чтят законы и обычаи своей страны и бережно хранят в памяти имена своих героев. Наше путешествие не будет легким. В дороге нас ждут испытания, преодолеть которые можно только с помощью знаний, полученных на уроках физики. Сегодня на уроке мы углубим знания об электрическом токе, узнаем, что такое сила тока. Научимся ее определять, а также пользоваться амперметром. Узнаем меры предосторожности при работе с электрическими приборами. Все готовы? Тогда в путь! Но что же это такое? Ворота, через которые открывается путь в империю тока, закрыты! А сторожит ворота вредный волшебник по имени Диэлектрик. Вспомните, какие вещества мы называем диэлектриками, и вы поймете, почему он терпеть не может электричество.

16 Диэлектрик (изолятор) вещество, плохо проводящее электрический ток.вещество электрический ток Концентрация свободных носителей заряда в диэлектрике не превышает 10 8 см 3. Основное свойство диэлектрика состоит в способности поляризоваться во внешнем электрическом поле.заряда Существуют 2 вида диэлектриков ( различаются строением молекул) : 1) полярные - молекулы, у которых центры положительного и отрицательного зарядов не совпадают ( спирты, вода и др.); 2) неполярные - атомы и молекулы, у которых центры распределения зарядов совпадают (инертные газы, кислород, водород, полиэтилен и др.). Диэлектрики

17 Диэлектрики отличаются от проводников главным образом тем, что в них по сравнению с металлами почти нет свободных электронов и поэтому они практически не проводят электрический ток. По этой же причине они совершенно по разному ведут себя во внешнем электростатическом поле: свободные электроны проводников полностью экранируют внешнее поле, они перераспределяются так, что поле внутри проводника равно нулю, в то время как диэлектрики лишь частично уменьшают внешнее поле и не за счёт свободных электронов, а в результате поляризации молекул (атомов) диэлектрика. В случае однородной поляризации, например, когда плоский заряженный конденсатор полностью заполнен диэлектриком (твёрдым, жидким, газообразным), на поверхностях диэлектрика, которые соприкасаются с обкладками конденсатора, появляются связанные (поляризационные) заряды: у положительно заряженной обкладки – отрицательные связанные заряды, а у отрицательно заряженной – положительные. Суммарный связанный заряд естественно равен нулю, поскольку диэлектрик электронейтрален. Эти связанные заряды создают своё поле, которое направлено навстречу внешнему и частично компенсирует его.

18 Поляризация диэлектрика в электрическом поле: а) электрическое поле отсутствует; б) электрическое поле слабое ; в) электрическое поле сильное диполь диполь

19 Степень компенсации внешнего поля зависит от молекулярного ПОЛЯРИЗАЦИЯ ДИЭЛЕКТРИКОВ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ - смещение положительного и отрицательного зарядов в противоположные стороны, т.е. ориентация молекул. Поляризация полярных диэлектриков Диэлектрик вне эл.поля - в результате теплового движения электрические диполи ориентированы беспорядочно на поверхности и внутри диэлектрика. q = 0 и E внутр = 0 Диэлектрик в однородном эл.поле - на диполи действуют силы, создают моменты сил и поворачивают диполи вдоль силовых линий эл.поля.

20 Но ориентация диполей - только частичная, т.к. мешает тепловое движение. На поверхности диэлектрика возникают связанные заряды, а внутри диэлектрика заряды диполей компенсируют друг друга. Таким образом, средний связанный заряд диэлектрика = 0. Поляризация неполярных диэлектриков - тоже поляризуются в эл.поле: положительные и отрицательные заряды молекул смещаются, центры распределения зарядов перестают совпадать (как диполи), на поверхности диэлектрика возникает связанный заряд, а внутри эл.поле лишь ослабляется.. Ослабление поля зависит от свойств диэлектрика.

21 Свободные электроны - электроны, способные свободно перемещаться внутри проводника ( в основном в металлах) под действием эл. поля; Свободные электроны возникают при образовании металлов: электроны с внешних оболочек атомов утрачивают связи с ядрами и начинают принадлежать всему проводнику; - участвуют в тепловом движении и могут свободно перемещаться по всему проводнику. Электростатическое поле внутри проводника - внутри проводника электростатического поля нет ( Е = 0 ), что справедливо для заряженного проводника и для незаряженного проводника, внесенного во внешнее электростатическое поле.

22 Почему? - т.к. существует явление электростатической индукции, т.е. явление разделения зарядов в проводнике, внесенном в электростатическое поле ( Евнешнее) с образованием нового электростатического поля ( Евнутр.) внутри проводника. Внутри проводника оба поля ( Е внешн. и Е внутр.) компенсируют друг друга, тогда внутри проводника Е = 0. Заряды можно разделить:

23 Электрический заряд проводников - весь статический заряд проводника расположен на его поверхности, внутри проводника q = 0; - справедливо для заряженных и незаряженных проводников в эл.поле. Линии напряженности эл.поля в любой точке поверхности проводника перпендикулярны этой поверхности.

24 Назовите, вещества, относящиеся к проводникам, и скажите, какие заряженные частицы образуют ток в этих проводниках при распространении в них электрического поля?

25 1. Что такое электрический ток? Направленное, упорядоченное движение свободных заряженных частиц. Но все ли частицы при направленном движении могут создавать электрический ток? Давайте посмотрим на список частиц, приведенный Диэлектриком: электрон; протон; нейтрон; (+) ион; атом; (-) ион А какие частицы и почему не могут при своем движении создавать ток? Не могут: нейтрон, атом – не имеют заряда; протон.

26 Какие условия должны быть выполнены, для того чтобы в проводнике сколь угодно долго протекал электрический ток? наличие свободных заряженных частиц; источник тока, т.е. наличие электрического поля, приводящее в движение электроны; замкнутая электрическая цепь.

27

28

29 Вопрос 1: От чего зависит интенсивность (степень действия) силы тока? Ответ: Интенсивность (степень действия) силы тока зависит от заряда, проходящего по цепи в 1 с. Вопрос 2: От чего зависит величина заряда, проходящего по цепи? Ответ: Заряд переносится частицами (электронами, ионами), чем больше переместится частиц от одного полюса источника тока к другому, тем больше общий заряд перенесённый частицами.

30 Сколько электронов должно пройти через проводник, чтобы заряд, переносимый электронами, т.е. их суммарный заряд, был равен 1 Кулону? Как это найти?

31 Вопрос: Определение силы тока Ответ: Физическая величина, равная отношению электрического заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника, ко времени его прохождения. Вопрос: Обозначение силы тока Ответ: I (буква читается И) Вопрос: Что характеризует сила тока? Ответ: Электрический заряд прошедший через поперечное сечение проводника в единицу времени Q– заряд величина скалярная, время величина скалярная, при делении скаляров получается скаляр скалярная величина.

32 Вопрос: Что положено в основу определения единицы измерения силы тока? Ответ: Явление взаимодействия двух проводников с током. Такое решение приняли в 1948 г на Международной конференции по мерам и весам. Вопрос: Как взаимодействуют проводники с током ? Ответ: Если токи текут по проводникам в одну сторону – проводники притягиваются, если в разные – отталкиваются. Вопрос: От чего зависит сила взаимодействия Ответ: Силу взаимодействия проводников можно измерить. Она зависит от длины проводника, расстояния между ними, среды, в которой они находятся, от силы тока в проводниках. При равных условиях, кроме значения силы тока, сила взаимодействия будет определяться значением силы тока.

33 Вопрос: Какой учёный сумел измерить силу взаимодействия проводников? Ответ: Французский учёный А. М. Ампер Вопрос: Что принято за единицу измерения силы тока? Ответ: За единицу силы тока принимают силу тока, при которой отрезки параллельных проводников длиной 1 м взаимодействуют с силой 2*10 -7 Н.

34 Вопрос: Единицы измерения силы тока Ответ: ампер (А) применяют кратные и дольные единицы силы тока: килоампер (кА), миллиампер (мА) и микроампер (мкА)

35 Вопрос: Как называется прибор, которым измеряют силу тока силу тока Ответ: Амперметр Вопрос: Условное обозначение прибора в эл цепи. Вопрос: Что нужно помнить, включая прибор в эл цепь? Ответ: 1. Клему плюс амперметра нужно соединять с проводом, идущим от положительного полюса источника. 2. Амперметр рассчитан на определённую силу тока, превышать которую нельзя. Имеет очень маленькое сопротивление. Вопрос: Какое значение величины опасно для человека? Ответ: Сила тока очень важная характеристика электрической цепи. Для человеческого организма безопасной считается сила тока до 1 мА. Сила тока больше 100 мА приводит к серьёзным повреждениям. 4. Беречь прибор от резких ударов и тряски, пыли.

36 Чтоб все верно подключить, Надо быстро повторить, Твердо знать всем, следовательно, Амперметр, включается последовательно! Плюс источника берем, К клемме плюсовой ведем Амперметра. И тогда Электроны, как вода, В одну сторону бегут И приборам ток дают. Цепь можно замыкать, Показания снимать, Силу тока измерять. Правила сборки цепи

37 ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА Нам предстоит узнать: кто и когда сумел объяснить ряд основных понятий связанных с электрическим током. Конец XVIII века, Франция, город Лион, дом одного из коммерсантов. Немного странно, но все же заглянем внутрь. В библиотеке мы видим 14-летнего мальчика. Он в совершенстве владеет латынью, очень много времени проводит за книгами, и уже успел изучить 20-томовую энциклопедию Дидро и Даламбера. Не посещая школу, этот мальчик смог получить всестороннее образование, благодаря огромному трудолюбию и настойчивости. Этому мальчику предстоит вскоре стать всемирно известным ученым. Кто же это? И какое отношение он имеет к нам, а также империи тока. Этим ученым является АНДРЕ-МАРИ АМПЕР Для нас он интересен своими достижениями в электродинамике (это та часть науки физики, основы которой мы с вами сейчас изучаем). Амперу принадлежит открытие механического взаимодействия проводников с током и закон этого взаимодействия, правило определения направления тока и современная терминология, связанная с током: электродинамика, ЭДС, напряжение, гальванометр, соленоид, электрический ток и т. д. Амперу принадлежат труды во многих областях наук: ботанике, зоологии, химии, математике, кибернетике.

38

39 --Аккумулятором называют устройство, предназначенное для накопления энергии с целью ее последующего использования; --ак.батарея преобразует химическую энергию в электрическую при разрядке и наоборот -при зарядки ; --электрические аккумуляторы состоят из положительных электродов ( А ) и отрицательных электродов ( К ), разделенные диэлектриками и погруженными в раствор электролита ( щелочной или кислотный ) ; электроды могут быть как из различных материалов так и одинаковых --это свинцовые ак. батареи ; --ак. батареи используются на тракторах, машинах, самолетах ; --процесс работы батареи основан на зарядке-разрядке или окислительно -восстановительной реакции --ак. батарея характеризуется емкостью - это значение заряда, который может дать батарея при разрядке, измеряется в А ч ; --в принципе работы батареи лежит эдектролетическая диссоция --при растворении электролитов под влиянием эл. поля полярные молекулы распадаются на ионы, этот распад зависит от температуры ;

40 --выше температура, больше положительных и отрицательных ионов, которые и являются носителями зарядов; --+ ионы к катоду, а -- ионы к аноду, при этом происходит перенос вещества, т.е. на электродах выделяется вещество, входящее в состав электролита --этот процесс называется электролизом ; --закон электролиза открыл Майкл Фарадей в 1834 г.; --в 1928 г. сов. инженер В.И.Гусев и Л.П.Рожков использовали электролиз для размерной обработки металлов взамен обточки ; --электролиз применяется для выделения чистых химических веществ; --для нанесения тонкого слоя различных веществ - этот процесс носит название гальваностегия; --при больших температурах откладывается большой слой, который можно отделить, т.е. изготовить копии - такой процесс называется гальванопластикой; --используется в электрометаллургии; --в 1838 г. гальванопластикой были изготовлены копи на фронтоне Большого театра, фигуры в Исаакеевском соборе Б.С. Якоби; --в 1857 г. на Вольховском алюминиевом комбинате методом гальваностегии был получен алюминий; --первый построил мощную эл. батарею и первым ее применил на практике русский ученый - самоучка, профессор Петербургской медико-хирургической академии В.Петров в 1802 г.

41 Различные виды источников тока: - электрофорная машина (механическая в электрическую); - термоэлементы (внутренняя в электрическую); - фотоэлементы (световая в электрическую); - солнечная батарея (световая в электрическую); - аккумулятор ( химическая в электрическую); - гальванический элемент (химическая в электрическую).

42

43 Принцип действия химического источника тока: Источники тока, у которых разделение зарядов происходит за счет энергии химических процессов, получили название гальванических. Такое название было предложено итальянским ученым Вольта в 1796 г. в честь ученого Гальвани. Эксперимент Возьмите стеклянную кювету и поместите в неё цинковую пластину и угольный электрод, налейте раствор поваренной соли в воде, соедините электроды с электрической лампочкой на напряжение 1В.

44 Эксперимент К клеммам гальванометра демонстрационного амперметра присоедините медные провода. К концу одного из них прикрепите исследуемый провод или гвоздь. Воткните медный провод и гвоздь в картофелину - стрелка гальванометра отклонится. Почему? Ответ: раствор минеральных солей, содержащихся, в картофеле, и разнородные проволоки образуют гальванический элемент. Возьмите любой фрукт из цитрусовых, вставьте в мякоть фрукта на небольшом расстоянии медную монету и оцинкованный гвоздь. Этот элемент не сможет обеспечить горение лампочки, но с помощью гальванометра можно обнаружить небольшой электрический ток (собственный язык может тоже служить индикатором тока и не причинит вреда). Приготовьте и испытайте действие гальванического элемента, изготовленного из соленого огурца, медного и цинкового электрода, в качестве электрода.

45 Как можно получить электрический ток в металлическом проводнике? Что происходит в источниках тока? Что является положительным и отрицательным полюсами источника тока? Какие источники тока вы знаете? Возникает ли электрический ток при заземлении заряженного металлического шарика? Движутся ли заряженные частицы в проводнике, когда по нему идет ток? Если к шарам разно именно заряженных электроскопов одновременно прикоснуться металлическим стержнем, то в них возникает электрический ток. Чем эта установка принципиально отличается от устройств, которые принято называть источниками тока

46

47 ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ Сила тока - очень важная характеристика электрической цепи. Работающим с электрическими цепями надо знать, что безопасной считается сила тока до 1 мА, Более 100 мА – серьезные повреждения организма, приводящие даже к летальному исходу.

48 При работе с электрическими приборами необходимо строго и неуклонно соблюдать меры предосторожности, иначе ваша жизнь будет подвергаться опасности.

49

50 Очаги электроопасности. Тело человека проводник. Если случайно он включит свое тело в сеть, то не избежит тяжелейшей травмы и даже смерти. Как же человек может включить себя в сеть?

51 Пример 1-й. Человек, стоящий на хорошо изолирующем основании (например, на сухом деревянном полу), одновременно прикоснулся к двум оголенным проводникам, находящимся под напряжением (рис. 8, а). В этом случае, через тело человека, его сердце и легкие пройдет ток от одной руки к другой. Это приведет к нарушению деятельности сердца и легких. При напряжении между проводами свыше 36 В, (если не будут приняты меры по быстрому отключению тока) поражение током в большинстве случаев смертельно.

52 Пример 2-й. Человек, стоящий на хорошо изолирующем полу, одновременно коснулся оголенного провода, находящегося под напряжением, и металлического предмета, соединенного с землей, например, батареи водяного отопления или водопроводного крана (рис. 8, б). В этом случае ток пройдет от руки через сердце и легкие к другой руке. Результат будет такой же, как и в первом случае: при напряжении сети свыше 36 В возможен смертельный исход, если быстро не будет отключен ток.

53 Пример 3-й. Человек, стоящий на хорошо проводящем основании, например на влажной земле или на бетонном полу, коснется оголенного провода, находящегося под напряжением (рис. 8, в, г). Ток пройдет через тело человека от места соприкосновения с токонесущим проводом через сердце и легкие к ногам. Результат поражения аналогичен двум первым из рассмотренных примеров. Поэтому никогда не следует подходить к оборванным электропроводам, лежащим на земле.

54 Пример 4-й. Человек, держащий в руках электрический прибор, внутри которого питающий его провод или обмотка прибора касается корпуса, одновременно коснулся заземленного предмета (рис. 9, а). Ток пройдет через тело человека в землю.

55 Подведем итоги. Опасно одновременное прикосновение к двум оголенным проводам, находящимся под напряжением. Опасно одновременное прикосновение к одному оголенному проводу и к предмету, находящемуся под напряжением и соединенным с землей. Опасно пользоваться неисправным электрическим прибором. Опасно для человека, стоящего на проводящем основании, подходить и тем более касаться оголенного провода, упавшего на землю.

56 ОКАЗАНИЯ ПЕРВОЙ МЕДИЦИНСКОЙ ПОМОЩИ. Как оказать первую помощь пораженному электрическим током? Запомните: при оказании первой помощи дорога каждая секунда. Чем больше времени человек находится под действием тока, тем меньше шансов спасти ему жизнь! Почти всегда сам человек не может освободиться от проводов или деталей, прикосновение к которым стало причиной его поражения. Это происходит потому, что электрический ток, протекая по телу человека, вызывает судорожное сокращение мышц. Сам человек не может освободиться от проводов еще и потому, что электрический ток быстро поражает центральную нервную систему и человек теряет сознание. Самое первое, что надо сделать для спасения человека, это прервать его контакт с токонесущими проводами. Если несчастье произошло в помещении, где есть выключатель или штепсель, надо выключить ток выключателем или выдернуть штепсельную вилку. Если же несчастье произошло там, где нет выключателя, надо вывернуть предохранители, стоящие около счетчика.

57 В тех случаях, когда несчастье произошло, когда выключатель расположен очень далеко (рис.10), необходимо либо оттянуть пострадавшего от проводов (рис, 10 а), или сбросить сухой палкой провод с человека (рис. 10, б), перерезать ножом, перекусить кусачками с хорошо изолирующими ручками один из проводов. Нельзя перерезать сразу два провода.

58 Необходимо помнить, что пострадавший, находящийся в контакте с токонесущими проводами или деталями, сам является проводником электрического тока. Поэтому оттягивать пострадавшего от проводов надо за концы одежды одной рукой. Ни в коем случае нельзя касаться токопроводящих, соединенных с землей деталей и предметов. Если несчастный случай произошел во дворе или в сыром помещении, то необходимо положить под ноги изолирующий предмет, например сухую доску или резиновый коврик (в крайнем случае, свернутую сухую одежду). Освободив пострадавшего от тока, необходимо немедленно положить его на спину, расстегнуть стесняющую дыхание одежду, вызвать врача или срочно доставить пострадавшего в лечебное учреждение.

59 Решать загадки можно вечно. Вселенная ведь бесконечна. Спасибо всем нам за урок, А главное, чтоб был он впрок!