Что такое электрический ток?
Открытия, связанные с электричеством, кардинально изменили нашу жизнь. Используя электрический ток как источник энергии, человечество сделало прорыв в технологиях, которые облегчили наше существование. Сегодня электричество приводит в движение токарные станки, автомобили, управляет роботизированной техникой, обеспечивает связь. Этот список можно продолжать очень долго. Даже трудно назвать отрасль, где можно обойтись без электроэнергии.
В чём секрет такого массового использования электричества? Ведь в природе существуют и другие источники энергии, более дешевые, чем электричество. Оказывается всё дело в транспортировке.
Электрическую энергию можно доставить практически везде:
- к производственному цеху;
- квартире;
- на поле;
- в шахту, под воду и т. д.
Электроэнергию, накопленную аккумулятором, можно носить с собой. Мы пользуемся этим ежедневно, беря с собой сотовый телефон. Ни один другой вид энергии не обладает такими универсальными свойствами как электричество. Разве это не является достаточной причиной для того, чтобы глубже изучить природу и свойства электричества?
Что такое электрический ток?
Электрические явления наблюдались давно, но объяснить их природу человек смог относительно недавно. Удар молнии казался чем-то неестественным, необъяснимым. Странным казалось потрескивание некоторых предметов при их трении. Искрящаяся в темноте расчёска, после расчёсывания шерсти животных (например, кошки) вызвала недоумение, но подогревала интерес к этому явлению.
Как всё начиналось
Ещё древним грекам было известно свойство янтаря, потёртого о шерсть, притягивать некоторые мелкие предметы. Кстати, от греческого названия янтаря –«электрон» пошло название «электричество».
Когда физики вплотную занялись исследованием электризации тел, они начали понимать природу подобных явлений. А первый кратковременный электрический ток, созданный человеком, появился при соединении проводником двух наэлектризованных предметов (см. рис. 1). В 1729 году англичане Грей и Уиллер открыли проводимость зарядов некоторыми материалами. Но определения электрического тока они не смогли дать, хотя и понимали, что заряды перемещаются от одного тела к другому по проводнику.
Рис. 1. Опыт с заряженными телами
Об электрическом токе, как о физическом явлении заговорили лишь после того, как итальянец Вольта дал объяснение опытам Гальвани, а в 1794 году изобрёл первый в мире источник электричества – гальванический элемент (столб Вольта). Он обосновал упорядоченное перемещение заряженных частиц по замкнутой цепи.
Определение
В современной трактовке электрическим током называют направленное перемещение силами электрического поля заряженных частиц, Носителями зарядов металлических проводников являются электроны, а растворов кислот и солей — отрицательные и положительные ионы. Полупроводниковыми носителями зарядов являются электроны и «дырки».
Для того чтобы электрический ток существовал, необходимо всё время поддерживать электрическое поле. Должна существовать разница потенциалов, поддерживающая наличие первых двух условий. До тех пор, пока эти условия соблюдены, заряды будут упорядоченно перемещаться по участкам замкнутой электрической цепи. Эту задачу выполняют источники электричества.
Такие условия можно создать, например, с помощью электрофорной машины (рис. 2). Если два диска вращать в противоположных направлениях, то они будут заряжаться разноимёнными зарядами. На щётках, прилегающих к дискам, появится разница потенциалов. Соединив контакты проводником, мы заставим заряженные частицы двигаться упорядоченно. То есть электрофорная машина является источником электричества.
Рисунок 2. Электрофорная машина
Источники тока
Первыми источниками электрической энергии, нашедшими практическое применение, были упомянутые выше гальванические элементы. Усовершенствованные гальванические элементы (народное название – батарейки) широко применяются по сей день. Они используются для питания пультов управления, электронных часов, детских игрушек и многих других гаджетов.
С изобретением генераторов переменных токов электричество приобрело второе дыхание. Началась эра электрификации городов, а позже и всех населённых пунктов. Электрическая энергия стала доступной для всех граждан развитых стран.
Сегодня человечество ищет возобновляемые источники электроэнергии. Солнечные панели, ветряные электростанции уже занимают свои ниши в энергосистемах многих стран, включая Россию.
Характеристики
Электрический ток характеризуется величинами, которые описывают его свойства.
Сила и плотность тока
Для описания характеристики электричества часто используют термин «сила тока». Название не совсем удачное, так как оно характеризует только интенсивность движения электрических зарядов, а не какую-то силу в буквальном смысле. Тем не менее, этим термином пользуются, и он означает количество электричества (зарядов) проходящего через плоскость поперечного сечения проводника. Единицей измерения силы тока в системе СИ является ампер (А).
1 А означает то, что за одну секунду через поперечное сечение проводника проходит электрический заряд 1 Кл. (1А = 1 Кл/с).
Плотность тока – векторная величина. Вектор направлен в сторону движения положительных зарядов. Модуль этого вектора равен отношению силы тока на некотором перпендикулярном к направлению движения зарядов сечении проводника к площади этого сечения. В системе СИ измеряется в А/м 2 . Плотность более ёмко характеризует электричество, однако на практике чаще используется величина «сила тока».
Разница потенциалов (напряжение) на участке цепи выражается соотношением: U = I×R, где U – напряжение, I – сила тока, а R – сопротивление. Это знаменитый закон Ома.
Мощность
Электрическими силами совершается работа против активного и реактивного сопротивления. На пассивных сопротивлениях работа преобразуется в тепловую энергию. Мощностью называют работу, выполненную за единицу времени. По отношению к электричеству применяют термин «мощность тепловых потерь». Физики Джоуль и Ленц доказали, что мощность тепловых потерь проводника равна силе тока умноженной на напряжение: P = I× U. Единица измерения мощности – ватт (Вт).
Частота
Переменный ток характеризуется также частотой. Данная характеристика показывает, как за единицу времени изменяется количество периодов (колебаний). Единицей измерения частоты является герц. 1 Гц = 1 периоду за секунду. Стандартная частота промышленного тока составляет 50 Гц.
Ток смещения
Понятие «ток смещения» ввели для удобства, хотя в классическом понимании его нельзя назвать током, так как отсутствует перенос заряда. С другой стороны, интенсивность магнитного поля пребывает в зависимости от токов проводимости и смещения.
Токи смещения можно наблюдать в конденсаторах. Несмотря на то, что при зарядке и разрядке между обкладками конденсатора не происходит перемещения заряда, ток смещения протекает через конденсатор и замыкает электрическую цепь.
Виды тока
По способу генерации и свойствам электроток бывает постоянным и переменным. Постоянный – это такой, что не меняет своего направления. Он течёт всегда в одну сторону. Переменный ток периодически меняет направление. Под переменным понимают любой ток, кроме постоянного. Если мгновенные значения повторяются в неизменной последовательности через равные промежутки времени, то такой электроток называют периодическим.
Классификация переменного тока
Классифицировать изменяющиеся во времени токи можно следующим образом:
- Синусоидальный, подчиняющийся синусоидальной функции во времени.
- квазистационарный – переменный, медленно изменяющийся во времени. Обычные промышленные токи являются квазистационарными.
- Высокочастотный – частота которого превышает десятки кГц.
- Пульсирующий – импульс которого периодически изменяется.
Различают также вихревые токи, которые возникают в проводнике при изменении магнитного потока. Блуждающие токи Фуко, как их ещё называют, не текут по проводам, а образуют вихревые контуры. Индукционный ток имеет ту же природу что и вихревой.
Дрейфовая скорость электронов
Электричество по металлическому проводнику распространяется со скоростью света. Но это не означает, что заряженные частицы несутся от полюса к полюсу с такой же скоростью. Электроны в металлических проводниках встречают на своём пути сопротивление атомов, поэтому их реальное перемещение составляет всего 0,1 мм за секунду. Реальная, упорядоченная скорость перемещения электронов в проводнике называется дрейфовой.
Если замкнуть проводником полюсы источника питания, то вокруг проводника молниеносно образуется электрическое поле. Чем больше ЭДС источников, тем сильнее проявляется напряжённость электрического поля. Реагируя на напряжённость, заряженные частицы вмиг принимают упорядоченное движение и начинают дрейфовать.
Направление электрического тока
Традиционно считают, что вектор электрического тока направлен к отрицательному полюсу источника. Но на самом деле электроны движутся к положительному полюсу. Традиция возникла из-за того, что за направление вектора было выбрано движение положительных ионов в электролитах, которые действительно стремятся к негативному полюсу.
Электроны проводимости с отрицательным зарядом в металлах были открыты позже, но физики не стали менять первоначальные убеждения. Так укрепилось утверждение, что ток направлен от плюса к минусу.
Электрический ток в различных средах
В металлах
Носителями тока в металлических проводниках являются свободные электроны, которые из-за слабых электрических связей хаотично блуждают внутри кристаллических решёток (рис. 3). Как только в проводнике появляется ЭДС, электроны начинают упорядочено дрейфовать в сторону позитивного полюса источника питания.
Рис. 3. Электрический ток в металлах
В результате прохождения тока возникает сопротивление проводников, которое препятствует потоку электронов и приводит нагреванию. При коротком замыкании выделение тепла настолько сильное, разрушает проводник.
В полупроводниках
В обычном состоянии у полупроводника нет свободных носителей зарядов. Но если соединить два разных типа полупроводников, то при прямом подключении они превращаются в проводник. Происходит это потому, что у одного типа есть положительно заряженные ионы (дырки), а у другого – отрицательные ионы (атомы с лишним электроном).
Под напряжением электроны из одного полупроводника устремляются для замещения (рекомбинации) дырок в другом. Возникает упорядоченное движение свободных зарядов. Такую проводимость называют электронно-дырочной.
В вакууме и газе
Электрический ток возможен и в ионизированном газе. Заряд переносится положительными и отрицательными ионами. Ионизация газов возможна под действием излучения или вследствие сильного нагревания. Под действием этих факторов возбуждаются атомы, которые превращаются в ионы (рис. 4).
Рис 4. Электрический ток в газах
В вакууме электрические заряды не встречают сопротивления, поэтому. заряженные частицы движутся с околосветовыми скоростями. Носителями зарядов являются электроны. Для возникновения тока в вакууме необходимо создать источник электронов и достаточно большой положительный потенциал на электроде.
Примером может служить работа вакуумной лампы или электронно-лучевая трубка.
В жидкостях
Оговоримся сразу – не все жидкости являются проводниками. Электрический ток возможен в кислотных, щёлочных и соляных растворах. Иначе говоря – в средах, где имеются заряженные ионы.
Если опустить в раствор два электрода и подключить их к полюсам источника, то между ними будет протекать электрический ток (рис. 5). Под действием ЭДС катионы устремятся к катоду (минусу), а анионы к аноду. При этом будет происходить химическое воздействие на электроды – на них будут оседать атомы растворённых веществ. Такое явление называют электролизом.
Для лучшего понимания свойств электротока в разных средах, предлагаю рассмотреть картинку на рисунке 6. Обратите внимание на вольтамперные характеристики (4 столбец).
Рис. 6. Электрический ток в средах
Проводники электрического тока
Среди множества веществ, лишь некоторые являются проводниками. К хорошим проводникам относятся металлы. Важной характеристикой проводника является его удельное сопротивление.
Небольшое сопротивление имеют:
- все благородные металлы;
- медь;
- алюминий;
- олово;
- свинец.
На практике наиболее часто применяют алюминиевые и медные проводники, так как они не слишком дорогие.
Электробезопасность
Несмотря на то что электричество прочно вошло в нашу жизнь, не следует забывать об электробезопасности. Высокие напряжения опасны для жизни, а короткие замыкания становятся причиной пожаров.
При выполнении ремонтных работ необходимо строго соблюдать правила безопасности: не работать под высоким напряжением, использовать защитную одежду и специальные инструменты, применять ножи заземления и т.п.
В быту используйте только такую электротехнику, которая рассчитана на работу в соответствующей сети. Никогда не ставьте «жучки» вместо предохранителей.
Помните, что мощные электролитические конденсаторы имеют большую электрическую емкость. Накопленная в них энергия может вызвать поражение даже спустя несколько минут после отключения от сети.
Источник
Электрический ток: определение, единицы измерения, природа возникновения
- Как образуется электрический ток?
- В каким материалах возникает ток?
- Возникновение тока в различных материалах
- От чего зависит электрический ток?
- В чем измеряется электрический ток? Единицы измерения
- Постоянный и переменный ток
Как образуется электрический ток?
Электрический ток появляется в веществе при условии наличия свободных (несвязанных) заряженных частиц. Носители заряда могут присутствовать в среде изначально, либо образовываться при содействии внешних факторов (ионизаторов, электромагнитного поля, температуры).
В отсутствие электрического поля их передвижения хаотичны, а при подключении к двум точкам вещества разности потенциалов становятся направленными – от одного потенциала к другому.
Количество таких частиц влияет на проводимость материала – различают проводники, полупроводники, диэлектрики, изоляторы.
В каким материалах возникает ток?
Процессы образования электрического тока в различных средах имеют свои особенности:
- В металлах заряд перемещают свободные отрицательно заряженные частицы – электроны. Переноса самого вещества не происходит – ионы металла остаются в своих узлах кристаллической решетки. При нагревании хаотичные колебания ионов близ положения равновесия усиливаются, что мешает упорядоченному движению электронов, — проводимость металла уменьшается.
- В жидкостях (электролитах) носителями заряда являются ионы – заряженные атомы и распавшиеся молекулы, образование которых вызвано электролитической диссоциацией. Упорядоченное движение в этом случае представляет собой их перемещение к противоположно заряженным электродам, на которых они нейтрализуются и оседают.
Катионы (положительные ионы) движутся к катоду (минусовому электроду), анионы (отрицательные ионы) – к аноду (плюсовому электроду). При повышении температуры проводимость электролита возрастает, так как растет число разложившихся на ионы молекул.
Источник
Постоянный электрический ток: определение, механизм, характеристики
Постоянный ток – это упорядоченное движение заряженных частиц, движущихся в одном направлении.
По теории данные заряженные частицы относят к носителям тока. В проводниках и полупроводниках такими носителями являются электроны, в электролитах – заряженные ионы, в газах – электроны и ионы. Металлы характеризуются перемещением только электронов. Отсюда следует, что электрический ток в них – это движение электронов проводимости.
Результат прохождения электрического тока в металлах и электропроводящих растворах заметно отличается. Наличие химических процессов в металлах при протекании тока отсутствует. В электролитах под воздействием тока происходит выделение ионов вещества на электродах. Различие заключается в отличии носителей зарядов металла и электролита. В металлах – это свободные электроны, отделившиеся от атомов, в растворах – ионы, атомы или их группы с зарядами.
Необходимые условия существования электрического тока
Первое необходимое условие существования электрического тока любого вещества – наличие носителей заряда.
Для равновесного состояния зарядов необходимо равнение нулю разности потенциалов между любыми точками проводника. При нарушении данного условия, заряд не сможет переместиться. Отсюда следует, что второе необходимое условие существования электрического тока в проводнике – создание напряжения между некоторыми точками.
Упорядоченное движение свободных зарядов, возникающее в проводнике как результат воздействия электрического поля, называют током проводимости.
Такое движение возможно при перемещении в пространстве заряженного проводника или диэлектрика. Подобный электрический ток получил название конвекционного.
Механизм осуществления постоянного тока
Для постоянного прохождения тока в проводнике следует подсоединить к проводнику или их совокупности устройство, в котором постоянно происходит процесс разделения электрических зарядов для поддержания напряжения в цепи. Данный механизм получил название источника тока (генератора).
Силы, разделяющие заряды, называют сторонними. Они характеризуются неэлектрическим происхождением, действуют внутри источника. При разделении зарядов сторонние силы способны создать разность потенциалов между концами цепи.
Если электрический заряд перемещается по замкнутой цепи, то работа электростатических сил равняется нулю. Отсюда следует, что суммарная работа сил A , действующих на заряд, равна работе сторонних A s t . Определение физической величины, характеризующей источник тока, ЭДС источника ε запишется как:
ε = A q ( 1 ) , где значение q подразумевает положительный заряд. Его движение происходит по замкнутому контуру. ЭДС – это не сила. Единица измерения ε = В .
Природа сторонних сил различна. В гальваническом элементе они являются результатом электрохимических процессов. В машине с постоянным током такой силой является сила Лоренца.
Основные характеристики электрического тока
Условно принято считать направление тока за направление движения положительных частиц. Отсюда следует, что направление тока в металлах характеризуется противоположным направлением относительно направления движения частиц.
Электрический ток обладает силой тока.
Сила тока I – скалярная величина, равняется производной от заряда q по времени для тока, который проходит через поверхность S :
Ток может быть постоянным и переменным. При неизменной силе тока с его направлением по времени ток называют постоянным, а выражение силы тока для него примет вид:
I = q t ( 3 ) , где сила тока рассматривается в качестве заряда, проходящего через поверхность S в единицу времени.
По системе С И основная единица измерения силы тока – Ампер ( А ) .
Плотность – это векторная локальная характеристика. Вектор плотности тока j → способен показывать, каким образом распределяется ток по сечению S . Его направление идет в сторону, куда движутся положительные заряды.
Значение вектора плотности тока по модулю равно:
j = d I d S ‘ ( 4 ) , где d S ‘ является проекцией элементарной поверхности d S на плоскость, перпендикулярную вектору плотности тока, d I – элементом силы, которая идет через поверхности d S и d S ‘ .
Представление плотности в металле возможно по формуле:
j → = — n 0 q e » open=» υ → ( 5 ) , где n 0 обозначается концентрацией электронов проводимости, q e = 1 , 6 · 10 — 19 К л – зарядом электрона, » open=» υ → – средней скоростью упорядоченного движения электронов. Если значение плотностей тока максимальное, то
» open=» υ → = 10 — 4 м с .
Закон сохранения заряда
Основным физическим законом считается закон сохранения электрического заряда. При выборе произвольной замкнутой поверхности S , изображенной на рисунке 1 , ограничивающей объем V количество выходящего электричества в единицу времени ( 1 секунду) из объема V можно определить по формуле ∮ s j n d S . Такое же количество электричества выражается через заряд — ∂ q ∂ t , тогда получаем:
∂ q ∂ t = — ∮ S j n d S ( 6 ) , где j n считается проекцией вектора плотности на направление нормали к элементу поверхности d S , при этом:
j n = j cos a ( 7 ) , где a является углом между направлением нормали к d S и вектором плотности тока. Уравнение ( 6 ) показывает частое употребление производной для того, чтобы сделать акцент на неподвижности поверхности S .
Выражение ( 6 ) считается законом сохранения электрического заряда в макроскопической электродинамике. Если ток постоянен во времени, тогда запись этого закона примет вид:
∮ S j n d S = 0 ( 8 ) .
Найти формулу для того, чтобы рассчитать конвекционный ток при его возникновении в длинном цилиндре с радиусом сечения R и наличием его равномерной скорости движения υ , который заряжен по поверхности равномерно. Значение напряженности поля у поверхности цилиндра равняется E . Направление скорости движения вдоль оси цилиндра.
Решение
Основой решения задачи берется определение силы тока в виде:
I = d q d t ( 1 . 1 ) .
Из формулы ( 1 . 1 ) следует, что возможно нахождение элемента заряда, располагающегося на поверхности цилиндра.
Напряженность поля равномерно заряженного цилиндра на его поверхности находится по выражению:
E = σ ε 0 ( 1 . 2 ) , где σ является поверхностной плотностью заряда, ε 0 = 8 , 85 · 10 — 12 К л Н · м 2 . Выразим σ из ( 1 . 2 ) , тогда:
σ = E · ε 0 ( 1 . 3 ) .
Связь поверхностной плотности заряда с элементарным зарядом выражается при помощи формулы:
d q d S = σ ( 1 . 4 ) .
Используя ( 1 . 3 ) , ( 1 . 4 ) , имеем:
d q = E · e 0 d S ( 1 . 5 ) .
Выражение элемента поверхности цилиндра идет через его параметры:
d S = 2 π · R d h ( 1 . 6 ) , где d h является элементом высоты цилиндра. Запись элемента заряда поверхности цилиндра примет вид:
d q = E · ε 0 · 2 h · R d h ( 1 . 7 ) .
Произведем подстановку из ( 1 . 7 ) в ( 1 . 1 ) :
I = d ( E · ε 0 · 2 π · Rdh ) d t = 2 πRε 0 E dh dt ( 1 . 8 ) .
Движение цилиндра идет вдоль оси, тогда запишем:
d h d t = υ ( 1 . 9 ) .
I = 2 π R ε 0 E υ .
Ответ: конвективный ток I = 2 π R ε 0 E υ .
Изменение тока в проводнике происходит согласно закону I = 1 + 3 t . Определить значение заряда, проходящего через поперечное сечение проводника, за время t , изменяющегося от t 1 = 3 с до t 2 = 7 c . Каким должен быть постоянный электрический ток, чтобы за аналогичное время происходило то же значение заряда?
Решение
Основа решения задачи – выражение, связывающее силу тока и заряд, проходящий через поперечное сечение проводника:
I = d q d t ( 2 . 1 ) .
Формула ( 2 . 1 ) показывает, что нахождение количества заряда, проходящего через поперечное сечение проводника за время от t 1 до t 2 возможно таким образом:
q = ∫ t 1 t 2 I d t ( 2 . 2 ) .
Произведем подстановку имеющегося по условию закона в ( 2 . 2 ) для получения:
q = ∫ t 1 t 2 ( 1 + 3 t ) d t = ∫ t 1 t 2 d t + ∫ t 1 t 2 3 t d t = t 2 — t 1 + 3 · t 2 2 t 1 t 2 = ( t 2 — t 1 ) + 3 2 t 2 2 — t 1 2 ( 2 . 3 ) .
q = 7 — 3 + 3 2 ( 7 2 — 3 2 ) = 4 + 3 2 · 40 = 64 ( К л ) .
Чтобы определить постоянный ток для получения силы используется формула:
I c o n s t = q t ( 2 . 3 ) , где t считается временем, за которое поперечное сечение проводника пройдет заряд q .
Тогда время протекания заряда равняется:
t = t 2 — t 1 ( 2 . 4 ) .
Выражение ( 2 . 3 ) примет вид:
I c o n s t = q t 2 — t 1 ( 2 . 5 ) .
Произведем подстановку и вычислим:
I c o n s t = 64 7 — 3 = 64 4 = 16 ( A ) .
Ответ: q = 64 К л . I c o n s t = 16 А . .
Источник
3. Постоянный электрический ток.
Электрический ток. Электрический ток – направленное упорядоченное движение заряженных частиц.
Постоянный электрический ток. Постоянный ток — это ток, при кото-ром заряженные частицы не меняют ни модуля скорости, ни ее направления.
Эффекты (действия) электрического тока: тепловое, химическое и магнитное. Тепловое действие: Пропускание тока через проводник сопровождается активным выделением тепла. Химическое действие: Электрический ток способен изменить химическую структуру вещества. Магнитное действие: Наличие электрического тока инициирует активность магнитного поля.
Сила тока. Сила тока – физическая величина, равная отношению заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника, к промежутку времени, за который этот заряд прошел:
Единица измерения силы тока. Единица измерения: А – ампер (по имени французского физика Андре-Мари Ампера)
Три условия существования постоянного электрического тока. Условия существования электрического тока: 1. Наличие свободных Зарядов (проводника); 2. Наличие электрического поля; 3. Замкнутая электрическая цепь.
Закон Ома для участка цепи. Когда проводник находится под напряжением (на его концах существуют противоположные заряды), возникает электрический ток. Закон Ома для участка цепи: сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на этом участке и обратно пропорциональна сопротивлению проводника.
Электрическое сопротивление. Физическая формула и единицы измерения. Физическая величина, характеризующая свойство проводника влиять на протекающий по нему электрический ток, называется электрическим сопротивлением. Обозначение: R. Физическая формула:
Единица измерения: Ом.
Природа электрического сопротивления проводников. В процессе своего движения свободные электроны постоянно взаимодействуют с ионами, которые входят в строение кристаллической решетки. Замедление движения электронов в веществе из-за столкновений с узлами кристаллической решетки (атомами) и обусловливает проявление электрического сопротивления.
Проводники. Есть вещества, которые проводят электричество (электрические заряды) достаточно хорошо, и такие вещества называются проводниками. Как правило, к этим веществам относятся растворы, расплавы, жидкости, и, конечно же, металлы. Металлы считаются наиболее хорошими проводниками электрического заряда.
Диэлектрики. Вещества, которые плохо пропускают электрические заряды, называются диэлектриками, или изоляторами (от итальянского «изоляре»). Это, в первую очередь, газы, которые проводят электрические заряды очень плохо. А также различные пластмассы, смолы, стекло.
Электрическое напряжение. Электрическое напряжение U – это физическая величина, которая равна работе А электрического поля по пе- ремещению единичного заряда q из одной точки в другую:
Работа электрического тока. Работа электрического тока равна произведению силы тока на напряжение и на время протекания тока в цепи: A = I U t ( изм. в Дж).
Тепловое действие электрического тока и закон Джоуля-Ленца. Прохождение тока через проводник вызывает его нагрев. При этом совершается работа (движение электронов), а выделение тепла – есть выделение энергии в результате работы. Закон Джоуля – Ленца: Мощность тепла, выделяемого в единице объёма среды при протекании электрического тока, пропорциональна произведению плотности электрического тока на величину напряженности электрического поля:
Мощность электрического тока. Мощность – это работа, выполненная за единицу времени (скорость выполнения током работы). Для электрического тока мощность рассчитывается формулой:
Демонстрации:
Лейденская банка – первый конденсатор.
Простейший гальванический элемент.
Видеосъемка опытов в Большом электронном колайдере.
Объемная модель атома гелия.
Опыты Джеймса Максвелла с электрическим полем.
Закон Ома для участка цепи.
Появление электрического тока в проводнике.
Последовательное подключение проводников.
Параллельное подключение проводников.
Контрольные вопросы:.
Назовите основные вехи в истории открытия электричества.
Докажите, что т.н. «Лейденская банка» имеет непосредственное отношение к открытию электричества.
Определите, когда и кем была сформулирована первая научная теория электричества.
Сформулируйте значение открытий Кулона и Гальвани.
Охарактеризуйте физическими терминами в чем суть первого источника постоянного тока А. Вольта.
Сформулируйте физические признаки т.н. «Вольтовой дуги».
Назовите отличительные характеристики и достижения исследований электромагнетизма физиками ХIX в.
Объясните доказательно, в чем значение опытов Фарадея в области электричества.
Объясните доказательно, в чем перспективы передачи электроэнергии на расстояние.
Сформулируйте определение электрона и условия его открытия.
Покажите на примерах значимость исследований электричества в современной физике.
Объясните смыслы термина: «Электродинамика».
Объясните доказательно, почему электродинамика рассматривается как физическая наука.
Объясните смыслы понятий электрона и электрического заряда.
Объясните доказательно, в чем проявляется принцип взаимодействия электрических зарядов.
Назовите 4 способа электризации.
Объясните на примерах, откуда берутся электрические заряды.
Разъясните смыслы терминов: «Ионы и ионизация».
Сформулируйте закон сохранения заряда.
Сформулируйте закон Кулона.
Раскройте смысл физического понятия: «Электрическое поле».
В чем значение опытов М. Фарадея и Дж. Максвелла.
Разъясните физические смыслы основных характеристик электрического поля: напряжённости, напряжения, потенциала.
Дайте определение постоянному электрическому току.
Сформулируйте, какие эффекты (действия) сопутствуют протеканию электрического тока.
Дайте определение, что такое сила тока.
Назовите единицу измерения силы тока.
Назовите три условия существования постоянного электрического тока.
Сформулируйте закон Ома для участка цепи.
Раскройте понятие: «Электрическое сопротивление».
Воспроизведите физическую формулу, единицы измерения сопротивления.
Объясните, в чем проявляется природа электрического сопротивления проводников.
Разъясните на практических примерах, что является проводниками и диэлектриками.
Дайте определение электрическому напряжению.
Сформулируйте смысл физических понятий: «Работа и мощность электрического тока».
Объясните, в чем проявляется тепловое действие электрического тока.
Сформулируйте закон Джоуля-Ленца.
1. Ахмедова Т.И., Мосягина О.В. Естествознание: Учебное пособие / Т.И. Ахмедова, О.В. Мосягина. – М.: РАП, 2012. – С. 48-51.
Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.
Источник