35. Действия электрического тока

§ 35. Действия электрического тока

Мы не можем видеть движущиеся в металлическом проводнике электроны. О наличии электрического тока в цепи мы можем судить лишь по различным явлениям, которые вызывает электрический ток. Такие явления называют действиями тока. Некоторые из этих действий легко наблюдать на опыте.

Тепловое действие тока можно наблюдать, например, присоединив к полюсам источника тока железную или никелиновую проволоку (рис. 54). Проволока при этом нагревается и, удлинившись, слегка провисает. Её даже можно раскалить докрасна. В электрических лампах, например, тонкая вольфрамовая проволочка нагревается током до яркого свечения.

Рис. 54. Тепловое действие тока

Химическое действие тока состоит в том, что в некоторых растворах кислот (солей, щелочей) при прохождении через них электрического тока наблюдается выделение веществ. Вещества, содержащиеся в растворе, откладываются на электродах, опущенных в этот раствор. Например, при пропускании тока через раствор медного купороса (CuS04) на отрицательно заряженном электроде выделится чистая медь (Си). Это используют для получения чистых металлов (рис. 55).

Рис. 55. Химическое действие тока

Магнитное действие тока также можно наблюдать на опыте. Для этого медный провод, покрытый изоляционным материалом, нужно намотать на железный гвоздь, а концы провода соединить с источником тока (рис. 56). Когда цепь замкнута, гвоздь становится магнитом (намагничивается) и притягивает небольшие железные предметы: гвоздики, железные стружки, металлические опилки. С исчезновением тока в обмотке (при размыкании цепи) гвоздь размагничивается.

Рис. 56. Магнитное действие тока

Рассмотрим теперь взаимодействие между проводником с током и магнитом.

На рисунке 57 изображена висящая на нитях небольшая рамочка, на которую навито несколько витков тонкой медной проволоки. Концы обмотки присоединены к полюсам источника тока. Следовательно, в обмотке существует электрический ток, но рамка висит неподвижно.

Рис. 57. Рамка с током неподвижна

Если эту рамку поместить теперь между полюсами магнита, то она станет поворачиваться (рис. 58).

Рис. 58. Рамка с током между полюсами магнита поворачивается

Явление взаимодействия катушки с током и магнита используют в устройстве прибора, называемого гальванометром.

На рисунке 59, а показан внешний вид школьного гальванометра, а на рисунке 59, б — его условное изображение на схемах. Стрелка гальванометра связана с подвижной катушкой, находящейся в магнитном поле. Когда в катушке существует ток, стрелка отклоняется. Таким образом, с помощью гальванометра можно судить о наличии тока в цепи.

Рис. 59. Гальванометр

Следует заметить, что из всех рассмотренных нами действий электрического тока магнитное действие тока наблюдается всегда, какой бы проводник тока ни был — твёрдый, жидкий или газообразный.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Тепловое действие электрического тока ( согласно закону Джоуля — Ленца) определяется сопротивлением биологических тканей, значением тока и временем существования электрической цепи через тело человека. Тепло, образующееся при прохождеяии тока через биоткани, вызывает перегрев и гибель клеток, причем наиболее выраженные изменения наблюдаются на кратчайшем пути тока. Поражения кожи в местах входа и выхода тока различны по форме и размеру в зависимости от характера контакта с токонесущими проводниками: от точечных меток до полного обугливания тканей, а распространенность некроза кожи обычно меньше, нем глубжележащих тканей. Степень поражения тканей пропорциональна их проводимости, изменяющейся в широких пределах. Биологические ткани по удельному сопротивлению в порядке его возрастания распределяются следующим образом: нервы, кровеносные сосуды, мышцы, кожа, сухожилия, жировая ткань, кости.  [1]

Тепловое действие электрического тока приводит к ожогам кожного покрова, а также гибели подлежащих тканей, вплоть до обугливания.  [2]

Тепловое действие электрического тока находит широкое применение в технике.  [4]

Тепловое действие электрического тока широко используется для устройства различного рода производственных и бытовых нагревательных приборов.  [5]

Тепловое действие электрического тока используют для защиты электрических устройств от чрезмерного, недопустимого для них тока, который может вызвать сильный нагрев устройства и даже его сгорание.  [7]

Тепловое действие электрического тока широко используется в технике и быту.  [8]

Тепловое действие электрического тока играет в электротехнике двоякую роль. С одной стороны, способность электроэнергии легко преобразовываться в тепловую энергию широко используют в различных областях народного хозяйства для устройства электрических печей и нагревательных приборов. В частности, на строительстве при работах в зимнее время применяют электропрогрев бетона и замерзшего грунта, электроотогрев замерзших трубопроводов ( с использованием переменного тока); сушку штукатурки электролампами и электровоздуходувками. С другой стороны, нагрев током проводов при передаче электрической энергии и нагрев обмоток электрических машин при их работе представляет собой отрицательное явление так как создает бесполезные затраты-потери электрической энергии, а при чрезмерной загрузке проводов током грозит преждевременным выходом из строя электроизоляции проводов и пожаром.  [9]

Тепловое действие электрического тока заключается в том, что при прохождении тока проводимости по проводникам или тока смещения по некоторым диэлектрикам проводники и диэлектрики нагреваются.  [10]

Тепловым действием электрического тока пользуются в электрических лампах накаливания, нагревательных приборах, для защиты электрических цепей путем установки плавких или биметаллических предохранителей, а также в тепловых измерительных приборах.  [11]

Тепловым действием электрического тока называется его способность нагревать приемник электрической энергии.  [12]

Тепловым действием электрического тока называют явление нагрева проводников проходящим по ним током. Тепловое действие тока заложено также в основе устройств многих современных приборов контроля и автоматики. В данной теме рассматриваются лишь некоторые вопросы, связанные с электрическим нагревом проводников.  [13]

Где используется тепловое действие электрического тока .  [14]

А — Тепловое действие электрического тока широко используется в быту и в технике.  [15]

Слободянюк А.И. Физика 10/11.0

Мы подробно рассмотрели свойства электростатического поля, порождаемого неподвижными электрическими зарядами. При движении электрических зарядов возникает целый ряд новых физических явлений, к изучению которых мы приступаем.

В настоящее время широко известно, что электрические заряды имеют дискретную структуру, то есть носителями зарядов являются элементарные частицы – электроны, протоны и т.д. Однако в большинстве практически значимых случаев эта дискретность зарядов не проявляется, поэтому модель сплошной электрически заряженной среды хорошо описывает явления, связанные с движением заряженных частиц, то есть с электрическим током.

Электрическим током называется направленное движение заряженных частиц.

С использованием электрического тока вы хорошо знакомы, так как электрический ток чрезвычайно широко используется в нашей жизни. Не секрет, что наша нынешняя цивилизация в основном базируется на производстве и использовании электрической энергии. Электрическую энергию достаточно просто производить, предавать на большие расстояния, преобразовывать в другие требуемые формы.

Кратко остановимся на возможных проявлениях действия электрического тока.

Тепловое действие электрического тока проявляется практически во всех случаях протекания тока. Благодаря наличию электрического сопротивления при протекании тока выделяется теплота, количество которой определяется законом Джоуля-Ленца, с которым вы должны быть знакомы. В некоторых случаях выделяемая теплота полезна (в разнообразных электронагревательных приборах), часто выделение теплоты приводит к бесполезным потерям энергии при передаче электроэнергии.

Магнитное действие тока проявляется в создании магнитного поля, приводящего к появлению взаимодействия между электрическими токами и движущимися заряженными частицами.

Механическое действие тока используется в разнообразных электродвигателях, преобразующих энергию электрического тока в механическую энергию.

Химическое действие проявляется в том, что протекающий электрический ток, может инициировать различные химические реакции. Так, например, процесс производства алюминия и ряда других металлов основан на явлении электролиза – реакции разложения расплавов оксидов металлов под действием электрического тока.

Световое действие электрического тока проявляется в появлении светового излучения при прохождении электрического тока. В некоторых случаях свечение является следствие теплового разогрева (например, в лампочках накаливания), в других движущиеся заряженные частицы непосредственно вызывают появление светового излучения.

В самом названии явления (электрический ток) слышны отголоски старых физических воззрений, когда все электрические свойства приписывались гипотетическое электрической жидкости, заполняющей все тела. Поэтому при описании движения заряженных частиц используется терминология аналогичная используемой при описании движения обычных жидкостей. Указанная аналогия простирается дальше простого совпадения терминов, многие законы движения «электрической жидкости аналогичны законам движения обычных жидкостей, а частично знакомые вам законы постоянного электрического тока по проводам аналогичны законам движения жидкости по трубам. Поэтому настоятельно рекомендуем вам повторить раздел, в котором описаны эти явления – гидродинамику.

Применение теплового действия электрического тока — Электрические явления

Цели: выяснить причины перегрузки сети и короткого замыкания, объяснить учащимся назначение предохранителей; изучить устройство лампы накаливания.

Демонстрации: устройство и принцип действия лампы накаливания; устройство и принцип действия предохранителей; устройство и принцип действия электронагревательных приборов.

I. Повторение изученного

Повторить материал, изученный на предыдущем уроке, можно в ходе фронтального опроса по теме «Закон Джоуля-Ленца»:

— В чем проявляется тепловое действие тока? При каких условиях оно наблюдается?

— Почему при прохождении тока проводник нагревается?

— Почему, когда по проводнику пропускают электрический ток, проводник удлиняется?

— По какой формуле можно рассчитать количество теплоты, выделяемое проводником с током?

— Как формулируется закон Джоуля-Ленца?

— Последовательно соединенные медная и железная проволоки одинаковой длины и сечения подключены к аккумулятору. В какой из них выделится большее количество теплоты за одинаковое время?

II. Применение теплового действия электрического тока

На данном уроке необходимо остановиться на использовании теплового действия тока на практике:

а) электрические лампы накаливания;

б) электрические нагревательные приборы;

в) короткое замыкание;

г) плавкие предохранители.

Следует уделить несколько минут на уроке рассмотрению вопросов о коротком замыкании, о назначении и устройстве предохранителей.

К пониманию вопроса о коротком замыкании учащиеся уже достаточно подготовлены. Им уже говорилось, что электрические цепи рассчитаны на определенную силу тока. Если сопротивление цепи по каким-либо причинам уменьшится, то сила тока возрастет и может стать больше допустимой. Естественно, при этом будут нагреваться провода, возможно воспламенение изоляции проводов и даже расплавление проводов. Такое уменьшение сопротивления цепи может возникнуть при включении параллельно дополнительных потребителей. При коротком замыкании ток может достигнуть очень большой величины и возникнет опасность пожара. Избежать этой опасности помогают предохранители.

Предохранитель — это устройство для предотвращения недопустимого и опасного действия установки, машины, аппарата, прибора, оружия и прочего, в результате нарушения нормальных условий и режимов их работы, аварий, неосторожного обращения и др. Наиболее распространены плавкие предохранители для защиты электрических сетей от токов короткого замыкания. Предохранительные клапаны нужны для защиты паровых котлов и напорных воздушных баков (ресиверов) от чрезмерного повышения давления, а также предохранители применяются в ружьях и пистолетах.

Предохранитель плавкий — это устройство для защиты электрических установок от токов коротких замыканий и перегрузок, прерывающие цепь в результате расплавления специального проводника. При возрастании тока в цепи свыше номинального значения в плавких предохранителях происходит расплавление плавких вставок и защищаемого плавкого предохранителя проводов, машин, аппаратов. Различают номинальный ток плавкого предохранителя, на который рассчитаны его токоведущий и контактные несменяемые части и номинальный ток сменяемой плавкой вставки, выполняемой на различные номинальные токи.

Чтобы предотвратить возникновение длительной электрической дуги, плавкая вставка должна иметь длину больше той, при которой может гореть дуга под данным напряжением, поэтому на плавких предохранителях кроме номинального тока, указывается также и наибольшее допустимое рабочее напряжение установки.

Достоинством плавких предохранителей является простота и дешевизна; недостатком — необходимость замены плавких вставок, что особенно затрудняется в установках высокого напряжения. Кроме того, электрические машины защищают плавкие предохранители только от токов коротких замыканий.

На уроке можно также показать фрагменты видеофильмов о применении электрического тока, например: «Из истории электрического освещения»; «Электричество служит людям»; «Работает электрический ток».

Далее заслушиваются доклады учащихся.

1. § 54, 55 учебника; вопросы к параграфу.

2. Сборник задач В. И. Лукашика, Е. В. Ивановой, № 1443, 1444, 1446.

Первые точные опыты, доказывающие эквивалентность количества теплоты, переданного телу, и работы, были выполнены английским ученым Д. Джоулем в середине XIX в.

Интерес к проблеме впервые возник у Джоуля из знакомства с электрическими двигателями, которые только что были изобретены. Джоуль был человеком весьма практического склада ума, и его увлекла идея создать вечный источник энергии. Он изготовил вольтову батарею, запустил от нее примитивный электродвигатель собственной конструкции и увидел, что получить нечто из ничего не удается: цинк в батарее съедался, и замена его обходилась довольно дорого. (Позже Джоуль доказал, к своему собственному удовольствию, что прокормить лошадь всегда дешевле, чем менять цинк в батареях, так что лошадь никогда не будет вытеснена электродвигателем.) Это побудило Джоуля исследовать связь между теплотой и энергией всех видов, и он решил выяснить, существует ли точное количественное соотношение между теплотой и механической энергией.

Джоуль пришел к следующему результату: при совершении работы 4,2 Дж происходит такое же повышение температуры, как и при сообщении телу количества теплоты, равного 1 кал.

Многочисленные последующие опыты самого Джоуля и других ученых подтвердили сделанный вывод. Было экспериментально доказано, что калория есть не что иное, как тепловая единица энергии. Величина 4,2 Дж/кап (или, точнее, 4,1868 Дж/кап) получила название механического эквивалента теплоты: это переводной множитель из тепловых единиц в механические.

В СИ количество теплоты выражают в джоулях, а удельную теплоемкость — в джоулях на килограмм — кельвин. Для воды удельная теплоемкость примерно равна 4190 Дж / (кг · К).

Томас Алва Эдисон (1847-1931)

Томас Алва Эдисон родился в 1847 году. Жил он в маленьком городишке США. Его считали в школе ленивым учеником, хотя внимательный учитель мог бы заметить в нем природную любознательность и склонность к исследованиям. В подвале дома он устроил химическую лабораторию и ставил там различные опыты.

В 12 лет Томас бросил школу и стал разносчиком газет. Потом он освоил профессию телеграфиста, блестяще изучил технику телеграфирования, телеграфный аппарат. Первое изобретение Эдисона связано именно с телеграфным аппаратом. Эдисон сконструировал приставку, которая автоматически и периодически посылала условный сигнал на станцию, подтверждающий, что телеграфист бдительно дежурит у аппарата.

С тех пор в течение более чем 60 лет Эдисон вел напряженную изобретатель? скую работу, хлопотал о внедрении своих технических новшеств в производство.

Эдисон проявлял энергию и упорство в достижении поставленной цели. Так, поставив перед собой задачу создать завод по производству карболовой кислоты, он почти не выходил из лаборатории, но проблему он решил. Для того чтобы создать щелочной аккумулятор, он провел десятки тысяч опытов.

В 1878 г. Эдисон обратился к проблеме электрического освещения, пошел по пути усовершенствования лампы накаливания А. Н. Лодыгина.

За один год он провел 6000 опытов в поисках наилучшего материала для нити лампы накаливания. И хотя лампы Эдисона получили признание, все же лучший материал для нитей — вольфрам предложил А. Н. Лодыгин; нити из вольфрама используются до сих пор в большинстве ламп накаливания.

Телефон изобрел А. Белл, а Эдисон внес в него значительные усовершенствования, которые устраняли посторонние шумы и позволяли хорошо слышать собеседника на любом расстоянии.

Эдисон развивал идеи предшественников, теперь изобретатели разных стран шли по открытому им пути: были созданы граммофон, патефон, электрофон.

Умер Эдисон в 1931 году.

Библиотека образовательных материалов для студентов, учителей, учеников и их родителей.

Наш сайт не претендует на авторство размещенных материалов. Мы только конвертируем в удобный формат материалы из сети Интернет, которые находятся в открытом доступе и присланные нашими посетителями.

Если вы являетесь обладателем авторского права на любой размещенный у нас материал и намерены удалить его или получить ссылки на место коммерческого размещения материалов, обратитесь для согласования к администратору сайта.

Разрешается копировать материалы с обязательной гипертекстовой ссылкой на сайт, будьте благодарными мы затратили много усилий чтобы привести информацию в удобный вид.

Действие электрического тока в экспериментах

Цель:познакомиться с действием электромагнита на примере работы электрического звонка.

Оборудование: комплект деталей и узлов для сборки электрического звонка, источник питания, ключ, соединительные провода.

Ход эксперимента:

1. Собираем электромагнит из катушки, сердечника, железной скобки, гаек и болтов.
2. Звонок собираем из угольников и колокольчика.
3. Соединяем якорь с пружиной.
4. Все детали нужно установить на специальной панели.
5. Подключаем установку к источнику питания, рассчитанную на 42В.
6. При замыкании цепи якорь притягивается к электромагниту и молоточек ударяет по звонковой чаше, раздается соответствующий звук.

Вывод: продемонстрировали использование магнитного действия тока, используя комплект деталей и узлов для сборки электрического звонка.

Применение: электромагниты находят широкое применение в технике:

• На заводах эл. магниты используют для переноски изделий из стали или чугуна, а также стальных и чугунных стружек, слитков.
• Магнитные сепараторы (зерна). Зерно перемешивают с железными опилками, они прилипают к сорнякам, а к гладким зёрнам не прилипают. Зерно высыпают на вращающийся барабан с электромагнитом, к нему притягиваются сорняки.
• Электромагнитное реле. Если необходимо включить цепь с током 1000 А, то применяют реле. Электромагнитное реле приводят в действие малой силой тока, поэтому оператор оказывается защищённым от контакта с цепью большого тока.

II. Эксперимент: «Лампа из нихромовой проволоки»

(Физика.8 кл.:учебник/ А.В.Перышкин. – М.: Дрофа, 2014. §35)

Цель:познакомиться с тепловым действием тока.

Оборудование: источник питания, ключ, соединительные провода, реостат, нихромовая проволока на подставке.

Ход эксперимента:

1. Собираем электрическую цепь, состоящую из реостата, нихромовой проволоки на подставке, ключа, источника тока и соединительных проводов.
2. Замыкаем цепь.
3. Наблюдаем нагревание проволоки.
4. Если двигать ползунок реостата в сторону уменьшения витков реостата, проволока раскаляется и начинает светиться.

Вывод: продемонстрировали тепловое действие тока на примере свечения нихромового провода.

Применение: тепловое действие тока используют в различных электронагревательных приборах и электроустановках:

• в домашних условиях широко применяются электроплиты, утюги, чайники, плавкие предохранители;
• в промышленности и сельском хозяйстве применяется электросварка, выплавка специальных сортов стали, инкубаторы, теплицы.

III. Эксперимент: «Батарейка»

(Физика.8 кл.:учебник/ А.В.Перышкин. – М.: Дрофа, 2014. §32)

Цель:изготовить источник питания – батарейку из доступных материалов, используя химическое действие тока.

Оборудование: ксероксная бумага, фольга, 10-ти копеечные монеты, стакан с насыщенным раствором соли в воде, мультиметр, соединительные провода.

Ход эксперимента:

1. Заранее изготавливаем окружности одного диаметра из бумаги и фольги.
2. На кружок из фольги помещаем кружок из пропитанной соляным раствором бумаги, следом накладываем монету достоинством 10 копеек.
3. Повторяем накладывать фольгу, бумагу и монеты 8-10 раз.
4. Измеряем напряжение полученной батарейки с помощью мультиметра.

Вывод: из подручных материалов получаем маломощную батарейку.

Применение: батарейки – самые распространенные в мире источники энергии постоянного тока, они удобны в использовании и безопасны.