Azotirovanie.ru

Инженерные системы и решения
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Количество теплоты, выделяемое проводником с током. КПД электронагревательных приборов». 8-й класс

«Количество теплоты, выделяемое проводником с током. КПД электронагревательных приборов». 8-й класс

Вид обучения на уроке: объяснительно-иллюстративный, практический.

Цель: вывести формулу для нахождения количества теплоты, выделяемого проводником с током.

  • образовательная: практическим путем вывести формулу для нахождения количества теплоты, выделяемого проводником с током; преобразовать полученную формулу, используя имеющиеся знания о законе Ома; ввести понятие КПД электронагревательных приборов
  • воспитательная: научиться быть внимательным и прислушиваться к мнению окружающих, бережно относиться к школьному оборудованию
  • развивающая:научиться работать в группе, анализировать результаты, полученные практическим путем.

Оборудование: компьютер, мультимедийный проектор, экран, 5 плоских батареек на 4,5 В, 2 амперметра, 2 резистора сопротивлением по 2 Ом, резистор сопротивлением 1Ом, резистор сопротивлением 3 Ом, соединительные провода.

Используемые материалы: презентация к уроку (Приложение 1), распечатка задач (Приложение 2).

Меры безопасности: учащиеся должны быть ознакомлены с техникой безопасности при работе с электрооборудованием. Цепи замыкаются только после проверки их учителем. Тактильная проверка резисторов осуществляется только после размыкания цепей.

Примечание: используются резисторы с открытой спиралью, при указанных в работе технических характеристиках оборудования и времени прохождения электрического тока, температура спиралей безопасна для учащихся.

Ход урока

Вспоминаем действия электрического тока (Приложение 1, слайды 2-5). Останавливаем внимание на тепловом действии. (3 мин)

Демонстрируем электроприборы (Приложение 1, слайд 6). Ставим вопрос: “Почему в одном случае тепловое действие тока сильнее, а в другом слабее?” Формулируем тему урока. (1 мин)

Разбиваем класс на 4 группы. Группам выдается соответствующее оборудование и предлагается собрать электрические схемы, различные для каждой группы (Приложение 1, слайд 8). (6 мин)

По команде учителя цепи замыкаются. Через 1 минуту цепи размыкаются, и участникам предлагается проверить (рукой), какой резистор нагрелся больше. Участники первой группы сравнивают свой резистор с резистором второй группы, а участники второй группы – с резистором первой. Участники третьей группы сравнивают свой резистор с резистором четвертой группы, а участники четвертой группы – с резистором третьей. (3 мин)

  • 1,2 группы: как количество теплоты, выделяемое при прохождении электрического тока, зависит от напряжения в цепи? Все записывают этот вывод.
  • 3,4 группы: как количество теплоты, выделяемое при прохождении электрического тока, зависит от силы тока в цепи? Все записывают этот вывод.

По команде учителя замыкаются все цепи теперь уже на 2 минуты. (2 мин)

Цепи размыкаются, и все учащиеся формулируют вывод о том, как количество теплоты, выделяемое при прохождении электрического тока, зависит от времени его прохождения. Все записывают вывод. (1 мин)

Совместно выводим формулу для расчета теплоты. (Приложение 1, слайд 9). (2 мин)

Используя закон Ома, преобразуем эту формулу. 1, 2 группы записывают значение теплоты через сопротивление и напряжение. 3,4 группы – через сопротивление и силу тока. (3 мин)

Записываем все выведенные формулы. (1 мин)

Решаем 3 задачи, 3 человека у доски [1]. В каждой задаче используется одна из выведенных формул (приложение 2). (7 мин)

Делаем вывод, от чего же зависит эффективность электронагревательных приборов. (2 мин)

Говорим о том, что не вся энергия электрического тока оказывается нам полезной. Вводим понятие КПД электронагревательных приборов. (7 мин)

Домашнее задание на выбор (3 мин)

3 любые задачи из задачника на расчет величин, входящих в новые формулы.

Вычисление КПД одного из электронагревательных приборов, находящихся у вас дома.

Количество теплоты выделяемое проводником равно работе электрического тока

Разработка урока: Нагревание проводником электрическим током.

— обобщить знания по вопросу выделения тепла при прохождении тока по проводнику на уровне понимания;

— оценить свои умения применять знания о законе Джоуля — Ленца; познакомиться с конструкцией лампы накаливания;

— научиться применять закон Джоуля — Ленца к объяснению и анализу явлений окружающего мира;

— применять знания и умения, полученные на уроке к решению физических задач; усвоить характерные особенности закона Джоуля — Ленца

Выявить уровень усвоения формулы закона Джоуля — Ленца и его понимания. Дать знания о величинах, характеризующих количество теплоты, выделяемой проводником при прохождении по нему электрического тока.

Дать представление о механизме выделения тепла в проводнике на основе модели строения вещества. Обосновать связь между материалом спирали электрической лампочки и количеством выделившейся теплоты. Познакомить учащихся с методами измерения количества выделившейся теплоты.

Сформировать умения применять основные положения теории строения вещества к обоснованию электрических свойств данного вещества.

Показать значение работ А. Н. Лодыгина в области конструирования ламп накаливания. Подчеркнуть взаимосвязь строения вещества с количеством выделившейся теплоты при прохождении тока по проводнику как проявления одного из признаков метода диалектического познания явлений.

Читайте так же:
Что такое тепловой ток полупроводникового диода

Проверить уровень самостоятельности мышления школьника в применении знаний в различных ситуациях.

Сформировать элементы творческого поиска на основе приемов обобщения. Формировать умения развертывать доказательство на основе данных.

Первые 10-15 минут урока целесообразно посвятить проверке усвоения материала по теме «Работа и мощность электрического тока». http://fcior.edu.ru/card/7175/zakon-oma-dlya-uchastka-cepi-rabota-i-moshnost-elektricheskogo-toka.html С этой целью можно провести тестирование или письменную проверочную работу по индивидуальным карточкам. Для карточек можно предложить следующие варианты разноуровневых заданий:

1. Напряжение на концах электрической цепи 1 В. Какую работу совершит в ней электрический ток в течение 1 с при силе тока 1 А?

2. Одна электрическая лампа включена в сеть напряжением 127 В, а другая — в сеть напряжением 220 В. В какой лампе при прохождении 1 Кл совершается большая работа?

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?

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?

1. Башенный кран равномерно поднимает груз массой 0,5 т на высоту 30 м за 2 мин. Сила тока в электродвигателе равна 16,5 А при напряжении 220 В. Определите КПД электродвигателя крана.

2. Транспортер поднимает за время 1 мин груз массой 300 кг на высоту 8 м. КПД транспортера 60%. Определите силу тока через электродвигатель транспортера, если напряжение в сети 380 В.

Изложение нового материала.

При введении понятия работы электрического тока мы уже пользовались, тепловым действием тока (нагревание проводников). Собираем электрическую цепь, в которую последовательно включаем лампу накаливания и реостат. Для измерения силы тока и напряжения на лампе применяем амперметр и вольтметр, учащимся уже известно, что в проводнике при протекании тока происходит превращение электрической энергии во внутреннюю, и проводник нагревается.

— Почему при прохождении электрического тока проводник нагревается?

Они неоднократно наблюдали тепловое действие тока в бытовых приборах. На опыте с лампой накаливания учащиеся убедились, что накал лампы возрастал при увеличении тока. Но нагревание проводников зависит не только от силы тока, но и от сопротивления проводников.

Показывающий тепловое действие тока в цепочке состоящей из двух последовательно соединенных проводников разного сопротивления:. Ток во всех последовательно соединенных проводниках одинаков. Количество же выделяющейся теплоты в проводниках разное. Из опыта делается вывод:

Нагревание проводников зависит от их сопротивления. Чем больше сопротивление проводника, тем больше он нагревается.

— Из какого материала необходимо изготовлять спирали для лампочек накаливания?

— Какими свойствами должен обладать металл, из которого изготовляют спирали нагревательных элементов?

2. Закон Джоуля-Ленца . Учащиеся знают уже формулу для работы A = Ult. Кроме того, им известно, что в неподвижных проводниках вся работа тока идет лишь на нагревание проводников, т. е. на то, чтобы увеличь их внутреннюю энергию. Следовательно, количество теплоты

Из закона Ома для участка цепи U = IR. Если это учесть, то Q = I2Rt.

Количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно проиведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени.

Необходимо заметить, что формулы Q — l2Rt, Q = Ult и Q=U2t/R, вообще говоря, не идентичны. Дело в том, что первая формула всегда определяет превращение электрической энергии во внутреннюю, т. е. количество теплоты. По другим формулам в общем случае определяют расход электрической энергии, идущей как на нагревание, так и на совершение механической работы, Для неподвижных проводников эти формулы совпадают.

Устройство лампы накаливания:

На рисунке изображена газонаполненная лампа накаливания. Концы спирали 1 приварены к двум проволокам, которые проходят сквозь стержень из стекла 2 и припаяны к металлическим частям цоколя 3 лампы: одна проволока — к винтовой нарезке, а другая — к изолированному от нарезки основанию цоколя 4. Для включения лампы в сеть ее ввинчивают в патрон. Внутренняя часть патрона содержит пружинящий контакт 5, касающийся основания цоколя лампы, и винтовую нарезку 6, удерживающую лампу. Пружинящий контакт и винтовая нарезка патрона имеют зажимы, к которым прикрепляют провода от сети.

Тепловое действие тока используют в различных электронагревательных приборах и установках. В домашних условиях широко применяют электрические плитки, утюги, чайники, кипятильники. В промышленности тепловое действие тока используют для выплавки специальных сортов стали и многих других металлов, для электросварки. В сельском хозяйстве с помощью электрического тока обогревают теплицы, кормозапарники, инкубаторы, сушат зерно, приготовляют силос.

Читайте так же:
Что означает тепловое поражение электрическим током ответ

Основная часть всякого нагревательного электрического прибора — нагревательный элемент. Нагревательный элемент представляет собой проводник с большим удельным сопротивлением, способный, кроме того, выдерживать, не разрушаясь, нагревание до высокой температуры (до 1000—1200 °С). Чаще всего для изготовления нагревательного элемента применяют сплав никеля, железа, хрома и марганца, известный под названием «нихром». Удельное сопротивление нихрома р = 1,1Ом-мм2/м что примерно в 70 раз больше удельного сопротивления меди. Большое удельное сопротивление нихрома дает возможность изготовлять из него весьма удобные — малые по размерам — нагревательные элементы.

В конце урока можно коллективно обсудить решения нескольких задач:

— Две проволоки одинаковой длины и сечения — железная и медная -соединены параллельно. В какой из них выделится большее количество теплоты?

— Спираль электрической плитки укоротили. Как изменится количество выделяемой в ней теплоты, если плитку включить в то же напряжение?

— Какое количество теплоты выделится в течение часа в проводнике сопротивлением 10 Ом при силе тока 2 А?

— Определите количество теплоты, которое дает электроприбор мощностью 2 кВт за 10 мин работы?

— 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?

Домашнее задание : § 53, 54 вопросы к параграфам

Желающие учащиеся могут подготовить к следующему уроку доклады учащихся по темам:

«Первое электрическое освещение свечами И» Н. Яблочкова».

«Использование теплового действия тока в промышленности и сельском хозяйстве».

PEN проводник – разделение, требования

pen прводник

Сегодня поговорим о том, что такое PEN проводник, для чего делается его разделение, как это сделать правильно и о других особенностях, постарался раскрыть вопрос полностью.

Дополнения приветствуются в комментариях.

Содержание статьи:

  • Что такое PEN проводник
  • Разделение PEN проводника на N и PE
    • Правила разделения
    • Зачем нужна перемычка
    • Сечение
    • Обозначение
    • Цвет провода

    Что такое PEN проводник

    Если от столба в дом идут 2 провода, то один из них L – фаза, а второй это PEN проводник.

    PEN – совмещенный нулевой рабочий с нулевым защитным проводники.

    N – нулевой рабочий проводник (нейтральный).

    PE – нулевой защитный проводник (заземляющий, уравнивающий потенциалы) — появляется в цепи после разделения провода PEN, или берется непосредственно из контура заземления.

    Соединяются на трансформаторной подстанции, используется в системах заземления TN-C.

    Согласно ПУЭ — правилам устройства электроустановок, TN-C означает заземленную на нейтраль систему с объединенными защитным и рабочим проводниками.

    системы заземления электроустановок

    Несмотря повсеместное использование в многоквартирных домах, система TN-C является устаревшей и ее постепенно заменяют на более совершенные системы TN-S или TN-C-S.

    Разделение PEN проводника

    Зачем разделять PEN проводник? Согласно ПУЭ-7

    7.1.13. Питание электроприемников должно выполняться от сети 380/220 В с системой заземления ТN-S или ТN-С-S. При реконструкции жилых и общественных зданий, имеющих напряжение сети 220/127 В или 3 х 220 В, следует предусматривать перевод сети на напряжение 380/220 В с системой заземления ТN-S или ТN-С-S.

    Мы уже знаем, что во многих домах электропроводка выполнена по устаревшим нормам с системой заземления TN-C и чтобы осуществить перевод сети на ТN-S или ТN-С-S необходимо выполнить разделение PEN на нулевой рабочий и нулевой защитный проводники.

    Правила разделения PEN проводника

    1. Разделение PEN проводника осуществляется в вводном распределительном устройстве.

    Расщепление PEN провода в этажном щите является грубым нарушением существующего проекта электроснабжения дома. Нельзя вмешиваться в существующую схему!

    2. С места разделения PEN на N и РЕ проводники – запрещено их дальнейшее соединение.

    3. После разделения шины считаются разными и маркируются соответствующим образом:

    • N — синим цветом.
    • PE — желто-зеленым.

    4. Между шинами PE и N должна быть перемычка сечением не меньше чем сами шины.

    Важно! Заземление всегда ставится первым и уже от него идет перемычка к рабочему нулю.

    5. Шина проводника PE должна быть заземлена и контактировать с корпусом трансформатора.

    6. Шина N устанавливается на изоляторах – не должна контактировать с корпусом.

    разделение pen проводника

    Зачем нужна перемычка между PE и N шинами?

    Перемычка необходима, чтобы сработал вводный защитный автомат. При отсутствии перемычки и попадании фазы на корпус оборудования ток уйдет в землю, а не к трансформатору.

    Если взять среднее значение сопротивления заземляющей цепочки в 20 Ом – тока утечки будет недостаточно для отключения автоматического выключателя. Цепь будет продолжать функционировать пока не перегорит поврежденный участок или не произойдет полноценное короткое замыкание. Ситуация может привести к удару током, порче оборудования и пожару.

    В таком случае поможет УЗО – устройство защитного отключения, но полагаться только на него не стоит, потребуется двухфакторная защита – без нее подключение не примет энергонадзор. УЗО рекомендуется устанавливать в любом случае.

    Требования к PEN проводнику

    Сечение PEN проводника

    • Медный провод – от 10 мм²
    • Алюминиевый провод – от 16 мм²

    Расщепление проводов меньших сечений запрещено!

    Согласно национальным стандартам проводники идентифицируют цветом и буквенно-цифровыми обозначениями. Ниже рассмотрим как обозначить совмещенный PEN проводник.

    Обозначение PEN проводника на схеме

    На однолинейной схеме это выглядит следующим образом:

    pen проводник обозначение

    Совмещенный нулевой рабочий и нулевой защитный проводники.

    Цвет PEN проводника

    Изолированные ПЕН-проводники должны иметь метки на концах линии в зависимости от цвета:

    цвет pen проводника

    Если провод синий, то желто-зеленую метку. Если провод желто-зеленый, то синюю метку.

    Похожие материалы:

    Подключение PEN проводника в частном доме

    В частном доме, коттедже достаточно просто организовать систему заземления, но появляется необходимость в защите фаз от перенапряжения и молниезащите. В этом случае необходимо «пожарное» и селективное устройство защитного отключения. Расщепление нулевого проводника PEN не является проблемой и должно выполняться повсеместно.

    Представители энергонадзора могут потребовать, чтобы разделение PEN проводника осуществлялось после счетчика учета электроэнергии. Делается это для предотвращения воровства электроэнергии. Такое подключение допустимо, но правильно будет выполнить разделение до счетчика, так будет надежнее. Смотрим видео профессионала:

    Требования ПУЭ дают исчерпывающие рекомендации по вопросу разделения PEN проводника независимо от места и способа подключения, изучайте и применяйте. Удачи в делах!

    КИМ по физики за 8 класс

    Нажмите, чтобы узнать подробности

    Контрольные работы №2,7,8 содержат 12 вопросов и заданий, которые разделены на три уровня сложности.

    1-8 задания — базовый уровень. К каждо­му заданию даются 4 варианта ответа, только один из ко­торых верный.

    9-10 ое задание — более сложное, которое требует краткого ответа (в виде букв или цифр).

    11-12 ое задание — повышенной сложности. При выполнении этого задания требуется дать развернутое ре­шение.

    Критерии оценивания ответов

    В зависимости от формы задания используются раз­личные формы оценивания.

    За каждое правильно выполненное 1-8 задания начисляется 1 балл.

    За каждое правильно выполненное 9-10-ое задание начисляется от 1 до 3 баллов, в зависимости от типа задания.

    Оценка выполнения заданий № 11-12 является политомической. За каждый критерий учащийся получает баллы, из которых складывается суммарный балл.

    Критерии оценивания ответа к заданию С

    Приведено полное правильное решение, включающее следующие элементы:

    верно записаны формулы, выражающие физиче­ские законы;

    приведены необходимые математические преоб­разования и расчеты, приводящие к правильному ответу, и представлен ответ

    Правильно записаны необходимые формулы, ответ, но не представлены преобразования, приводящие к ответу.

    ИЛИ: в математических преобразованиях или вычислениях допущена ошибка, которая привела к неверному ответу

    В решении содержится ошибка в необходимых мате­матических преобразованиях.

    ИЛИ: не учтено соотношение для определения величины

    Максимальное количество баллов за всю работу

    Перевод баллов в пятибальную систему:

    80% от максимальной суммы баллов — оценка «5»;

    Контрольные работы № 1,4,5,6 содержат 3-5 задачи. №3,6,7 содержит 9 вопросов.

    Оценка «5» ставится за работу, выполненную полностью без ошибок и недочётов.

    Оценка «4» ставится за работу, выполненную полностью, но при наличии в ней не более одной негрубой ошибки и одного недочёта, не более трёх недочётов.

    Оценка «3» ставится, если ученик правильно выполнил не менее 2/3 всей работы или допустил не более одной грубой ошибки и двух недочётов, не более одной грубой и одной негрубой ошибки, не более трёх негрубых ошибок, одной негрубой ошибки и трёх недочётов, при наличии четырёх-пяти недочётов.

    Оценка «2» ставится, если число ошибок и недочётов превысило норму для оценки «3» или правильно выполнено менее 2/3 всей работы.

    Перечень ошибок

    Грубые ошибки

    Незнание определений основных понятий, законов, правил, основных положений теории, формул, общепринятых символов обозначения физических величин, единиц измерения.

    Неумение выделить в ответе главное.

    Неумение применять знания для решения задач и объяснения физических явлений.

    Неумение читать и строить графики и принципиальные схемы.

    Негрубые ошибки

    Неточности формулировок, определений, понятий, законов, теорий, вызванные неполнотой охвата основных признаков определяемого понятия, ошибки, вызванные несоблюдением условий проведения опыта или измерений.

    Ошибки в условных обозначениях на принципиальных схемах, неточности чертежей, графиков, схем.

    Пропуск или неточное написание наименований единиц физических величин.

    Нерациональный выбор хода решения.

    Недочёты

    Нерациональные записи при вычислениях, нерациональные приёмы в вычислении, преобразовании и решении задач.

    Арифметические ошибки в вычислениях, если эти ошибки грубо не искажают реальность полученного результата.

    Отдельные погрешности в формулировке вопроса или ответа. Небрежное выполнение записей, чертежей, схем, графиков.

    Орфографические и пунктуационные ошибки.

    Тема контрольной работы

    “Расчет количества теплоты”

    «Изменение агрегатных состояний вещества»

    «Электризация тел. Строение атома»

    “Электрический ток. Соединения проводников”

    "Работа и мощностьэлектрического тока. Конденсатор"

    Итоговая контрольная работа

    Контрольная работа №1 по теме «Расчет количества теплоты»

    Цель: проверить степень усвоения знаний, умений и навыков учащихся по теме «Расчёт количества теплоты»

    1. Проверить уровень усвоения понятий: нагревание, охлаждение, удельная теплоёмкость вещества, удельная теплота сгорания топлива.

    2. Определить уровень сформированности умений учащихся анализировать физическую ситуацию, записывать данные используя обозначения физических величин, выполнять перевод единиц, применять формулы для вычислений искомых физических величин.

    3. Оценить навыки учащихся при работе с таблицами «Удельная теплоёмкость вещества», "Удельная теплота сгорания топлива"

    Раздается учащимся контрольная работа из КИМ (4 варианта). В тетрадях записывают дату, тему контрольной работы.

    А.Е.Марон, Е.А. Марон Контрольные и самостоятельные работы по физике 8 класс: к учебнику А.В. Перышкина. Физика

    Контрольная работа состоит из 4 вариантов. Каждый вариант содержит блоки задач разных уровней сложности, которые отделены друг от друга чертой. Первый и второй уровни сложности (I и II) соответствуют требованиям обязательного минимума содержания физического образования в основной школе, третий (III) уровень предусматривает углублённое изучение физики. Поэтому, для того чтобы получить оценку "отлично" учащимся предлагается выполнить все задачи из I уровня и две (выбрать любые) из II уровня сложности.

    Задания из III уровня сложности являются не обязательными, но могут выбираться учащимися по желанию.

    Работа оценивается отметкой "4". если выполнен правильно весь I уровень и одна задача из блока задач второго уровня сложности. Оценка "удовлетворительно" ставится за верное выполнение всех задач из I уровня. Следует отметить, что при оценивании контрольной работы учащегося учитывается количество допущенных грубых ошибок, не грубых и недочётов

    SA. Электрический ток

    в плазме — направленное движение электронов и ионов обоих знаков (проводники третьего рода).

    За направление электрического тока условились считать направление движения положительно заряженных частиц.

    Движение заряженных частиц внутри проводника нельзя наблюдать, но судить о наличии электрического тока можно по его действиям:

    1. тепловому — проводник с током нагревается;
    2. магнитному — вокруг проводника с током возникает магнитное поле;
    3. световому — проводник с током может светиться;
    4. химическому — в проводнике с током изменяется химический состав (такие проводники называются проводниками второго класса).

    Для продолжительного существования электрического тока в замкнутой цепи необходимо выполнение следующих условий:

    1. наличие свободных заряженных частиц (носителей тока);
    2. наличие электрического поля, силы которого, действуя на заряженные частицы, заставляют их двигаться упорядоченно;
    3. наличие источника тока, внутри которого сторонние силы перемещают свободные заряды против электростатических (кулоновских) сил.

    Количественными характеристиками электрического тока являются сила тока I и плотность тока j.

    • Сила тока — скалярная физическая величина, равная отношением заряда Δq, проходящего через поперечное сечение проводника за некоторый промежуток времени Δt, к этому промежутку:

    Единицей силы тока в СИ является ампер (А).

    Если сила тока и его направление со временем не изменяются, то ток называется постоянным.

    • Плотность тока j — это векторная физическая величина, модуль которой равен отношению силы тока I в проводнике к площади S поперечного сечения проводника:

    В СИ единицей плотности тока является ампер на квадратный метр (А/м 2 ).

    *Зависимость силы тока от скорости зарядов

    Рассмотрим, как зависит сила тока от скорости упорядоченного движения свободных зарядов.

    Выделим участок проводника площадью сечения S и длиной Δl (рис. 1). Заряд каждой частицы q. В объеме проводника, ограниченном сечениями 1 и 2, содержится n∙S∙Δl частиц, где n — концентрация частиц. Их общий заряд (

    Delta q = q_0 cdot n cdot S cdot Delta l).

    Если средняя скорость упорядоченного движения свободных зарядов (

    leftlangle upsilon rightrangle), то за промежуток времени (

    Delta t = dfrac) все частицы, заключенные в рассматриваемом объеме, пройдут через сечение 2. Поэтому сила тока:

    Таким образом, сила тока в проводнике зависит от заряда, переносимого одной частицей, их концентрации, средней скорости направленного движения частиц и площади поперечного сечения проводника.

    Заметим, что в металлах модуль вектора средней скорости упорядоченного движения электронов (

    leftlangle upsilon rightrangle) при максимально допустимых значениях силы тока

    10 -4 м/с, в то время как средняя скорость их теплового движения

    Как следует из формулы (1), плотность тока (

    vec j = q_0 cdot n cdot leftlangle vec upsilon rightrangle).

      Направление вектора плотности тока (

    vec j) совпадает с направлением вектора скорости упорядоченного движения (

    Источник тока

    Для поддержания в цепи электрического тока необходимо, чтобы на концах ее (рис. 2) существовала постоянная разность потенциалов φ1 – φ2. Пусть в начальный момент времени φ1 > φ2, тогда перенос положительного заряда q от клеммы источника «+» к клемме «–» приведет к уменьшению разности потенциалов между ними . Для сохранения постоянной разности потенциалов необходимо перенести точно такой же заряд от клеммы «–» к клемме «+». Если в направлении от «+» к «–» положительные заряды движутся под действием сил кулоновских сил Fk, то в направлении от «–» к «+» перемещение зарядов происходит против направления действия кулоновских сил, т.е. под действием другой силы Fст, которая называется сторонней силой.

    • Сторонние силы — это любые силы, действующие на электрически заряженные частицы, за исключением электростатических (кулоновских) сил.

    Сторонние силы возникают в источнике тока.

    • Источник тока — это устройство, способное поддерживать разность потенциалов между концами электрической цепи и обеспечивать упорядоченное движение электрических зарядов во внешней цепи.

    Источники электрического тока могут быть различны по своей конструкции, но в любом из них совершается работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц. Разделение зарядов происходит под действием сторонних сил. Перечислим наиболее распространенные источники тока:

    1. гальванические элементы (батарейки) (рис. 3, а) и аккумуляторы — сторонние силы используют энергию химических реакций;
    2. генераторы (динамо-машины) — сторонние силы используют механическую энергию падающей воды, ветра, пара и т.п.;
    3. фотоэлементы (солнечные батареи) (рис. 3, б) — сторонние силы используют энергию электромагнитных излучений (света).

    Источник электрического тока имеет два полюса (две клеммы), к которым присоединяются концы проводов.

    Проводник, соединяющий клеммы источника снаружи, называют внешним участком цепи. Сопротивление этого источника обозначают R и называют внешним сопротивлением.

    Внутри самого источника заряды движутся по внутреннему участку цепи. Сопротивление источника обозначают r и называют внутренним сопротивлением.

    Сумма внешнего и внутреннего соспротивлений (R + r) называют полным сопротивлением цепи.

    На электрических схемах источник тока обозначается так, как показано на рис. 4. Положительный полюс (клемма) источника условно изображается более длинной чертой, чем отрицательный.

    Любой источник тока характеризуют электродвижущей силой — ЭДС.

    • ЭДС (Электродвижущей силой) ε источника тока называют физическую скалярную величину, численно равную работе сторонних сил Ast по перемещению единичного положительного заряда внутри источника тока:

    Единицей электродвижущей силы в СИ является вольт (В).

    ЭДС является энергетической характеристикой источника тока.

    • Термин «электродвигающая сила» был введен Ампером в 1822 г. Аббревиатуру ЭДС принято читать без расшифровки.

    См. также

    Закон Ома для замкнутой цепи

    Рассмотрим простейшую полную электрическую цепь, содержащую источник ЭДС ε с внутренним сопротивлением r подключенный к ним резистор сопротивлением R (рис. 5).

    • Данная формула представляет собой закон Ома для полной цепи: Сила тока в полной цепи прямо пропорциональна ЭДС источника и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи.

    Заметим, что максимально возможный ток в цепи с данным источником тока возникает в том случае, если сопротивление внешней цепи стремится к нулю.

    Подключение к полюсам источника тока проводника с ничтожно малым сопротивлением называется коротким замыканием, а максимальную для данного источника силу тока называют током короткого замыкания:

    У источников с малым значением r (например, у свинцовых аккумуляторов r = 0,1 — 0,01 Ом) сила тока короткого замыкания очень велика. Особенно опасно короткое замыкание в осветительных сетях, питаемых от подстанций (ε > 100 В), Ikz может достигнуть тысячи ампер. Чтобы избежать пожаров, в такие цепи включают предохранители.

    *Вывод закона Ома

    Рассмотрим простейшую полную электрическую цепь, содержащую источник ЭДС ε с внутренним сопротивлением r подключенный к ним резистор сопротивлением R (см. рис. 5).

    Из определений силы тока и ЭДС источника тока следует, что совершаемая источником работа

    (A_ =varepsilon cdot Delta q=varepsilon cdot Icdot Delta t.)

    При прохождении тока проводники нагреваются, при этом выделяется энергия как во внешней цепи Q1, так и во внутренней цепи Q2. Тогда количество теплоты Q, выделившаяся во всей полной цепи, равна сумме этих энергий. По закону Джоуля-Ленца

    (Q=Q_ <1>+Q_ <2>=I^ <2>cdot Rcdot Delta t+I^ <2>cdot rcdot Delta t=I^ <2>cdot left(R+rright)cdot Delta t.)

    Из закона сохранения энергии получаем, что в такой цепи работа сторонних сил за промежуток времени Δt равна выделившемуся в цепи количеству теплоты:

    КПД источника тока

    Для замкнутой цепи, мощность Pp, выделяемая на внешнем участке цепи, называется полезной мощностью. Она равна

    С учетом закона Ома для участка цепи (

    I = dfrac) полезную мощность можно найти, если известны любые две величины из трех: I, U, R.

    Для замкнутой цепи, мощность Pt, выделяемая на внутреннем сопротивлении источника, называется теряемой мощностью. Она равна

    Полная мощность P источника тока равна

    P = P_p + P_t = I^2 cdot R + I^2 cdot r = I^2 cdot left( R + r right). )

    голоса
    Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector