Цель:
Задачи:
Оборудование и материалы : источники тока, штатив, проволочный моток медной проволоки, магнит постоянный, мелкие металлические опилки.
ТСО: компьютер, презентация к уроку, видеоролик («Действия тока»), интерактивная доска.
План урока:
1. Организационный момент (2 мин.)
2. Изучение нового материала (25 мин.)
3. Закрепление, решение задач (15 мин.)
4. Подведение итогов, д/з. (3 мин.)
ХОД УРОКА
Здравствуйте, ребята!
Без электрического тока невозможно
представить современную жизнь. Задумайтесь на
секунду, что электрический ток отключили по
всему городу. Это значит, что ни в одной квартире,
ни в одном учреждении не будут гореть лампы
дневного света и лампы накаливания, работать
компьютеры, компьютерная техника, в столовых
поварам будет невозможно приготовить пищу,
остановятся трамваи, троллейбусы, будет
затруднено движение автобусов и машин. Будут
закрыты магазины, банки, остановятся станки на
предприятиях, прокатные станы в цехах.
В общем, работа города и его жителей будет
парализована. Вот насколько современная
цивилизация зависит от электрического тока.
А что понимают под «электрическим током», какими
действиями он сопровождается – это сегодня и
предстоит нам выяснить на уроке.
Изучение нового материала
1. Электрический ток
Слово «ток» означает движение и течение
чего-либо. Например, в реках и водопроводных
трубах течет вода, в трубопроводах – нефть или
газ, и в этих случаях говорят о токе или потоке
воды, нефти или газа.
Что может перемещаться – течь в проводах,
соединяющих потребителей электрической энергии
с электростанцией?
Мы уже знаем, что в телах имеются электроны,
движением которых объясняется различные явления
электризации тел. Электроны обладают
отрицательным электрическим зарядом.
Электрическим зарядом могут обладать и более
крупные частицы вещества – ионы. Следовательно,
в проводниках могут перемещаться различные
свободные заряженные частицы.
Упорядоченное(направленное) движение
заряженных частиц называют электрическим током.
(Слайд 2)
За направление тока принимают направление
движения положительно заряженных частиц. (Так
сложилось исторически).
Чтобы в проводнике получить электрический ток,
необходимо создать в нем электрическое поле.
Электрическое поле в проводниках создается и
может длительное время поддерживаться
источниками электрического тока.
2. Действия тока
Движения частиц в проводнике мы непосредственно не видим. О наличии электрического тока приходится судить по тем действиям или явлениям, которые его сопровождают.
1) Тепловое действие тока – проводник, по которому течет ток, нагревается. (Исключение – сверхпроводники)
Опыт 1. (штатив, проволочный моток, источник тока. При прохождении по мотку электрического тока, проволока нагревается).
Объясняется тем, что при наличии тока в проводнике усиливается беспорядочное (тепловое) движение молекул, а значит и увеличивается внутренняя энергия проводника.
Внутренняя энергия проводника увеличивается потому, что свободные электроны в металлах или ионы в электролитах, перемещаясь под действием электрического поля, сталкиваются с молекулами или атомами вещества проводника и передают им свою энергию. (Слайд 3. Приборы, работа которых основана на тепловом действии тока).
2) Магнитное действие тока – ток оказывает силовое воздействие на соседние токи и намагниченные тела (проявляется у всех без исключения проводников).
Опыт 2 . (штатив, проволочный моток, источник тока. При прохождении по мотку электрического тока, вокруг него образуется магнитное поле. Поднесем магнит – моток притягивается (или отталкивается). При выключении тока подобного не наблюдается. К мотку, по которому течет ток, так же будут притягиваться мелкие металлические опилки (принцип работы электромагнита), при отключении тока подобного не наблюдается). (Слайд 4. Приборы, работа которых основана на магнитном действии тока).
3) Химическое действие тока – электрический ток может изменять состав проводника, например выделять его химические составные части (медь из медного купороса).
Видеоролик.
3. Сила тока
Действия электрического тока, которые мы наблюдали могут проявляться в разной степени – сильнее или слабее. Опыты доказывают, что интенсивность (степень действия) электрического тока зависит от заряда, проходящего в цепи в 1 с.
Электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника за 1 с, определяет силу тока в цепи.
Сила тока равна отношению заряда?q, переносимого через поперечное сечение проводника за интервал времени?t, к этому интервалу времени. (стр.271)
Если сила тока со временем не изменяется, то ток называют постоянным.
I – сила тока, [А]
∆q – переносимый заряд, [Кл]
∆t – интервал времени, [с]
Переменный ток более опасен, чем постоянный. (Слайд5)
Силу тока измеряют амперметрами. Демонстрация амперметров, обозначение на схеме. (Слайд 6)
Сила тока зависит от заряда, переносимого каждой частицей, концентрации частиц, скорости их направленного движения и площади поперечного сечения проводника.
4. Скорость упорядоченного движения электронов в проводнике
Так быстро или медленно двигаются электроны в проводнике при протекании по нему тока? Для этого решим задачу: через медный проводник сечением 1мкм2 течет ток 1 А. Определите скорость упорядоченного движения электронов в медном проводнике?
Закрепление изученного материала:
Контрольные вопросы:(Слайд 7)
(Слайд 8). Задача. Сколько электронов должно
пройти в единицу времени через поперечное
сечение проводника, чтобы включенный в цепь
миллиамперметр показал 1мА?
Подведем итог нашему уроку, выставляем оценки за
урок, взаимооценивание.
Домашнее задание:
§104-105, №775(А.П. Лукашик),
заполнить таблицу, где используются тепловое,
химическое, магнитное действия тока.
Лекционный материал об опасности электрического тока и последствиях воздействия его на тело человека
Общие сведения об опасности электрического тока
Практически все рабочие места, где имеется электрооборудование (переносные электроприемники) под напряжением, считаются опасными. В каждом таком месте нельзя считать исключенной опасность поражения человека электрическим током. Приблизительно 70% несчастных случаев, связанных с поражением электрическим током, происходит во время профессиональной деятельности потерпевших. Согласно многолетним статистическим данным в общем производственном травматизме электротравмы составляют около 2%, а в смертельном – около 20%.
ДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА НА ЧЕЛОВЕКА
Тело человека является проводником электрического тока. Электрический ток имеет существенные особенности, отличающие его от других вредных и опасных производственных факторов.
Первая особенность электрического тока в том, что он не обладает цветом, запахом, звуком, а поэтому человек не может с помощью собственных органов чувств определить наличие электрического тока.
Вторая особенность электрического тока в том, что получить электротравму можно без непосредственного контакта с токоведущими частями (например, при перемещении по земле (токопроводящему полу) вблизи поврежденной электроустановки, электроприемника (в случае замыкания на землю, пол), а также через электрическую дугу, разряд молнии
Третья особенность электрического тока в том, что проходя через тело человека, электрический ток оказывает свое действие не только в местах контактов и на пути прохождения через организм, но и вызывает рефлекторное воздействие, нарушая нормальную деятельность отдельных органов и систем организма человека (нервной, сердечно-сосудиетой, органов дыхания и др.)
Электрический ток, проходя через организм человека, оказывает биологическое, электрохимическое, тепловое и механическое действие.
Биологическое действие тока проявляется в раздражении и возбуждении тканей и органов. Вследствие этого наблюдаются судороги скелетных мышц, которые могут привести к остановке дыхания, отрывным переломам к вывихам конечностей, спазму голосовых связок.
Электролитическое действие тока проявляется в электролизе (разложении) жидкостей, в том числе крови, а также существенно изменяет функциональное состояние клеток.
Тепловое действие приводит к ожогам кожного покрова, а также гибели подлежащих тканей, вплоть до обугливания.
Механическое действие тока проявляется в расслоении тканей и даже отрывах частей тела.
Характерные виды местных электротравм - электрические ожоги, электрические знаки, металлизация кожи, электроофтальмия и механические повреждения.
Наиболее распространенные электротравмы - электрические ожоги. По глубине поражения все ожоги делятся на четыре степени:
Первая - покраснение и отек кожи;
Вторая - водяные пузыри;
Третья - омертвление поверхностных и глубоких слоев кожи;
Четвертая - обугливание кожи, поражение мышц, сухожилий и костей.
Металлизация кожи - проникновение в ее частичек металла, расплавившегося под действием электрической дуги.
Электроофтальмия - воспаление наружных оболочек глаз в результате воздействия мощного потока ультрафиолетовых лучей. Происходит чаще всего при проведении электросварочных работ.
Механические повреждения возникают в результате резких, непроизвольных, судорожных сокращений мышц под действием тока, проходящего через тело человека. При этом возможны разрывы кожи, кровеносных сосудов и нервной ткани, а также вывихи суставов и переломы костей.
Электрический удар
Многообразие действия электрического тока на организм приводит к различным электротравмам. Условно все электротравмы можно разделить на местные и общие.
К местным электротравмам относятся местные повреждения организма или ярко выраженные местные нарушения целостности тканей тела, в том числе костных тканей, вызванные воздействием электрического тока или электрической дуги.
К наиболее характерным местным травмам относятся электрические ожоги, электрические знаки, металлизация кожи, механические повреждения и электроофтальмия.
Электрический ожог (покровный) возникает, как правило, в электроустановках до 1000 В. При более высоком напряжении возникает электрическая дуга или искра, что вызывает дуговой электрический ожог.
Токовый ожог участка тела является следствием преобразования энергии электрического тока, проходящего через этот участок, в тепловую. Этот ожог определяется величиной тока, временем его прохождения и сопротивлением участка тела, подвергшегося воздействию тока. Максимальное количество теплоты выделяется в месте контакта проводника с кожей. Поэтому в основном токовый ожог является ожогом кожи. Однако токовым ожогом могут быть повреждены и подкожные ткани. При токах высокой частоты наиболее подвержены токовым ожогам внутренние органы.
Электрическая дуга вызывает обширные ожоги тела человека. При этом поражение носит тяжелый характер и нередко оканчивается смертью пострадавшего.
Электрические знаки воздействия тока представляют собой резко очерченные пятна серого или бледно-желтого цвета на поверхности тела человека. Обычно они имеют круглую или овальную форму и размеры 1-5 мм с углублением в центре. Пораженный участок кожи затвердевает подобно мозоли. Происходит омертвение верхнего слоя кожи. Поверхность знака сухая, не воспаленная. Электрические знаки безболезненны. С течением времени верхний слой кожи сходит и пораженное место приобретает первоначальный цвет, эластичность и чувствительность.
Металлизация кожи - проникновение в верхние слои кожи частичек металла, расплавившегося под действием электрической дуги. Такие случаи происходят при коротких замыканиях, отключения рубильников под нагрузкой. При этом брызги расплавившегося металла под действием возникших динамических сил и теплового потока разлетаются во все стороны с большой скоростью. Так как расплавившиеся частицы имеют высокую температуру, но небольшой запас теплоты, то они не способны прожечь одежду и поражают обычно открытые части тела - лицо, руки.
Пораженный участок кожи имеет шероховатую поверхность. Пострадавший ощущает на пораженном участке боль от ожогов и испытывает напряжения кожи от присутствия в ней инородного тела. Особенно опасно поражение расплавленным металлом глаз. Поэтому такие работы, как снятие и замена предохранителей, должны проводиться в защитных очках.
При постоянном токе металлизация кожи возможна и в результате электролиза, который возникает при плотном и относительно длительном контакте с токоведущей частью, находящейся под напряжением. В этом случае частички металла заносятся в кожу электрическим током, который одновременно разлагает органическую жидкость в тканях, образует в ней основные и кислотные ионы.
Механические повреждения являются следствием резких непроизвольных судорожных сокращений мышц под действием тока, проходящего через тело человека. В результате могут произойти разрывы сухожилий, кожи, кровеносных сосудов и нервной ткани. Могут иметь место также вывихи суставов, и даже переломы костей. Механические повреждения, вызванные судорожным сокращением мышц, происходят в основном в установках до 1000 В при длительном нахождении человека под напряжением.
Электроофтальмия возникает в результате воздействия потока ультрафиолетовых лучей (электрической дуги) на оболочку глаз, в результате чего их наружная оболочка воспаляется. Электроофтальмия развивается через 4-8 часов после облучения. При этом имеют место покраснение и воспаление кожи лица и слизистых оболочек век, слезотечение, гнойные выделения из глаз, спазмы век и частичная потеря зрения. Пострадавший испытывает головную боль и резкую боль в глазах, усиливающуюся на свету. В тяжелых случаях нарушается прозрачность роговой оболочки. Предупреждение электроофтальмии при обслуживании электроустановок обеспечивается применением защитных очков или щитков с обычным стеклом.
Общие электротравмы возникают при возбуждении живых тканей организма протекающим через него электрическим током и проявляются в непроизвольном судорожном сокращении мышц тела. При этом под угрозой поражения оказывается весь организм из-за нарушения нормальной работы различных его органов и систем, в том числе сердца, легких, центральной нервной системы и пр. К общим электротравмам относят электрические удары.
Электрический удар - это возбуждение тканей организм проходящим через него электрическим током, сопровождающееся сокращением мышц.
В зависимости от исхода воздействия тока на организм человека электрические удары можно разделить на следующие пять степеней:
I- судорожное, едва ощутимое сокращение мышц;
II- судорожное сокращение мышц, сопровождающееся сильными болями, без потери сознания;
III - судорожное сокращение мышц с потерей сознания, но с сохранившимися дыханием и работой сердца;
IV - потеря сознания и нарушение сердечной деятельности и дыхания;
V - отсутствие дыхания и остановка деятельности сердца (клиническая смерть).
Электрический удар может не привести к смерти человека, но вызвать такие расстройства в организме, которые могут проявиться через несколько часов или дней (появление аритмии сердца, стенокардии, рассеянности, ослабление памяти и внимания).
Различают два основных этапа смерти: клиническую и биологическую.
Клиническая смерть (внезапная смерть) - кратковременное переходное состояние от жизни к смерти, наступающее с момента прекращения деятельности сердца и легких. У человека, находящегося в состоянии клинической смерти, отсутствуют все признаки жизни: дыхание отсутствует, сердце не работает, болевые раздражения не вызывают реакции организма, зрачки глаз резко расширены и не реагируют на свет. Однако в этот период жизнь в организме еще полностью не угасла, т.е. ткани и клетки не сразу подвергаются распаду, и сохраняют жизнеспособность. Первыми начинают погибать очень чувствительные к кислородному голоданию клетки головного мозга. Через некоторое время (4-6 мин.) происходит множественный распад клеток головного мозга, что приводит к необратимым разрушениям и практически исключает возможность оживления организма. Однако если до окончания этого периода пострадавшему будет оказана первая медицинская помощь, то развитие смерти можно приостановить и сохранить жизнь человека.
Биологическая смерть - необратимое явление, которое характеризуется прекращением биологических процессов в клетках и тканях организма и распадом белковых структур. Биологическая смерть наступает по истечении клинической смерти (7-8 мин.).
Причинами смерти от электрического тока могут быть: прекращение работы сердца, остановка дыхания и электрический шок.
Воздействие тока на мышцу сердца может быть прямым, когда ток проходит непосредственно через область сердца, и рефлекторным, то есть через центральную нервную систему. В обоих случаях может произойти остановка сердца или возникнет его фибрилляция. Фибрилляция сердца - хаотическое разновременное сокращение волокон сердечной мышцы, при котором сердце не в состоянии гнать кровь по сосудам. Токи меньше 50 мА и больше 5 А частотой 50 Гц фибрилляции сердца, как правило, не вызывают.
Прекращение дыхания обычно происходит в результате непосредственного воздействия тока на мышцы грудной клетки, участвующие в процессе дыхания.
Электрический шок - своеобразная тяжелая нервно-рефлекторная реакция организма в ответ на чрезмерное раздражение электрическим током, сопровождающаяся глубокими расстройствами кровообращения, дыхания, обмена веществ и т.п. При шоке непосредственно после воздействия электрического тока у пострадавшего наступает кратковременная фаза возбуждения, когда он остро реагирует на возникшие боли, у него повышается кровяное давление. Вслед за этим наступает фаза торможения и истощение нервной системы, когда резко снижается кровяное давление, падает и учащается пульс, ослабевает дыхание, возникает депрессия. Шоковое состояние длится от нескольких десятков минут до суток. После этого может наступить или гибель человека или выздоровление, как результат активного лечебного вмешательства.
Исход воздействия тока на организм человека зависит от значения и длительности прохождение тока через его тело, рода и частоты тока, индивидуальных свойств человека, его психофизиологического состояния, сопротивления тела человека, напряжения и других факторов.
ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА СТЕПЕНЬ ПОРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ
Тяжесть поражения электрическим током зависит от ряда факторов: величины силы, вида (рода) и частоты электрического тока, длительности его воздействия и пути прохождения через человека, условий окружающей среды, электрического сопротивления тела человека и его индивидуальных свойств.
Сила тока
Для характеристики воздействия электрического тока на человека установлены три критерия:
Пороговый ощутимый ток - наименьшее значение силы электрического тока, вызывающего при прохождении через организм человека ощутимые раздражения. Человек начинает ощущать ток малого значения (0,6-1,5 мА при переменном токе с частотой 50 Гц и 5-7 мА при постоянном токе) -происходит легкое дрожание рук;
Пороговый неотпускающий ток - наименьшее значение силы электрического тока (10-15 мА при частоте 50 Гц и 50-80 мА при постоянном токе), при котором человек не в состоянии преодолеть судороги мышц и не может разжать руку, в которой зажат проводник, или нарушить контакт с токоведущей частью;
Пороговый фибрилляционный ток - наименьшее значение силы тока (от 100 мА до 5 А при частоте 50 Гц и от 300 мА до 5 А при постоянном токе), вызывающего при прохождении через тело человека фибрилляцию сердца - хаотические и разновременные сокращения волокон сердечной мышцы, что может привести к его остановке
Вид тока
Предельно допустимое значение постоянного тока в 3-4 раза выше допустимого значения переменного, но только при напряжении не выше 260-300 В. При больших величинах напряжения постоянный ток более опасен для человека вследствие его электролитического действия; он также воздействует на сердечную деятельность человека.
Частота электрического тока
Принятая в энергетике частота электрического тока (50 Гц) представляет большую опасность возникновения судорог и фибрилляции желудочков сердца. Фибрилляция не является мускульной реакцией, она вызывается повторяющейся стимуляцией с максимальной чувствительностью при частоте 10 Гц. Кроме того, на производстве используется электрический ток других (не 50 Гц) частот. Опасность действия тока снижается с увеличением частоты, но это не значит, что ток частотой 500 Гц менее опасен, чем 50 Гц.
Продолжительность действия тока
Тяжесть поражения зависит от продолжительности действия электрического тока. Время прохождения электрического тока имеет решающее значение для определения степени поражения.
При длительном действии электрического тока снижается сопротивление кожи (из-за потовыделения) в местах контактов и внутренних органов вследствие электротехнических процессов, повышается вероятность прохождения тока в особенно опасный период сердечного цикла (фаза Т расслабления сердечной мышцы). Человек может выдержать смертельно опасный переменный ток 100 мА, если продолжительность действия тока не превысит 0,5 с.
Путь электрического тока через тело человека
Важнейшим условием поражения человека электрическим током является путь этого тока. Если на пути тока оказываются жизненно важные органы (сердце, легкие, головной мозг), то опасность смертельного поражения очень велика. Если же ток проходит иными путями, то воздействие его на жизненно важные органы может быть лишь рефлекторным. При этом опасность смертельного поражения хотя и сохраняется, но вероятность ее резко снижается.
Возможных путей прохождения тока в теле человека неисчислимое количество. Однако характерными можно считать следующие:
рука - рука;
рука - нога;
нога - нога;
голова - рука;
голова - нога.
Наиболее опасными являются петли «голова - рука» и «голова - нога», когда ток может проходить не только через сердце, но и через головной и спинной мозг.
Сопротивление тела человека
Электропроводность различных тканей организма неодинакова. Наибольшую электропроводность имеют спинномозговая жидкость, сыворотка крови и лимфа, затем - цельная кровь и мышечная ткань. Плохо проводят электрический ток внутренние органы, имеющие плотную белковую основу, вещество мозга и жировая ткань. Наибольшим сопротивлением обладает кожа и, главным образом, ее верхний слой (эпидермис).
Сопротивление тела человека зависит от пола возраста людей: у женщин это сопротивление меньше, чем у мужчин, у детей меньше, чем у взрослых. Это объясняется толщиной и степенью огрубления верхнего слоя кожи.
Участки тела с наименьшим сопротивлением (т.е. более уязвимые):
Боковые поверхности шеи, виски;
Тыльная сторона ладони, поверхность ладони между большим и указательным пальцами;
Рука на участке выше кисти:
Плечо, спина;
Передняя часть ноги:
Акупунктурные точки, расположенные в разных местах тела.
Полнотекстовый поиск:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Московский государственный технический университет «»
Реферат по физике на тему:
«Электрический ток»
Выполнила:
Руководитель:
2010/11 уч. год
В первую очередь, стоит выяснить, что представляет собой электрический ток. Электрический ток - это упорядоченное движение заряженных частиц в проводнике. Чтобы он возник, следует предварительно создать электрическое поле, под действием которого вышеупомянутые заряженные частицы придут в движение.
Первые сведения об электричестве, появившиеся много столетий назад, относились к электрическим «зарядам», полученным посредством трения. Уже в глубокой древности люди знали, что янтарь, потертый о шерсть, приобретает способность притягивать легкие предметы. Но только в конце XVI века английский врач Джильберт подробно исследовал это явление и выяснил, что точно такими же свойствами обладают и многие другие вещества. Тела, способные, подобно янтарю, после натирания притягивать легкие предметы, он назвал наэлектризованными. Это слово образовано от греческого электрон - «янтарь». В настоящее время мы говорим, что на телах в таком состоянии имеются электрические заряды, а сами тела называются «заряженными».
Электрические заряды всегда возникают при тесном контакте различных веществ. Если тела твердые, то их тесному соприкосновению препятствуют микроскопические выступы и неровности, которые имеются на их поверхности. Сдавливая такие тела и притирая их друг к другу, мы сближаем их поверхности, которые без нажима соприкасались бы только в нескольких точках. В некоторых телах электрические заряды могут свободно перемещаться между различными частями, в других же это невозможно. В первом случае тела называют «проводники», а во втором - «диэлектрики, или изоляторы». Проводниками являются все металлы, водные растворы солей и кислот и др. Примерами изоляторов могут служить янтарь, кварц, эбонит и все газы, находящиеся в нормальных условиях.
Тем не менее нужно отметить, что деление тел на проводники и диэлектрики весьма условно. Все вещества в большей или меньшей степени проводят электричество. Электрические заряды бывают положительными и отрицательными. Такого рода ток просуществует недолго, потому что в наэлектризованном теле кончится заряд. Для продолжительного существования электрического тока в проводнике необходимо поддерживать электрическое поле. Для этих целей используются источники электротока. Самый простой случай возникновения электрического тока - это когда один конец провода соединен с наэлектризованным телом, а другой - с землей.
Электрические цепи, подводящие ток к осветительным лампочкам и электромоторам, появились лишь после изобретения батарей, которое датируется примерно 1800 годом. После этого развитие учения об электричестве пошло так быстро, что менее чем за столетие оно стало не просто частью физики, но легло в основу новой электрической цивилизации.
Количество электричества и сила тока . Действия электрического тока могут быть сильными или слабыми. Сила действия электрического тока зависит от величины заряда, который протекает по цепи за определенную единицу времени. Чем больше электронов переместилось от одного полюса источника к другому, тем больше общий заряд, перенесенный электронами. Такой общий заряд называется количество электричества, проходящее сквозь проводник.
От количества электричества зависит, в частности, химическое действие электрического тока, т. е. чем больший заряд прошел через раствор электролита, тем больше вещества осядет на катоде и аноде. В связи с этим количество электричества можно подсчитать, взвесив массу отложившегося на электроде вещества и зная массу и заряд одного иона этого вещества.
Силой тока называется величина, которая равна отношению электрического заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника, к времени его протекания. Единицей измерения заряда является кулон (Кл), время измеряется в секундах (с). В этом случае единица силы тока выражается в Кл/с. Такую единицу называют ампером (А). Для того чтобы измерить силу тока в цепи, применяют электроизмерительный прибор, называемый амперметром. Для включения в цепь амперметр снабжен двумя клеммами. В цепь его включают последовательно.
Электрическое напряжение . Мы уже знаем, что электрический ток представляет собой упорядоченное движение заряженных частиц - электронов. Это движение создается при помощи электрического поля, которое совершает при этом определенную работу. Это явление называется работой электрического тока. Для того чтобы переместить больший заряд по электрической цепи за 1 с, электрическое поле должно выполнить большую работу. Исходя из этого, выясняется, что работа электрического тока должна зависеть от силы тока. Но существует и еще одно значение, от которого зависит работа тока. Эту величину называют напряжением.
Напряжение - это отношение работы тока на определенном участке электрической цепи к заряду, протекающему по этому же участку цепи. Работа тока измеряется в джоулях (Дж), заряд - в кулонах (Кл). В связи с этим единицей измерения напряжения станет 1 Дж/Кл. Данную единицу назвали вольтом (В).
Для того чтобы в электрической цепи возникло напряжение, нужен источник тока. При разомкнутой цепи напряжение имеется только на клеммах источника тока. Если этот источник тока включить в цепь, напряжение возникнет и на отдельных участках цепи. В связи с этим появится и ток в цепи. То есть коротко можно сказать следующее: если в цепи нет напряжения, нет и тока. Для того чтобы измерить напряжение, применяют электроизмерительный прибор, называемый вольтметром. Своим внешним видом он напоминает ранее упоминавшийся амперметр, с той лишь разницей, что на шкале вольтметра стоит буква V (вместо А на амперметре). Вольтметр имеет две клеммы, с помощью которых он параллельно включается в электрическую цепь.
Электрическое сопротивление . После подключения в электрическую цепь всевозможных проводников и амперметра можно заметить, что при использовании разных проводников амперметр выдает разные показания, т. е. в этом случае сила тока, имеющаяся в электрической цепи, разная. Это явление можно объяснить тем, что разные проводники имеют разное электрическое сопротивление, которое представляет собой физическую величину. В честь немецкого физика ее назвали Омом. Как правило, в физике применяются более крупные единицы: килоом, мегаом и пр. Сопротивление проводника обычно обозначается буквой R, длина проводника - L, площадь поперечного сечения - S. В этом случае можно сопротивление записать в виде формулы:
где коэффициент р называется удельным сопротивлением. Данный коэффициент выражает сопротивление проводника длиною в 1 м при площади поперечного сечения, равной 1 м2. Удельное сопротивление выражается в Ом х м. Поскольку провода, как правило, имеют довольно малое сечение, то обычно их площади выражают в квадратных миллиметрах. В этом случае единицей удельного сопротивления станет Ом х мм2/м. В нижеприведенной табл. 1 показаны удельные сопротивления некоторых материалов.
|
Таблица 1. Удельное электрическое сопротивление некоторых материалов |
|||
|
Материал |
р, Ом х м2/м |
Материал |
р, Ом х м2/м |
|
Платино-иридиевый сплав |
|||
|
Металл или сплав |
|||
|
Манганин (сплав) |
|||
|
Алюминий |
Константан (сплав) |
||
|
Вольфрам |
|||
|
Нихром (сплав) |
|||
|
Никелин (сплав) |
Фехраль (сплав) |
||
|
Хромель (сплав) |
|||
По данным табл. 1 становится понятно, что самое малое удельное электрическое сопротивление имеет медь, самое большое - сплав металлов. Кроме этого, большим удельным сопротивлением обладают диэлектрики (изоляторы).
Электрическая емкость . Мы уже знаем, что два изолированных друг от друга проводника могут накапливать электрические заряды. Это явление характеризуется физической величиной, которую назвали электрической емкостью. Электрическая емкость двух проводников - не что иное, как отношение заряда одного из них к разности потенциалов между этим проводником и соседним. Чем меньше будет напряжение при получении заряда проводниками, тем больше их емкость. За единицу электрической емкости принимают фарад (Ф). На практике используются доли данной единицы: микрофарад (мкФ) и пикофарад (пФ).
Если взять два изолированных друг от друга проводника, разместить их на небольшом расстоянии один от другого, то получится конденсатор. Емкость конденсатора зависит от толщины его пластин и толщины диэлектрика и его проницаемости. Уменьшая толщину диэлектрика между пластинами конденсатора, можно намного увеличить емкость последнего. На всех конденсаторах, помимо их емкости, обязательно указывается напряжение, на которое рассчитаны эти устройства.
Работа и мощность электрического тока . Из вышесказанного понятно, что электрический ток совершает определенную работу. При подключении электродвигателей электроток заставляет работать всевозможное оборудование, двигает по рельсам поезда, освещает улицы, обогревает жилище, а также производит химическое воздействие, т. е. позволяет выполнять электролиз и т. д. Можно сказать, что работа тока на определенном участке цепи равна произведению силы тока, напряжения и времени, в течение которого совершалась работа. Работа измеряется в джоулях, напряжение - в вольтах, сила тока - амперах, время - в секундах. В связи с этим 1 Дж = 1В х 1А х 1с. Из этого получается, для того чтобы измерить работу электрического тока, следует задействовать сразу три прибора: амперметр, вольтметр и часы. Но это громоздко и малоэффективно. Поэтому, обычно, работу электрического тока замеряют электрическими счетчиками. В устройстве данного прибора имеются все вышеназванные приборы.
Мощность электрического тока равна отношению работы тока к времени, в течение которого она совершалась. Мощность обозначается буквой «Р» и выражается в ваттах (Вт). На практике используют киловатты, мегаватты, гектоватты и пр. Для того чтобы замерить мощность цепи, нужно взять ваттметр. Электротехники работу тока выражают в киловатт-часах (кВтч).
Закон Ома . Напряжение и ток считаются наиболее удобными характеристиками электрических цепей. Одной из главных особенностей применения электричества является быстрая транспортировка энергии из одного места в другое и передача ее потребителю в нужной форме. Произведение разности потенциалов на силу тока дает мощность, т. е. количество энергии, отдаваемой в цепи на единицу времени. Как было сказано выше, чтобы замерить мощность в электрической цепи, понадобилось бы 3 прибора. А нельзя ли обойтись одним и вычислить мощность по его показаниям и какой-либо характеристике цепи, вроде ее сопротивления? Многим эта идея понравилась, они посчитали ее плодотворной.
Итак, что же такое сопротивление провода или цепи в целом? Обладает ли проволока, подобно водопроводным трубам или трубам вакуумной системы, постоянным свойством, которое можно было бы назвать сопротивлением? К примеру, в трубах отношение разности давления, создающей поток, деленное на расход, обычно является постоянной характеристикой трубы. Точно так же тепловой поток в проволоке подчиняется простому соотношению, в которое входит разность температур, площадь поперечного сечения проволоки и ее длина. Открытие такого соотношения для электрических цепей стало итогом успешных поисков.
В 1820-х годах немецкий школьный учитель Георг Ом первым приступил к поискам вышеназванного соотношения. В первую очередь, он стремился к славе и известности, которые бы позволили ему преподавать в университете. Только поэтому он выбрал такую область исследований, которая сулила особые преимущества.
Ом был сыном слесаря, поэтому знал, как вытягивать металлическую проволоку разной толщины, нужную ему для опытов. Поскольку в те времена нельзя было купить пригодную проволоку, Ом изготавливал ее собственноручно. Во время опытов он пробовал разные длины, разные толщины, разные металлы и даже разные температуры. Все эти факторы он варьировал поочередно. Во времена Ома батареи были еще слабые, давали ток непостоянной величины. В связи с этим исследователь в качестве генератора применил термопару, горячий спай которой был помещен в пламя. Кроме этого, он использовал грубый магнитный амперметр, а разности потенциалов (Ом называл их «напряжениями») замерял путем изменения температуры или числа термоспаев.
Учение об электрических цепях только-только получило свое развитие. После того как, примерно, в 1800 году изобрели батареи, оно стало развиваться намного быстрее. Проектировались и изготовлялись (довольно часто вручную) различные приборы, открывались новые законы, появлялись понятия и термины и т. д. Все это привело к более глубокому пониманию электрических явлений и факторов.
Обновление знаний об электричестве, с одной стороны, стало причиной появления новой области физики, с другой стороны, явилось основой для бурного развития электротехники, т. е. были изобретены батареи, генераторы, системы электроснабжения для освещения и электрического привода, электропечи, электромоторы и прочее, прочее.
Открытия Ома имели огромное значение как для развития учения об электричестве, так и для развития прикладной электротехники. Они позволили легко предсказывать свойства электрических цепей для постоянного тока, а впоследствии - для переменного. В 1826 году Ом опубликовал книгу, в которой изложил теоретические выводы и экспериментальные результаты. Но его надежды не оправдались, книгу встретили насмешками. Это произошло потому, что метод грубого экспериментирования казался мало привлекательным в эпоху, когда многие увлекались философией.
Ому не оставалось ничего другого, как оставить занимаемую должность преподавателя. Назначения в университет он не добился по этой же причине. В течение 6 лет ученый жил в нищете, без уверенности в будущем, испытывая чувство горького разочарования.
Но постепенно его труды получили известность сначала за пределами Германии. Ома уважали за границей, пользовались его изысканиями. В связи с этим соотечественники вынуждены были признать его на родине. В 1849 году он получил должность профессора Мюнхенского университета.
Ом открыл простой закон, устанавливающий связь между силой тока и напряжением для отрезка проволоки (для части цепи, для всей цепи). Кроме этого, он составил правила, которые позволяют определить, что изменится, если взять проволоку другого размера. Закон Ома формулируется следующим образом: сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на этом участке и обратно пропорциональна сопротивлению участка.
Закон Джоуля-Ленца . Электрический ток в любом участке цепи выполняет определенную работу. Для примера возьмем какой-либо участок цепи, между концами которого имеется напряжение (U). По определению электрического напряжения, работа, совершаемая при перемещении единицы заряда между двумя точками, равна U. Если сила тока на данном участке цепи равна i, то за время t пройдет заряд it, и поэтому работа электрического тока в этом участке будет:
Это выражение справедливо для постоянного тока в любом случае, для какого угодно участка цепи, который может содержать проводники, электромоторы и пр. Мощность тока, т. е. работа в единицу времени, равна:
Эту формулу применяют в системе СИ для определения единицы напряжения.
Предположим, что участок цепи представляет собой неподвижный проводник. В этом случае вся работа превратится в тепло, которое выделится в этом проводнике. Если проводник однородный и подчиняется закону Ома (сюда относятся все металлы и электролиты), то:
где r - сопротивление проводника. В таком случае:
Этот закон впервые опытным путем вывел Э. Ленц и, независимо от него, Джоуль.
Следует отметить, что нагревание проводников находит многочисленное применение в технике. Самое распространенное и важное среди них - осветительные лампы накаливания.
Закон электромагнитной индукции . В первой половине XIX века английский физик М. Фарадей открыл явление магнитной индукции. Этот факт, став достоянием многих исследователей, дал мощный толчок развитию электро- и радиотехники.
В ходе опытов Фарадей выяснил, что при изменении числа линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность, ограниченную замкнутым контуром, в нем возникает электрический ток. Это и является основой, пожалуй, самого важного закона физики - закона электромагнитной индукции. Ток, который возникает в контуре, назвали индукционным. В связи с тем что электроток возникает в цепи только в случае воздействия на свободные заряды сторонних сил, то при изменяющемся магнитном потоке, проходящем по поверхности замкнутого контура, в нем появляются эти самые сторонние силы. Действие сторонних сил в физике называется электродвижущей силой или ЭДС индукции.
Электромагнитная индукция появляется также в незамкнутых проводниках. В том случае когда проводник пересекает магнитные силовые линии, на его концах возникает напряжение. Причиной появления такого напряжения становится ЭДС индукции. Если магнитный поток, проходящий сквозь замкнутый контур, не меняется, индукционный ток не появляется.
При помощи понятия «ЭДС индукции» можно рассказать о законе электромагнитной индукции, т. е. ЭДС индукции в замкнутом контуре равна по модулю скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром.
Правило Ленца . Как мы уже знаем, в проводнике возникает индукционный ток. В зависимости от условий своего появления он имеет разное направление. По этому поводу русский физик Ленц сформулировал следующее правило: индукционный ток, возникающий в замкнутом контуре, всегда имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле не дает магнитному потоку изменяться. Все это вызывает возникновение индукционного тока.
Индукционный ток, так же как и любой другой, имеет энергию. Значит, в случае возникновения индукционного тока появляется электрическая энергия. Согласно закону сохранения и превращения энергии, вышеназванная энергия может возникнуть только за счет количества энергии какого-либо другого вида энергии. Таким образом, правило Ленца полностью соответствует закону сохранения и превращения энергии.
Помимо индукции, в катушке может появляться так называемая самоиндукция. Ее суть заключается в следующем. Если в катушке возникает ток или его сила изменяется, то появляется изменяющееся магнитное поле. А если изменяется магнитный поток, проходящий через катушку, то в ней возникает электродвижущая сила, которая называется ЭДС самоиндукции.
Согласно правилу Ленца, ЭДС самоиндукции при замыкании цепи создает помехи силе тока и не дает ей возрастать. При выключении цепи ЭДС самоиндукции снижает силу тока. В том случае, когда сила тока в катушке достигает определенного значения, магнитное поле перестает изменяться и ЭДС самоиндукции приобретает нулевое значение.
Электрическая цепь представляет собой совокупность устройств и объектов, образующих путь для электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий об электродвижущей силе, токе и напряжении. В электрической цепи постоянного тока могут действовать как постоянные токи, так и токи, направление которых остается постоянным, а значение изменяется произвольно во времени или по какому-либо закону.
Электрическая цепь состоит из отдельных устройств или элементов, которые по их назначению можно разделить на 3 группы. Первую группу составляют элементы, предназначенные для выработки электроэнергии (источники питания). Вторая группа - элементы, преобразующие электроэнергию в другие виды энергии (механическую, тепловую, световую, химическую и т. д.). Эти элементы называются приемниками электрической энергии (электроприемниками). В третью группу входят элементы, предназначенные для передачи электроэнергии от источника питания к электроприемнику (провода, устройства, обеспечивающие уровень и качество напряжения, и др.).
Источники питания цепи постоянного тока - это гальванические элементы, электрические аккумуляторы, электромеханические генераторы, термоэлектрические генераторы, фотоэлементы и др. Все источники питания имеют внутреннее сопротивление, значение которого невелико по сравнению с сопротивлением других элементов электрической цепи.
Электроприемниками постоянного тока являются электродвигатели, преобразующие электрическую энергию в механическую, нагревательные и осветительные приборы и др. Все электроприемники характеризуются электрическими параметрами, среди которых можно назвать самые основные - напряжение и мощность. Для нормальной работы электроприемника на его зажимах (клеммах) необходимо поддерживать номинальное напряжение. Для приемников постоянного тока оно составляет 27, 110, 220, 440 В, а также 6, 12, 24, 36 В.
Графическое изображение электрической цепи, содержащее условные обозначения ее элементов и показывающее соединения этих элементов, называется схемой электрической цепи. В табл. 2 показаны условные обозначения, применяемые при изображении электрических схем.
|
Таблица 2. Условные обозначения в электросхемах |
|
|
Элемент
гальванический или аккумуляторный |
Контакты замыкающие с выдержкой времени |
|
Батарея
элементов |
при замыкании |
|
Генератор
электромеханический постоянного
тока |
при размыкании |
|
Выключатель,
контакт замыкающий |
при замыкании
и размыкании |
|
Выключатель
автоматический |
Предохранитель
плавкий |
|
Контакты контактора и электрического реле: |
Обмотка
контактора, магнитного пускателя и
реле |
|
замыкающие |
Лампа
накаливания осветительная |
|
размыкающие |
|
|
переключающие |
|
|
Лампа
газоразрядная осветительная |
Конденсатор
постоянной емкости |
|
Амперметр и
вольтметр |
Катушка
индуктивности |
|
Резистор
постоянный |
Диод
полупроводниковый |
|
Резистор
переменный |
|
Участок электроцепи, вдоль которого протекает один и тот же ток, называется ветвью. Место соединения ветвей электроцепи называется узлом. На электросхемах узел обозначается точкой. Любой замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям, называется контуром электрической цепи. Простейшая электрическая цепь имеет одноконтурную схему, сложные электрические цепи - несколько контуров.
Элементами электрической цепи являются различные электротехнические устройства, которые могут работать в различных режимах. Режимы работы как отдельных элементов, так и всей электрической цепи характеризуются значениями тока и напряжения. Поскольку ток и напряжение в общем случае могут принимать любые значения, то режимов может быть бесчисленное множество.
Режим холостого хода - это режим, при котором тока в цепи нет. Такая ситуация может возникнуть при разрыве цепи. Номинальный режим бывает, когда источник питания или любой другой элемент цепи работает при значениях тока, напряжения и мощности, указанных в паспорте данного электротехнического устройства. Эти значения соответствуют самым оптимальным условиям работы устройства с точки зрения экономичности, надежности, долговечности и пр.
Режим короткого замыкания - это режим, когда сопротивление приемника равно нулю, что соответствует соединению положительного и отрицательного зажимов источника питания с нулевым сопротивлением. Ток короткого замыкания может достигать больших значений, во много раз превышая номинальный ток. Поэтому режим короткого замыкания для большинства электроустановок является аварийным.
Согласованный режим источника питания и внешней цепи возникает в том случае, когда сопротивление внешней цепи равно внутреннему сопротивлению. В этом случае ток в цепи в 2 раза меньше тока короткого замыкания.
Самыми распространенными и простыми типами соединений в электрической цепи являются последовательное и параллельное соединение.
В этом случае все элементы подключаются к цепи друг за другом. Последовательное соединение не дает возможности получить разветвленную цепь - она будет неразветвленной. На рис. 1 показан пример последовательного соединения элементов в цепи.
Рис.
1. Последовательное
соединение двух резисторов в цепи
:
1 - первый резистор; 2 - второй резистор
В нашем примере взяты два резистора. Резисторы 1 и 2 имеют сопротивления R1 и R2. Поскольку электрический заряд в этом случае не накапливается (постоянный ток), то при любом сечении проводника за определенный интервал времени проходит один и тот же заряд. Из этого вытекает, что сила тока в обоих резисторах равная:
А вот напряжение на их концах суммируется:
Согласно закону Ома, для всего участка цепи и для каждого резистора в отдельности полное сопротивление цепи будет:
В случае последовательного соединения проводников напряжения и сопротивления можно выразить соотношением:
Как мы уже знаем, электрический ток бывает постоянным и переменным. Но широко применяется только переменный ток. Это обусловлено тем, что напряжение и силу переменного тока можно преобразовывать практически без потерь энергии. Переменный ток получают при помощи генераторов переменного тока с использованием явлений электромагнитной индукции.
Действующие значения силы тока и напряжения
Как известно, переменная ЭДС индукции вызывает в цепи переменный ток. При наибольшем значении ЭДС сила тока будет иметь максимальное значение и наоборот. Это явление называется совпадением по фазе. Несмотря на то что значения силы тока могут колебаться от нуля и до определенного максимального значения, имеются приборы, с помощью которых можно замерить силу переменного тока.
Характеристикой переменного тока могут быть действия, которые не зависят от направления тока и могут быть такими же, как и при постоянном токе. К таким действиям можно отнести тепловое. К примеру, переменный ток протекает через проводник с заданным сопротивлением. Через определенный промежуток времени в этом проводнике выделится какое-то количество тепла. Можно подобрать такое значение силы постоянного тока, чтобы на этом же проводнике за то же время выделялось этим током такое же количество тепла, что и при переменном токе. Такое значение постоянного тока называется действующим значением силы переменного тока.
Амперметры и вольтметры магнитоэлектрической системы не позволяют производить замеры в цепях переменного тока. Это происходит потому, что при каждом изменении тока в катушке меняется направление вращающего момента, которое воздействует на стрелку прибора. Из-за того что катушка и стрелка обладают большой инерцией, прибор не реагирует на переменный ток. Для этих целей применяются приборы, не зависящие от направления тока. Например, это могут быть приборы, основанные на тепловом действии тока. В таких приборах стрелка поворачивается за счет удлинения нити, нагреваемой током.
Можно также применять приборы с электромагнитной системой действия. Подвижной частью в данных приспособлениях является железный диск небольшого диаметра. Он перемагничивается и втягивается внутрь катушки, через которую пропущен переменный ток. Такие приборы измеряют действующие значения силы тока и напряжения.
Катушка индуктивности и конденсатор в цели переменного тока
Особенностями переменного тока являются изменение силы и направления тока. Эти явления отличают его от постоянного тока. К примеру, при помощи переменного тока нельзя зарядить аккумулятор. Также нельзя применять его для других технических целей.
Сила переменного тока состоит в прямой зависимости не только от напряжения и сопротивления, но и индуктивности проводников, подключенных к цепи. Как правило, индуктивность существенно уменьшает силу переменного тока. В связи с тем что сопротивление цепи равно отношению напряжения к силе тока, то подключение к цепи катушки индуктивности увеличит общее сопротивление. Это произойдет вследствие наличия ЭДС самоиндукции, которая не дает току увеличиваться. Если напряжение изменяется, то сила тока просто не успевает достигнуть тех максимальных значений, которые она приобрела бы, не будь самоиндукции. Из этого вытекает, что наибольшее значение силы переменного тока ограничивается индуктивностью, т. е. чем больше будет индуктивность и частота напряжения, тем меньше будет значение силы тока.
Если в цепь постоянного тока включить батарею конденсаторов, то тока в цепи не будет, потому что пластины конденсатора отделяются друг от друга изоляционными прокладками. При наличии в цепи конденсатора постоянный ток существовать не может.
Если точно такую же батарею подсоединить к цепи переменного тока, то в ней возникнет ток. Объясняется это следующим образом. Под действием изменяющегося напряжения происходит зарядка и разрядка конденсаторов. То есть если одна обкладка конденсатора имела в течение какого-либо полупериода отрицательный заряд, то в следующий полупериод она приобретет положительный заряд. Следовательно, перезарядка конденсатора перемещает заряды по цепи. А это и есть электрический ток, который можно обнаружить при помощи амперметра. Чем больше будет перемещаемый заряд, тем больше сила тока, т. е. чем большей емкостью обладает конденсатор и чем чаще он перезаряжается, тем больше частота.
Трехфазный переменный ток
В данное время в мировой промышленной практике широко распространен трехфазный переменный ток, который имеет множество преимуществ перед однофазным током. Трехфазной называют такую систему, которая имеет три электрические цепи со своими переменными ЭДС с одинаковыми амплитудами и частотой, но сдвинутые по фазе относительно друг друга на 120° или на 1/3 периода. Каждая такая цепь называется фазой.
Для получения трехфазной системы нужно взять три одинаковых генератора переменного однофазного тока, соединить их роторы между собой, чтобы они не меняли свое положение при вращении. Статорные обмотки этих генераторов должны быть повернуты относительно друг друга на 120° в сторону вращения ротора. Пример такой системы показан на.
Согласно вышеперечисленным условиям, выясняется, что ЭДС, возникающая во втором генераторе, не будет успевать измениться, по сравнению с ЭДС первого генератора, т. е. она будет опаздывать на 120°. ЭДС третьего генератора также будет опаздывать по отношению ко второму на 120°.
Однако такой способ получения переменного трехфазного тока весьма громоздкий и экономически невыгодный. Чтобы упростить задачу, нужно все статорные обмотки генераторов совместить в одном корпусе. Такой генератор получил название генератор трехфазного тока. Когда ротор начинает вращаться, в каждой обмотке возникает изменяющаяся ЭДС индукции. Из-за того что происходит сдвиг обмоток в пространстве, фазы колебаний в них также сдвигаются относительно друг друга на 120°.
Для того чтобы подсоединить трехфазный генератор переменного тока к цепи, нужно иметь 6 проводов. Для уменьшения количества проводов обмотки генератора и приемников нужно соединить между собой, образовав трехфазную систему. Данных соединений два: звезда и треугольник. При использовании и того и другого способа можно сэкономить электропроводку.
Соединение треугольником
тока
ток
в различных средах (2)Реферат >> Физика
... Электрический Ток в Газах В газах существуют несамостоятельные и самостояг тельные электрические разряды. Явление протекания электрического тока ... воздух, то электрический ток в вакууме не возникает - нет носителей электрического тока . Американский ученый...
1 Процесс электролиза в растворах и расплавах электролитов Электрический ток в металлах никакими химическими процессами не... существует такой класс проводников, в которых электрический ток всегда сопровождается определенными химическими изменениями...
Задачи: Рассмотреть Физическую природу электрического тока (газы, жидкости, металлы). Понятия: сила тока, напряжение и сопротивление. Действие электрического тока и применение в бытовых приборах. Технику безопасности и меры первой медицинской помощи. Цель: Определить спектр действия электрического тока и меры безопасности Актуальность: При эксплуатации электрических приборов необходимо соблюдать ряд правил.
Электрический ток Непрерывное движение заряженных частиц в замкнутой цепи от источника (генератора) до потребителя (электродвигателей, лампочек освещения) по проводнику (проводу), соединяющему эти элементы. Электрический цепь - совокупность устройств, предназначенных для протекания электрического тока.
Механическое действие тока Каждый проводник, по которому течет электрический ток, образует вокруг себя магнитное силовое поле. Эти магнитные действия превращаются в движение в электромоторах, в магнитных подъемных устройствах, в магнитных вентилях и в реле.
Световое действие тока В лампах накаливания электрический ток нагревает проволоку из вольфрама до белого каления, так что она излучает свет. При этом 95% электроэнергии превращается в тепловую и только 5% превращается в световую энергию. В люминесцентных лампах используются свойства определенных газов, например неона или паров ртути, светиться при прохождении через них электрического тока. Коэффициент полезного действия таких ламп составляет от 15 до 20%.
Тепловое действие тока Во всех проводниках поток электронов ограничивается сопротивлением проводника. При этом проводник нагревается. Тепловое действие электрического тока используется: в электрокипятильниках, кухонных плитах, электропаяльниках, плавких предохранителях и при дуговой электросварке.
Химическое действие тока Электропроводящие жидкости (электролиты) содержат ионы как носители напряжения. Если пропускать через электролит электрический ток, то к положительному полюсу будут притягиваться отрицательно заряженные ионы, а к отрицательному полюсу положительно заряженные ионы. Это явление называют электролизом. Его используют для разложения воды на составляющие ее части, при нанесении гальванических покрытий и при получении чистых металлов.
Магнитное действие тока Явление взаимодействия катушки с током и магнита используют в устройстве приборов, измеряющих электрические величины. Стрелка прибора связана с подвижной катушкой, находящейся в магнитном поле. Когда в катушке существует электрический ток, стрелка отклоняется. Так можно судить о наличии тока в цепи. Магнитное действие наблюдается всегда, какой бы проводник ни был: твёрдый, жидкий или газообразный.
Постоянный ток Постоянным называется электрический ток, который с течением времени не изменяет своего направления и величины при прохождении по замкнутой электрической цепи. Генератор является источником постоянного тока, в котором осуществляется преобразование механической энергии в электрическую.
Сила тока Это количество электричества, прошедшее через поперечное сечение проводника в течение одной секунды. [ I ] = 1 A (ампер) = Кл: с Амперметр – измерительный прибор для определения силы постоянного и переменного тока в электрической цепи. Показания амперметра зависят от величины протекающего через него тока, в связи, с чем сопротивление амперметра по сравнению с сопротивлением нагрузки должно быть как можно меньшим. I = U: R = q: t
Напряжение Это величина, численно равная работе по перемещению единицы электрического заряда между двумя произвольными точками электрической цепи. U = I R = A: q [ U ] = 1 В (вольт) = Дж: Кл Вольтметр - электрический прибор для измерения или напряжений в электрических цепях. Вольтметр включается параллельно нагрузке или источнику электрической энергии.
Сопротивление Скалярная физическая величина, характеризующая свойства проводника и равная отношению напряжения на концах проводника к силе электрического тока, протекающего по нему. R = U: I = ρ l: S Удельное электрическое сопротивление (табличное значение) показывает сопротивление проводника данного материала длинной 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм ². 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм ². [ R ] = 1 Ом = В: А Омметр – это измерительный прибор специализированного назначения, предназначенный для определения сопротивления электрического тока.
Закон Ома для участка цепи Сила тока в однородном участке цепи прямо пропорциональна напряжению, приложенному к участку, и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению этого участка. Сила тока в однородном участке цепи прямо пропорциональна напряжению, приложенному к участку, и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению этого участка. I = U: R I = U: R I сила тока (А), U напряжение (В), R сопротивление (Ом). I сила тока (А), U напряжение (В), R сопротивление (Ом).
Проводники и диэлектрики Проводниками называют тела, через которые электрические заряды могут переходить от заряженного тела к незаряженному. Способность проводников пропускать через себя электрические заряды объясняется наличием в них свободных носителей заряда (металлические тела в твердом и жидком состоянии, жидкие растворы электролитов). Диэлектриками, изоляторами, называются тела, через которые электрические заряды не могут переходить от заряженного тела - к незаряженному (воздух и стекло, плексиглас и эбонит, сухое дерево и бумага).
Электрический ток в металлах Это упорядоченное движение электронов под действием внешнего электрического поля. При протекании тока по металлическому проводнику не происходит переноса вещества, ионы металла, создающие кристаллическую решетку, не принимают участия в переносе электрического заряда.
Электрический ток в жидкостях Есть в природе проводники электрического тока второго рода (электролиты), в которых во время прохождения тока происходят химические явления. К ним относятся различные растворы в воде кислот, солей и щелочей, расплавы металлов. Электрический ток в жидкостях – это упорядоченное движение положительных и отрицательный ионов под действием внешнего электрического поля. Если в стеклянный сосуд налить воды и прибавить в нее несколько капель серной кислоты (другой кислоты или щелочи), взять две металлические пластины и присоединить к ним проводники, опустив пластины в сосуд, а к другим концам проводников подключить источник тока, то произойдет выделение газа из раствора. Причем оно будет продолжаться непрерывно, пока замкнута цепь.
Электролиз Явление, происходящее в электролите при прохождении через него электрического тока, электролизом. Металлические пластины, опущенные в электролит, называются электродами: соединенная с положительным полюсом источника тока - анод, другая, соединенная с отрицательным полюсом, катод.
Электрический ток в газах При обычных условиях все газы являются диэлектриками. Этим свойством объясняется широкое использование воздуха в качестве изолирующего вещества. Нагревание газа до высоких температур, использование ультрафиолетового или рентгеновского излучений, потока альфа- частиц или электронов – способы превращения газа в проводник. Действие любой из этих причин приводит к ионизации молекул газа. При этом от некоторых молекул отрывается один или несколько электронов, молекула превращается в положительный ион. Под воздействием электрического поля, образовавшиеся ионы и электроны начинают двигаться, создавая электрический ток. Нагревание газа до высоких температур, использование ультрафиолетового или рентгеновского излучений, потока альфа- частиц или электронов – способы превращения газа в проводник. Действие любой из этих причин приводит к ионизации молекул газа. При этом от некоторых молекул отрывается один или несколько электронов, молекула превращается в положительный ион. Под воздействием электрического поля, образовавшиеся ионы и электроны начинают двигаться, создавая электрический ток.
Действие электрического тока на организм человека Действие электрического тока на организм человека своеобразно и носит разносторонний характер. Электрический ток, проходя через тело человека, оказывает термическое, электролитическое и биологическое воздействие на различные системы организма. При этом могут возникнуть нарушения деятельности жизненно важных органов человека: мозга, сердца и легких.
Виды поражений человека электрическим током Электрический ток, протекающий через организм человека, воздействует на него термически, электролитически и биологически. Термическое действие характеризуется нагревом тканей, вплоть до ожогов Термическое действие характеризуется нагревом тканей, вплоть до ожогов Электролитическое разложением органических жидкостей, в том числе и крови Электролитическое разложением органических жидкостей, в том числе и крови Биологическое действие электрического тока проявляется в нарушении биоэлектрических процессов и сопровождается раздражением и возбуждением живых тканей и сокращением мышц. Биологическое действие электрического тока проявляется в нарушении биоэлектрических процессов и сопровождается раздражением и возбуждением живых тканей и сокращением мышц.
Электрические травмы Ожог может быть вызван прохождением электрического тока через тело человека с силой более 1А или воздействием на него электрической дуги. Ожоги могут быть поверхностные и внутренние. Металлизация кожи возникает вследствие проникновения в ее верхние слои мельчайших частиц металла, испарившегося под действием электрической дуги. Электрические знаки представляют собой пятна серого или бледно-желтого цвета в виде мозоли на поверхности кожи в месте контакта с токоведущими частями. Электрические знаки безболезненны и с течением времени сходят. Механические повреждения являются следствием непроизвольных сокращений мышц организма под действием тока. При этом возможны разрывы кожи, кровеносных сосудов и нервной ткани, вывихи суставов и даже переломы костей. Электроофтальмия - поражение глаз, вызванное интенсивным излучением электрической дуги, в спектре которой имеются вредные для глаз ультрафиолетовые и инфракрасные лучи.
Первая помощь при ударе током Обеспечьте свою безопасность. По возможности отключите источник тока. Подходите к пострадавшему мелкими шагами по 10 см. Обеспечьте свою безопасность. По возможности отключите источник тока. Подходите к пострадавшему мелкими шагами по 10 см. Отпихните пострадавшего от источника тока при помощи деревянного стула или швабры (предмет должен быть неэлектропроводным). До того, как это будет сделано, пострадавший может ударить током любого, кто к нему прикоснется. Отпихните пострадавшего от источника тока при помощи деревянного стула или швабры (предмет должен быть неэлектропроводным). До того, как это будет сделано, пострадавший может ударить током любого, кто к нему прикоснется. Пошлите кого-нибудь за медицинской помощью. Проверьте дыхание пострадавшего и при необходимости сделайте ему искусственное дыхание "рот в рот". Если у пострадавшего отсутствует сердцебиение, сделайте ему массаж сердца. Пошлите кого-нибудь за медицинской помощью. Проверьте дыхание пострадавшего и при необходимости сделайте ему искусственное дыхание "рот в рот". Если у пострадавшего отсутствует сердцебиение, сделайте ему массаж сердца. Если пострадавший пришел в сознание, укройте и согрейте его. Если пострадавший пришел в сознание, укройте и согрейте его.
Экспериментальная часть для проектной работы Цель: Цель: Получение электрического тока из фруктов и овощей. Задача: Создать фруктовую и овощную батарейку. Предмет исследования: Получения электрического тока. Гипотеза: Из фруктов и овощей можно сделать батарейку.
Ход исследования Для создания батарейки понадобится цинковая пластина, медная проволока, фрукт или овощ. В самодельном гальваническом элементе цинковая пластина действует как отрицательный электрод, а медная проволочка – как положительный. Электролитом (жидкость проводящая ток) является сок фруктов и овощей. Можно сделать гальванические элементы из различных овощей и фруктов: лимон, яблоко, картошка, помидор. В каждом элементе был сделан замер напряжения с помощью вольтметра.
Результаты измерений Фрукты и овощи Напряжение, В Фрукты и овощи Напряжение, В Лимон 0,97 Лимон 0,97 Яблоко 0,95 Яблоко 0,95 Картошка 0,82 Картошка 0,82 Помидор 0,9 Помидор 0,9 Где же в жизни можно применять это свойство овощей и фруктов? Можно зажечь светодиод, для этого достаточно напряжение в 3 В, что соответствует 4 картофелинам или 4 лимонам.
