Электрический ток. Законы Ома. Смешанное соединение проводников. ЭДС

26 №Сабақ / Урок № 26

Сабақ жоспары / План урока

 

Сабақтың тақырыбы / Тема урока

Электрический ток. Закон Ома для участка цепи. Смешанное соединение проводников. Электродвижущая сила и внутреннее сопротивление источника тока. Закон Ома для полной цепи.

 

Электрическим током называется упорядоченное движение электрических зарядов.

Направлением электрического тока считается то направление, по которому в проводнике движутся положительные заряды.

1.      Условия существования электрического тока:

a)    наличие свободных заряженных частиц;

b)    наличие электрического поля для упорядоченного движения этих частиц;

c)    замкнутая электрическая цепь.

 

2.      Ток в проводнике существует только тогда, когда между его концами существует разность потенциалов:

φ₁-φ₂=U.

 

3.      Если U не меняется со временем – ток постоянный

 

4.      Действия тока:

a)    тепловое: проводник, по которому течет ток нагревается;

b)    химическое: электрический ток может изменять химический состав проводника (электролита);

c)    магнитное: ток оказывает силовое воздействие на соседние токи и намагниченные тела. Вокруг проводника с током существует магнитное поле.

 

5.      Основные величины, характеризующие электрический ток. Из курса 8 класс вы знаете, что электрический ток в проводнике характеризуют следующие величины: сила тока, электрическое напряжение и сопротивление.

Величина	Сила тока	Электрическое напряжение	Электрическое сопротивление	Электродвижущая сила (ЭДС)
Обозначение величины	I	U	R	ε
Физический смысл	Физическая величина, показывающая какой заряд проходит, через поперечное сечение проводника, за единицу времени.	Физическая величина, показывающая какую работу совершает электрический ток при перемещении заряда	Физическая величина, характеризующая противодействие проводника электрическому току	Физическая величина, равная отношению работы сторонних сил к значению положительного заряда, переносимого внутри источника от отрицательного полюса к положительному
Формула			где: l - длина проводника (м); S - площадь поперечного сечения (м2); ρ - удельное сопротивление (Ом*м)
Единица измерения	[А] (Ампер)	[В] (Вольт)	[Ом] (Ом)	[В] (Вольт)
Прибор для измерения	амперметр	вольтметр	омметр	вольтметр
Условное обозначение прибора
Способ подключения измерительного прибора в цепь	последовательно	параллельно	параллельно	параллельно

 

6.     

Законы Ома для участка и полной цепи

Из курса физики 8 класса вам известно, что закон Ома для участка цепи гласит: Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах участка цепи, и обратно пропорциональна сопротивлению

 

Закон Ома для участка цепи: Немецкий физик Георг Ом обнаружил, что сила тока прямо пропорциональна напряжению на участке цепи:  .  Заменив проводник другим, он обнаружил, что при том же напряжении сила тока в цепи иная. Следовательно, разные проводники по-разному ограничивают силу тока в цепи.

Скорость движения зарядов можно определить по формуле 

           υ_{электронов медного проводника}= 7_*10^-5м/с.

Плотность тока:

j=nq₀υ

Электродвижущая сила. При включении источника тока в электрическую цепь во всех проводниках цепи создается электрический ток. Внутри источника тока заряды движутся под действием сторонних сил против кулоновских сил (отрицательные – от плюса к минусу), а во всей остальной цепи их приводит в движение электрическое поле.

Любые силы, действующие на электрически заряженные частицы, за исключением сил электростатического происхождения (т.е. кулоновских), называют сторонними силами.

Отношение работы А_ст к переносимому заряду для данного источника остается постоянной величиной. Поэтому указанное отношение может служить, характе­ристикой источника тока и называется электродвижущей силой (ЭДС).

 

ЭДС источника равна ε, его внутреннее сопротивление r, сопротивление внешнего участка цепи (нагрузки) R, сопротивлением проводок пренебрегаем.

Ток течет в направлении, указанном стрелкой.  По закону Ома для внешнего участка цепи АВ имеем:

Внутренний участок цепи ВА является неоднородным, следователь­но, согласно закон Ома запи­шется так:

.

Сложив оба равенства, получим:

.

 

Откуда следует вывод, названный закон Ома для полной цепи: сила тока в полной цепи прямо пропорциональна электродвижущей силе источника, и обратно пропорциональна сумме сопротивлений внешнего и внутреннего участков цепи:

Если полюса источника соединить проводником, сопротивление которого ничтожно мало по сравнению с внутренним сопротивлением источника, то возникнет ситуация короткого замыкания.

Из закона Ома для замкнутой цепи следует, что если сопротивление внешнего участка цепи R=0, то сила тока короткого замыкания достигает максимального значения:

 Отсюда видно, что сила тока короткого замыкания зависит не только от ЭДС источника, но и от внутреннего сопротивления источника. Поэтому короткое замыкание представляет различную опасность для источников тока с разными внутренними сопротивлениями.

Внутреннее сопротивление источника тока характеризует среду внутри источника тока, по которой вынуждены двигаться заряды, перемещаясь по замкнутой цепи.

Внутреннее сопротивление источника зависит от его природы. У источника со сравнительно большим внутренним сопротивлением, например, у гальванических элементов Ом, сила тока короткого замыкания небольшая, а потому этот ток для них не очень опасен. Иное дело в свинцовых аккумуляторах: внутреннее сопротивление у них мало Ом, и поэтому сила тока короткого замыкания очень велика. Такой ток может разрушить пластины аккумуляторов. Особенно опасны короткие замыкания в генераторах, питающих осветительные цепи. Внутреннее сопротивление этих источников ничтожно мало, и поэтому сила тока короткого замыкания при ЭДС (свыше 100 В) может достигнуть тысяч ампер. В этом случае короткое замыкание может привести к расплавлению проводов, вызвать пожар. Чтобы избежать этого, в такие цепи включают предохранители, в которых тонкий проводник АВ   плавится при силе тока, превышающей ее допустимое значение для данной цепи, и размыкает ее.

При малом по сравнению с сопротивлением внешней цепи внутреннем сопротивлении источника (r<<R), закон Ома для полной цепи имеет вид:

.

7.      Последовательное и параллельное соединения проводников

Последовательное и параллельное соединения проводников
При последовательном соединении все проводники включают в цепь поочередно друг за другом	При параллельном соединении все проводники включают в цепь одноименными полюсами
Сила тока во всех проводниках одинакова: I0 =I1=I2=….=In	Сила тока в цепи равна сумме сил токов: I0 =I1+I2+….+In
Падение напряжений в цепи равно сумме падений напряжений на отдельных участках: U0 =U1+U2+….+Un По закону Ома	Падение напряжения в параллельно соединенных участках цепи одинаковы: U0 =U1=U2=….=Un   По закону Ома
Общее сопротивление цепи, состоящей из n последовательно соединенных проводников, равно сумме сопротивлений отдельных проводников: R0 =R1+R2+….+Rn.	Результирующая электроемкость батареи рассчитывается по формуле: 1 = 1 + 1 +… 1 R0 R1 R2 Rn
В этом случае происходит увеличение сопротивления	В этом случае результирующее сопротивление всегда меньше сопротивления минимального, входящего в цепь

ЗАПОМНИ!

Существует физическая величина обратная сопротивлению - электрическая проводимость.

R - это сопротивление проводника, 1/R - это электрическая проводимость проводника.

Величины проводимости проводников и изоляторов различаются в большое число раз, измеряемое единицей с двадцатью двумя нулями!

 

8.      ЗНАЕШЬ ЛИ ТЫ?

... что сопротивления кожи человека обычно изменяется от 1 кОм (для влажной кожи) до 500 кОм (для сухой кожи). Сопротивление других тканей тела равно от 100 до 500 Ом.
... что соединительные провода, из которых собираются электрические цепи, обладают сопротивлением. Согласно закону Ома на проводах теряется часть напряжения, поэтому выгодно ставить провода с наименьшим удельным сопротивлением.
... что сопротивление проводника зависит от температуры.

 

9.      Примеры  решения задач

 Задача №1 Какова длина алюминиевого провода с площадью поперечного сечения 0,5 см², если его сопротивление составляет 2,8 Ом?

Решение. Так как R=ρl/S, откуда: l=RS/ρ  Подставляя численные значения, имеем:

l=5·10^-5·2,8/2,8·10^-8=5·10³ м.

Задача №2 Амперметр включен в участок цепи и показывает I₁ = 0,5 A. Найти силу тока I₂ через сопротивление R₂ если R₁ = 2Oм, R₁ = 4Oм.

Решение. Т. к. падения напряжения в параллельно соединенных участках цепи одинаковы, тогда имеем:

Задача №3 Определить сопротивление R, если амперметр показывает ток I=5 A, вольтметр, подключенный к концам сопротивления – напряжение U = 100B, а внутреннее сопротивление вольтметра r=2500Oм.

Решение. Ток, прошедший через амперметр, разветвляется на две части

 где , тогда ток , идущий через сопротивление равен:

Перечертить в тетрадь и заполнить!

Обозначение Название 1.   2.   3.   4.   5.   6.   7.   8.   9.   10.   11.   12.   13.   14.   15.   16.

 

10.  Домашнее задание  

· Прочесть «Физика 10 класс. 2 часть» Б.Кронгарт, Д.Казахбаева, О.Иманбеков, Т.Қыстаубаев - Мектеп. 2019, с. 62-77.

· Составить опорный конспект – формулы, рисунки и таблицы обязательно.

· Из раздела «Решайте» с. 69 №5 и с. 77 №6 решить задачи, записать в тетрадь с фотографировать, поместить в ворд и прикрепить на портал.

 

                                                                                                       

 

 

 

                                                                                                                 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Скачано с www.znanio.ru