Лекция ПОСТОЯННЫЙ ТОК И ЕГО ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

ПОСТОЯННЫЙ ТОК И ЕГО ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Цели урока:

Образовательная: сформировать у учащихся знания о постоянном электрическом токе на основе полученных в школе; дать понятия: электрический ток, сила тока, амперметр, объяснить какие условия необходимы для возникновения электрического тока, показать какие действия может оказывать электрический ток. Показать широкое использование электрического тока в промышленности, быту и будущей профессии.

Развивающая: развивать у учащихся устную речь, аналитическое мышление, наблюдательность, память, навыки самостоятельной работы, политехнический кругозор.

Воспитательная: рассмотреть вопросы применения электрического тока, которые способствует формированию познавательного интереса учащихся к предмету. Повысить роль учебного предмета в формировании у учащихся научного мировоззрения. Воспитывать у учащихся интерес к профессии, обязательность соблюдения трудовой дисциплины, аккуратность ведения записей в тетрадях, внимательность.

Методическая: показать активизацию познавательной деятельности учащихся на уроке, используя проблемное обучение, информационные технологии и элементы личностно-ориентированного подхода.

Тип урока: урок усвоения новых знаний.

Метод проведения: эвристическая беседа с элементами проблемного обучения, использованием информационных технологий и личностно-ориентированного подхода.

Комплексно-методическое обеспечение урока: персональный компьютер, экран, мультимедийный проектор, доска школьная, мел, раздаточный материал с поурочными картами (приложение к уроку), мультимедийная презентация «Постоянный ток».

Оформление доски к началу урока:

На доске прикреплены три портрета ученых: Ш.О.Кулон, Дж.К.Максвелл, М. Фарадей, и цитаты: “Наука захватывает нас только тогда, когда заинтересовавшись жизнью великих исследователей, мы начинаем следить за историей их открытий”, Дж.К.Максвелл, “Имей мужество пользоваться своим умом”

Выставка фотографий.

План урока:

I.     Оргмомент.

II.   Подготовка студентов к изучению нового материала:

1.    Актуализация раннее усвоенных знаний и умений (фронтальный опрос).

2.    Сообщение темы и целевая установка на урок.

III.                        Формирование новых знаний и умений учащихся по плану:

1.    Понятие электрического тока.

2.    Направление электрического тока (принятое и истинное).

3.    Условия, необходимые для существования электрического тока.

4.    Действия электрического тока (тепловое, химическое, магнитное).

5.    Основные характеристики тока:

А) Сила тока.

IV.                          Закрепление:

- решение задачи на расчет  силы тока;

- опрос учащихся методом тестирования.

V.    Итог урока (подведение итогов урока преподавателем).

VI.                          Домашнее задание.

VII.                     Рефлексия.

 

Ход урока:

I.     Оргмомент.

II.  Подготовка к изучению нового материала:

1.    Актуализация раннее усвоенных знаний и умений (фронтальный опрос)

1)   Что такое электрический заряд?

2)   Какой заряд называют элементарным?

3)   Может ли существовать заряд без частицы?

4)   Какие виды зарядов вы знаете?

5)   Какие частицы носят элементарный отрицательный заряд?

6)   Что называют положительным ионом?

7)   Дайте определение электрического поля.

8)   Что понимают под работой электрического поля?

2.    Сообщение темы и целевая установка на урок (слайд №2, 3).

Преподаватель: Теперь перейдем к изучению электромагнитных процессов, наблюдаемых при движении заряженных частиц.

Неподвижные электрические заряды редко используются на практике. Для того чтобы заставить электрические заряды служить нам, их нужно привести в движение – создать электрический ток. Электрический ток освещает наши дома и улицы, приводит в движение станки, создает радиоволны, циркулирует во всех электроприборах.

И начнем с наиболее простого случая – рассмотрим постоянный электрический ток.

III.                       Формирование новых знаний и умений студентов по плану:

Электрический ток - упорядоченное движение заряженных частиц (свободных электронов или ионов).

При этом через поперечное сечение проводника переносится эл. заряд (при тепловом движении заряженных частиц суммарный перенесенный эл. заряд = 0, т.к. положительные и отрицательные заряды компенсируются).

Направление эл. тока - условно принято считать направление движения положительно заряженных частиц (от + к - ).

Действия эл. тока (в проводнике):

тепловое действие тока - нагревание проводника (кроме сверхпроводников);

химическое действие тока - проявляется только у электролитов, на электродах выделяются вещества, входящие в состав электролита;

магнитное действие тока (основное) - наблюдается у всех проводников (отклонение магнитной стрелки вблизи проводника с током и силовое действие тока на соседние проводники посредством магнитного поля).

Количественная характеристика эл. тока.

Направленное движение заряженных частиц называется электрическим током.

 

СИЛА ТОКА

Сила тока - это отношение заряда q, перенесенного через поперечное сечение проводника за интервал времени t к этому интервалу.

Постоянный ток - эл. ток, у которого сила тока со временем не меняется.

Сила тока зависит от заряда частицы, концентрации частиц, скорости направленного движения частиц и площади поперечного сечения проводника.

 где S - площадь поперечного сечения проводника, q_o - эл. заряд частицы,

 n - концентрация частиц, v - скорость упорядоченного движения электронов.

 

Единица измерения силы тока:

Условия, необходимые для существования электрического тока:

- наличие свободных электрически заряженных частиц;

 - наличие внутри проводника эл. поля действующего с силой на заряженные частицы для их упорядоченного движения ( свободные электроны по инерции , без действия силы, перемещаться не могут из-за тормозящего воздействия на них кристаллической решетки).

 

 Если в проводнике существует эл. поле, то между концами проводника есть разность потенциалов.

 Если разность потенциалов постоянна во времени, в проводнике течет постоянный ток.

 

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ

Напряжение характеризует электрическое поле, создаваемое током.

Напряжение (U) равно отношению работы электрического поля по перемещению заряда  к величине перемещаемого заряда на участке цепи.

Единица измерения напряжения в системе СИ:

[U] = 1 B

1 Вольт равен электрическому напряжению на участке цепи, где при протекании заряда,  равного 1 Кл, совершается работа, равная 1 Дж:

1 В = 1 Дж/1 Кл.

 

ЭТО ИНТЕРЕСНО !

В 1979 г. в США было получено в лабораторных условиях самое высокое напряжение. Оно составило 32 ± 1,5 млн В.

Напряжение, считающееся безопасным для человека в сухом помещении, составляет до 36 В. Для сырого помещения это значение опускается до 12 В.

_________________________________________________________________________________________

Что будет с человеком, который окажется рядом с упавшим оголенным кабелем, находящимся под высоким напряжением?

Так как земля является проводником электрического тока, вокруг упавшего оголенного кабеля, находящегося под напряжением, может возникнуть опасное для человека шаговое напряжение.

Шаговое напряжение, обусловленное электрическим током, протекающим в этом случае в земле,

 равно разности потенциалов между двумя точками поверхности земли, находящимися на расстоянии одного шага человека. Возникает замкнутая электрическая цепь в теле человека по пути нога-нога. Поражение электрическим током по этому пути считается наименее опасным, т.к. в этом случае через сердце проходит не более 0,04 от общего тока, и на практике не зарегистрировано ни одного случая смертельного поражения человека шаговым напряжением.

 При попадании под шаговое напряжение даже небольшого значения возникают непроизвольные судорожные сокращения мышц ног. Обычно человеку удается в такой ситуации своевременно выйти из опасной зоны. Однако не пытайтесь выбегать оттуда огромными шагами, шаговое напряжение при этом только увеличится! Выходить надо обязательно быстро, но очень мелкими шагами

 или скачками на одной ноге!

 Если же рефлекторное действие тока всё-таки успевает проявиться, то человек падает на землю, и возникает более тяжелая ситуация: образуется более опасный путь тока от рук к ногам, и создается угроза смертельного поражения.

Известно, что рыбы находящиееся в аквариуме, через который пропускают эл. ток,

плывут по направлению к аноду и , не достигая его, вдруг останавливаются парализованные.

Падение напряжения на длине рыб приэтом должно составлять около 0,4 В.

После выключения тока рыбы могут «ожить» и снова плавать. Но если падение напряжения увеличить до 2В, то рыба цепенеет и погибает. Привлекательная сила анода успешно используется при ловле рыбы.

___

Электрический угорь способен создавать напряжение 800 – 900 В, нильская щука и нильский сом – от 200 до 350 В.

 Эл. скат и угорь при поражении жертвы, т.е. при эл. разряде, затрачивают большую энергию до 6 кВт при длительности импульса тока 2-3 мс, поэтому они используют свои эл. органы сравнительно редко.

___

У многих растений возникают токи повреждений. Срезы листьев, стебля всегда заряжены отрицательно по отношению к нормальной ткани. Если взять лимон или яблоко и разрезать, а потом приложить к кожуре два электрода, то они не выявят разницы потенциалов.

 Если же один электрод приложить к кожуре, а другой к внутренней части мякоти, то появится разность потенциалов.

____

Напряжение между облаками во время грозы может достигать 100 миллионов вольт.

 

ИЗМЕРЕНИЕ СИЛЫ ТОКА В УЧАСТКЕ ЦЕПИ

Для измерения силы тока существует измерительный прибор - амперметр.

Условное обозначение амперметра на электрической схеме:

 При включении амперметра в электрическую цепь необходимо знать:

 

1. Амперметр включается в электрическую цепь последовательно с тем элементом цепи, силу тока в котором необходимо измерить.

2. При подключении надо соблюдать полярность: "+" амперметра подключается к "+" источника тока, а "минус" амперметра - к "минусу" источника тока.

 

ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ НА УЧАСТКЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ

Для измерения напряжения существуют специальный измерительный прибор — вольтметр.

Условное обозначение вольтметра на электрической схеме:

При включении вольтметра в электрическую цепь необходимо соблюдать два правила:

1. Вольтметр подключается параллельно участку цепи, на котором будет измеряться напряжение;

2.Соблюдаем полярность: "+" вольтметра подключается к "+" источника тока, а "минус" вольтметра - к "минусу" источника тока.

Для измерения напряжения источника питания вольтметр присоединяют непосредственно к его зажимам.

 

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ

 

Электрическое сопротивление (R) - определяется формой, размерами и материалом проводника.

где l - длина проводника ( м ), S - площадь поперечного сечения (кв.м ), ρ ( ро) - удельное сопротивление (Ом·м ).

Удельное сопротивление - показывает, чему равно сопротивление проводника, выполненного из данного вещества, длиной в 1м и с поперечным сечением 1 м².

Единица измерения удельного сопротивления в системе СИ: 1 Ом·м

Однако на практике толщина проводов значительно меньше 1 м², поэтому чаще используют внесистемную единицу измерения удельного сопротивления:

Единица измерения сопротивления в системе в СИ: [R] = 1 Ом

Сопротивление проводника равно 1 Ом, если при разности потенциалов на его концах в 1 В, по нему протекает ток силой 1 А.

Причиной наличия сопротивления у проводника является взаимодействие движущихся электронов с ионами кристаллической решетки проводника. Из-за различия в строении кристаллической решетки у проводников, выполненных из различных веществ, сопротивления их отличаются друг от друга.

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!

 

ЗНАЕШЬ ЛИ ТЫ?

... что сопротивление 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.

При повышении температуры металлического проводника его сопротивление увеличивается.

При увеличении температуры электролита (жидкого проводника) его сопротивление уменьшается.

 

ДУМАЕМ НАД ЗАДАЧКАМИ!

1.    Если длину проволоки вытягиванием увеличить вдвое то, как изменится её сопротивление?

2.    Две квадратные металлические пластины из одного металла разной толщины включены в электрическую цепь. Одинаковое ли сопротивление они оказывают току?

3.    Какой проводник представляет большее сопротивление для постоянного тока: медный сплошной стержень или медная трубка, имеющая внешний диаметр, равный диаметру стержня? (длину обоих проводников считать одинаковой)

 

ЗАКОН ОМА ДЛЯ УЧАСТКА ЦЕПИ

где U - напряжение на концах участка цепи, R - сопротивление участка цепи. (сам проводник тоже можно считать участком цепи).

Для каждого проводника существует своя определенная вольтамперная характеристика.

 

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ

- состоят из источника, потребителя электрического тока, проводов, выключателя.

 

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ПРОВОДНИКОВ

I - сила тока в цепи

U - напряжение на концах участка цепи

R - полное сопротивление участка цепи

 

ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ПРОВОДНИКОВ

I - сила тока в неразветвленном участке цепи

 U - напряжение на концах участка цепи

 R - полное сопротивление участка цепи

 

IV.                       Закрепление - решение задач.

V.  Итог урока (подведение итогов урока преподавателем).

VI.                       Домашнее задание.

VII.                    Рефлексия.