Презентация к уроку физики в 11 классе по теме "Постоянный электрический ток"

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК.  ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ  ЦЕПИ.ЗАКОН ОМА ДЛЯ ПОЛНОЙ ЦЕПИ. ОК ­1 §102­108 ПОСТОЯННЫЙ  ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК   (11 часов)

I. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК­ упорядоченное движение свободных электрических  зарядов(e,u+,u­) под действием ЭП • НАПРАВЛЕНИЕ СОВПАДАЕТ С ДВИЖЕНИЕМ q+ • УСЛОВИЯ ДЛЯ  ПОЛУЧЕНИЯ:  свободные электрические заряды   замкнутость электрической цепи наличие ЭП­ источника тока  проводники  → →  Т, Ж,Г •ДЕЙСТВИЯ ТОКА – явления, по которым обнаруживается  электрический ток в цепи • тепловое  ­ нагревание – обогрев, освещение •Химическое­ электролиз – получение чистых металлов •магнитное  (ОСНОВНОЕ!) – электродвигатель, э/и приборы

ДЕЙСТВИЯ ТОКА

II. ХАРАКТЕРИСТИКИ  ЦЕПИ: СИЛА ТОКА НАПРЯЖЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ РАБОТА ТОКА МОЩНОСТЬ ТОКА ЭДС ИСТОЧНИКАТОКА

1.Сила тока (I)– СФВ, равная отношению электрического  заряда, прошедшего через поперечное сечение  проводника, ко времени его прохождения •[I]=1A – эталон (магнитное действие тока) •СФВ, I>0, I↑↑q+ ; I<0, I↑↓q- •Амперметр, в цепь - последовательно А. Ампер (Франция) •Плотность тока (1775­1836)

•АМПЕРМЕТР­ прибор для  измерения силы тока - в цепь - последовательно А +

•I> 100 мА – ОПАСНО для человека!!!

•Напряжение (U) – СФВ, равная   отношению работы  ЭП по перемещению заряда (q+)  к его величине. • характеризует энергию ЭП U  A q •[U]= 1Дж/Кл=1В •U = 12­36 B – ОПАСНО!! •Вольтметр, параллельно участку цепи •Напряжение – разность потенциалов между  концами однородного участка цепи (А. Вольта (Италия)) •Связь между напряжением и напряженностью: А ЭП А ЭП  qElCos   qU  ElCos   U E U lCos  (1745­1827)

•ВОЛЬТМЕТР – прибор для  измерения напряжения - + - параллельно участку цепи V

•  Сопротивление (R) ­ СФВ, равная отношению  напряжения  на концах проводника к силе тока в нём. •  характеризует свойства проводника  препятствовать  электрическому току R  U I •[R]=1B/A=1Ом •[R]>0 (всегда!), R=0 (Сверхпроводимость) •Омметр  •Резистор – проводник с постоянным сопротивлением •Причины R? R e ( Г.Ом (Германия)) e u+­ главная!! ЭПu+ (1787­1854)

•зависит от характеристик проводника R  l S длина проводника [ l ]=1м площадь сечения проводника [ S ]=1м2 удельное сопротивление проводника [ ρ ]=1Ом мм2/м

•РЕОСТАТ ­  устройство для регулирования                        силы тока ползунок Imax Imin Нельзя!!! Ступенчатый  реостат Ползунковый  реостат

Закон Ома для участка цепи: Закон Ома для участка цепи: • 1820г. –Г. Ом (Германия):          Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна              напряжению на концах этого участка и обратно              пропорциональна его сопротивлению I  U R U=I∙R R=U/I

Виды соединения проводников: ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ – соединение, при котором конец предыдущего проводника  соединяется с началом одного –  последующего ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ – соединение, при котором все проводники  подключены между одной и той же  парой  точек (узлами).

R1=R2

Расширение пределов измерительных  приборов: АМПЕРМЕТР ­ ШУНТ ВОЛЬТМЕТР – ДОБАВОЧНОЕ  СОПРОТИВЛЕНИЕ

4.РАБОТА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА (А)  ­ СФВ, характеризующая энергию ЭП,  равная произведению  напряжения на концах участка цепи, силы тока и времени,  в течение которого совершалась работа [A]=1ВАс=1 ВКл=1Дж   (Д.Джоуль(Англия)) • счетчик электроэнергии – устройство для измерения работы тока

• ЗАКОН ДЖОУЛЯ – ЛЕНЦА ­  закон теплового действия тока Д.Джоуль (Англия) Э. Ленц (Россия) 1831­1842 г. – независимо, экспериментально

• ЗАКОН ДЖОУЛЯ – ЛЕНЦА:   Количество теплоты, выделяемое проводником с  током, равно произведению квадрата силы тока,  сопротивления и времени ЗСЭ: Работа тока Нагревание проводника

ПОЧЕМУ НАГРЕВАЕТСЯ  ПРОВОДНИК? •Почему R? e R e u+- главная!! ЭПu+

Вид Лампа  накаливания Электронагрева­ тельные приборы Короткое  замыкание ­ ЗСЭ Wэп→Wсв Wэп →U (тепло) Wэп →U (тепло) Условие            ρ>>0  R    → →    (тепло)  Q ­соедиенение концов участка  цепи проводником,  сопротивление которого очень  мало по сравнению с  сопротивлением участка цепи R↓0 I  → max  Q >>0 → Вещество Вольфрам  (tпл=3387ºС) тугоплавкий Применен ие Лампа  накаливания Нихром (никель, хром,  марганец, железо) ρ= 1,1 Ом мм2/м Медь (tпл=1085ºС) легкоплавкий  плитка, фен утюг, инкубатор плойка, электропечь чайник, сварка паяльник, сушилка кипятильник,  Плавкий предохранитель –  предохранитель с  плавящимся проводником

ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

­      + А медь      сталь    никелин Вещество медь сталь никелин 2 IQ Rt R  Удельное  сопротивл ение,  Ом*мм2/м 0,017  0,1 0,42 lρ  S Нагрев слабый средний сильный Нагревание проводников  электрическим током зависит  от их сопротивле­ния. Чем  больше сопротивление  проводника, тем сильней он  нагревается.  Чтобы проводник  нагревался сильней, он  должен обладать большим  удельным  сопротивлением.

Вещество Удельное  сопротивле Температура  плавления Применение ние,  Ом*мм2/м 0,017 0,028 1085 660 Соединительные провода Соединительные провода медь алюминий вольфрам никелин нихром фехраль Фарфор 0,055 0,42 1,1 3387 400 1100 Нить накала в эл. лампах Реостаты Нагревательные элементы  электрических бытовых приборов  (эл. печей, плиток, паяльников и  т.д.) Мощные электрогагревательные  устройства промышленных печей 1020 Нагревательный элемент представляет собой  проводник с большим удельным сопротивлением  и высокой температурой плавления. 1,3 1100 ?

ЛАМПА НАКАЛИВАНИЯ

ЛАМПА НАКАЛИВАНИЯ Схема строения:  1­ стеклянная колба;  2 – нить накаливания;  3 – держатели;  4 – штенгель;  5 – выводы;  6 – лопатка; 7 – цоколь.

Плавкий предохранитель

Плавкий предохранитель

Не шути с электричеством!!!!!

5. МОЩНОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА  (Р)  СФВ, характеризующая быстроту совершения работы,  равная отношению работы тока ко времени её совершения. [Р]=1ВА=1ВТ    (Д. Уатт (Англия)) • ваттметр – прибор для измерения мощности тока

СВЯЗЬ РАБОТЫ И МОЩНОСТИ A Дж  Pt   сВт 1 1  1 чВт  1000 ч 3600  Дж 3600000 чВт Дж 1 кВт

МЕХАНИЧЕСКАЯ ВНУТРЕННЯЯ 1.ИСТОЧНИК ТОКА – устройство для превращения  в  электрическую энергию  любых других видов  энергии        (разделяет заряды на q+  и   q­). Э Н Е Р Г И Я WЭП ГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ  ЭЛЕМЕНТ СВЕТОВАЯ МАГНИТНАЯ ТЕРМОЭЛЕМЕНТ ФОТОЭЛЕМЕНТ ХИМИЧЕСКАЯ АККУМУЛЯТОР ЭЛЕКТРОФОРНАЯ МАШИНА ГЕНЕРАТОР

ИСТОЧНИКИ ТОКА ЭЛЕКТРОФОРНАЯ МАШИНА ФОТОЭЛЕМЕНТ ГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ  ЭЛЕМЕНТ ТЕРМОЭЛЕМЕНТ

1800г. – А.Вольта в честь Л. Гальвани ВОЛЬТА А. (ИТАЛИЯ)  (1745­1827) ГАЛЬВАНИ Л.(ИТАЛИЯ)   (1737—1798)

ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ ЭЛЕМЕНТ ВОЛЬТА Cu Zn СЕРНАЯ КИСЛОТА

АККУМУЛЯТОР

III.Закон Ома для полной цепи. • СТОРОННИЕ СИЛЫ (Fст)  – силы,  действующие на электрический заряд и не  имеющие электростатической природы (непотенциальные силы). • ЭДС (ЭЛЕКТРОДВИЖУЩАЯ СИЛА) (ε)  –СФВ, энергетическая  характеристика источника, равная отношению работы сторонних  сил по перемещению положительного электрического заряда к его  величине.

2.Закон Ома для полной цепи: R – внешнее сопротивление r ­  внутреннее сопротивление  Сила тока в замкнутой цепи прямо пропорциональна ЭДС источника тока   и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи.

СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ ­  свойство проводников, состоящее в том, что их электрическое сопротивление скачком падает до нуля при охлаждении ниже определённой критической температуры Тк, характерной для данного материала. 1911г. -   Камерлинг-Оннес (Голландия)

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ЖИДКОСТЯХ ЖИДКОСТИ ПРОВОДЯЩИЕ НЕПРОВОДЯЩИЕ  не содержат свободные  заряженные частицы  (недиссоциирующие)  содержит свободные  заряженные частицы  (диссоциирующие) ­  электролиты  ( растворы (чаще всего  водные) и расплавы солей,  кислот и оснований)  Электролитическая диссоциация­  распад  нейтральных  молекул  вещества  в  растворителе  на  положительные  и  отрицательные ионы ( дистилированная вода,  спирт, минеральное  масло…) ЖИДКОСТИ

Электролитическая диссоциация поваренной соли Na Cl Na+ Cl­ NaCl  Na+ + Cl­  Диссоциация других  веществ: CuSO4  Cu 2+ + SO4 HCl  H + + Cl­ 2­ H2SO4  H+ + H+ + SO4 CaCl2  Ca 2+ + 2Cl­  2­

Электрический ток в электролитах  ­  упорядоченное  движение положительных и отрицательных ионов ­ (катод) + (анод) ­ ­ + + ­ + ­ +

Рассмотрим, что происходит, когда ионы достигают электродов (на  примере медного купороса) На катоде: ­ (катод) + Cu 2+ + Cu 2+ CuSO4  Cu 2+ + SO4 2­  Положительные ионы меди,  подходя к катоду, получают два  недостающих электрона,  восстанавливаясь до металлической  меди Cu 2+ + 2 е  Cu 0  В процессе протекания тока через  электролит на катоде происходит  оседание слоя чистой меди –  электролиз раствора медного  купороса На катоде:

ЭЛЕКТРОЛИЗ  ­выделение вещества на электродах вследствие  окислительно – восстановительных реакций  при прохождении тока  через электролит На аноде: + (анод) 2­ , подходя к   Сульфат ­ ионы  SO4 аноду, отдают ему два лишних  электрона, которые через  источник тока поступают на катод  и присоединяются к  положительным ионам меди ­ 2­ SO4 ­ 2­ SO4 На аноде:

ЗАКОНЫ  ЭЛЕКТРОЛИЗА Первый закон электролиза  Масса вещества, выделившегося на  электродах при электролизе, прямо  пропорциональна величине заряда,  прошедшего через электролит m  kq k – электрохимический эквивалент  вещества (равен массе вещества,  выделившегося при прохождении  через электролит заряда 1 Кл) Если учесть, что  q = I t, то   tIkm  Майкл Фарадей (1791 – 1867)

Второй  закон электролиза  При одинаковом количестве электричества (электрическом заряде,  прошедшем через электролит) масса вещества, выделившегося при  электролизе, пропорциональна отношению молярной массы  вещества к валентности  kmm 1 : 2 1 : k 2  1 M n 1 : 2 M n 2 M – масса выделившегося вещества  k – электрохимический эквивалент     М – молярная масса вещества             n – валентность вещества  Заряд, необходимый для выделения 1 моля вещества, одинаков  для всех электролитов. Он называется числом Фарадея F  eNF  связь электрохимического эквивалента и числа Фарадея  моль 65.9 A 4 10 Кл / k  M nF

 tIkm m  M neN A  tI k  M neN a e  M nmN A  tI 1874 г

ПРИМЕНЕНИЕ  ЭЛЕКТРОЛИЗА Получение химически чистых веществ Гальваностегия Гальванопластика ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОЛИЗАПолучение химически чистых веществГальваностегияГальванопластика

1. Получение химически чистых веществ  Рафинирование меди ­ катод  Катод – тонкая пластина  чистой меди, анод – толстая  пластина неочищенной меди + анод CuSO4  При прохождении тока  через электролит на  катоде оседает чистая  медь, анод  расходуется и  истощается  Примеси остаются в  электролите или  оседают на дно  При плотности тока 0,3 А на 1 дм2  процесс идет несколько дней

2. Гальваностегия  Гальваностегия –  покрытие предметов  неокисляющимся  металлами для защиты от  коррозии (Ni, Zn, Ag, Au, Cu)  Приведите примеры защитных покрытий в быту и технике

3. Гальванопластика  Гальванопластика – получение  отслаиваемых копий предмета, полученных  путем осаждения металла на поверхности  предмета электролитическим способом  Точность копирования формы предмета  очень высокая, т.к. процесс идет на ионном  (молекулярном) уровне Применение: ­ Получение рельефных копий барельефов,  статуй ­ Изготовление клише, полиграфия ­ выпуск ценных бумаг, денег Копия барельефа,  полученная методом  гальванопластики