Презентация по физике на тему " условия существования электрического тока"

ТЕМА:
Условия необходимые для возникновения и поддержания электрического тока.
Сила тока и плотность тока.
Закон Ома участка цепи без ЭДС

Цели урока:

Дидактические.
Обобщение и углубление знаний об электрическом токе, о направлении и условиях существования тока.
Познакомимся с законом Ома для участка цепи без ЭДС, зависимостью между электрическими величинами: силой тока, напряжением и сопротивлением.
Воспитательные.
Воспитание профессионально значимых качеств: самостоятельности, ответственности, точности.
Развивающие.
Развитие интеллектуальных, аналитических, конструктивных умений у будущих специалистов.
Методические.
Применение методики организации лекционного занятия, информационно-коммуникативных технологий.

это упорядоченный перенос или направленное движение электрически заряженных частиц.
Если в среде имеется большое количество свободных электронов, то течение электрического тока в нем осуществляется за счет дрейфа этих электронов.
Такой ток называют током проводимости, а вещества -проводниками.
Если металлический проводник помещен в электрическое поле, то на хаотическое движение электронов накладывается упорядоченное движение в направлении, противоположном напряженности поля. Такое движение электронов называется дрейфом.

За направление тока принимают направление дрейфа положительных зарядов
(направление тока в металлах противоположно направлению движения электронов).

Для поддержания в цепи длительного тока на свободные заряды должны действовать сторонние силы.
Устройства, обеспечивающие возникновение и действие сторонних сил, называют источниками тока.
В этих устройствах происходит разделение разноименных зарядов. Под действием сторонних сил электрические заряды внутри источника тока движутся в направлении, противоположном действию сил электрического поля. В результате этого на полюсах источника тока поддерживается постоянная разность потенциалов.

А)

Б)
А)Положительный полюс гальванических элементов и аккумуляторов изображается длинной чертой, отрицательный - короткий.
Б ) Генератор

Сила тока
Количественной характеристикой электрического тока являются сила тока I и плотность j (лат. йот или йота)
Сила тока – скалярная величина, равная отношению количества электричества ∆Q, которое за время ∆t переносится через данное сечение проводника, ко времени ∆t.


Постоянным током называется электрический ток, сила и направление которого с течением времени не изменяется. Для постоянного тока

Плотность тока
Плотность тока – векторная физическая величина, модуль которой равен отношению силы тока I к площади поперечного сечения проводника S:



Вектор j направлен вдоль направления тока.
От чего зависит плотность тока?
Мысленно выделим площадку единичной площади (S=1).
Построим цилиндр, высота которого численно равна υ (вообще, h= υt, но t=1 с, отсюда h= υ)

h

Число электронов за t=1 с, равно числу электронов, заключенных внутри цилиндра. Если n – число электронов проводимости в единичном объеме (n-концентрация свободных электронов), то nυ – число электронов проводимости внутри цилиндра, а neυ – заряд, переносимый ими.
J= n e υ
Плотность тока в проводнике прямопропорциональна концентрации свободных электронов в нем и скорости их движения.

Скорость дрейфа
υ = J/ne
Следует различать скорость дрейфа электронов в металле и скорость распространения электрического тока.
Когда речь идет о скорости распространения тока, то имеется в виду скорость распространения электрического поля как причины, вызывающей дрейф электронов.
Под действием источника тока все электроны начинают движение почти одновременно, так как скорость распространения электрического поля равна скорости света с.
Время установления тока в цепи длиной l составляет
t = l /c
Сила тока: I = j S.

В СИ единица силы электрического тока ампер (А)
Q = It = 1 A∙1 c = 1 A∙c = 1 Кл
Кулон – это количество электричества, проходящее через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А за время 1 с.

Единица плотности тока – ампер на квадратный метр (А / м2).

А

V

Немецкий физик. Родился 16 марта 1787 года в семье слесаря.
Отец придавал большое значение образованию детей. Хотя семья постоянно нуждалась, Георг учился сначала в гимназии, а потом в университете.
Сначала он преподавал математику в одной из частных школ Швейцарии. Физикой Георг Ом стал интересоваться позже.
Свою научную деятельность начал с ремонта приборов и изучения научной литературы.
Создание первого гальванического элемента открыло перед физиками новую область исследований, и Ом сделал важнейший шаг на пути создания теории электрических цепей.
В 1825 году он представил научному миру плоды своего труда в виде статьи, которую озаглавил «Предварительное сообщение о законе, по которому металлы проводят электричество». Сейчас это сообщение мы называем законом его имени.
В честь этого ученого также названа единица сопротивления.

Для того чтобы в проводнике все время протекал ток , необходимо поддерживать в нем постоянное электрическое поле.
Возьмем проводник длиной L.
Е - напряженность электрического поля внутри проводника,
а 𝜑𝜑1-𝜑𝜑2 = U – постоянная разность потенциалов на концах проводника.
E = 𝜑1-𝜑2/L = U/ L

Если состояние проводника не меняется ,то существует зависимость между силой тока и напряжением приложенных к концам проводника.
Г. Ом экспериментально установил
I = G U
G - называется электрической проводимостью проводника ,
а обратная величина R = G-1 , определяет упорядоченность перемещения носителей тока.

1 Ом

4 Ом

2 Ом

Таким образом, опыт показывает, что сила тока в проводнике обратно пропорциональна сопротивлению проводника.
Зависимость силы тока от напряжения на концах участка цепи и сопротивления самого участка называется законом Ома по имени немецкого ученого Георга Ома, открывшего этот закон в 1827 г.

Закон Ома для участка цепи:
сила тока в проводнике пропорциональна напряжению на его концах и обратно пропорциональна сопротивлению проводника.
I = U/R

Вольт - амперная характеристика
График зависимости тока от напряжения , называется вольт –амперной характеристикой данного проводника и представляет собой прямою линию
ctg α = U1 / I1 = R

Основные величины, характеризующие электрическую цепь.

Характеризует электрическое поле.

вольт
[В]

Характеризует сам проводник.

Характеризует электрический ток в проводнике.

ампер
[А]

ом
[Ом]

Решим задачу

Электрическая цепь постоянного тока
На внешнем участке цепи электрические заряды движутся под действием сил электрического поля. Перемещение зарядов внутри проводника не приводит к выравниванию потенциалов всех точек проводника, так как в каждый момент времени источник тока доставляет к одному концу электрической цепи точно такое же число заряженных частиц, какое из него перешло к другому концу внешней электрической цепи. Поэтому сохраняется неизменным напряжение между началом и концом внешнего участка электрической цепи; напряженность электрического поля внутри проводников в этой цепи отлична от нуля и постоянна во времени.

Последовательное и параллельное соединение проводников
Проводники в электрических цепях постоянного тока могут соединяться последовательно и параллельно. При последовательном соединении проводников конец первого проводника соединяется с началом второго и т. д.
1. I-const U = U1 + U2 + U3
По закону Ома для участка цепи
U1 = IR1,    U2 = IR2,    U3 = IR3    и    U = IR
При последовательном соединении проводников их общее электрическое сопротивление равно сумме электрических сопротивлений всех проводников.
2.U-const
I=I1+I2+I3


1\R=1\R1+1\R2+1\R3

Соединения проводников

Последовательное

Параллельное

G=G1+G2+…+Gn

проводимость

При изменении приложенного напряжения U изменяется сила тока I, но отношение U/I для данного проводника остается постоянным при данной температуре.

3. силу тока в проводнике при напряжении10 В.
А. 1 А; Б. 2 А;
В. 0,25 А; Г. 8 А.

3. при каком напряжении на проводнике сила тока 3 А?
А. 15 В; Б. 10 В;
В. 0,5 В; Г. 1В.

4. Чему равно сопротивление этого проводника
А. 5 0м; Б. 2 0м;
В. 20 Ом; Г. 10 Ом.

4. Чему равно сопротивление этого проводника
А. 0,2 Ом; Б. 20 Ом;
В. 7,2 0м ; Г. 5 Ом.

1. А

2. Б

3. Б

4. А

1. Б

2. А

3. А

4. Г