Электрический ток. Сила тока.Законы Ома

Презентация по физике преподавателя « Орского технического техникума имени А. И. Стеценко » филиал пос. Энергетик Николаевой Натальи Юрьевны Оренбургская область Новоорский район.

Электрический ток. Сила тока. Законы Ома

Повторение:

Слово «Электричество» происходит от греческого слова «Электрон», что в переводе означает «Янтарь»

Повторение:

Тела электризуются при контакте (соприкосновении). При трении увеличивается площадь соприкосновения и тела электризуются лучше.

Повторение:

Заряды бывают двух видов – положительные и отрицательные.

Повторение:

Тело заряжено отрицательно в том случае, если оно обладает избыточным, по сравнению с нормальным, числом электронов.

Повторение:

Тело обладает положительным зарядом, если у него недостаточно электронов.

Повторение:

Наэлектризованные тела или притягиваются друг к другу, или отталкиваются.

Одноименные

заряды

отталкиваются.

Разноименные

заряды

притягиваются.

Повторение:

Действие одного заряженного тела передается другому через электрическое поле, существующее вокруг любого заряженного тела.

Таким образом, заряд может двигаться под действием электрического поля.

8

Актуализация знаний:

Электрическим током называют упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц.

Такими заряженными частицами в проводниках – веществах, проводящих электрический ток, – являются электроны.

А в жидкостях и газах – еще и заряженные ионы – атомы, лишенные одного или нескольких электронов (либо наоборот, имеющие лишние электроны).

Чтобы создать электрический ток в проводнике, необходимо создать электрическое поле, которое поддерживается источниками электрического тока.

Сила тока   I равна отношению электрического заряда q , прошедшего через поперечное сечение проводника, ко времени его прохождения:

8

Такими заряженными частицами в проводниках – веществах, проводящих электрический ток, – являются электроны.

10

Условия необходимые для существования электрического тока.

Для возникновения и существования постоянного электрического тока в веществе необходимо наличие свободных заряженных частиц.

Чтобы эти частицы пришли в упорядоченное движение, нужно создать в проводнике электрическое поле.

Электрическое поле создают источники тока – гальванические элементы, аккумуляторы, генераторы.

11

От чего же зависит величина тока – идущего по проводнику?

• На этот вопрос ответ дает основной закон электричества – Закон Ома .

11

• Электрический ток – упорядоченное движение заряженных частиц.

• За направление тока принимают направленное движение положительно заряженных частиц

Условия, необходимые для существования тока:

• Наличие свободных заряженных частиц;
• Наличие электрического поля, под действием которого заряженные частицы движутся упорядоченно;
• Замкнутая электрическая цепь.

Действие тока:

1. Тепловое

2. Химическое

3. Магнитное – ток оказывает силовое воздействие на соседние токи и намагниченные тела

4. Биологическое

Для профилактики электротравматизма необходимо соблюдать правила техники безопасности при эксплуатации электроприборов

Французский физик Андре Мари Ампер вывел первую величину, характеризующую электрический ток -

«сила тока»

• Заряд, протекающий через поперечное сечение проводника в единицу времени, характеризует силу тока.

I =

заряд

(Кл)

сила тока

(А)

время (с)

Сила тока зависит от:

заряда частицы q (Кл) ;

концентрации частиц n (м -3 );

скорости движения частицы v (м/с );

площади поперечного сечения проводника S (м²).

I = q·n·v·S

Электрическая цепь и электрическая схема

Электрическая цепь

Электрические цепи позволяют получать токи, направлять и распределять их

Электрическая цепь

Электрическая цепь состоит из:

• Источника тока
• Потребителей
• Управляющего элемента
• Соединительных проводов

Возможно включение в цепь электроизмерительных приборов

В качестве источников тока могут использоваться:

• Гальванические элементы (батарейки)
• Аккумуляторы
• Генераторы
• Обычные бытовые розетки
• Солнечные батареи
• Атомные источники тока и т.д.

ГЭС

Тепловая ЭС

АЭС

Ветровая ЭС

Солнечная ЭС

Геотермальные ЭС

Источники тока

+

-

Электрическая цепь и электрическая схема.

Чаще всего потребителями являются:

• Электрические лампочки
• Звонки
• Резисторы
• Реостат

Электрическая лампочка

Электрический звонок

Резистор

Реостат

Выключатель ( ключ )

Электрическая цепь и электрическая схема

• Для соединения и подключения элементов цепи используют провода

• Для управления цепью – включать и выключать ее в нужные моменты, используют выключатели (ключи)

• Для того, чтобы можно было проводить измерения, в цепь включают измерительные приборы

ЛЭП в Исландии

ЛЭП в Исландии

Электрическая схема

Электрическая схема – это рисунок электрической цепи, выполненный с помощью условных обозначений

Электрическая цепь и электрическая схема.

• Начертите схемы электрических цепей, изображенных на рисунках .

• Назовите элементы этих цепей. В чем сходства и различия этих цепей?

• Силу тока в цепи измеряет амперметр

11

Амперметр подсоединяется

последовательно тому элементу в котором измеряет силу тока

5

0

10

А

45 Ом

Действия

электрического

тока

ДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА.

• Физиологическое действие тока на ранней стадии развития науки об электричестве было единственным, о котором было известно ученым, и было основано на собственных ощущениях экспериментаторов.
• Одним из первых, кто ощутил на себе действие тока, был голландский физик П.Мушенбрук, живший в 18 веке. Получив удар током он заявил, что "не согласился бы подвергнуться ещё раз такому испытанию даже за королевский трон Франции."

отрицательное:

• Электрический ток вызывает изменения в нервной системе, выражающиеся в ее раздражении или параличе. При воздействии электрического тока возникают судорожные спазмы мышц. Принято говорить, что электрический ток человека "держит": пострадавший не в состоянии выпустить из рук предмет - источник электричества.

• При поражении достаточно сильным  электрическим током происходит судорожный спазм диафрагмы - главной дыхательной мышцы в организме - и сердца. Это вызывает моментальную остановку дыхания и сердечной деятельности. Действие электрического тока на мозг вызывает потерю сознания. Соприкасаясь с телом человека, электрический ток оказывает также тепловое действие, причем в месте контакта возникают ожоги III степени.

• Постоянный ток менее опасен, чем переменный в электросети, который даже под напряжением 220В может вызвать очень тяжелое поражение организма. Действие электрического тока на человека усиливается при наличии промокшей обуви, мокрых рук, которым свойственна повышенная электропроводность

01/10/2022

Беляева Т. В. Томская область

• При поражении молнией на теле пострадавшего возникает древовидный рисунок синюшного цвета. Принято говорить, что молния оставила свое изображение. В действительности при поражении молнией происходит паралич подкожных сосудов.

положительное:

• Электрошок - электрическое раздражение мозга , с помощью которого лечат некоторые психические заболевания. Дефибрилляторы - электрические медицинские приборы, используемые при восстановлении нарушений ритма сердечной деятельности посредством воздействия на организм кратковременными высоковольтными электрическими разрядами. Гальванизация - пропускание через организм слабого постоянного тока, оказывающего болеутоляющий эффект и улучшающий кровообращение.

• РАБОТАЯ С ЭЛЕКТРОПРИБОРАМИ, БУДЬ ОСТОРОЖЕН !

ТЕСТ

1. Какое действие электрического тока используется в электрических лампочках?

• Тепловое
• Магнитное
• Химическое
• Механическое

ТЕСТ

1. Какое действие электрического тока используется в электрических лампочках?

• Тепловое

• Магнитное
• Химическое
• Механическое

2. Какое действие электрического тока используется при поднимании деталей при помощи электромагнита:

• Тепловое
• Магнитное
• Химическое
• механическое

2. Какое действие электрического тока используется при поднимании деталей при помощи электромагнита:

• Тепловое

• Магнитное

• Химическое
• механическое

3. Какое действие электрического тока используется в гальванометрах:

• Тепловое
• Магнитное
• химическое
• механическое

3. Какое действие электрического тока используется в гальванометрах:

• Тепловое

• Магнитное

• химическое
• механическое

4. Какое действие электрического тока используется при золочении и серебрении ювелирных изделий:

• Тепловое
• Магнитное
• химическое
• механическое

4. Какое действие электрического тока используется при золочении и серебрении ювелирных изделий:

• Тепловое
• Магнитное

• химическое

• механическое

5. Какое действие электрического тока используется при работе электрической швейной машины:

• Тепловое
• Магнитное
• химическое
• механическое

5. Какое действие электрического тока используется при работе электрической швейной машины:

• Тепловое
• Магнитное
• химическое

• механическое

Блок контроля

1. Как движутся свободные электроны в проводнике, присоединённом к полюсам батареи?

А. беспорядочно с одинаковыми скоростями

В. беспорядочно с разными скоростями

С. упорядоченно с разными скоростями

D. упорядоченно с одинаковыми скоростями

2. На рисунке показана шкала амперметра, включённого в электрическую цепь. Какова сила тока в цепи? Каков предел измерения амперметра?

3. За направление электрического тока в цепи принято направление :

А. от отрицательного полюса источника к положительному

В. от положительного полюса источника к отрицательному

С. движения положительных частиц

D. движения отрицательных частиц

Е. движения тех частиц, которых больше

4. Как движутся заряды в проводнике в отсутствие электрического поля?

А. слева направо

В. хаотически

С. упорядоченно

D. справа налево

5. Выразите 0,025 А в миллиамперметрах

А. 250 мА

В. 25 мА

С. 2,5мА

D. 0,25мА

6. Свечение электрической лампы основано

А.  на магнитном и тепловом действиях тока В. на тепловом действии тока С.  на химическом действии тока D. на магнитном действии тока

7. Плитка включена в осветительную сеть. Какое количество электричества протекает через 10минут, если сила тока в проводящем шнуре равна 5А?

А. 50Кл

В. 0,5Кл

С. 3000Кл

D. 120Кл

8. На какой из схем направление тока указано правильно

Законы Ома.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ

ТОК

Электрический ток - это направленное движение заряженных частиц.

Е

Условия, необходимые для возникновения электрического тока:

1. Наличие свободных заряженных частиц

2. Наличие электрического поля

Направление тока

Е

I

Таблица характеристик электрического тока

Физическая величина численно равная отношению работы, совершаемой электрическим полем по перемещению заряда, к модулю этого заряда – напряжение.

Физическая величина, характеризующая взаимодействие движущихся в проводнике электронов и ионов в узлах кристаллической решётки – сопротивление.

Физическая величина численно равная отношению заряда, проходящего через поперечное сечение проводника, к этому заряду – сила тока.

Буквенное обозначение величины

U

R

Что характеризует?

Источник тока

I

Проводник

Как обозначается основная единица измерения?

Электрический ток

В

Ом

Чему равна единица измерения?

1В=1Дж/1Кл

А

1Ом=1В/1А

Формула, по которой вычисляется физическая величина

1А=1Кл/1с

U=A/q

R=U/I

Название прибора для измерения физической величины

Вольтмер

I=q/t

Омметр

Амперметр

Закон Ома для участка цепи:

Сила тока в цепи прямо пропорциональна напряжению на её участке и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка

Ом Георг (1787-1854)- немецкий физик открывший закон, который связывает основные характеристики электрического тока..

Закон Ома для участка цепи

Сопротивление

Сопротивление

Сопротивление

Е

В любой электрической цепи мы имеем дело с тремя величинами – силой тока, напряжением и сопротивлением.

Ом открыл теоретически и подтвердил на опыте закон, выражающий связь между силой тока в цепи, напряжением и сопротивлением.

Таким образом, опыт показывает, что сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на концах проводника.

Установим зависимость силы тока от сопротивления. Напряжение на концах проводника будем поддерживать постоянным.

1)

3)

2)

4 Ом

2 Ом

1 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.

Магический треугольник:

I=U/R

U=IR

R=U/I

U

U

R

I

R

I

Значение закона Ома

• Закон Ома определяет силу тока в электрической цепи при заданном напряжении и известном сопротивлении. Он позволяет рассчитать тепловые, химические и магнитные действия тока, так как они зависят от силы тока. Из закона Ома вытекает, что замыкать обычную осветительную сеть проводником малого сопротивления опасно. Сила тока окажется настолько большой, что это может иметь тяжелые последствия.
• Закон Ома определяет силу тока в электрической цепи при заданном напряжении и известном сопротивлении.
• Он позволяет рассчитать тепловые, химические и магнитные действия тока, так как они зависят от силы тока.
• Из закона Ома вытекает, что замыкать обычную осветительную сеть проводником малого сопротивления опасно. Сила тока окажется настолько большой, что это может иметь тяжелые последствия.

Решим задачу

Решим задачу: На рисунке изображены графики зависимости силы тока от напряжения для двух проводников А и В. Какой из этих проводников обладает большим сопротивлением?

Сопротивление вольтметра равно 12000 Ом. Какова сила тока, протекающая через вольтметр, если он показывает напряжение, равное 120В?

Дано: R=12000 Ом Решение:

U= 120 B I=U/R

Найти: I-? I=120В/12000Ом=0,01A

Ответ: I=0,01A

Электрический ток создают

движущиеся заряженные частицы

Единица силы тока

Единица напряжения

Единица сопротивления

Формула Закона Ома для участка цепи

Сила тока измеряется по формуле

Прибор для измерения силы тока

Прибор для измерения напряжения

Прибор, сопротивление которого можно регулировать

Амперметр включается в цепь

Формула нахождения сопротивления

За направление тока принято направление движения

Ампер

Вольт

Ом

I=U/R

I = q/ t

Амперметр

Вольтметр

Реостат

последовательно

R=ρl/S

положительно заряженных частиц

• Вычислите силу тока в спирали электрической плитки, включенной в сеть с напряжением 220В, если сопротивление спирали равно 100 Ом.

2. Сила тока , проходящая через нить лампы 0,3 А, напряжение лампы 6 В. Какое электрическое сопротивление нити лампы?

3. Сила тока в цепи 2 А, сопротивление резистора 110 Ом. Чему равно напряжение в цепи?

2,2 А

20 Ом

220 В

Вольт-амперная характеристика проводника

График, выражающий зависимость силы тока от напряжения, называется

вольт-амперной характеристикой проводника.

Необходим источник тока, в котором действуют силы неэлектростатического происхождения

→

F к

Силы электростатического

происхождения не могут создать и поддерживать на концах проводника постоянную разность потенциалов (электростатические силы – консервативные силы)

е

+

-

→

→

е

В

А

F ст

F к

Сторонние силы – силы

неэлектростатического

происхождения, способные поддерживать разность потенциалов на концах проводника

Роль источника тока

Чтобы электрический ток в проводнике не прекращался, необходимо использовать устройство, которое переносило бы заряды от одного тела к другому в направлении, противоположном тому, в котором переносятся заряды электрическим полем. В качестве такого устройства используют источник тока .

Источники электрического тока

Источник тока - это устройство, в котором происходит преобразование какого-либо вида энергии в электрическую энергию.

Существуют различные виды источников тока:

Механический источник тока

- механическая энергия преобразуется в электрическую энергию.

К ним относятся : электрофорная машина (диски машины приводятся во вращение в противоположных направлениях. В результате трения щеток о диски на кондукторах машины накапливаются заряды противоположного знака), динамо-машина, генераторы.

Тепловой источник тока

- внутренняя энергия преобразуется в электрическую энергию.

• Например, термоэлемент - две проволоки из разных металлов необходимо спаять с одного края, затем нагреть место спая, тогда между другими концами этих проволок появится напряжение.
• Применяются в термодатчиках и на геотермальных электростанциях.

Световой источник тока

- энергия света преобразуется в электрическую энергию.

Например, фотоэлемент - при освещении некоторых полупроводников световая энергия превращается в электрическую. Из фотоэлементов составлены солнечные батареи.

Применяются в солнечных батареях, световых датчиках, калькуляторах, видеокамерах.

Химический источник тока

- в результате химических реакций внутренняя энергия преобразуется в электрическую.

Например, гальванический элемент - в цинковый сосуд вставлен угольный стержень. Стержень помещен в полотняный мешочек, наполненный смесью оксида марганца с углем. В элементе используют клейстер из муки на растворе нашатыря. При взаимодействии нашатыря с цинком, цинк приобретает отрицательный заряд, а угольный стержень - положительный заряд. Между заряженным стержнем и цинковым сосудом возникает электрическое поле. В таком источнике тока уголь является положительным электродом, а цинковый сосуд - отрицательным электродом.

Из нескольких гальванических элементов можно составить батарею.

Источники тока на основе гальванических элементов применяются в бытовых автономных электроприборах, источниках бесперебойного питания.

Аккумуляторы - в автомобилях, электромобилях, сотовых телефонах.

Любой источник тока характеризуется электродвижущей силой (ЭДС).

Что это значит?

Закон Ома для полной цепи:

• Закон Ома для участка цепи рассматривает только данный участок цепи, а закон Ома для полной цепи рассматривает полное сопротивление всей цепи.
• Оба закона Ома показывают зависимость силы тока от сопротивления – чем больше сопротивление, тем меньше сила тока и наоборот.

Закон Ома для полной цепи

Я брал куски цилиндрической проволоки произвольной длины из различных материалов и помещал их поочередно в цепь…

Георг Ом

… открытие Ома было скептически воспринято в научных кругах. Это отразилось и на развитии науки – скажем, законы распределения токов в разветвленных цепях были выведены Г. Кирхгофом лишь двадцать лет спустя, - и на научной карьере Ома

Соединим проводником два металлических шарика, несущих заряды противоположных знаков.

Под влиянием электрического поля этих зарядов в проводнике возникает электрический ток.

Но этот ток будет очень кратковременным . Потенциалы шариков станут одинаковыми, электрическое поле исчезнет.

Сторонние силы

Чтобы ток был постоянным, надо поддерживать постоянное напряжение между шариками.

Для этого необходимо устройство (источник тока).

В таком устройстве на заряды, кроме электрических сил, должны действовать силы неэлектрического происхождения.

Одно лишь электрическое поле заряженных частиц (кулоновское поле) не способно поддерживать постоянный ток в цепи.

Любые неэлектростатические силы, действующие на заряженные частицы, принято называть сторонними силами . Т.о. на заряды внутри источника, помимо кулоновских, действуют сторонние силы и осуществляют перенос заряженных частиц против кулоновских.

Электродвижущая сила

Действие сторонних сил характеризуется физической величиной, называемой электродвижущей силой (сокращённо ЭДС ).

Электродвижущая сила в замкнутом контуре представляет собой отношение работы сторонних сил при перемещении заряда вдоль контура к заряду:

ЭДС выражают в вольтах: [Ɛ] = Дж/Кл = В

Рассмотрим простейшую полную (замкнутую) цепь, состоящую из источника тока и резистора сопротивлением R.

Ɛ – ЭДС источника тока,

r – внутреннее сопротивление источника тока,

R – внешнее сопротивление цепи,

R + r – полное сопротивление цепи.

Cила тока в полной цепи равна отношению ЭДС цепи к её полному сопротивлению.

Закон Ома для полной цепи

ЭДС-электродвижущая сила источника тока (В)

Сила тока (А)

Сопротивление

нагрузки (Ом)

Внутреннее сопротивление источника тока (Ом )

Сила тока в цепи прямо пропорциональна электродвижущей силе источника тока и обратно пропорциональна сумме электрических сопротивлений внешнего и внутреннего участков цепи.

109

Если на участке цепи не действует ЭДС (нет источника тока)

U= φ 1 -φ 2

Если концы участка, содержащего источник тока, соединить, то их потенциал станет одинаков

U=ε

В замкнутой цепи напряжение на внешнем и внутреннем ее участках равно ЭДС источника тока

ε=U внеш +U внутр

Короткое замыкание

Ко­рот­кое за­мы­ка­ние – яв­ле­ние, когда со­про­тив­ле­ние во внеш­ней цепи по ка­ким-ли­бо при­чи­нам стре­мит­ся к нулю:

Короткое замыкание

При коротком замыкании R → 0,

сила тока

Виды предохранителей

• Плавкие
• Автоматические
• Сетевые фильтры
• Щитки автоматические

Щиток автоматический

Решение задач:

№ 1 Гальванический элемент с ЭДС E = 5,0 В и внутренним сопротивлением r = 0,2 Ом замкнут на проводник сопротивлением R = 40,0 Ом. Чему равно напряжение U на этом проводнике?

В

№ 2 К аккумулятору с ЭДС

и внутренним сопротивлением r =0,5 Ом,

подключили лампочку сопротивлением R=100 Ом.

Определить силу тока в цепи.

№ 3 Определить ЭДС источника тока с внутренним

сопротивлением r = 0,3 Ом, если при подключении

к клеммам источника тока параллельно соединенных

резисторов R1=10 Ом и R2=6 Ом сила тока в цепи:

I=3 A.

Решение задач:

№ 1 Гальванический элемент с ЭДС E = 5,0 В и внутренним сопротивлением r = 0,2 Ом замкнут на проводник сопротивлением R = 40,0 Ом. Чему равно напряжение U на этом проводнике?

Ответ: U = 4,97 В.

В

№ 2 К аккумулятору с ЭДС

и внутренним сопротивлением r =0,5 Ом,

подключили лампочку сопротивлением R=100 Ом.

Определить силу тока в цепи.

№ 3 Определить ЭДС источника тока с внутренним

сопротивлением r = 0,3 Ом, если при подключении

к клеммам источника тока параллельно соединенных

резисторов R1=10 Ом и R2=6 Ом сила тока в цепи:

I=3 A.

Ответ: 0,119 А

Ответ: 12,15В

Тест

• 1 Формула выражающая закон Ома для замкнутой цепи записывается как:

а) I=U/R

б)

в)

г)

г)

Тест

2.Ток короткого замыкания можно рассчитать по формуле:

а)

б)

в)

Тест

3.ЭДС аккумулятора с внутренним сопротивлением r =0,2 Ом, при подключении к нему сопротивления R=5 Ом равно…

По цепи протекает ток I=1,5 A.

А) 3 В

Б) 12В

В) 7,8 В

Г) 12,2В

Тест

4.Какое внутреннее сопротивление имеет источник тока с ЭДС В, если при замыкании его параллельно соединенными резисторами Ом и Ом в цепи протекает ток I=2 A.

А) 26 Ом

Б) 1,45 Ом

В) 12 Ом

Г) 2,45 Ом

Ответы на тест:

• № 1 №2 №3 №4
• Г В В Б