Электронная лекция "ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК"

Федеральное агентство по образованию

ФГОУ СПО «Мичуринский аграрный колледж»

УТВЕРЖДАЮ

Зам. директора по

учебной работе

В.М. Кириллова

Электронная лекция

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК

по дисциплине «Физика»

РАССМОТРЕНО Подготовила:

на заседании цикловой комиссии преподаватель

общеобразовательных дисциплин физики

Протокол № от Долгова И.М.

Председатель И.М. Долгова

Мичуринск 2008г.

Электронная лекция включает в себя конкретный материал курса физики об электрическом токе. Целью создания данного материала является формирование физической грамотности студентов, умения работать с электронными источниками информации.

Для студентов первого курса средних специальных учебных заведений.

• Понятие электрического тока
• Источники постоянного тока
• Электрическая цепь постоянного тока
• Сила тока
• Электрическое напряжение
• Электрическое сопротивление
• Закон Ома
• Последовательное и параллельное соединение проводников
• Работа и мощность электрического тока
• Закон Ома для полной цепи
• Действие электрического тока на человека
• Тепловое действие тока
• Контрольные вопросы и задания по теме

Направленное движение заряженных частиц называют электрическим током.

Условия существования:

• в веществе должны иметься свободные заряженные частицы, которые могут свободно перемещаться по всему объёму тела;
• на эти частицы должна действовать некоторая сила, заставляющая их двигаться в определённом направлении.

Замечание:

носителями тока в металлах являются свободные электроны.

• При протекании тока проводник нагревается (тепловое действие тока).
• Прохождение тока через растворы солей, кислот и щелочей сопровождается выделением на металлических проводниках, опущенных в раствор, веществ, которые входят в его состав (химическое действие тока).
• Проводник, по которому идёт ток, приобретает магнитные свойства и, подобно обычным магнитам, начинает притягивать к себе железные предметы (магнитное действие тока).
• При прохождении через организм животного ток вызывает сокращение мышц (физиологическое действие тока).

Соединенные друг с другом источник тока, провода и потребители электроэнергии образуют

электрическую цепь.

Для того , чтобы в цепи шёл постоянный ток , электрическая цепь должна быть замкнутой.

Элементы электрической цепи: гальванический элемент или аккумулятор, батарея элементов, соединение проводов, пересечение проводов, зажимы для подключения прибора, ключ, лампа накалывания, электрический звонок, резистор, нагревательный элемент, плавкий предохранитель, реостат, штепсельное соединение, кнопка.

Силой тока называется физическая величина, показывающая, какой заряд проходит через поперечное сечение за 1 с.

Чтобы найти силу тока I , надо электрический заряд q , прошедший через поперечное сечение проводника за время t , разделить на это время:

I=q/t.

Единица силы тока называется амперметром (А) в честь французского учёного А.М. Ампера (1775 – 1836).

Q=it

Единица электрического заряда – кулон (Кл):

1Кл=1А*1с=1А*с.

Прибор, служащий для измерения силы тока – это амперметр.

Физическая величина, показывающая, какую работу совершает на данном участке ток при перемещении по этому участку заряда 1 Кл, называется электрическим напряжением .

Чтобы найти напряжение U на данном участке цепи, надо работу тока А разделить на заряд q , прошедший по этому участку:

U=A/q.

Единица электрического напряжения называется вольтом (В) в честь А. Вольты.

1В – это такое напряжение, при котором электрическое поле при перемещении вдоль участка цепи заряда 1Кл совершает работу 1Дж. 1кВ=1000В, 1мВ=0,001В

Прибор для измерения напряжения называется вольтметром.

Физическая величина, характеризующая противодействие, оказываемое проводником электрического току, обозначается буквой R и называется электрическим сопротивлением.

Единица сопротивлением называется омом (Ом) в честь немецкого учёного Г. Ома.

1Ом – это сопротивление такого проводника, в котором при напряжении 1В сила тока равна 1А.

1кОм=1000Ом, Мом=1000000 Ом.

Сопротивление однородного проводника постоянного сечения зависит от материала проводника, его длины l и площади поперечного сечения S и может быть найдено по формуле:

R=p(l/S).

где p – удельное сопротивление вещества, из которого изготовлен проводник.

Удельное сопротивление вещества – это физическая величина, показывающая, каким сопротивлением обладает сделанный из этого вещества проводник единичной длины и единичной площади поперечного сечения:

p=RS/L .

Единицей удельного сопротивления в СИ будет:

1Ом*м 2 /м, или 1Ом*м.

Немецкий физик Георг Ом (1787 – 1854). Закон Ома для участка цепи:

I=U/R.

Сила тока I прямо пропорциональна напряжению U и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению R участка цепи.

Закон Ома позволяет установить:

• при неизменном сопротивлении сила тока прямо пропорциональна напряжению: чем больше напряжение U на концах участка цепи, тем больше сила тока I на этом участке;
• при неизменном напряжении сила тока обратно пропорциональна сопротивлению: чем больше сопротивление R участка цепи, тем меньше сила тока I в нём.

Из закона Ома следует:

R=U/I.

U=IR.

Проводники в электрических цепях постоянного тока могут соединиться последовательно. При этом конец первого проводника соединяется с началом второго и т.д. Тогда сила тока I одинакова во всех проводниках, а напряжение U на концах всей цепи равно сумме напряжений на всех последовательно включённых проводниках.

U=U 1 +U 2 +U 3

U 1 =IR 1 , U 2 =IR 2 ,

U 3 =IR 3 , U=IR.

R=R 1 +R 2 +R 3 .

При параллельном соединении проводников их начала и концы имеют общие точки подключения к источнику тока. При этом напряжение U на всех проводниках одинаково, а сила тока I в неразветвленной цепи равна сумме сил токов во всех параллельно включённых проводниках.

I 1 =U/R 1 , I 2 =U/R 2 , U 3 =U/R 3 , I=U/R.

I=I 1 +I 2 +I 3.

1/R=1/R 1 +1/R 2 +1/R 3 .

Работу сил электрического поля, создающего электрический ток, называют работой тока. Работа А сил электрического поля или электрического тока на участке цепи с электрическим сопротивлением R за время t равна.

A= qU=IU t=I 2 R t.

Мощность электрического тока равна отношению работы тока А ко времени t , за которое эта работа совершена:

P=A/ t=IU=I 2 R=U 2 /R.

Работа электрического тока выражается в джоулях, мощность – в ваттах.

Закон Джоуля – Ленца: работа электрического тока равна количеству теплоты, выделяемому проводником с током.

Q=I 2 R t.

Если в результате прохождения постоянного тока в замкнутой электрической цепи происходит только нагревание проводников, то, по закону сохранения энергии, полная работа электрического тока в замкнутой цепи, равная работе сторонних сил источника тока, равна количеству теплоты, выделившейся на внешнем и внутреннем участках цепи:

A=A ст =Q полн.

q E= I 2 (R+r) t

Так как q = I t , то

Е = I(R+r) , или

I= E / ( R+r ) – закон Ома для полной цепи.

C ила тока в электронной цепи прямо пропорциональна электродвижущей силе Е источника тока и обратно пропорциональна сумме электрических сопротивлений внешнего и внутреннего участков цепи.

Когда электрический ток проходит по проводнику, проводник нагревается. Это явление было открыто в 1800г. французским учёным Антуаном Фуркруа.

Закон Джоуля – Ленца: Q=I 2 Rt.

Количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения по нему тока.

Когда электрический ток проходит по проводнику, совершается работа: A=I 2 Rt.

Если проводник, по которому идёт ток, остается неподвижным и в нём не происходит никаких химических реакций, то вся эта работа идёт на увеличение его внутренний энергии.

• Контрольные вопросы
• Экспериментальные задания
• Задачи
• Ответы к задачам

Контрольные вопросы:

1.Что такое электрический ток ?

2.Какие условия необходимы для существования тока ?

3.Какие частицы являются носителями тока в металлах ?

4. Перечислите действия, оказываемые электрическим током ?

5. Кто и когда изобрёл первый источник тока ?

6. Какие химические источники тока вы знаете ?

7. Из чего состоит электрическая цепь ?

8. Какой должна быть цепь, чтобы в ней мог существовать постоянный электрический ток ?

9. Зачем в электрической цепи нужен источник тока ?

10. Какое направление в цепи выбирают за направление тока ? Совпадает ли оно с направлением движения свободных электронов ?

11. Что такое сила тока ? Какой буквой оно обозначается ?

12.По какой формуле находится сила тока ?

13. Как называется единица измерения тока ? Как она обозначается ?

14. Как называется прибор для измерения силы тока ? Как он обозначается на схемах ?

15.По какой формуле находится электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника, если известны сила тока и время его прохождения ?

16 . Что такое электрическое напряжение ? Какой буквой оно обозначается ?

17. По какой формуле находится напряжение ?

18 . Как называется единица измерения напряжения ? Как оно обозначается на схеме ?

19. Что характеризует и как обозначается электрическое напряжение ?

20. По какой формуле находится сопротивление проводника ?

21. Как называется единица сопротивления ?

22. Сформулируете закон Ома.

23. Как изменяется сила тока на участке цепи, если при неизменном сопротивлении увеличить напряжение на его концах ?

24. Как изменяется сила тока, если при неизменном напряжении увеличить сопротивление участка цепи ?

25. Как с мощью вольтметра и амперметра можно измерить сопротивление проводника ?

26. По какой формуле находится напряжение, если известны сила тока и сопротивление данного участка ?

27. Какое соединение называют параллельным ?

28. Какие три закономерности справедливы для параллельного соединения проводников ?

29. Как находится общее сопротивление параллельно соединённых проводников, когда они одинаковые ?

30. Какое соединение проводников называют последовательным ?

31. Какие три закономерности справедливы для последовательного соединения проводников ?

32. Как находится общее сопротивление последовательно соединённых проводников в случае, когда они одинаковые ?

33. Как находится работа электрического тока ?

34 . По какой формуле находится мощность тока ?

35. С помощью какого прибора измеряют работу тока ?

36. Какая сила тока является безопасной и неощутимой для человека ?

37. Чему равно смертельное значение тока ? При каком напряжении ток не может его достигнуть ?

38. От чего зависит сопротивление человека ?

39. Почему проводник, по которому идёт ток, нагревается ?

40. Сформулируете закон Джоуля – Ленца.

41. Перечислите известные вам устройства, в которых используется тепловое действие тока ?

42 . Сформулируете закон Ома для полной цепи ?

По горизонтали:

• Отрицательно заряженная частица, входящая в состав атома.
• Нейтральная частица, входящая в состав атомного ядра.
• Физическая величина, характеризующая противодействие, оказываемое проводником электрическим током.
• Единица электрического заряда.
• Прибор для измерения силы тока.
• Физическая величина, равная отношению работы тока к переносимому заряду.

По вертикали:

• Процесс сообщения телу электрического заряда.
• Положительно заряженная частица, входящая в состав атомного ядра.
• Единица напряжения.
• Единица сопротивления.
• Атом, присоединивший или потерявший электрон.
• Направленное движение заряженных частиц.

• За 1 мин через поперечное сечение проводника проходит заряд 24Кл. Чему равна сила тока в проводнике ?
• Чему равна сила тока в электронной лампе, если за 2 мин через неё проходит заряд 60Кл ?
• Чему равно сопротивление алюминиевой проволоки длиной 80см и площадью поперечного сечения 0,5 мм 2 ?
• Чему равна сила тока, протекающая через вольтметр, обладающая сопротивлением 12кОм, если он показывает напряжение 120В ?
• Реостат изготовлен из никелевой проволоки длиной 40м и площадью поперечного сечения 0,5 мм 2 . Напряжение на зажимах реостата равно 80В. Чему равна сила тока , проходящего через реостат ?
• Чему равно общее сопротивление двух последовательно соединённых ламп, если сопротивление одной из них равно 20 Ом, а сопротивление другой 0,03 кОм ?
• Чему равно общее сопротивление двух параллельно соединённых резисторов сопротивлением 3 и 7 Ом ?
• Сила тока в цепи электродвигателя 2А, напряжение на его клеммах 220В, какую работу совершает ток в электродвигателе за 1ч ?
• Каким сопротивлением обладает лампа мощностью 40Вт, работающая под напряжением 220В ?

• 0,4А
• 0,5А
• 0,11Ом
• 10 мА
• *****
• 50 Ом
• 2,1Ом
• 1584 кДж
• 1210 Ом

• Мякишев Г.Я. Физика: Учеб. для 10 кл. сред. шк.-2-е изд./Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев.-М.: Просвещение, 1992.-222 с.
• Громов С.В. Физика: Учеб. для 9 кл. общеобразоват. учреждений/ С.В. Громов, Н.А. Родина. –М.: Просвещение,2002.- 160 с.
• Кабардин О.Ф. Физика: Учеб. пособие для общеобразоват. учреждений /

О.Ф. Кабардин. – М.: ООО «Издательство Астрель»: ООО «Издательство АСТ», 2004. – 381 с.