Chimica
Per mantenere la corrente elettrica nel circuito sono necessari. Corrente continua, sue caratteristiche. Condizioni necessarie per l'esistenza di una corrente elettrica. Corrente continua e alternata

Per mantenere la corrente elettrica nel circuito sono necessari. Corrente continua, sue caratteristiche. Condizioni necessarie per l'esistenza di una corrente elettrica. Corrente continua e alternata

Elettricità. Legge di Ohm

Se un conduttore isolato viene posizionato in un campo elettrico, allora con addebiti gratuiti q una forza agirà nel conduttore, di conseguenza si verifica un movimento a breve termine di cariche libere nel conduttore. Questo processo terminerà quando il proprio campo elettrico delle cariche che si sono formate sulla superficie del conduttore compenserà completamente il campo esterno. Il campo elettrostatico risultante all'interno del conduttore sarà zero (vedi § 1.5).

Tuttavia, nei conduttori, in determinate condizioni, può verificarsi un movimento ordinato continuo di vettori liberi. carica elettrica. Un tale movimento è chiamato elettro-shock . Per direzione corrente elettrica si prende la direzione del moto delle cariche libere positive. Per l'esistenza di una corrente elettrica in un conduttore, è necessario creare un campo elettrico al suo interno.

La misura quantitativa della corrente elettrica è forza attuale io – scalare quantità fisica, uguale al rapporto carica Δ q, trasferiti attraverso la sezione del conduttore (Fig. 1.8.1) per l'intervallo di tempo Δ t, a questo intervallo di tempo:

Nel sistema internazionale di unità SI, la corrente è misurata in ampere (A). L'unità di corrente 1 A è impostata in base a interazione magnetica due conduttori paralleli con corrente (vedi § 1.16).

Una corrente elettrica costante può essere generata solo in circuito chiuso , in cui circolano vettori gratuiti lungo percorsi chiusi. Il campo elettrico in diversi punti di un tale circuito è costante nel tempo. Di conseguenza, il campo elettrico nel circuito DC ha il carattere di un congelato campo elettrostatico. Ma quando si sposta una carica elettrica in un campo elettrostatico lungo un percorso chiuso, il lavoro delle forze elettriche è zero (vedi § 1.4). Pertanto, per l'esistenza della corrente continua, è necessario disporre nel circuito elettrico di un dispositivo in grado di creare e mantenere differenze di potenziale nelle sezioni del circuito dovute al lavoro delle forze origine non elettrostatica. Tali dispositivi sono chiamati sorgenti di corrente continua . Si chiamano forze di origine non elettrostatica che agiscono sui vettori di carica gratuita da fonti di corrente forze esterne .

La natura delle forze esterne può essere diversa. Nelle celle galvaniche o nelle batterie, sorgono a seguito di processi elettrochimici; nei generatori CC, le forze esterne sorgono quando i conduttori si muovono in un campo magnetico. La sorgente di corrente nel circuito elettrico svolge lo stesso ruolo della pompa, necessaria per pompare il fluido in un sistema idraulico chiuso. Sotto l'influenza di forze esterne, le cariche elettriche si muovono all'interno della sorgente di corrente contro forze di un campo elettrostatico, grazie alle quali una corrente elettrica costante può essere mantenuta in un circuito chiuso.

Quando le cariche elettriche si muovono lungo un circuito CC, le forze esterne che agiscono all'interno delle sorgenti di corrente funzionano.

Quantità fisica uguale al rapporto di lavoro UN st forze esterne durante lo spostamento della carica q dal polo negativo della sorgente di corrente al positivo si chiama il valore di questa carica fonte di forza elettromotrice(EMF):

Pertanto, l'EMF è determinato dal lavoro svolto dalle forze esterne quando si sposta una singola carica positiva. La forza elettromotrice, come la differenza di potenziale, è misurata in volt (V).

Quando una singola carica positiva si muove lungo un circuito CC chiuso, il lavoro delle forze esterne è uguale alla somma dell'EMF che agisce in questo circuito e il lavoro del campo elettrostatico è zero.

Il circuito CC può essere suddiviso in sezioni separate. Vengono chiamate quelle sezioni su cui non agiscono forze esterne (cioè sezioni che non contengono sorgenti di corrente). omogeneo . Vengono chiamate le aree che includono le sorgenti correnti eterogeneo .

Quando una carica positiva unitaria si muove lungo una certa sezione del circuito, funzionano sia le forze elettrostatiche (Coulomb) che quelle esterne. Il lavoro delle forze elettrostatiche è uguale alla differenza di potenziale Δφ 12 \u003d φ 1 - φ 2 tra i punti iniziale (1) e finale (2) della sezione disomogenea. Il lavoro delle forze esterne è, per definizione, la forza elettromotrice 12 che agisce in quest'area. Quindi il lavoro totale è

Il fisico tedesco G. Ohm nel 1826 stabilì sperimentalmente che la forza attuale io, che scorre attraverso un conduttore metallico omogeneo (cioè un conduttore in cui non agiscono forze esterne), è proporzionale alla tensione u alle estremità del conduttore:

dove R= cost.

il valore R chiamato resistenza elettrica . Si chiama un conduttore con resistenza elettrica resistore . Questo rapporto esprime Legge di Ohm per una sezione omogenea del circuito: La corrente in un conduttore è direttamente proporzionale alla tensione applicata e inversamente proporzionale alla resistenza del conduttore.

In SI, l'unità della resistenza elettrica dei conduttori è ohm (Ohm). Una resistenza di 1 ohm ha una sezione del circuito in cui, ad una tensione di 1 V, si verifica una corrente di 1 A.

Si chiamano conduttori che obbediscono alla legge di Ohm lineare . Dipendenza grafica dalla forza attuale io dalla tensione u(tali grafici sono chiamati caratteristiche volt-ampere , abbreviato VAC) è rappresentato da una retta passante per l'origine. Va notato che ci sono molti materiali e dispositivi che non obbediscono alla legge di Ohm, come un diodo a semiconduttore o una lampada a scarica di gas. Anche per conduttori metallici a correnti è sufficiente grande forza c'è una deviazione dalla legge lineare di Ohm, poiché la resistenza elettrica dei conduttori metallici aumenta all'aumentare della temperatura.

Per una sezione di circuito contenente EMF, la legge di Ohm è scritta nella forma seguente:

Legge di Ohm

Sommando entrambe le uguaglianze, otteniamo:

io (R + r) = Δφ CD + Δφ ab + .

Ma Δφ CD = Δφ ba = – Δφ ab. Ecco perchè

Questa formula esprimerà Legge di Ohm per un circuito completo : la forza di corrente in un circuito completo è uguale alla forza elettromotrice della sorgente, divisa per la somma delle resistenze delle sezioni omogenee e disomogenee del circuito.

Resistenza r area eterogenea in Fig. 1.8.2 può essere visto come resistenza interna della sorgente di corrente . In questo caso, la trama ( ab) in fig. 1.8.2 è la sezione interna della sorgente. Se i punti un e b chiudere con un conduttore la cui resistenza è piccola rispetto alla resistenza interna della sorgente ( R << r), quindi il circuito scorrerà corrente di cortocircuito

Corrente di cortocircuito: la corrente massima che può essere ottenuta da una determinata sorgente con una forza elettromotrice e una resistenza interna r. Per sorgenti con bassa resistenza interna, la corrente di cortocircuito può essere molto elevata e causare la distruzione del circuito elettrico o della sorgente. Ad esempio, le batterie al piombo utilizzate nelle automobili possono avere una corrente di cortocircuito di diverse centinaia di ampere. Particolarmente pericolosi sono i cortocircuiti nelle reti di illuminazione alimentate da sottostazioni (migliaia di ampere). Per evitare l'effetto distruttivo di correnti così elevate, nel circuito sono inclusi fusibili o interruttori automatici speciali.

In alcuni casi, per evitare valori pericolosi della corrente di cortocircuito, alcune resistenze esterne sono collegate in serie alla sorgente. Poi resistenza rè uguale alla somma della resistenza interna della sorgente e della resistenza esterna e, in caso di cortocircuito, la forza di corrente non sarà eccessivamente grande.

Se il circuito esterno è aperto, allora Δφ ba = – Δφ ab= , cioè la differenza di potenziale ai poli di una batteria aperta è uguale alla sua EMF.

Se la resistenza di carico esterna R acceso e la corrente scorre attraverso la batteria io, la differenza di potenziale ai suoi poli diventa uguale a

Δφ ba = – Ir.

Sulla fig. 1.8.3 è una rappresentazione schematica di una sorgente CC con EMF e resistenza interna uguali r in tre modalità: "idle", lavoro a carico e modalità di cortocircuito (cortocircuito). Tensione indicata campo elettrico all'interno della batteria e le forze agenti sulle cariche positive: – forza elettrica e – forza esterna. In modalità corto circuito, il campo elettrico all'interno della batteria scompare.

Per misurare tensioni e correnti nei circuiti elettrici CC, vengono utilizzati dispositivi speciali - voltmetri e amperometri.

Voltmetro progettato per misurare la differenza di potenziale applicata ai suoi terminali. Si connette parallelo sezione del circuito su cui viene effettuata la misura della differenza di potenziale. Qualsiasi voltmetro ha una resistenza interna. RB. Affinché il voltmetro non introduca una notevole ridistribuzione delle correnti quando è collegato al circuito misurato, la sua resistenza interna deve essere grande rispetto alla resistenza della sezione del circuito a cui è collegato. Per il circuito mostrato in Fig. 1.8.4, questa condizione è scritta come:

RB >> R 1 .

Questa condizione significa che la corrente io B = Δφ CD / RB, che scorre attraverso il voltmetro, è molto inferiore alla corrente io = Δφ CD / R 1 che percorre la sezione testata del circuito.

Non essendoci forze esterne che agiscono all'interno del voltmetro, la differenza di potenziale ai suoi capi coincide, per definizione, con la tensione. Pertanto, possiamo dire che il voltmetro misura la tensione.

Amperometro progettato per misurare la corrente nel circuito. L'amperometro è collegato in serie all'interruzione del circuito elettrico in modo che l'intera corrente misurata lo attraversi. L'amperometro ha anche una certa resistenza interna. R UN. A differenza di un voltmetro, la resistenza interna di un amperometro deve essere sufficientemente piccola rispetto alla resistenza totale dell'intero circuito. Per il circuito di fig. 1.8.4 la resistenza dell'amperometro deve soddisfare la condizione

Condizioni per l'esistenza di corrente elettrica continua.

Per l'esistenza di una corrente elettrica continua sono necessarie la presenza di particelle cariche libere e la presenza di una sorgente di corrente. in cui viene effettuata la conversione di qualsiasi tipo di energia in energia di un campo elettrico.

Fonte corrente- un dispositivo in cui qualsiasi tipo di energia viene convertita nell'energia di un campo elettrico. In una sorgente di corrente, le forze esterne agiscono sulle particelle cariche in un circuito chiuso. Cause di forze esterne in varie fonti le correnti sono diverse Ad esempio, nelle batterie e nelle celle galvaniche, a causa del flusso sorgono forze esterne reazioni chimiche, nei generatori di centrali elettriche sorgono quando un conduttore si muove in un campo magnetico, nelle fotocellule - quando la luce agisce sugli elettroni nei metalli e nei semiconduttori.

La forza elettromotrice della sorgente di correntechiamato il rapporto tra il lavoro delle forze esterne e il valore della carica positiva trasferita dal polo negativo della sorgente di corrente al positivo.

Concetti basilari.

Forza attuale- una quantità fisica scalare pari al rapporto tra la carica che ha attraversato il conduttore e il tempo per il quale questa carica è trascorsa.

dove io - forza attuale,q - importo della carica (quantità di elettricità),t - addebitare il tempo di transito.

densità corrente- grandezza fisica del vettore uguale al rapporto tra la forza della corrente e l'area della sezione trasversale del conduttore.

dove j -densità corrente, S - area della sezione trasversale del conduttore.

La direzione del vettore di densità di corrente coincide con la direzione del movimento delle particelle cariche positivamente.

Voltaggio - quantità fisica scalare uguale al rapporto tra il lavoro totale del Coulomb e le forze esterne quando si sposta una carica positiva nell'area rispetto al valore di questa carica.

doveUN - lavoro completo di forze terze e coulombiane,q - carica elettrica.

Resistenza elettrica- quantità fisica caratterizzante proprietà elettriche sezione della catena.

dove ρ - resistività conduttore,l - lunghezza della sezione del conduttore,S - area della sezione trasversale del conduttore.

Conducibilitàè il reciproco della resistenza

doveG - conducibilità.

Per il verificarsi e il mantenimento della corrente in qualsiasi mezzo, devono essere soddisfatte due condizioni:

In mezzi diversi, i portatori di corrente elettrica sono particelle cariche differenti.

Il campo elettrico nel mezzo è necessario per creare un movimento diretto di oneri gratuiti. Come è noto, per carica q in un campo elettrico di intensità e la forza agisce F= q* E, che costringe le cariche libere a muoversi nella direzione del campo elettrico. Un segno dell'esistenza di un campo elettrico nel conduttore è la presenza di una differenza di potenziale diversa da zero tra due punti qualsiasi del conduttore,

Tuttavia, le forze elettriche non possono sostenere una corrente elettrica a lungo. Il movimento diretto delle cariche elettriche dopo qualche tempo porta all'equalizzazione dei potenziali alle estremità del conduttore e, di conseguenza, alla scomparsa del campo elettrico in esso contenuto.

Per mantenere la corrente in un circuito elettrico oltre alle forze di Coulomb, le forze devono agire sulle accuse non elettrico natura (forze esterne).

Un dispositivo che crea forze esterne, mantiene una differenza di potenziale in un circuito e converte vari tipi di energia in energia elettrica, è chiamato sorgente di corrente.

Per l'esistenza di corrente elettrica in un circuito chiuso, è necessario includere una sorgente di corrente in esso.

Caratteristiche principali

1. Intensità attuale - I, unità di misura - 1 A (Ampere).

La forza attuale è un valore uguale alla carica che scorre attraverso la sezione trasversale del conduttore per unità di tempo.

La formula (1) è valida per corrente continua, in cui la forza e la direzione attuali non cambiano nel tempo. Se la forza della corrente e la sua direzione cambiano nel tempo, viene chiamata tale corrente variabili.

Per AC:

I \u003d NtDd / Dt, (*)

quelli. \u003d q", dove q" è la derivata della carica rispetto al tempo.

2. Densità di corrente - j, unità di misura - 1 A/m2.

La densità di corrente è un valore pari alla forza della corrente che scorre attraverso una singola sezione trasversale del conduttore:

3. La forza elettromotrice della sorgente di corrente - fem. (e), l'unità è 1 V (Volt). Emf è una quantità fisica uguale al lavoro svolto dalle forze esterne quando si muovono lungo un circuito elettrico di una singola carica positiva:

e = un amico. / g. (3)

4. Resistenza del conduttore - R, unità di misura - 1 Ohm.

Sotto l'azione di un campo elettrico nel vuoto, le cariche libere si muoverebbero a una velocità accelerata. In sostanza, si muovono in media uniformemente, perché parte dell'energia viene data alle particelle di materia in collisione.

La teoria afferma che l'energia del movimento ordinato delle cariche viene dissipata dalle distorsioni del reticolo cristallino. Sulla base della natura della resistenza elettrica, ne consegue che

R = R* S / S E, (4)

l - lunghezza del conduttore,

S - area della sezione trasversale,

r è un fattore di proporzionalità, chiamato resistività del materiale.

Questa formula è ben confermata dall'esperienza.

L'interazione delle particelle conduttrici con le cariche che si muovono nella corrente dipende dal movimento caotico delle particelle, ad es. sulla temperatura del conduttore. È risaputo che

r = r 0 (1 + m), (5)

R \u003d R 0 (1 + m).

Il coefficiente a è chiamato coefficiente di resistenza termica:

a \u003d (R - R0) / R0 * t.

Per metalli chimicamente puri a > 0 e pari a 1/273 K-1. Per le leghe, i coefficienti di temperatura sono meno importanti. La dipendenza r(t) per i metalli è lineare:

Nel 1911 fu scoperto un fenomeno superconduttività, che consiste nel fatto che a una temperatura prossima allo zero assoluto, la resistenza di alcuni metalli scende bruscamente a zero.

Per alcune sostanze (ad esempio elettroliti e semiconduttori), la resistività diminuisce all'aumentare della temperatura, il che si spiega con un aumento della concentrazione di cariche libere.

Il reciproco della resistività è chiamato conducibilità elettrica con

c = 1/g.(7)

5. Tensione - U, unità - 1 V.

La tensione è una quantità fisica uguale al lavoro svolto dalle forze esterne ed elettriche quando si sposta una singola carica positiva.

U \u003d (st. + Ael.) / Q (8)

Poiché Ast./q = e, e Ael./q = f1-f2, allora

U = e + (e1 - e2) (9)

2.7.2 Nozioni di base sulla sicurezza elettrica

Durante il funzionamento e la riparazione di apparecchiature e reti elettriche, una persona può trovarsi nel campo di un campo elettrico o in contatto diretto con fili elettrici sotto tensione. Come risultato del passaggio di corrente attraverso una persona, può verificarsi una violazione delle sue funzioni vitali.

Il pericolo di scossa elettrica è aggravato dal fatto che, in primo luogo, la corrente non ha segni esterni e, di norma, una persona senza dispositivi speciali non può rilevare in anticipo il pericolo che lo minaccia; in secondo luogo, l'impatto della corrente su una persona nella maggior parte dei casi porta a gravi violazioni dei più importanti sistemi vitali, come il nervoso centrale, cardiovascolare e respiratorio, che aumenta la gravità della lesione; in terzo luogo, la corrente alternata può causare intensi crampi muscolari, portando a un effetto di non rilascio, in cui una persona non può liberarsi autonomamente dagli effetti della corrente; in quarto luogo, l'impatto della corrente provoca una forte reazione di ritiro in una persona e, in alcuni casi, perdita di coscienza, che, quando si lavora in altezza, può causare lesioni a seguito di una caduta.

La corrente elettrica, che passa attraverso il corpo umano, può avere effetti biologici, termici, meccanici e chimici. L'effetto biologico è la capacità di una corrente elettrica di irritare ed eccitare i tessuti viventi del corpo, l'effetto termico è la capacità di causare ustioni al corpo, l'effetto meccanico è quello di portare alla rottura dei tessuti e l'effetto chimico è l'elettrolisi del sangue .

L'impatto della corrente elettrica sul corpo umano può causare lesioni elettriche. La lesione elettrica è una lesione causata dall'esposizione a una corrente elettrica o ad un arco elettrico. Convenzionalmente, le lesioni elettriche sono divise in locali e generali. Con lesioni elettriche locali, si verifica un danno locale al corpo, espresso nella comparsa di ustioni elettriche,

segni elettrici, metallizzazione della pelle, danni meccanici ed elettroftalmia (infiammazione delle membrane esterne degli occhi). Lesioni elettriche generali o scosse elettriche portano a danni all'intero organismo, che si esprime nella violazione o nella completa cessazione dell'attività degli organi e dei sistemi più vitali: i polmoni (respirazione), il cuore (circolazione).

Una scossa elettrica è un'eccitazione dei tessuti viventi del corpo da parte di una corrente elettrica che lo attraversa, accompagnata da forti contrazioni muscolari convulse, compreso il muscolo cardiaco, che possono portare all'arresto cardiaco.

La lesione elettrica locale si riferisce a danni alla pelle e al tessuto muscolare, e talvolta ai legamenti e alle ossa. Questi includono ustioni elettriche, segni elettrici, metallizzazione della pelle, danni meccanici.

Le ustioni elettriche sono le lesioni elettriche più comuni che ne derivano impatto locale corrente sul tessuto. Esistono due tipi di ustioni: contatto e arco.

L'ustione da contatto è una conseguenza della conversione dell'energia elettrica in energia termica e si verifica principalmente negli impianti elettrici con tensioni fino a 1.000 V.

Un'ustione elettrica è, per così dire, un sistema di emergenza, protezione del corpo, poiché i tessuti carbonizzati, a causa della maggiore resistenza della pelle normale, non consentono all'elettricità di penetrare in profondità, nei sistemi e negli organi vitali. In altre parole, a causa dell'ustione, la corrente si ferma.

Quando il corpo e la sorgente di tensione sono in contatto allentato, si formano ustioni nei punti di ingresso e di uscita della corrente. Se la corrente passa attraverso il corpo più volte in modi diversi, si verificano più ustioni.

Più spesso si verificano ustioni multiple a tensioni fino a 380 V a causa del fatto che tale tensione "magnetizza" una persona e richiede tempo per disconnettersi. La corrente ad alta tensione non ha tale "vischiosità".

Al contrario, butta via la persona, ma un contatto così breve è sufficiente per gravi ustioni profonde. A tensioni superiori a 1.000 V, si verificano lesioni elettriche con ustioni profonde e estese, poiché in questo caso la temperatura aumenta lungo l'intero percorso della corrente.

Per valutare il pericolo di esposizione alla corrente elettrica su una persona, si manifestano tre risposte qualitativamente diverse. Si tratta in primis di una sensazione, di una contrazione più convulsa dei muscoli (mancato rilascio per corrente alternata e dolore ad effetto permanente) e, infine, di fisriglia del cuore. Le correnti elettriche che provocano una risposta adeguata si suddividono in tangibili, senza rilascio e fibrillazione.

All'aumentare della corrente, tre qualitativamente differenti

risposte. È principalmente una sensazione, una contrazione più convulsa

muscoli (mancato rilascio per corrente alternata e effetto dolore permanente) e, infine, fisrilazione del cuore. Le correnti elettriche che provocano una risposta adeguata si suddividono in tangibili, senza rilascio e fibrillazione.

Al fine di garantire la sicurezza elettrica, vengono utilizzati i seguenti metodi e mezzi tecnici (spesso in combinazione tra loro): messa a terra di protezione; azzeramento; spegnimento protettivo; equalizzazione potenziale; basso voltaggio; separazione elettrica della rete; isolamento di parti sottoposte a corrente; dispositivi di protezione; segnaletica di avvertimento, blocco, segnaletica di sicurezza; dispositivi di protezione elettrica, dispositivi di sicurezza, ecc.

Terra protettiva- collegamento elettrico intenzionale a terra o suo equivalente di parti metalliche non soggette a corrente che possono eccitarsi a causa di danni all'isolamento (GOST 12.1.009-76). La messa a terra di protezione viene utilizzata nelle reti con tensione fino a 1000 V con neutro isolato e nelle reti con tensione superiore a 1000 V, sia con neutro isolato che con messa a terra.

Arresto di sicurezza- questa è una protezione ad alta velocità che fornisce l'arresto automatico dell'impianto elettrico (non più di 0,2 s) in caso di danneggiamento, inclusa la rottura dell'isolamento sulla custodia dell'apparecchiatura.

Potenziale equalizzazione- un metodo per ridurre le tensioni di contatto e di passo tra i punti del circuito elettrico, che possono essere toccati contemporaneamente o su cui una persona può stare contemporaneamente.

Basso voltaggio- tensione nominale non superiore a 42 V, utilizzata per ridurre il rischio di scosse elettriche.

Separazione elettrica della rete- suddivisione della rete in sezioni separate elettricamente non collegate mediante una separazione

trasformatore. Se una rete elettrica altamente ramificata con

grande capacità e bassa resistenza di isolamento, suddivise in un numero di piccole reti della stessa tensione, avranno quindi una capacità trascurabile e un'elevata resistenza di isolamento. Il rischio di scosse elettriche viene così drasticamente ridotto.

Isolamento negli impianti elettrici serve a proteggere dal contatto accidentale con parti in tensione. Sono presenti isolamento elettrico funzionante, aggiuntivo, doppio e rinforzato.

Dispositivi di protezione sono utilizzati per prevenire il contatto o l'avvicinamento pericoloso alle parti in tensione.

Serrature ampiamente utilizzato negli impianti elettrici. Sono meccanici, elettrici, elettromagnetici, ecc. Gli interblocchi forniscono uno scarico di tensione dalle parti che trasportano corrente quando si tenta di raggiungerli quando si apre la recinzione senza rimuovere la tensione.

Sezioni: Fisica

Obiettivi della lezione.

Esercitazione:

la formazione delle conoscenze degli studenti sulle condizioni per il verificarsi e l'esistenza della corrente elettrica.

Sviluppando:

sviluppo pensiero logico attenzione, capacità di utilizzare nella pratica le conoscenze acquisite.

Educativo:

creare le condizioni per la manifestazione di indipendenza, attenzione e autostima.

Attrezzatura.

Celle galvaniche, batteria, generatore, bussola.
Carte (allegate).
Materiale dimostrativo (ritratti di fisici eccezionali Ampère, Volta; manifesti "Elettricità", "Cariche elettriche").

Demo:

L'azione di una corrente elettrica in un conduttore su un ago magnetico.
Fonti di corrente: celle galvaniche, batteria, generatore.

Piano di lezione

1. Momento organizzativo.

2. discorso aperto insegnante.

3. Preparazione alla percezione di nuovo materiale.

4. Imparare nuovo materiale.

a) fonti correnti;

b) l'azione della corrente elettrica;

c) l'operetta fisica “Queen of Electricity”;

d) compilazione della tabella “Corrente elettrica”;

e) misure di sicurezza durante il lavoro con apparecchi elettrici.

5. Riassumendo la lezione.

6. Riflessione.

7. Compiti a casa:

a) Sulla base delle conoscenze acquisite nelle lezioni sulla sicurezza della vita, sulle tecnologie speciali, preparare e annotare su un quaderno un promemoria "Misure di sicurezza quando si lavora con gli apparecchi elettrici"

b) Compito individuale: preparare una relazione sull'uso di una fonte di energia nella vita quotidiana e nella tecnologia.

Riepilogo della lezione

1. Momento organizzativo

Segna la presenza degli studenti, nomina l'argomento della lezione, l'obiettivo.

2. Discorso introduttivo dell'insegnante

Con le parole elettricità, corrente elettrica, ci è familiare fin dalla prima infanzia. La corrente elettrica viene utilizzata nelle nostre case, nei trasporti, nella produzione, nella rete di illuminazione.

Ma cos'è una corrente elettrica, qual è la sua natura, non è facile da capire.

La parola elettricità deriva dalla parola elettrone, che è tradotta dal greco come ambra. L'ambra è la resina fossile di antiche conifere. La parola corrente significa il flusso o il movimento di qualcosa.

3. Preparazione alla percezione di nuovo materiale

Domande della conversazione introduttiva.

Quali sono i due tipi di addebiti che esistono in natura? Come interagiscono?

Risposta: Ci sono due tipi di cariche in natura: positive e negative.

I portatori di carica positivi sono i protoni, i portatori di carica negativi sono gli elettroni. Le particelle con carica simile si respingono, le particelle con carica opposta si attraggono.

Esiste un campo elettrico attorno a un elettrone?

Risposta: Sì, c'è un campo elettrico attorno a un elettrone.

Cosa sono gli elettroni liberi?

Risposta: Questi sono gli elettroni più distanti dal nucleo, possono muoversi liberamente tra gli atomi.

4. Imparare nuovo materiale

a) Fonti attuali.

Ci sono dispositivi speciali sul tavolo. Quali sono i loro nomi? A cosa servono?

Risposta: Queste sono celle galvaniche, una batteria, un generatore: il nome comune per le sorgenti di corrente. Sono necessari per fornire energia elettrica, creare un campo elettrico nel conduttore.

Sappiamo che ci sono particelle cariche, elettroni e protoni, sappiamo che ci sono dispositivi chiamati sorgenti di corrente.

b) Azioni della corrente elettrica.

Dimmi, come possiamo capire che c'è una corrente elettrica nel circuito, con quali azioni?

Risposta: La corrente elettrica ha diversi tipi di azione:

Termico: viene riscaldato il conduttore attraverso il quale scorre la corrente elettrica (fornello elettrico, ferro, lampada a incandescenza, saldatore).
L'effetto chimico della corrente può essere osservato quando si passa una corrente elettrica attraverso una soluzione di solfato di rame: il rilascio di rame da una soluzione di vetriolo, cromatura, nichelatura.
Fisiologico: contrazione dei muscoli di esseri umani e animali attraverso i quali è passata una corrente elettrica.
Magnetico: quando una corrente elettrica passa attraverso un conduttore, se un ago magnetico è posizionato nelle vicinanze, può deviare. Questa azione è la principale. Dimostrazione di esperienza: batteria, lampada a incandescenza, cavi di collegamento, bussola.

c) Operetta fisica “Queen Electricity”. (Appendice n. 1)

Ora le ragazze anziane presenteranno alla tua attenzione l'operetta "Queen of Electricity". Non dimenticare il proverbio popolare russo "La fiaba è una bugia, ma c'è un accenno in essa, una lezione per i bravi ragazzi". Cioè, non solo ascolti e guardi, ma prendi anche determinate informazioni da esso. Il tuo compito è scrivere quanti più termini fisici possibili che ricorrono nella rappresentazione.

d) Compilazione della tabella “Corrente elettrica”. (Appendice n. 2)

Dimmi, quale concetto unisce tutti i termini che hai scritto?

Risposta: corrente elettrica.

Iniziamo a compilare la tabella "Corrente elettrica".

Compilando la tabella, riassumiamo le conoscenze acquisite nella lezione e otteniamo nuove informazioni.

Nel processo di compilazione della tabella, concludiamo quali condizioni sono necessarie per creare una corrente elettrica.

La prima condizione è la presenza di particelle cariche libere.
La seconda condizione è la presenza di un campo elettrico all'interno del conduttore.

e) Misure di sicurezza quando si lavora con apparecchi elettrici.

Dove, nella pratica industriale, incontri l'uso della corrente elettrica? Risposte degli studenti.

Risposta: Quando si lavora con apparecchi elettrici.

Proibito.

Cammina per terra, tenendo gli elettrodomestici collegati alla rete. È particolarmente pericoloso camminare a piedi nudi su terreno bagnato.
Entra nei locali elettrici e di altro tipo.
Affronta spezzati, nudi, appesi e sdraiati sui fili di terra.
Infilare i chiodi nel muro in un punto in cui è possibile posizionare il cablaggio nascosto. È mortalmente pericoloso in questo momento mettere a terra le batterie del riscaldamento centralizzato, l'approvvigionamento idrico.
Perforazione di pareti in punti di possibile cablaggio elettrico.
Dipingere, imbiancare, lavare le pareti con cablaggio sotto tensione esterno o nascosto.
Lavorare con apparecchi elettrici accesi vicino a batterie o tubi dell'acqua.
Lavora con gli elettrodomestici, cambia le lampadine, in piedi sul bagno.
Lavora con elettrodomestici difettosi.
Riparare elettrodomestici rotti.

5. Riassumendo la lezione

Seguendo le leggi della fisica, il tempo avanza inesorabilmente e la nostra lezione è giunta alla sua logica conclusione.

Riassumiamo la nostra lezione.

Cosa pensi che sia la corrente elettrica?

Risposta: La corrente elettrica è il movimento diretto di particelle cariche.

Quali condizioni sono necessarie per creare una corrente elettrica?

Risposta: La prima condizione è la presenza di particelle cariche libere.

La seconda condizione è la presenza di un campo elettrico all'interno del conduttore.

6. Riflessione

7. Compiti a casa

b) Compito individuale: preparare una relazione sull'uso di una fonte di energia nella vita quotidiana e nella tecnologia. (

Corrente elettrica - ordinata nella direzione del movimento delle cariche elettriche. La direzione della corrente è considerata la direzione del movimento delle cariche positive.

Il passaggio di corrente attraverso il conduttore è accompagnato dalle seguenti azioni:

* magnetico (osservato in tutti i conduttori)
* termico (osservato in tutti i conduttori tranne i superconduttori)
* chimica (osservata negli elettroliti).

Per il verificarsi e il mantenimento della corrente in qualsiasi mezzo, devono essere soddisfatte due condizioni:

* la presenza di cariche elettriche gratuite nell'ambiente
* creare un campo elettrico nell'ambiente.

Il campo elettrico nel mezzo è necessario per creare un movimento diretto di cariche libere. Come sapete, una carica q in un campo elettrico di intensità E è influenzata da una forza F = q * E, che costringe le cariche libere a muoversi nella direzione del campo elettrico. Un segno dell'esistenza di un campo elettrico nel conduttore è la presenza di una differenza di potenziale diversa da zero tra due punti qualsiasi del conduttore,
Tuttavia, le forze elettriche non possono sostenere una corrente elettrica a lungo. Il movimento diretto delle cariche elettriche dopo qualche tempo porta all'equalizzazione dei potenziali alle estremità del conduttore e, di conseguenza, alla scomparsa del campo elettrico in esso contenuto.

Per mantenere la corrente nel circuito elettrico, le cariche, oltre alle forze di Coulomb, devono essere interessate da forze non elettriche (forze esterne).
Un dispositivo che crea forze esterne, mantiene una differenza di potenziale in un circuito e converte vari tipi di energia in energia elettrica, è chiamato sorgente di corrente.
Per l'esistenza di corrente elettrica in un circuito chiuso, è necessario includere una sorgente di corrente in esso.
Caratteristiche principali

1. Forza attuale - I, unità di misura - 1 A (Ampere).
La forza attuale è un valore uguale alla carica che scorre attraverso la sezione trasversale del conduttore per unità di tempo.
I = Req/Ret.

La formula è valida per la corrente continua, alla quale l'intensità della corrente e la sua direzione non cambiano nel tempo. Se l'intensità della corrente e la sua direzione cambiano nel tempo, tale corrente viene chiamata variabile.
Per AC:
I = limDq/Dt ,
Dt - 0

quelli. I = q", dove q" è la derivata della carica rispetto al tempo.
2. Densità di corrente - j, unità di misura - 1 A/m2.
La densità di corrente è un valore pari alla forza della corrente che scorre attraverso una singola sezione trasversale del conduttore:
j = I/S .

4. Resistenza del conduttore - R, unità - 1 ohm.
Sotto l'azione di un campo elettrico nel vuoto, le cariche libere si muoverebbero a una velocità accelerata. In sostanza, si muovono in media uniformemente, perché parte dell'energia viene data alle particelle di materia in collisione.

La teoria afferma che l'energia del movimento ordinato delle cariche viene dissipata dalle distorsioni del reticolo cristallino. Sulla base della natura della resistenza elettrica, ne consegue che
R \u003d r * l / S,

dove
l - lunghezza del conduttore,
S - area della sezione trasversale,
r è un fattore di proporzionalità, chiamato resistività del materiale.
Questa formula è ben confermata dall'esperienza.
L'interazione delle particelle conduttrici con le cariche che si muovono nella corrente dipende dal movimento caotico delle particelle, ad es. sulla temperatura del conduttore. È risaputo che
r = r0(1 + a t) ,
R = R0(1 + a t) .

Il coefficiente a è chiamato coefficiente di resistenza termica:
a = (R - R0)/R0*t .

Per metalli chimicamente puri a > 0 e pari a 1/273 K-1. Per le leghe, i coefficienti di temperatura sono meno importanti. La dipendenza r(t) per i metalli è lineare:

Nel 1911 fu scoperto il fenomeno della superconduttività, che consiste nel fatto che a una temperatura prossima allo zero assoluto, la resistenza di alcuni metalli scende bruscamente a zero.

Per alcune sostanze (ad esempio elettroliti e semiconduttori), la resistività diminuisce all'aumentare della temperatura, il che si spiega con un aumento della concentrazione di cariche libere.
Il reciproco della resistività è chiamato conducibilità elettrica s
s = 1/giro

5. Tensione - U, unità di misura - 1 V.
La tensione è una quantità fisica uguale al lavoro svolto dalle forze esterne ed elettriche quando si sposta una singola carica positiva.

U \u003d (Ast. + Ael.) / q.

Poiché Ast./q = e, e Ael./q = f1-f2, allora
U = e + (f1 - f2) .

In diversi ambienti, i portatori di corrente elettrica sono particelle cariche diverse.

Per mantenere la corrente in un circuito elettrico oltre alle forze di Coulomb, le forze devono agire sulle accuse non elettrico natura (forze esterne).

Un dispositivo che crea forze esterne, mantiene una differenza di potenziale in un circuito e converte vari tipi di energia in energia elettrica, è chiamato sorgente di corrente.

Per l'esistenza di corrente elettrica in un circuito chiuso, è necessario includere una sorgente di corrente in esso.

Caratteristiche principali:

1. Intensità attuale - I, unità di misura - 1 A (Ampere).

La forza attuale è un valore uguale alla carica che scorre attraverso la sezione trasversale del conduttore per unità di tempo.

Per AC:

I = lim Dq/Dt , (*)
Dt - 0

quelli. I = q", dove q" è la derivata della carica rispetto al tempo.

2. La densità di corrente è j, l'unità di misura è 1 A/m 2 .

La densità di corrente è un valore pari alla forza della corrente che scorre attraverso una singola sezione trasversale del conduttore:

e = A st. /q .(3)

4. Resistenza del conduttore - R, unità di misura - 1 Ohm.

La teoria afferma che l'energia del movimento ordinato delle cariche viene dissipata dalle distorsioni del reticolo cristallino. Sulla base della natura della resistenza elettrica, ne consegue che

l - lunghezza del conduttore,
S - area della sezione trasversale,
r è un fattore di proporzionalità, chiamato resistività del materiale.

Questa formula è ben confermata dall'esperienza.

L'interazione delle particelle conduttrici con le cariche che si muovono nella corrente dipende dal movimento caotico delle particelle, ad es. sulla temperatura del conduttore. È risaputo che

r = r 0 (1 + a t) , (5)

R \u003d R 0 (1 + a t) . (6).

Il coefficiente a è chiamato coefficiente di resistenza termica:

a \u003d (R - R 0) / R 0 *t.

Per metalli chimicamente puri a > 0 e pari a 1/273 K -1 . Per le leghe, i coefficienti di temperatura sono meno importanti. La dipendenza r(t) per i metalli è lineare:

Nel 1911 fu scoperto un fenomeno superconduttività, che consiste nel fatto che a una temperatura prossima allo zero assoluto, la resistenza di alcuni metalli scende bruscamente a zero.

Per alcune sostanze (ad esempio elettroliti e semiconduttori), la resistività diminuisce all'aumentare della temperatura, il che si spiega con un aumento della concentrazione di cariche libere.

Il reciproco della resistività è chiamato conducibilità elettrica s

5. Tensione - U, unità - 1 V.

La tensione è una quantità fisica uguale al lavoro svolto dalle forze esterne ed elettriche quando si sposta una singola carica positiva.

U \u003d (A st. + A el.) / q. (8)

Dal momento che un art. / q \u003d e, e A el. /q \u003d f 1 -f 2, quindi

U \u003d e + (f 1 - f 2) .(9)

2. LEGGI DELLA CORRENTE CONTINUA:

Elettricità. Forza attuale. Legge di Ohm per una sezione di circuito. resistenza del conduttore. Collegamento in serie e in parallelo di conduttori. Forza elettromotiva. Legge di Ohm per un circuito completo. Lavoro e potenza attuale.

Si chiama qualsiasi movimento di cariche elettriche elettro-shock. Gli elettroni possono muoversi liberamente nei metalli, gli ioni nelle soluzioni conduttrici e sia gli elettroni che gli ioni possono esistere in uno stato mobile nei gas.

Convenzionalmente, la direzione del movimento delle particelle positive è considerata la direzione della corrente, quindi, nei metalli, questa direzione è opposta alla direzione del movimento degli elettroni.

densità corrente- la quantità di carica che passa per unità di tempo attraverso un'unità di superficie perpendicolare alle linee di corrente. Questo valore è indicato con j ed è calcolato come segue:

Qui n è la concentrazione delle particelle cariche, e è la carica di ciascuna delle particelle, v è la loro velocità.

Attuale i- la quantità di carica che passa per unità di tempo attraverso l'intera sezione trasversale del conduttore. Se durante il tempo dt una carica dq è passata attraverso la sezione trasversale totale del conduttore, allora

In un altro modo, l'intensità della corrente si trova integrando la densità di corrente sull'intera superficie di qualsiasi sezione del conduttore. L'unità di misura della corrente è Ampere. Se lo stato del conduttore (la sua temperatura, ecc.) È stabile, esiste una relazione inequivocabile tra la tensione applicata alle sue estremità e la corrente che si verifica in questo caso. È chiamato Legge di Ohm e scritto così:

R- resistenza elettrica conduttore, a seconda del tipo di sostanza e delle sue dimensioni geometriche. Un conduttore ha una resistenza unitaria, in cui una corrente di 1 A si verifica a una tensione di 1 V. Questa unità di resistenza è chiamata ohm.

Legge di Ohm in forma differenziale:

dove j è la densità di corrente, E è l'intensità del campo, s è la conduttività. In questa notazione, la legge di Ohm contiene quantità che caratterizzano lo stato del campo nello stesso punto.

Distinguere seriale e parallela collegamenti conduttori.
Quando sono collegati in serie, la corrente che scorre attraverso tutte le parti del circuito è la stessa e la tensione alle estremità del circuito viene aggiunta come somma algebrica stress in tutti i settori.

Quando i conduttori sono collegati in parallelo, la tensione rimane costante e la corrente è la somma delle correnti che scorrono attraverso tutti i rami. In questo caso si sommano i reciproci della resistenza:

Per ottenere corrente continua, le cariche nel circuito elettrico devono essere sollecitate da forze diverse da quelle del campo elettrostatico; sono chiamati forze esterne.

Se consideriamo circuito elettrico completo, è necessario includere in esso l'azione di queste forze terze e resistenza interna sorgente attuale r. In questo caso Legge di Ohm per un circuito completo assumerà la forma:

E è la forza elettromotrice (EMF) della sorgente. Si misura nelle stesse unità della tensione. La quantità (R + r) è talvolta chiamata impedenza del circuito.

Formuliamo Le regole di Kirkhoff:
Prima regola: la somma algebrica delle forze delle correnti nei tratti del circuito convergenti in un punto di diramazione è uguale a zero.

Seconda regola: per qualsiasi circuito chiuso, la somma di tutte le cadute di tensione è uguale alla somma di tutti i campi elettromagnetici in questo circuito.

La potenza attuale è calcolata dalla formula

P=UI=I 2 R=U 2 /R.

Legge Joule-Lenz. Il lavoro della corrente elettrica (azione termica della corrente) A=Q=UIt=I 2 Rt=U 2 t/R.

Conducibilità elettronica dei metalli. Superconduttività. Corrente elettrica in soluzioni e fusioni di elettroliti. La legge dell'elettrolisi. Corrente elettrica nei gas. Categorie indipendenti e non indipendenti. Il concetto di plasma. corrente nel vuoto. Emissione elettronica. Diodo. Tubo a raggi catodici.

La corrente elettrica nei metalli è movimento elettroni, gli ioni metallici non partecipano al trasferimento di carica elettrica. In altre parole, i metalli hanno elettroni che possono muoversi attraverso il metallo. Hanno il nome elettroni di conduzione. cariche positive in un metallo, sono ioni che formano un reticolo cristallino. In assenza di un campo esterno, gli elettroni in un metallo si muovono in modo casuale, subendo collisioni con ioni reticolari. Sotto l'influenza di un campo elettrico esterno, gli elettroni iniziano un movimento ordinato, sovrapposto alle loro precedenti fluttuazioni caotiche. Nel processo di movimento ordinato, gli elettroni continuano a scontrarsi con gli ioni del reticolo cristallino. Questo è ciò che causa la resistenza elettrica.

Nella teoria elettronica classica dei metalli, si presume che il moto degli elettroni obbedisca alle leggi della meccanica classica. L'interazione degli elettroni tra loro è trascurata, l'interazione degli elettroni con gli ioni si riduce solo alle collisioni. Possiamo dire che gli elettroni di conduzione sono considerati un gas di elettroni, simile a un gas atomico ideale in fisica molecolare. Poiché l'energia cinetica media per un grado di libertà per un tale gas è kT/2 e un elettrone libero ha tre gradi di libertà, allora

mv 2 t /2=3kT/2,

dove v 2 t è il valore medio del quadrato della velocità del moto termico.
Su ciascun elettrone agisce una forza pari a eE, per cui acquisisce un'accelerazione eE/m. La velocità alla fine del percorso libero è

dove t è il tempo medio tra le collisioni.

Poiché l'elettrone si muove con accelerazione uniforme, la sua velocità media è la metà della massima:

Il tempo medio tra le collisioni è il rapporto tra il percorso libero medio e la velocità media:

Poiché la velocità del movimento ordinato è solitamente molto inferiore alla velocità termica, la velocità del movimento ordinato è stata trascurata.

Finalmente abbiamo

v c =eEL/(2mv t).

Viene chiamato il coefficiente di proporzionalità tra v c ed E mobilità degli elettroni.

Con l'aiuto della teoria elettronica classica dei gas, possono essere spiegati molti modelli: la legge di Ohm, la legge di Joule-Lenz e altri fenomeni, ma questa teoria non può spiegare, ad esempio, i fenomeni superconduttività:
Ad una certa temperatura, la resistività per alcune sostanze diminuisce bruscamente fino a quasi zero. Questa resistenza è così piccola che una corrente elettrica una volta eccitata in un superconduttore esiste per molto tempo senza una sorgente di corrente. Nonostante il brusco cambiamento di resistenza, altre caratteristiche del superconduttore (conduttività termica, capacità termica, ecc.) non cambiano o cambiano poco.

Un metodo più accurato per spiegare tali fenomeni nei metalli è l'approccio utilizzato statistica quantistica.

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