Тепловое свойство электрического тока

Электрическое поле и электрический ток

Взаимодействие электрических зарядов объясняется тем, что вокруг каждого заряда существует электрическое поле.

Электрическое поле

Электрическое поле заряда – это материальный объект, оно непрерывно в пространстве и способно действовать на другие электрические заряды. Электрическое поле неподвижных зарядов называется электростатическим. Электростатическое поле создается только электрическими зарядами, существует в пространстве, окружающем эти заряды и неразрывно с ними связано.

Если к электроскопу, не касаясь его оси, поднести на некотором расстоянии заряженную палочку, то стрелка все равно будет откланяться. Это и есть действие электрического поля.

Напряженность электрического поля

Заряды, находясь на некотором расстоянии один от другого, взаимодействуют. Это взаимодействие осуществляется посредством электрического поля. Наличие электрического поля можно обнаружить, помещая в различные точки пространства электрические заряды. Если на заряд в данной точке действует электрическая сила, то это означает, что в данной точке пространства существует электрическое поле. Графически силовые поля изображают силовыми линиями.

Силовая линия – это линия, касательная в каждой точке которой совпадает с вектором напряженности электрического поля в этой точке.

Напряженность электрического поля – это физическая величина, численно равная силе, действующей на единичный заряд, помещенный в данную точку поля. За направление вектора напряженности принимают направление силы, действующей на точечный положительный заряд.

Однородное электрическое поле – это такое поле, во всех точках которого напряженность имеет одно и то же абсолютное значение и направление. Приблизительно однородным является электрическое поле между двумя разноименно заряженными металлическими пластинами. Силовые линии такого поля являются прямыми одинаковой густоты.

Потенциал. Разность потенциалов. Кроме напряженности, важной характеристикой электрического поля является потенциал j. Потенциал j – это энергетическая характеристика электрического поля, тогда как напряженность E – это его силовая характеристика, потому что потенциал равен потенциальной энергии, которой обладает единичный заряд в данной точке поля, а напряженность равна силе, с которой поле действует на этот единичный заряд.

Диэлектрики в электрическом поле

Диэлектриками или изоляторами называются тела, которые не могут проводить через себя электрические заряды. Это объясняется отсутствием в них свободных зарядов.

Если одни конец диэлектрика внести в электрическое поле, то перераспределения зарядов не произойдет, т. к. в диэлектрике нет свободных носителей заряда. Оба конца диэлектрика будут нейтральны. Притяжение незаряженного тела из диэлектрика к заряженному телу объясняется тем, что в электрическом поле происходит поляризация диэлектрика, т. е. смещение в противоположные стороны разноименных связанных зарядов, входящих в состав атомов и молекул вещества.

Полярные и неполярные диэлектрики

К неполярным относятся диэлектрики, в атомах или молекулах которых центр отрицательно заряженного электронного облака совпадает с центром положительного атомного ядра. Например, инертные газы, кислород, водород, бензол.

Полярные диэлектрики состоят из молекул, у которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов не совпадают. Например, спирты, вода. Их молекулы можно рассматривать как совокупность двух точечных зарядов, равных по модулю и противоположных по знаку, находящихся на некотором расстоянии друг от друга. Такую в целом нейтральную систему называют электрическим диполем.

Проводники в электрическом поле

Проводниками называются тела, способные пропускать через себя электрические заряды. Это свойство проводников объясняется наличием в них свободных носителей заряда. Примерами проводников могут быть металлы и растворы электролитов.

Если взять металлический проводник и один его конец поместить в электрическое поле, то на данном конце появится электрический заряд. Согласно закону сохранения электрического заряда, на другом конце проводника появится равный ему по модулю и противоположный по знаку заряд. Явление разделения разноименных зарядов в проводнике, помещенном в электрическое поле, называется электростатической индукцией.

При внесении в электрическое поле проводника свободные заряды в нем приходят в движение. Перераспределение зарядов вызывает изменение электрического поля. Движение зарядов прекращается только тогда, когда напряженность электрического поля внутри проводника становится равной нулю. Свободные заряды перестают перемещаться вдоль поверхности проводящего тела при достижении такого распределения, при котором вектор напряженности электрического поля в любой точке перпендикулярен поверхности тела. Электростатическое поле внутри проводника равно нулю, весь статический заряд проводника сосредоточен на его поверхности.

Электроемкость и конденсатор

Электроемкость – количественная мера способности проводника удерживать заряд.

Простейшие способы разделение разноименных электрических зарядов – электризация и электростатическая индукция – позволяют получить на поверхности тел не большое количество свободных электрических зарядов. Для накопления значительных количеств разноименных электрических зарядов применяются конденсаторы.

Конденсатор – это система из двух проводников (обкладок), разделенных слоем диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами проводников. Так, например, две плоские металлические пластины, расположенные параллельно и разделенные слоем диэлектрика, образуют плоский конденсатор.

Если пластинам плоского конденсатора сообщить равные по модулю заряды противоположного знака, то напряженность электрического поля между пластинами будет в два раза больше, чем напряженность поля у одной пластины. Вне пластин напряженность электрического поля равна нулю, т. к. равные заряды разного знака на двух пластинах создают вне пластин электрические поля, напряженности которых равны по модулю, но противоположны по направлению.

Электрический ток

Это направленное движение заряженных частиц. В металлах носителями тока являются свободные электроны, в электролитах – отрицательные и положительные ионы, в полупроводниках – электроны и дырки, в газах – ионы и электроны. Количественной характеристикой тока является сила тока.

Источниками могут служить – гальванический элемент(происходят хим. реакции и внутренняя энергия, превращается в электрическую) и аккумулятор(для зарядки через него пропускают постоянный ток, в результате химической реакции один электрод становиться положительно заряженным, другой – отрицательно.

Действия электрического тока: тепловое, химическое, магнитное.

Направление электрического тока: от + к –

Направленное движение заряженных частиц

Поэтому достаточным условием для существования тока является наличие электрического поля и свободных носителей заряда. О наличии тока можно судить по явлениям, которые его сопровождают: Проводник, по которому течет ток, нагревается. Электрический ток может изменять химический состав проводника.

Силовое воздействие на соседние точки и намагниченные тела.

При существовании электрического поля внутри проводника, на концах его существует разность потенциалов. Если она не меняется, то в проводнике устанавливается постоянный электрический ток.

Сила тока

Сила тока – отношение заряда, пронесенного через поперечное сечение проводника за интервал времени, к этому интервалу времени.

Сила тока, как и заряд, величина скалярная. Она может быть как положительной, так и отрицательной. За положительное направление силы тока принято движение положительных зарядов. Если с течением времени сила тока не меняется, то ток называется постоянным .

Электродвижущая сила

Для того, чтобы в проводнике существовал электрический ток длительное время, необходимо поддерживать неизменными условия, при которых возникает электрический ток.

Во внешней цепи электрические заряды движутся под действием сил электрического поля. Но, чтобы поддерживать разность потенциалов на концах внешней цепи, необходимо перемещать электрические заряды внутри источника тока против сил электрического поля. Такое перемещение может осуществляться только под действием сил неэлектростатической природы.

Силы, вызывающие перемещение электрических зарядов внутри источника постоянного тока против направления действия сил электростатического поля, называются сторонними силами. Сторонние силы в гальваническом элементе или аккумуляторе возникают в результате электрохимических процессов, происходящих на границе раздела электрод – электролит. В машине постоянного тока сторонней силой является сила Лоренца.

Последовательное и параллельное соединение проводников

Проводники в электрических цепях постоянного тока могут соединяться последовательно и параллельно.

При последовательном соединении электрическая цепь не имеет разветвлений, все проводники включают в цепь поочередно друг за другом.

Сила тока во всех проводниках одинакова, так как в проводниках электрический заряд не накапливается и через поперечное сечение проводника за определенное время проходит один и тот же заряд.

При последовательном соединении проводников их общее электрическое сопротивление равно сумме электрических сопротивлений всех проводников.

При параллельном соединении электрическая цепь имеет разветвления (точку разветвления называют узлом). Начала и концы проводников имеют общие точки подключения к источнику тока.

При этом напряжение на всех проводниках одинаково. Сила тока равна сумме сил токов во всех параллельно включенных проводниках, так как в узле электрический заряд не накапливается, поступающий за единицу времени в узел заряд равен заряду, уходящему из узла за то же время.

Соединение источников тока

Соединение источников тока

Химические источники э. д. с. (аккумуляторы, элементы) включаются между собой последовательно, параллельно и смешанно.

Последовательное соединение источников э. д. с. На рисунке представлены три соединенных между собой аккумулятора. Такое соединение аккумуляторов, когда минус каждого предыдущего источника соединен с плюсом последующего источника, называется последовательным соединением. Группа соединенных между собой аккумуляторов или элементов называется батареей.

Электрическое поле, электрический ток

1. Понятие об электрическом поле. Силовая и энергетическая характеристики электрического поля

Электрическое поле – это вид материи, образующийся вокруг заряженных тел, посредством которого они взаимодействуют друг с другом.
Сила взаимодействия двух точечных зарядов определяется законом Кулона: F = k·q₁·q₂/r 2 . При этом если заряженные тела имеют одинаковые заряды, то они отталкиваются друг от друга, а разноимённые – притягиваются. Заряженные тела взаимодействуют друг с другом посредством их электрических полей.

Выделяют следующие характеристики электрического поля:
1. Силовая характеристика – напряжённость электрического поля – это сила, которая действует на единицу заряда, помещённого в данное электрическое поле: E = F/q . Измеряется в [В/м]
Если определённый точечный заряд Q образует электрическое поле, то напряжённость этого поля в точке, находящейся на расстоянии r от заряда вычисляется по формуле: E = Q/(4πεεr 2 ) где Q– заряд, образующий данное электрическое поле; ε = 8,84*10 -12 Ф/м- электрическая постоянная; ε- электрическая проницаемость среды, в которой образуется поле; r -расстояние от точечного заряда до точки, в которой исследуется напряжённость.
За направление напряжённости принимают направление силы, действующей на положительный заряд.
Величина напряжённости электрического поля графически изображается в виде силовых линий – тех линий, направление касательных к которым в любой точке совпадают с направлением напряжённости электрического поля. Чем больше линий – тем больше напряжённость.
2. Энергетическая характеристика электрического поля – потенциал.
В каждой точке электрического поля на внесённый в это поле заряд действует определённая сила. При перемещении заряда в электрическом поле будет совершаться работа. При этом каждая точка электрического поля будет характеризоваться потенциалом.
Потенциал поля в данной точке – это потенциальная энергия электрического поля в этой точке, приходящаяся на единицу помещённого в эту точку заряда: φ = W_p/q [В] Потенциал поля характеризует возможную работу, которую совершает электрическое поле или которая совершается над электрическим полем при перемещении этого заряда в точку с другим потенциалом: Δφ = A/q.
Поскольку работа будет совершаться только при перемещении заряда между точками, обладающими неодинаковыми потенциалами, то физический смысл имеет лишь разность потенциалов, или напряжение между двумя точками электрического поля. Поэтому, когда употребляют термин ″потенциал″, имеют в виду разность потенциалов между данной точкой, потенциал которой измеряют, и бесконечно удалённой точкой пространства, потенциал которой можно считать равным 0. При этом потенциал в данной точке поля, созданного точечным зарядом Q, равен: φ = Q/(4πεεγ) и , если потенциал создается большим числом зарядов, то φ = ∑φ.
Только разность потенциалов можно измерить с помощью вольтметра. Считают, что напряженность электрического поля – отрицательный градиент потенциала.

2. Действие электрического поля на вещества

Действие электрического поля на различные вещества неодинаково и зависит от их внутреннего строения. По этому действию все вещества делят на:
— проводники электрического тока
— полупроводники
— изоляторы, или диэлектрики.
Проводники характеризуются тем, что в них под действием электрического поля образуется электрический ток – направленное движение заряженных частиц. Это происходит благодаря тому, что в проводниках имеются свободные заряды. Существуют проводники 1 рода (металлы, в которых есть свободные электроны) и 2 рода (растворы электролитов, в которых свободными зарядами являются положительно заряженные ионы – катионы и отрицательно заряженные ионы – анионы).
Полупроводники при обычной температуре имеют мало свободных зарядов. Причём когда электроны в полупроводниках становятся свободными, то на их месте образуется дырка – избыток положительного заряда. Поэтому носителями заряда в полупроводниках являются электроны и дырки.
В диэлектриках нет свободных носителей зарядов, поэтому под действием электрического поля в них не возникает электрического тока, но возникает явление, называемое поляризацией диэлектрика – приобретение диэлектриком полярности за счёт разделения в нём положительных и отрицательных зарядов под действием электрического поля. Поляризация существует в 3 вариантах: ориентационная, электронная и ионная.
Указанные различия хорошо описываются зонной теорией твёрдых тел, или квантовой теорией энергетического спектра электронов в кристалле. Согласно теории в кристалле существуют запрещённые и разрешённые энергетические зоны для электронов. Нижние зоны заполнены полностью электронам. Физические свойства кристаллов определяются верхними зонами, содержащими электроны. Если между верхней зоной и следующей разрешённой зоной запрещённая зона узкая (энергетический интервал невелик), то вещество является проводником, а если запрещённая зона велика – то диэлектриком.

3. Электрический ток

Основной характеристикой электрического тока является

сила тока

– количество заряда, пересекающее поперечное сечение проводника за единицу времени. I

= Δq/Δt или для мгновенной силы тока : I

= dq/dt. Единицей измерения силы тока является ампер (

). 1 ампер – сила тока, когда заряд 1 кулон проходит через поперечное сечение проводника за 1 секунду. Часто используют миллиампер (

. Обычно за направление электрического тока в проводнике принимают направление движения положительных зарядов.

Другой величиной, характеризующей электрический ток, является плотность тока – сила тока, приходящаяся на единицу площади проводника. Измеряется в амперах на квадратный метр: J = I/S.

Различают:
— Постоянный ток – электрический ток, параметры которого (сила и направление) не изменяются во времени. Источниками постоянного тока являются генераторы, которые поддерживают постоянную разность потенциалов на концах проводника.
— Переменный ток – электрический ток, параметры которого изменяются во времени по закону синуса или косинуса. Электрический ток, передаваемый в потребительской электросети, представляет собой синусоидальное колебание частотой 50 Гц: I = I_max·cos(ωt + φ).
Основным законом, описывающим постоянный электрический ток, является закон Ома: сила тока в проводнике прямо пропорциональна разности потенциалов между его концами, или электрическому напряжению (U): I = U/R.
Величина R называется электрическим сопротивлением. Сопротивление является свойством проводников препятствовать прохождению через него электрического тока, при этом электрическая энергия превращается в тепловую энергию. Сопротивление возникает из-за столкновения заряженных частиц (носителей тока) с внутренними структурами проводника – атомами и молекулами. Единицей измерения сопротивления является Ом. Обратная величина сопротивлению называется электрической электропроводностью (D).
Для многих веществ сопротивление является постоянной величиной, независимой от силы тока. Сопротивление проводника является функцией его размера, формы, строения и температуры. Величина сопротивления провода: R = ρ(1/S) (5)
, где l – длина проводника, S — площадь поперечного сечения проводника. Константа прямой пропорциональности ρ называется удельным сопротивлением [ом·м] . Она зависит только от свойств вещества и температуры. Обратной величиной удельному сопротивлению является удельная электропроводность (γ) [ом -1 ·м -1 ] .
На основе удельной электропроводности характеризуют свойство веществ проводить электрический ток. Хорошие проводники тока имеют высокую удельную электропроводность. Изоляторы, или диэлектрики, имеют низкую удельную электропроводность. Полупроводники имеют промежуточную удельную электропроводность. Используя удельную электропроводность, как характеристику вещества, можно представить закон Ома в другой форме: J = γE.
Из формулы следует, что плотность тока в проводнике прямо пропорциональна напряженности электрического поля (Е), создающего этот ток, и удельной электропроводности вещества проводника (γ).

Удельная электропроводность электролитов и биологических тканей

Плотность тока в растворе электролитов определяется электрическим зарядом положительных и отрицательных ионов, их концентрациями и скоростями движения в электрическом поле: J = q₊n₊v₊ + q_—n_—v.
Если принять, что концентрация и величина электрического заряда положительных и отрицательных ионов равны, то J = qn(v₊ + v_—)(8)
Скорость v ионов пропорциональна напряженности электрического поля E и зависит от подвижности ионов u, которая, в свою очередь, является функцией размера, степени гидратации ионов, вязкости растворителя:
v = uE (9)
Тогда J = qn(u₊ + u_—)·E (10).
Это выражение является законом Ома для растворов электролитов.
Хотя сопротивление биологических тканей постоянному электрическому току велико, и по удельной электропроводности биологические ткани близки к диэлектрикам, для объяснения различий в электропроводности различных тканей, их рассматривают как проводники 2 рода, носителями заряда в которых служат ионы.
Биологические ткани не различаются существенно по их ионному составу, но отличаются условиями ионного перемещения. Поэтому ткани разнородны с точки зрения их электрических свойств. Мембраны клеток препятствуют перемещению ионов. Их электрическое сопротивление является наибольшим. Кровь, лимфа, цереброспинальная жидкость характеризуются низким сопротивлением электрическому току. Внутренние органы, содержащие много воды (мышцы, печень, почки, и т.п.), также имеют сравнительно низкое сопротивление. Но сопротивление таких тканей, как кожа и кости, очень высокое. Постоянный электрический ток плохо проникает через сухую кожу. Он распространяется в теле человека, главным образом, вдоль кровеносных и лимфатических сосудов и через мышцы.
Причиной высокого сопротивления биологических тканей постоянному электрическому току – наличие статической ёмкости вследствие изоляционных свойств мембран и явления поляризации, происходящие в клетках, в результате которых возникает встречная эдс, препятствующая прохождению через ткань тока. Причём при малых значениях силы тока он не проходит через ткань вследствие влияния этой ЭДС, а при больших – происходит дезинтеграция (разрушение) клеточных структур, в результате чего сопротивление падает, однако дальнейшие исследования не имеют смысла.
Поляризация – разделение положительных и отрицательных зарядов. многие полагают, что явление поляризации связано с наличием полупроницаемых мембран. Под действием электрического поля ионы начинают перемещаться, но не могут проникнуть через мембрану, в результате у внутренней поверхности мембраны возникает разделение зарядов. Внутри клетки образуется поляризационное поле. Как только его напряженность компенсирует внешнее поле перемещение ионов прекращается. Соответственно этому на внешней стороне мембраны концентрируются противоположно заряженные частицы.
Другие, рассматривая клетки как слоистый диэлектрик, рассматривают явления поляризации как результат гетерогенности клеточных элементов по электропроводности, а также поляризацию связывают с дипольными молекулами (ориентация диполей вдоль силовых линий поля).
Постоянный ток используют в медицинской практике, для реализации двух методов – гальванизации и лекарственного электрофореза.

Переменный ток. Полное сопротивление

Электрические цепи переменного тока включают такие основные электрические компоненты как резисторы, конденсаторы и индукторы. Их специфические свойства — сопротивление, емкость и индуктивность.

Емкость. Если два проводника (пластины металла) разделены посредине изоляцией, они способны накапливать некоторое количество электрического заряда. Величина, равная отношению суммарного заряда, накопленного на пластинах, к разности потенциалов между пластинами называется емкостью (измеряется в Фарадах (F): C = q/U (13).

Индуктивность. Индуктивность L связана с наличием магнитного поля вокруг провода или катушки, через которые проходит электрический ток. Переменное магнитное поле порождает эдс (электродвижущую силу) самоиндукции, которая препятствует изменению силы тока в проводнике:
ε = -L·dl/dt (14), где ε — электродвижущая сила, dl/dt — мгновенная скорость изменения силы тока, L — индуктивность, которая зависит от геометрии цепи и от магнитных свойств вещества проводника и среды. Индуктивность измеряется в Генри (Г).

Реактанс (или реактивное сопротивление). Ранее упоминалось, что сопротивление является свойством электрической цепи препятствовать прохождению через нее электрического тока и что электрическая энергия при этом превращается в тепловую. Реактанс — мера сопротивления переменному электрическому току. Реактанс связан с емкостью и индуктивностью некоторых частей цепи. Он не превращает электрическую энергию в энергию тепла. Реактанс присутствует дополнительно к сопротивлению, если через проводники протекает переменный ток. Когда в цепи течет постоянный электрический ток, то он подвергается только активному сопротивлению, но не реактансу. Реактанс бывает двух типов: индуктивный и емкостной.

Емкостной реактанс X_C является обратной величиной произведения угловой (циклической) частоты тока и емкости этой части цепи: X_C = 1/(ω·C)(15).

Индуктивный реактанс X_L равен произведению угловой частоты переменного тока на индуктивность проводника: X_L = ωL (16).

Доказано, что индуктивный реактанс приводит к тому, что изменения напряжения в электрической цепи опережают изменения силы тока на четверть периода (π/2). Это можно объяснить тем, эдс самоиндукции препятствует нарастанию силы тока в цепи.
Наоборот, емкостной реактанс приводит к тому, что изменения напряжения в электрической цепи отстают от изменения силы тока на четверть цикла (π/2). На рис. 3. проиллюстрировано данное явление.
Поэтому общий реактанс X представляет собой разность индуктивного и емкостного реактансов: X = X_L — X_C.
Если суммировать активное сопротивление и общий реактанс, который препятствует прохождению переменного тока в электрической цепи, получим величину, которая называется полным сопротивлением Z – импедансом:

Тепловое свойство электрического тока

В основе определения единицы силы тока лежит

1) тепловое действие электрического тока

2) химическое действие электрического тока

3) механическое действие электрического тока

4) магнитное действие электрического тока

Ампер есть сила постоянного тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 метр один от другого, вызвал бы на каждом участке проводника длиной 1 метр силу взаимодействия, равную 2·10 −7 ньютона. Следовательно, в основе определения единицы силы тока лежит магнитное действие электрического тока.

Правильный ответ указан под номером 4.

Установите соответствие между техническими устройствами и физическими явлениями, лежащими в основе принципа их действия. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца.

А) ванна для получения чистых металлов путем электролиза

Б) электрический кипятильник

1) взаимодействие постоянных магнитов

2) действие магнитного поля на проводник с током

3) тепловое действие тока

Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

В отличие от металлических проводников, где переносчиками электричества являются электроны, в электролитах ими служат ионы. При прохождении электрического тока через электролит на электродах оседают вещества, которые содержатся в виде химического соединения в электролите. Таким образом, наблюдается химическое действие электрического тока. (А — 4).

В электрическом кипятильнике происходит нагрев рабочей поверхности за счет прохождения по ней электрического тока, что является подтверждением теплового действия тока. (Б — 3).

Установите соответствие между техническими устройствами и физическими явлениями, лежащими в основе принципа их действия. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца.

Б) электрический утюг

1) взаимодействие постоянных магнитов

2) действие магнитного поля на проводник с током

3) тепловое действие тока

Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

В основе работы компаса лежит явление взаимодействия постоянного магнита с магнитным полем Земли. (А — 1).

В электрическом утюге происходит нагрев поверхности утюга за счет прохождения по нему электрического тока, что является подтверждением теплового действия тока. (Б — 3).

Какое(-ие) действие(-я) электрического тока наблюдается(-ются) для всех проводников с током?

4) тепловое и магнитное

Рассмотрим все предложенные варианты действия тока на проводник.

1) Тепловое действие тока — электрический ток вызывает разогревание проводников. Наблюдается для всех проводников, кроме сверхпроводящих, в сверхпроводниках потерь тепла не происходит.

2) Химическое действие тока — при прохождении электрического тока через электролит возможно выделение веществ, содержащихся в растворе, на электродах. Наблюдается в жидких проводниках.

3) Магнитное действие тока — проводник с током приобретает магнитные свойства. Наблюдается при наличии электрического тока в любых проводниках (твердых, жидких, газообразных).

Правильный ответ указан под номером 3.

Аналоги к заданию № 37: 5315 Все

1 ответ — для сверхпроводников неверно. Нет потерь тепла. А магнитное — для всех

Сверхпроводник — материал, который при определенных условиях приобретает сверхпроводящие свойства. Ни о таких материалах, ни о соответствующих условиях в вопросе речи не было.

Установите соответствие между техническими устройствами и физическими явлениями, лежащими в основе принципа их действия. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца.

Б) индукционная плита

1) электромагнитная индукция

2) действие магнитного поля на проводник с током

3) тепловое действие тока

Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

В электропаяльнике происходит нагрев рабочей поверхности за счет прохождения по ней электрического тока, что является подтверждением теплового действия тока. (А — 3).

Индукционная плита — кухонная электрическая плита, разогревающая металлическую посуду индуцированными вихревыми токами, создаваемыми высокочастотным магнитным полем частотой 20–100 кГц. В ее принципе действия лежит явление электромагнитной индукции. (Б — 1).

Прочитайте текст и вставьте на места пропусков слова (словосочетания) из приведённого списка.

Электрическая дуга — это один из видов газового разряда. Получить её можно следующим образом. В штативе закрепляют два угольных стержня заострёнными концами друг к другу и присоединяют к источнику тока. Когда угли приводят в соприкосновение, а затем слегка раздвигают, между концами углей образуется яркое пламя, а сами угли раскаляются добела. Дуга горит устойчиво, если через неё проходит постоянный электрический ток. В этом случае один электрод является всё время положительным (анод), а другой — отрицательным (катод).

Для поддержания дугового разряда нужно небольшое напряжение, дуга горит при напряжении на её электродах 40 В. Сила тока в дуге довольно значительна, а сопротивление невелико; следовательно, светящийся газовый столб ________ (А) проводит электрический ток. Ионизацию в пространстве между электродами вызывают своими ударами о ________ (Б) электроны, испускаемые катодом дуги. Большое количество испускаемых ________ (В) обеспечивается тем, что катод нагрет до очень высокой температуры. Когда для зажигания дуги вначале угли приводят в соприкосновение, то в месте контакта, обладающем очень большим сопротивлением, выделяется огромное количество ________ (Г). Поэтому концы углей сильно разогреваются, и этого достаточно для того, чтобы при их раздвижении между ними вспыхнула дуга. В дальнейшем катод дуги поддерживается в накалённом состоянии самим током, проходящим через дугу.

Список слов и словосочетаний:

3) молекулы газа

Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами. Цифры могут повторяться.

Применение теплового действия электрического тока

В данной презентации показано как используется тепловое действие электрического тока. Показаны примеры расчета расхода электрической энергии. Здесь объясняется почему при прохождении тока проводник нагревается. Данную презентацию можно использовать при объяснении новой темы и при подготовке к ЕГЭ.

Просмотр содержимого документа
«Применение теплового действия электрического тока»

Тема: Применение теплового действия электрического тока.

Цель: Примеры использования тепловых действий электрического тока. Расчет расхода электрической энергии..

• План урока:
• План урока:
• План урока:
• План урока:

• I.Повторение изученного

• В чем проявляется тепловое действие тока? При каких условиях оно наблюдается?
• В чем проявляется тепловое действие тока? При каких условиях оно наблюдается?

• — При прохождении тока по проводнику она нагревается и, удлинившись, слегка провисает.. В электрических лампах тонкая вольфрамовая проволочка нагревается током до яркого свечения.

• Почему при прохождении тока проводник нагревается?
• Почему при прохождении тока проводник нагревается?

• — В проводнике при протекании тока происходит превращение электрической энергии во внутреннюю, и проводник нагревается.

• Почему, когда по проводнику пропускают электрический ток, проводник удлиняется?
• Почему, когда по проводнику пропускают электрический ток, проводник удлиняется?

• — При нагревании проводника увеличивается потенциальная энергия взаимодействия молекул тела; расстояние между молекулами возрастает, проводник удлиняется.

• 4) По какой формуле можно рассчитать кол-во теплоты, выделяемой проводником с током?
• 4) По какой формуле можно рассчитать кол-во теплоты, выделяемой проводником с током?

• — Q = I² R T

• 5)Как формулируется закон Джоуля-Ленца?
• 5)Как формулируется закон Джоуля-Ленца?

• — Кол-во теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени.
• 6) Две проволоки одинаковой длины и сечения – железная и медная – соединены параллельно. В какой из них выделится наибольшее кол-во теплоты?
• — Т.к. кол-во теплоты, выделяемое проводником, зависит от сопротивления, а сопротивление определяется удельным сопротивлением:
• Проводники соединены параллельно, то U 1 = U 2
• Q = , чем больше R 1, тем меньше Q , следовательно, на медном проводнике выделяется больше теплоты.

II. История и развитие электрического тока.

История электрического освещения началась в 1870 году с изобретения лампы накаливания, в которой свет вырабатывался в результате поступления электрического тока. Самые первые осветительные приборы, работающие на электрическом токе, появились в начале 19 века, когда было открыто электричество. Эти лампы были достаточно неудобны, но, тем не менее, их использовали при освещении улиц.

И, наконец, 12 декабря 1876 года русский инженер Павел Яблочков открыл так называемую «Электрическую свечу», в которой 2 угольные пластинки, разделенные фарфоровой вставкой, служили проводником электричества, накалявшего дугу, и служившую источником света. Лампа Яблочкова нашла широчайшее применение при освещении улиц крупных городов.

• III.«Потребители электрической энергии»

а) устройство лампы накаливания;

• 1) Спираль
• 2) Стеклянный баллон
• 3) Цоколь лампы
• 4) Основание цоколя
• 5) Пружинящий контакт патрона

Энергосберегающая лампа

Нагревательный элемент – это основная часть всякого нагревательного электрического прибора.

Газоразрядная лампочка светиться под действием коротковолнового излучения.

б) Различные потребители электрической энергии

VI. Формулы расчета стоимости электрической энергии

• А=PtСтоимость = А(кВт*ч) х ТарифА работа токаР мощность токаtвремя работы потребителя
• А=Pt
• Стоимость = А(кВт*ч) х Тариф
• А работа тока
• Р мощность тока
• tвремя работы потребителя

• V.КЛЛ- компактная люминесцентная лампа
• Я рассчитал экономию израсходованной электроэнергии и стоимость её при использование КЛЛ в своей комнате

• W= 150*12*30 =54кВт ч – за месяцСт.= 54*2,81= 151,74 (руб.) оплата в месяц за лампу накаливанияW= 20*12*30 = 7,2 кВт ч если энергосберегающая лампаСт.=7,2*2,81=20,23 (руб.) оплата в месяц за энергосберегающую лампу Ст.= 151,74-20,23=131,51 (руб.) Ст.=131,51*2=263,02 (руб.) экономия так как в моей комнате 2 КЛЛ Таким образом, получается, что энергосберегающая компактная люминесцентная лампа, несмотря на высокую стоимость, экономичнее, чем дешевая лампа накаливания.
• W= 150*12*30 =54кВт ч – за месяц
• Ст.= 54*2,81= 151,74 (руб.) оплата в месяц за лампу накаливания
• W= 20*12*30 = 7,2 кВт ч если энергосберегающая лампа
• Ст.=7,2*2,81=20,23 (руб.) оплата в месяц за энергосберегающую лампу
• Ст.= 151,74-20,23=131,51 (руб.)
• Ст.=131,51*2=263,02 (руб.) экономия так как в моей комнате 2 КЛЛ
• Таким образом, получается, что энергосберегающая компактная люминесцентная лампа, несмотря на высокую стоимость, экономичнее, чем дешевая лампа накаливания.

• VI.Практическое исследование

• P1=100Вт=0,1кВт- лампа накаливанияP2= 20Вт = 0,02 кВт- энергосберегающая лампаЗа месяц(30 дней )Ст1. = 0,1кВт*180 час*2,81 руб= 50,58 руб.Ст2. = 0,02кВт*180час*2,81руб.=10,16 руб.Экономия электроэнергии 18 кВт- 3,6кВт =14,4 кВтЗа годСт1. = 0,1 кВт*2190 час*2,81 руб.= 615,39руб. Ст2.= 0,02 кВт*2190 час*2,81 руб. = 123,08 руб. Экономия электроэнергии: 219 кВт – 43,8 кВт= 175 кВт Затраты с учётом стоимости лампочек :с энергосберегающей лампочкой экономия составила 492,3 руб.
• P1=100Вт=0,1кВт- лампа накаливания
• P2= 20Вт = 0,02 кВт- энергосберегающая лампа
• За месяц(30 дней )
• Ст1. = 0,1кВт*180 час*2,81 руб= 50,58 руб.
• Ст2. = 0,02кВт*180час*2,81руб.=10,16 руб.
• Экономия электроэнергии 18 кВт- 3,6кВт =14,4 кВт
• За год
• Ст1. = 0,1 кВт*2190 час*2,81 руб.= 615,39руб.
• Ст2.= 0,02 кВт*2190 час*2,81 руб. = 123,08 руб.
• Экономия электроэнергии: 219 кВт – 43,8 кВт= 175 кВт
• Затраты с учётом стоимости лампочек :с энергосберегающей лампочкой экономия составила 492,3 руб.

• VII.Энергосбережение – одна из приоритетных задач. Это связано с дефицитом основных энергоресурсов, возрастающей стоимостью их добычи, а также с экологическими проблемами.

23 ноября 2009 года президент Российской Федерации Д.А.Медведев подписал федеральный закон № 262-Ф3 «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты РФ»

Что проходит в нашей школе по энергосбережению?

• В нашем лицеи используются энергосберегающие люминесцентные лампы
• На классных часах проводятся краткий инструктаж по энергосбережению
• Нагревательные приборы используются рационально

Возможности энергосбережения в школе (лицеи)

• Основные возможности энергосбережения зависящие от нас, учеников – это экономия электроэнергии и тепла
• Пользоваться электрическим светом, только по необходимости
• В кабинетах не «гонять» компьютер с утра до вечера
• Сохранять тепло помогает оклейка и утепление окон.
• Следить, чтобы двери и окна были плотно закрыты
• Открыть жалюзи в кабинетах иначе лампочки в кабинетах горят целый день
• В коридорах горит свет во время уроков

Возможности энергосбережения в своём доме.

• Заменить лампы накаливания на современные энергосберегающие лампы Выключать неиспользуемые приборы из сети (телевизор, видеомагнитофон, музыкальный центр) Стирать в стиральной машине при полной загрузки и правильно выбирать режим стирки Своевременно удалять из электрочайника накипь Не пересушивать бельё это даёт экономию при глажке Чаще менять мешки для сбора пыли в пылесосе Ставить холодильник в самое прохладное место на кухне Использовать светлые шторы, обои Чаще мыть окна, на подоконники ставить небольшое количество цветов Не закрывать плотными шторами батареи отопления
• Заменить лампы накаливания на современные энергосберегающие лампы
• Выключать неиспользуемые приборы из сети (телевизор, видеомагнитофон, музыкальный центр)
• Стирать в стиральной машине при полной загрузки и правильно выбирать режим стирки
• Своевременно удалять из электрочайника накипь
• Не пересушивать бельё это даёт экономию при глажке
• Чаще менять мешки для сбора пыли в пылесосе
• Ставить холодильник в самое прохладное место на кухне
• Использовать светлые шторы, обои
• Чаще мыть окна, на подоконники ставить небольшое количество цветов
• Не закрывать плотными шторами батареи отопления

VIII. Закрепление изученного материала. Обсудить решение нескольких задач :

• Спираль электрической плиты укоротили. Как измениться количество выделяемой в ней теплоты, если плитку включить в тоже напряжение. Какое количество теплоты выделится в течении часа в проводнике сопротивление 10 Ом при силе тока в 2 А? Определите количество теплоты которое дает электроприбор мощностью 2 кВт за 10 мин работы.
• Спираль электрической плиты укоротили. Как измениться количество выделяемой в ней теплоты, если плитку включить в тоже напряжение.
• Какое количество теплоты выделится в течении часа в проводнике сопротивление 10 Ом при силе тока в 2 А?
• Определите количество теплоты которое дает электроприбор мощностью 2 кВт за 10 мин работы.

IX. Домашнее задание

§ 53,54 учебника, вопросы к параграфу