 |
Лекция 42. Постоянный электрический ток. Сила тока. Напряжение. Электрическое сопротивление. Закон ома для участка цепи
|
|
|
|
Цель занятия: углубить знания студентов о электрическом токе; напомнить о действиях электрического тока.
Тип занятия: занятие изучения нового материала.
ПЛАН ЗАНЯТИЯ
| Демонстрации | 1. Источники электрического тока. 2. Действия электрического тока. |
| Изучение нового материала | 1. При каких условиях возникает и существует электрический ток? 2. Сила тока. 3. Закон Ома для участка цепи. 4. Электрическое круг. |
ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА
1. При каких условиях возникает и существует электрический ток?
Свободные заряженные частицы в проводниках движутся непрерывно и хаотично. Если же свободным заряженным частицам передать еще и стремящейся движение, то через любое сечение проводника будет переноситься заряд.
Электрическим током называют направленное движение заряженных частиц.
Для возникновения и существования электрического тока необходимы:
• наличие свободных заряженных частиц - носителей тока;
• наличие электрического поля, действие которого создает и поддерживает направленный движение свободных заряженных частиц.
За создание электрического поля «отвечают» источника тока.
Ø Источники электрического тока - устройства, преобразующие различные виды энергии в электрическую энергию.
В источниках электрического тока выполняется работа по разделению электрических зарядов, в результате чего на одном полюсе источника накапливается положительный заряд, а на другом - отрицательный. Примером источников тока могут служить аккумуляторы и гальванические элементы.
2. Сила тока
Когда по проводнику протекает электрический ток через поперечное сечение проводника ежесекундно переносится некоторый электрический заряд. Для оценки электрических зарядов, проходящих через проводник, была введена специальная физическая величина - сила электрического тока.
|
|
|
Ø Сила тока I - это физическая величина, характеризующая электрический ток и равна отношению заряда ∆ q, переносимого через поперечное сечение проводника за промежуток времени Δt, к этому промежутку:
Если сила тока не изменяется со временем, то такой ток называют постоянным. Сила постоянного тока I в проводнике численно равна заряду q, перенесенного через поперечное сечение проводника за единицу времени:
В системе СИ силу тока измеряют в амперах (А). Ампер является одной из основных единиц системы СИ и определяется с помощью магнитного взаимодействия токов. За силы тока в 1 А через поперечное сечение проводника каждую секунду проходит заряд в 1 Кл (1 А = 1 Кл/с).
Прибор для измерения силы тока называют амперметром. Амперметр включают в электрическую цепь последовательно с проводником, в котором измеряют силу тока.
3. Закон Ома для участка цепи
Если участок цепи не содержит источника тока, электрическое напряжение U на его концах численно равна работе электрического поля по перемещению единичного положительного заряда q на этом участке:
Прибор для измерения напряжения называют вольтметром. Вольтметр включают в электрическую цепь параллельно к участку цепи, на котором необходимо измерить напряжение.
Напряжение характеризует не электрический ток, а электрическое поле, которое поддерживает этот ток. Очевидно, что между значениями силы тока и напряжением существует связь.
Опыты показывают, что сила тока изменяется прямо пропорционально приложенному напряжению. Поэтому отношение для каждого U/I проводника является постоянным. Эта величина характеризует конкретный проводник и называется электрическим сопротивлением проводника. Следовательно, формулу зависимости силы тока от напряжения можно записать в таком виде:
|
|
|
I = U/R.
Это утверждение называют законом Ома для участка цепи.
Сила тока I на участке цепи прямо пропорциональна напряжению U на концах этого участка.
Сопротивление участка цепи зависит от свойств проводников, из которых образован данный участок.
Ø Электрическое сопротивление - это физическая величина, характеризующая свойство проводника противодействовать электрическому току.
В СИ единицей электрического сопротивления является 1 Ом (это сопротивление такого проводника, в котором протекает ток силой 1 А при напряжении 1 В).
Сопротивление проводника зависит от материала и геометрических размеров проводника. Зависимость электрического сопротивления от размеров проводника имеет вид:
Ø Удельное сопротивление проводника - это физическая величина, характеризующая электрические свойства вещества и численно равно сопротивлению проводника длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 м2.
Поскольку ρ = RS/l, единица удельного сопротивления в СИ:
Значение удельного сопротивления вещества обусловлено химической природой вещества и существенно зависит от температуры.
4. Электрическая цепь
Простейшая электрическая цепь представляет собой соединение проводников в определенном порядке: источник тока, потребитель электрической энергии, разомкнутый контакт (размыкающий) устройство, соединительные провода. Каждый элемент электрической цепи на схемах имеет условное обозначение.
Необходимо обратить внимание на то, что направлением тока в проводнике условно считают направление, в котором двигались бы в кругу положительно заряженные частицы, т.е. направление от положительного полюса источника тока к отрицательному.
Решение задач
1. Через проводник, к концам которого приложено напряжение 12 В, за 5 мин. прошел заряд 60 Кл. Определите сопротивление проводника.
2. Сила тока в проводнике электрической лампы I = 0,16 А. Сколько электронов проходит по кругу ежеминутно?
Решения. За 60 с через поперечное сечение проводника проходит заряд q = It. Поскольку заряд электрона по модулю равна e, соответствующее количество электронов 
Проверив единицы величин и подставив числовые значения, получаем: N= 6 · 1019.
|
|
|
2. Определите напряжение на концах нихромового провода длиной 200 м и сечением 0,5 мм2, если сила тока в нем 5 А.
3. Какой должна быть длина нихромовой провода с площадью поперечного сечения 0,2 мм2, чтобы при прохождении через него тока силой 0,4 А напряжение на его концах составляла 4,4 В? Удельное сопротивление нихрома 1,1 · 10-8 Ом · м.
4. Во время прохождения электрического тока в алюминиевом проводе длиной 100 м напряжение на нем 1 В. Чему равна масса алюминиевого провода, если сила тока в нем 15 А? Плотность алюминия 2700 кг/м3.
Контрольные вопросы:
1. Что представляет собой электрический ток?
2. Существует ток в замкнутой электрической цепи?
3. Дайте характеристику силе тока как физической величины.
4. Дайте характеристику напряжения как физической величины.
5. Как на электрических схемах изображают гальванический элемент? электрический звонок? ключ?
6. Что имеют в виду, говоря о скорости распространения электрического тока в проводнике? U
7. Согласно закону Ома сопротивление R = U/I. Означает ли это, что сопротивление зависит от силы тока или напряжения?
8. Скорость направленного движения электронов при наличии тока в проводнике менее 1 мм/с. Почему же тогда лампочка включается сразу после того, как вы нажимаете на кнопку выключателя?
9. Направление электрического тока электронного луча в кинескопе телевизора: к экрану или от него?
10. К концам медного и алюминиевого проводников одинаковых размеров приложены одинаковые напряжения. Одинаковые ли силы тока в них?
Домашнее задание
1. Учебник-1: § 9 (п. 1, 2, 3, 4); Учебник-2: § 5 (п. 1, 2).
2. Сборник задач.:
Ур1 № 4.12; 4.15; 4.16; 4.18.
Ур2 № 4.27; 4.31; 4.32; 4.33.
Ур3 № 4.49, 4.50; 4.51; 4.52.
Список использованной литературы
1. Физика. 11 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений: базовый и профил. уровни / Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Сотский; под ред. В. И. Николаева, Н. А. Парфентьевой. — 19-е изд. — М.: Просвещение, 2010. — 366 с.: ил.
2. Марон А.Е., Марон Е.А. «Сборник задачорник качественных задач по физике 11 кл, М.: Просвещение,2006
3. Л.А. Кирик, Л.Э.Генденштейн, Ю.И.Дик. Методические материалы для преподавателя 10 класс,М.:Илекса, 2005.-304с:, 2005
4. Л.Э.Генденштейн, Ю.И.Дик. Физика 11 класс.-М.: Мнемозина,2010
|
|
|
