§ 2.1. Что такое электрический ток?
Неподвижные электрические заряды редко используются на практике. Для того чтобы заставить электрические заряды служить нам, их нужно привести в движение — создать электрический ток. Электрический ток освещает квартиры, приводит в движение станки, создает радиоволны, циркулирует во всех электронно-вычислительных машинах.
Мы начнем с наиболее простого случая движения заряженных частиц — рассмотрим постоянный электрический ток.
Упорядоченное движение заряженных частиц
В предыдущей главе мы рассматривали разнообразные явления, связанные с электрически заряженными телами, находящимися в равновесии (в покое). Однако наибольший практический интерес имеет движение заряженных частиц.
Упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц называют электрическим током.
Электрический ток существует лишь тогда, когда происходит перенос электрических зарядов с одного места в другое. Если заряженные частицы совершают беспорядочное тепловое движение, как, например, свободные электроны в куске металла, то переноса заряда не происходит (рис. 2.1). Электрический заряд перемещается через поперечное сечение проводника в определенную сторону лишь в том случае, если наряду с беспорядочным движением электроны участвуют в упорядоченном движении заряженных частиц (рис. 2.2). В этом случае говорят, что в проводнике устанавливается электрический ток.
Электрический ток возникает не только при упорядоченном движении свободных электронов в металле, но и при упорядоченном движении положительных и отрицательных ионов в водных растворах и расплавах электролитов (солей, кислот, щелочей), ионов и электронов в газах, при падении заряженных капель дождя, при движении заряженного эбонитового стержня и т. д.
Однако если перемещать нейтральное в целом тело, то, несмотря на упорядоченное движение огромного числа электронов и атомных ядер, электрический ток не возникнет, так как полный (суммарный) заряд, переносимый через любое сечение, будет равен нулю. Электрический ток существует лишь в том случае, когда имеет место движение нескомпенсированного (избыточного) положительного или отрицательного заряда.
Следует ясно себе представлять, что такое упорядоченное движение заряженных частиц. При упорядоченном движении заряженные частицы могут участвовать и в тепловом движении, т. е. двигаться хаотически. На беспорядочные смещения частиц накладываются перемещения в каком-либо определенном направлении. Грубо упорядоченное движение заряженных частиц можно уподобить облаку беспорядочно толкущейся мошкары, которое перемещается в определенном направлении под действием ветра.
Направление электрического тока
Электрическому току приписывают определенное направление. За направление тока принимают направление движения положительно заряженных частиц. Поэтому если ток образован движением отрицательно заряженных частиц, то направление тока считают противоположным направлению движения частиц. Такой выбор направления тока не очень удачен, так как в большинстве случаев ток представляет собой движение электронов — отрицательно заряженных частиц. Выбор направления тока был сделан в то время, когда о свободных электронах в металлах еще ничего не знали.
Действия тока
Движение заряженных частиц в проводнике мы не видим. Однако о наличии электрического тока можно судить по различным явлениям, которые вызывает электрический ток. Такие явления называются действиями электрического тока.
Во-первых, проводник, по которому течет ток, нагревается. Это тепловое действие тока. Именно благодаря тепловому действию тока происходит нагрев спирали в электроплитке, утюге, раскаляется добела вольфрамовая нить в электрической лампочке. Однако соединительные провода в электрических цепях почти не нагреваются током. Причина этого будет объяснена в § 2.9.
Во-вторых, электрический ток может изменять химический состав проводника. Это химическое действие тока. Например, при прохождении тока через раствор медного купороса из раствора выделяется медь, а при прохождении тока через подкисленную воду она разлагается на водород и кислород.
В-третьих, ток оказывает магнитное действие. Расположенная вдоль проводника с током магнитная стрелка поворачивается перпендикулярно проводнику (рис. 2.3) (это впервые было обнаружено датским физиком X. Эрстедом в 1820 г.). Если изолированную проволоку намотать на железный гвоздь, то он становится магнитом и притягивает железные опилки (рис. 2.4). Магнитное действие тока лежит в основе работы электрических двигателей, генераторов, трансформаторов, электрических измерительных приборов и т. д.
Магнитное действие тока в отличие от теплового и химического действия является основным, так как оно сопровождает ток всегда, без каких-либо исключений. Химическое действие имеет место лишь при прохождении тока через растворы или расплавы электролитов, а нагревание током отсутствует при прохождении его через сверхпроводники (см. § 2.6).
Электрический ток. Источники электрического тока.
Электрический ток – направленное, упорядоченное движение заряженных частиц. Для существования электрического тока необходимы следующие условия: Наличие свободных электрических зарядов в проводнике; Наличие внешнего электрического поля для проводника.
Сравни опыты, проводимые на рисунках. Что общего и чем отличаются опыты? Источник тока — это устройство, в котором происходит преобразование какого-либо вида энергии в электрическую энергию. Устройства, разделяющие заряды, т.е. создающие электрическое поле, называют источниками тока .
Механический источник тока — механическая энергия преобразуется в электрическую энергию. До конца XVIII века все технические источники тока были основаны на электризации трением. Наиболее эффективным из этих источников стала электрофорная машина (диски машины приводятся во вращение в противоположных направлениях. В результате трения щеток о диски на кондукторах машины накапливаются заряды противоположного знака) Электрофорная машина
Тепловой источник тока — внутренняя энергия преобразуется в электрическую энергию Термопара Термоэлемент (термопара) — две проволоки из разных металлов необходимо спаять с одного края, затем нагреть место спая, то в них возникает ток. Заряды разделяются при нагревании спая. Термоэлементы применяются в термодатчиках и на геотермальных электростанциях в качестве датчика температуры. Термоэлемент
Энергия света c помощью солнечных батарей преобразуется в электрическую энергию. Солнечная батарея Фотоэлемент. При освещении некоторых веществ светом в них появляется ток, световая энергия превращается в электрическую. В данном приборе заряды разделяются под действием света. Из фотоэлементов составлены солнечные батареи. Применяются в солнечных батареях, световых датчиках, калькуляторах, видеокамерах. Фотоэлемент
Первый электрический элемент появился в 1796 году. Его изобрел итальянский физик Алессандро Вольта (1745 — 1827) — итальянский физик, химик и физиолог, изобретатель источника постоянного электрического тока. Л.Гальвани (1737-1798),итальянский физик и ффизиолог,один из основателей электрофизики и и учения об электричестве. Гальванический элемент
Устройство гальванического элемента Гальванический элемент- химический источник тока, в котором электрическая энергия вырабатывается в результате прямого преобразования химической энергии окислительно-восстановительной реакции.
Из нескольких гальванических элементов можно составить батарею .
Батарея (элемент питания) — обиходное название источника электричества для автономного питания портативного устройства. Может представлять собой одиночный гальванический элемент или их соединение в батарею для увеличения напряжения.
Источники тока прошлого века…
Аккумулятор — химический источник тока многоразового действия. Если поместить в раствор соли два угольных электрода, то гальванометр не показывает наличие тока. Если же аккумулятор предварительно зарядить, то его можно использовать в качестве самостоятельного источника тока. Существуют различные типы аккумуляторов: кислотные и щелочные. В них заряды разделяются также в результате химических реакций. Аккумулятор. Электрические аккумуляторы используются для накопления энергии и автономного питания различных потребителей.
Аккумулятор (от лат. accumulator — собиратель) — устройство для накопления энергии с целью ее последующего использования.
Электромеханический генератор. Заряды разделяются путем совершения механической работы. Применяется для производства промышленной электроэнергии. Электромеханический генератор Генератор (от лат. generator — производитель) — устройство, аппарат или машина, производящая какой-либо продукт.
Герметичные малогабаритные аккумуляторы (ГМА). ГМА используются для малогабаритных потребителей электрической энергии (телефонные радио-трубки, переносные радиоприемники, электронные часы, измерительные приборы, сотовые телефоны и др.).
Что называют электрическим током? (Электрическим током называется упорядоченное движение заряженных частиц.) 2. Что может заставить заряженные частицы упорядоченно двигаться? (Электрическое поле.) 3. Как можно создать электрическое поле? (С помощью электризации.) 4. Можно ли искру, возникшую в электрофорной машине, назвать электрическим током? (Да, так как имеет место кратковременное упорядоченное движение заряженных частиц?) Закрепление материала. Вопросы:
Что является положительным и отрицательным полюсами источника тока? Какие источники тока вы знаете? Возникает ли электрический ток при заземлении заряженного металлического шарика? 8. Движутся ли заряженные частицы в проводнике, когда по нему идет ток? Закрепление материала. Вопросы:
Тема урока: Электрический ток. Источники тока
Данная презентация предназначена при изучении темы "Электрический ток".
Просмотр содержимого документа
«Тема урока: Электрический ток. Источники тока»
Электрический ток.
Источники электрического тока
Выяснить, что такое электрический ток .
- Как образуется электрический ток.
2. Дать определение электрическому току.
3. Источники электрического тока.
потребитель
1. Что делает ток?
2. Что может перемещаться в проводах, которые соединяют источники и потребители?
3. Что имеется в телах, особенно в твердых?
Вывод: в телах есть электроны, которые могут передвигаться, это движение объясняется различными электрическими явлениями. Кроме электронов, есть ионы. Следовательно, в проводниках могут перемещаться различные заряженные чатицы.
Электрический ток – упорядоченное или направленное движение заряженных частиц.
Заряды при движении совершают работу.
Чтобы получить ЭТ в проводнике, надо создать в нем ЭП.
Сила, с которой ЭП действует на внесенный электрический заряд, называется электрической силой.
Что нужно сделать чтобы, ЭТ в проводнике существовал длительное время?
Ответ: Чтобы ЭТ существовал длительное время нужно постоянное ЭП, которое создается и поддерживается ИТ.
ИТ совершает работу по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц.
Разделенные частицы накапливаются на полюсах ИТ, один полюс заряжен «+», второй полюс – «-».
Если полюса ИТ соединить проводами, то под действием ЭП свободные заряженные частицы в проводнике начнут двигаться в определенном направлении, возникает ЭТ.
Превращение механической энергии в электрическую, в результате трения.
Превращение внутренней энергии в электрическую, в результате нагревания.
Превращение света в электрическую, в результате потери отрицательного электрического заряда.
Превращение внутренней энергии в электрическую, в результате химической реакции.
металлическая крышка
Превращение внутренней энергии в электрическую, в результате химической реакции.
Превращение механической энергии в электрическую.
Классификация источников тока
Источник тока
Способ разделения зарядов
Применение
Совершение механической работы
Производство промышленной эл. энерг.
Закрепление материала. Вопросы:
- Что называют электрическим током?
(Электрическим током называется упорядоченное движение заряженных частиц.)
2. Что может заставить заряженные частицы упорядоченно двигаться?
(Электрическое поле.)
3. Как можно создать электрическое поле?
(С помощью электризации.)
4. Можно ли искру, возникшую в электрофорной машине, назвать электрическим током?
(Да, так как имеет место кратковременное упорядоченное движение заряженных частиц?)
. Вопросы для закрепления на дом:
5. Что является положительным и отрицательным полюсами источника тока?
6. Какие источники тока вы знаете?
7. Возникает ли электрический ток при заземлении заряженного металлического шарика?
8. Движутся ли заряженные частицы в проводнике, когда по нему идет ток?
Домашний проект. Сделай батарейку.
Для опыта тебе понадобится:
Прочное бумажное полотенце; пищевая фольга; ножницы; медные монеты; поваренная соль; вода; два изолированных медных провода; маленькая лампочка (1,5 В).
Твои действия:
- Раствори в воде немного соли;
- Нарежь аккуратно бумажное полотенце и фольгу на квадратики чуть крупнее монет;
- Намочи бумажные квадратики в солёной воде;
- Положи друг на друга стопкой: медную монету, кусочек фольги, снова монету, и так далее несколько раз. Сверху стопки должна быть бумага, внизу – монета.
- Защищённый конец одного провода подсунь под стопку, второй конец присоедини к лампочке. Один конец второго провода положи на стопку сверху, второй тоже присоедини к лампочке. Что получилось?
Домашний проект. Выяснить, что будет с лампочкой.
Возьмите картофелину, лимон или яблоко и воткните в них медную и цинковую пластинки. Затем подсоедините к этим пластинкам 1,5В лампочку. Что у вас получится?