Тема № 8: Законы постоянного тока

Тема № 8: Законы постоянного тока

Тема урока № 1/35: Электрический ток. Закон Ома. Д/з § 104-108

1. Электрический ток - это направленное движение заряженных частиц.

q _{свободные} (ионы, ℮ )

Условия существования тока

Δ

Действия тока

Тепловое химическое магнитное

+ N S

Сила тока [I] равна отношению заряда Δq, переносимого через поперечное сечение проводника за интервал времени Δt, к этому интервалу времени.
[I]=[A] I скаляр. +

- скорость упорядоченного движения ℮

S (- мала ≈мм/с; - _поля =3∙10⁸ м/с)

Δℓ

I=

2. Электрический ток в металлах

Мандельштам и Папалекси ( 1913г)

Стюарт и Толмен (1916г)

Г по направлению тока - q < 0

по - это электрон

3.Закон Ома.

I I ~ U → I =

R - сопротивление ( свойство проводника влиять на ток в цепи)

[R]=[]

Но R ≠ f(U, I) ,

где - удельное сопротивление при длине проводника ℓ = 1 м и поперечном сечении S = 1м² [ρ] = [Ом∙м]

I R R

U I U

4. Зависимость сопротивления от температуры R(t). Сверхпроводимость.

R=f (ρ,ℓ,S,t)

R=R₀(1+αt), ρ = ρ₀(1+αt), где

α- температурный коэффициент сопротивления

для металлов α > 0, для электролитов α < 0

для чистых металлов α = 1/273

R - сверхпроводимость (Камерлинг-Оннес-голл.1911г)

Hq объяснение -Ландау -1957г)

T Применение: получение I, м. полей,

передача тока без Q потерь.

Вопросы для закрепления.

1.Что называется электрическим током?

2.Какое направление имеет ток?

3.Какие условия необходимы для существования тока?

4. Что называют силой тока? Какая формула отражает смысл этого выражения?

5.Дайте определение единицы силы тока в СИ.

6.Чему равна средняя скорость упорядоченного движения электронов?

7.Какую скорость имеют в виду, когда говорят о скорости распространения тока?

8.Как записывают и формулируют закон для участка цепи?

9.Что называют сопротивлением? Формула сопротивления. Единица измерения сопротивления.

10.Что характеризует удельное сопротивление проводника? Какова единица измерения?

11. Что называется напряжением? Единицы измерения напряжения?

12. Как зависит сопротивление проводника от температуры? Как эта зависимость объясняется с точки зрения электронной теории?

13.Напишите формулу зависимости сопротивления и удельного сопротивления проводника от температуры.

14. В чем заключается явление сверхпроводимости?

15.Каковы основные трудности использования сверхпроводимости на практике?

Задача №1. Чему равно общее сопротивление электрической цепи, если сопротивления: R₁= R₂ = 15 Ом, R₃ = R₄ = 25 Ом?

R₁ R₃

R₂ R₄

Дано:

R₁ = R₂ = 15 Ом R₅ = Ом

R₃ = R₄= 25 Ом

R_общ -? R₆ = Ом

R_общ= R₅ +R₆ = + = 20 Ом

Задача №2. Определите общее сопротивление электрической цепи, если сопротивления резисторов R₁ =8 Ом, R₂ =2 Ом, R₃ =4Ом, R₄ = 6 Ом.

R₁ R₂

R₃ R₄

Дано:

R₁ =8 Ом R₁+ R₂= R₅=8+2=10 Ом

R₂ =2 Ом R₃+ R₄= R₆=4+6=10 Ом

R₃ =4 Ом + = R _общ= 5Ом

R₄ = 6 Ом

R _общ- ?

Тема урока № 2/36: Закон Ома для замкнутой цепи Д/з § 107-110

1.Соединение проводников

Последовательное 1.I₁ = I₂ =I (закон сохр. энергии)

А R₁ R₂ 2. U=U₁ +U₂ I∙R= I∙R₁+ I∙R₂

V₁ V₂ 3. U₁ = I₁∙R₁

V U₂ = I₂∙R₂ R= R₁+ R₂

U = I∙R

Параллельное соединение 1. U₁ = U₂ = U

A А₁ R₁ 2. I₁ + I₂ = I

A₂ R₂ 3. I₁= +

V I₂=

I =

4.

2. Работа, мощность, количество теплоты

U= A/q

A = Uq = U∙I∙t = I²Rt = U²t/R

Если проводник неподвижен, то А =Q - Закон Джоуля - Ленца

[А,Q] = [Дж = В∙А∙с = А²∙Ом∙с =В²с/Ом]

Р = А/t = I∙U = I²R =U²/R

[P] = [ Вт =Дж/с = А∙В = А²∙Ом =В²/Ом]

3. Э.Д.С. источника тока

- светится

А А - стрелка отклоняется за счет чего?

Q выделяется

+ - + -

Кратковременный ток (пока есть Δ ) сторонние силы

Источники тока

Химические(аккумуляторы) Термопара(внутренняя энергия ) Механическая

ε = [ε]=[В] ε =Δ =U на полюсах разомкнутого источника тока

ε - скаляр

4. Закон Ома для полной цепи

I ε r ε = A_ст= ε∙q = ε∙I∙t

R ε∙I∙t =I²Rt + I²rt

I

ε =IR +Ir I= ε=U+Ir

r ε₁ r₂ ε₁ r₃ ε₃ ε₁ ε₂ ε₃

I = I =

Вопросы для закрепления.

1.Запишите законы параллельного соединения проводников.

2.Запишите законы последовательного соединения проводников.

3.Каким прибором измеряют силу тока? И как его включают в электрическую цепь?

4.каким прибором измеряют напряжение и как его включают в электрическую цепь?

5.Напишите формулу для определения работы постоянного тока. Какова единица измерения работы? Каким прибором можно измерить работу?

6. Запишите закон Джоуля-Ленца.

7.Напишите формулу мощности постоянного тока. Какова единица измерения мощности? Каким прибором можно измерить мощность?

8.Каково назначение источников тока?

Что называют сторонними силами? Какова природа сторонних сил?

9.Что называют ЭДС источника тока? Каков физический смысл ЭДС? В каких единицах ее выражают?

10.Чему равна ЭДС нескольких последовательно соединенных источников тока? Чему равно общее сопротивление в этом случае?

11. Чему равна ЭДС нескольких параллельно соединенных источников тока? Чему равно внутреннее сопротивление в этом случае?

Задача №1. Определите силу тока и падение напряжения на проводнике R₁ электрической цепи, если сопротивление резисторов R₁ - R₃ имеют соответственно следующие значения: R₁ =2 Ом, R₂=4 Ом, R₃= 6 Ом, ЭДС аккумулятора равна 4В и внутреннее сопротивление равно

0,6 Ом

Дано:

R₁ =2 Ом R₄= 2,4 Ом

R₂=4 Ом R₂ R₁

R₃= 6 Ом R_об= 2 + 2,4 = 4,4 Ом

ε =4В R₃

r=0,6

I₁-? U-? I₁=

U₁=I₁R₁=0,8∙2=1,6 B

Задача №2. Определите силу тока в проводнике R₂ , если его сопротивление равно 9 Ом, и падение напряжения в проводнике R₁ при его сопротивлении 6 Ом, если ЭДС источника тока равно 2 В, а его внутреннее сопротивление равно 0,4 Ом.

Дано:

R₁= 6 Ом R₁

R₂= 9 Ом I₁=

ε=2В R₂

r=0,4 Ом R _общ=3,6 Ом

I₂ -? U₂-?

U = I∙R_общ =0,5∙3,6=1,8 B

U₁=U₂=U=1,8 B

I₂=U₂/R₂=0,2A

Урок № 4,5/38,39 Лабораторная работа №5

Тема: «Определение Э.Д.С. и внутреннее сопротивление источника тока»

Цель: Опытным путем определить электродвижущую силу и внутреннее сопротивление источника электрической энергии.

Оборудование: Источник электрической энергии; реостат на 6-10 Ом; амперметр; вольтметр; ключ; соединительные провода.

Источник электрической энергии

U

(B)

I

(A)

U

(B)

I

(A)

Э.Д.С.

(В)

Внутреннее сопротивление

V

К

ε

A

Порядок выполнения работы:

1.Определить цену деления шкалы измерительных приборов.

2.Составить электрическую цепь по схеме, изображенной на рис.

3.После проверки цепи преподавателем замкнуть ключ и пользуясь реостатом, установить силу тока, соответствующую нескольким делениям шкалы амперметра.

4.Опыт повторить 2 раза, изменяя сопротивление цепи при помощи реостата.

5.Результаты измерений подставить в уравнение ε= U+ Ir, и решая систему уравнений ε= U₁+ I₁ r U₁+ I₁ r = U₂+ I₂ r , находим

ε= U₂+ I₂ r r= (U₁-U₂)/(I₂-I₁), а затем находим ε, подставив « r» в одно из уравнений.

Контрольные вопросы:

1. Какова физическая суть электрического сопротивления?

2. Какова роль источника тока в электрической цепи?

3. Каков физический смысл Э.Д.С.? Дать определение вольту.

4. От чего зависит напряжение на зажимах источника тока?

5.Пользуясь результатами произведенных измерений, определить сопротивление внешней цепи.

Урок № 6,7/ 40,41 Лабораторная работа №6

Тема: «Определение удельного сопротивления проводника»

Цель: Исследовать зависимость сопротивления проводника от его длины и площади поперечного сечения.

Оборудование: Источник тока; амперметр; вольтметр; реостат; соединительные провода; измерительная линейка; микрометр.

Ток

I (A)

Напряжение

U (B)

Сопротивление

R (Ом)

Площадь S(м²) поперечного сечения

Длина L(м) проводника

Удельное сопротивл.

ρ (Ом∙м)

ε

А

V

Порядок выполнения работы:

1.Определить цену деления шкалы измерительных приборов.

2.Составить электрическую цепь по схеме, изображенной на рис.

3.После проверки цепи преподавателем пользуясь реостатом, установить силу тока, соответствующую нескольким делениям шкалы амперметра и вольтметра.

4. Замерить линейкой расстояние на реостате по которому проходит электрический ток.

5.Опыт повторить 2 раза, измеряя расстояние реостата.

6.По закону Ома рассчитываем сопротивление проводника R, по которому проходит ток.

7. Диаметр d проводника определяют так: на реостате подсчитывают количество витков, приходящихся на 1 см, а затем 1см делят на количество витков.

8.По формуле S=πd²/4 рассчитать площадь поперечного сечения проводника.

9.Чтобы узнать длину провода, намотанного на реостате, нужно знать длину одного витка L = πD, и умножить на число витков: L = πDn.

10.Рассчитав все данные, подставляем в формулу ρ= RS/L ,определяем

удельное сопротивление проводника реостата.

Контрольные вопросы:

1.Каков провод лучше применять для электрических нагревательных приборов?

2.Почему может перегореть спираль электрической плитки, если часть ее спирали будет соприкасаться с дном алюминиевой кастрюли?

3.Какова может быть максимальная температура никелевой спирали электрического нагревателя, опущенного в стакан с водой, если нагреватель включить в сеть?

4.Что произойдет со спиралью электронагревателя, если прибор вынуть из воды и оставить на некоторое время?

Урок № 8,9/42,43 Лабораторная работа №7

Тема: «Исследование мощности потребляемой лампой, от напряжения на ее зажимах»

Цель: Исследовать зависимость мощности, потребляемой лампой от напряжения на ее зажимах.

Оборудование: источник тока, низковольтная лампа на подставке, амперметр, вольтметр, ключ, соединительные провода, реостат.

№ опыта

Сила тока I (А)

Напряжение V (В)

Мощность Р (Вт)

A

Л

V

Порядок выполнения работы:

1. Определить цену деления шкалы измерительных приборов.

2.Составить электрическую цепь по схеме, изображенной на рис.

3.После проверки цепи преподавателем пользуясь реостатом, установить силу тока, соответствующую нескольким делениям шкалы амперметра и вольтметра.

4.Вычислить мощность по формуле Р = U∙I

Контрольные вопросы:

1.почему нить электролампы сильно нагревается, а проводящие провода остаются холодными?

2.Какой длины надо взять нихромовый проводник диаметром 0,5 мм, чтобы изготовить электрокамин, работающий при напряжении 120 В и дающий 1 МДж теплоты в час?

3.На электроплитку мощностью 600 Вт поставили кастрюлю, вмещающую 1 л воды и 0,5 кг льда при 0⁰С. Через сколько времени температура воды в кастрюле поднимется до 60⁰С, если к.п.д. плитки 80%