Урок семинар по электротехнике

Урок семинар по электротехнике

Тема урока «Электричество и его применение»

Цели:

1. Дать понятие основных определений

2.Рассмотреть применение электрической энергии на примерах

3. Рассмотреть и запомнить ученых, внесших вклад в развитие электричества

4. Закрепить полученные знания

План урока:

1.Введение -5 мин

2. Электричество- 10 мин

3.Электрические цепи - 10 мин

4.Электросвязь - 10 мин

5.Изоляторы - 10 мин

6.Электроснабжение - 10 мин

7.Электрическое сопротивление - 10 мин

8. Электростанции - 5 мин

9.Итог урока -2 мин

Ход урока:

1.Введение

Электрическая энергия широко применяется во всех областях промышленности сельского хозяйства связи транспорта автоматики вычислительной техники электроники радиотехники и в быту.

Электрическая энергия обладает весьма ценными свойствами :

1.Электрическая энергия -универсальна ,т.е. она легко преобразуется в другие виды энергии(тепловую механическую химическую ядерную и др.)В свою очередь другие виды энергии преобразуются в электрическую.

2.Электрическая энергия передается на большие расстояния с небольшими потерями. В настоящее время действуют линии передачи электрической энергии протяженностью тысячи километров.

3.Электрическая энергия легко дробится и распределяется по потребителям любой мощности ( от десятков тысячи киловатт до долей ватта)

4.Электрическая энергия легко регулируется (реостаты и др) и контролируются (счетчики и другие электроизмерительные приборы)

Электротехника легла в основу развития многих отраслей : медицины , биологии , астрономии, геологии, математики и др .

Важную роль в развитии электротехники сыграли российские ученые :

М.В. ЛОМОНОСОВ впервые объяснил электрическую сущность грозовых явлений ;

В. В. ПЕТРОВ сконструировал батарею химических источников электрической энергии и открыл явление электрической дуги ;

П.Л. ШИЛЛИНГ сконструировал электромагнитный

телеграфный аппарат;

Э.Х.ЛЕНЦ открыл закон теплового действия электрического тока и закон ( правило Ленца ) , определяющий направление индуктированного тока;

Б.С.ЯКОБИ первый сконструировал электродвигатель постоянного тока;

А.Г.СТОЛЕТОВ открыл явление фотоэффекта и установил зависимость намагничивания ферромагнитного вещества от намагничивающей силы ( кривые намагничивания );

П.Н.ЯБЛОЧКОВ изобрел электроосветительный прибор - свечу Яблочкова и осуществил идею трансформирования переменного тока;

А.Н.ЛАДЫГИН создал электрическую лампочку накаливания ;

И.Ф.УСАГИН сконструировал первый мощный

трансформатор переменного тока;

М О. ДОЛИВО - ДОБРОВОЛЬСКИЙ изобрел трехфазный генератор , трансформатор, асинхронный двигатель (потребитель ) и впервые осуществил передачу электрической энергии на расстояние трехфазным током ;

А.С . ПОПОВ осуществил впервые радиосвязь и положил начало развитию радиотехники;

А.Т.БОЛОТОВ положил начало применению электричества в медицине (электротерапия);

Ф.А. ПИРОЦКИЙ претворил в жизнь идею передачи электроэнергии на расстояние;

Д.А.ЛАЧИНОВ дал теоретическое обоснование и основы расчета линий электропередачи ;

Н.Г.СЛАВЯНОВ положил начало промышленной

электротермии ;

Н.А.УМОВ написал ряд научных работ , содействовавших развитию учения об электромагнетизме ;

П.Н.ЛЕБЕДЕВ впервые установил явление давления света и этим способствовал утверждению электромагнитной теории света .

Электрификацией называют широкое применение электрической энергии.

Этапы развития электроэнергетики и электрификации России можно иллюстрировать следующими датами :

1919. г.- принято решение о строительстве Каширской ГРЭС на подмосковном угле;

1920. г.- VI11 Всероссийский съезд Советов утвердил план ГОЭЛРО ;

1922 г.- Вступила в эксплуатацию первая в России линия электропередачи при напряжении 110 кВ ( Ленинград - Свирь);

1932. г.- начала работать Днепропетровская ГЭС ;

1933 г.- введена в эксплуатацию первая линия электропередачи при напряжении 220 кВ ( Ленинград - Свирь) 1954 г.- построена первая в мире атомная электростанция в г.Обнинске;

1956 г.- введена в эксплуатацию линия электропередач при напряжении 400 кВ;

1959 г.- введена первая в мире линия электропередач при напряжении

1962 г.- сооружена передача постоянного тока при напряжении 800 кВ ( Волгоград -Донбасс);

1967 г.- начата эксплуатация электропередачи переменного тока при напряжении 750 Кв (Канаково - Москва);

1973 г.- построена атомная электростанция на быстрых нейтронах (г. Шевченко);

1976 г.- построена первая очередь крупнейшей в мире атомной электростанции (2 блока по 1000 МВт).

2.Электричество

Электричество - особая форма энергии, образующая при движении заряженных частиц. В настоящее время электричество- основной источник энергии.

Любое вещество- от бумаги, на которой напечатана эта книга, до воздуха, которым мы дышим,- состоит из очень маленьких частиц, называемых атомами. В каждом атоме есть положительно заряженное ядро. Ядро атома состоит из частиц 2 типов: положительно заряженных протонов и не имеющих заряда нейтронов. Вокруг ядра на больших скоростях вращаются мельчайшие отрицательно заряженные частицы- электроны.

Как правило, число электронов в веществе равно числу протонов. Отрицательный заряд электронов компенсирует положительный заряд протонов, и тело остается нейтральным. Тело, в котором не хватает электронов, будет заряжено положительно и станет притягивать отрицательно заряженные электроны. В отрицательно заряженном теле присутствует избыток электронов, и оно готово передать дополнительный заряд положительно заряженному телу.

3.Электрические цепи

Электрическая цепь - это путь, по которому течет ток. Цепи состоят из различных элементов, соединенных друг с другом в определенном порядке.

Электрическая цепь - это совокупность устройств для передачи и распределения электроэнергии от ее источников к потреби­телям. Ток проходит по проводам, и каждый элемент цепи по-своему воздействует на него.

Для того чтобы электрический ток проте­кал постоянно, нужно создать путь, по кото­рому он потечет. Для этого необходимы: ис­точник тока, проводник и потребитель тока.

В отключенном от цепи куске провода сво­бодные электроны движутся беспорядочно. Электрического тока не наблюдается, по­скольку для этого требуется преобладающее движение электронов от одного конца прово­да к другому. Положение изменится, если концы провода соединить с полюсами галь­ванического элемента - батарейки.

В результате химической реакции, проис­ходящей в источнике питания, на одном его выводе, или полюсе, скапливается избыток электронов. Этот полюс отрицательный. На другом полюсе - положительном - их не хватает. Если соединить полюса проводом, отрицательный полюс источника будет отда­вать лишние электроны в провод. Поскольку одноименные заряды отталкиваются, то сво­бодные электроны в проводе будут двигаться от конца, соединенного с отрицательным по­люсом, к концу провода, соединенного с по­ложительным полюсом. Там электроны сте­кают в батарейку и компенсируют недоста­ток электронов на ее положительном полюсе. Иначе говоря, по проводу начинает течь ток.

Способность источника питания перено­сить электроны по цепи называется его электродвижущей силой (эдс) и измеряется в вольтах.

4.Электросвязь

Электрические сигналы, преобразованные в звуки и изображения, могут передавать любую информа­цию на большие расстояния.

Специальные приборы преобразуют звуки и изображения в электрические сигналы и пересылают их на любое расстояние, где с помощью других приборов их вновь превра­щают в звуки и изображения. Электросвязь помогает пересылать информацию в виде электрических сигналов из одного места в другое. Это может быть телевизионное изображение, голос радиоведущего или дан­ные компьютера. В любом случае информа­ция закодирована в электрическом сигнале.

Первым электрическим средством связи стал телеграф. В 1774 г. Жорж Лесаж проде­монстрировал, как соединенные со стержнем электроскопа легкие высушенные ягоды бу­зины подпрыгивали, когда электроскоп со­единяли проводом с заряженным телом. Хо­тя этот опыт показал, что электрические сиг­налы можно посылать по проводам, практи­ческого применения для передачи сигнала подобный телеграф не получил.

Следующий шаг к созданию электрическо­го телеграфа был сделан в 1810 г., когда Андре Мари Ампер изобрел ампер­метр. Этот прибор имел стрелку, кото­рая отклонялась при появлении в проводе тока.

В 1837 г. английские изобретатели Уильям Кук и Чарлз Уитстон приду­мали устройство телеграфа с 5 проводными линиями и 5 подвижными иглами, с помощью которого можно было передавать буквы и цифры.

В том же 1837 г. Сэмюэл Морзе запатен­товал простую систему телеграфа.

Радиовещание.

Когда ведущий произносит свое сообщение, мембрана микрофона колеблется в такт колебаниям воздуха, или звуковым волнам, от его голоса и преобразует их в электрический сигнал в виде переменного тока, совпадающего по форме со зву­ком голоса. Звуковой сигнал поступает на передатчик, где смешивается с другим сигналом, частота которого составляет тысячи или миллионы герц и называется несущей. В результате получается модулированный сигнал, который с помощью антенны превращается в радиоволну, распространяющуюся в пространстве. Прием­ник, который настроен на частоту станции, улавливает радиоволну и превращает ее обратно в электрический сигнал. Электронное устройство усиливает сигнал, а в громкоговорителе он преобразуется в звуковые волны.

5.Изоляторы

Изоляторы не проводят электрического тока ,но играют важную роль в электрических цепях и обеспечивают безопасность передачи электроэнергии на расстояние.

Хороший диэлектрик - это очень плохой проводник электричества. В нем нет свободных электронов или, во всяком случае, их там слишком мало, чтобы при приложении напряжения к ма­териалу в нем возник ток.

Тела, изготовленные из диэлек­триков называют изоляторами. Резина - один из лучших диэлект­риков. Хорошими электроизоляционными свойствами обладают стекло, пластмас­сы, фаянс и другие виды керамики. Прекрасными изоляторами являются жидкости, кроме воды, воздух и другие газы, а также вакуум. В куске электрического провода метал­лические жилы разделяют слоем пласти­ка, чтобы предотвратить короткое за­мыкание, которое может стать причи­ной пожара. Провод покрыт еще од­ним слоем изоляции, защищающим человека от удара током. Провода, используемые для соленоидов и обмоток трансформаторов и электрома­шин, покрывают тонким изолирующим сло­ем эмали или лака. Изоляция предохраняет соседние витки от замыканий. Мощные стеклянные и керамические изоляторы исполь­зуются на высоковольтных линиях электро­передач. На них подвешивают провода, что­бы не допустить пробоя на опоры.

Следует помнить, что при определенных условиях у одного и того же вещества спо­собность проводить электричество может как пропадать, так и усиливаться. Например, во время грозы воздух между грозовыми тучами становится хорошим проводником.

6.Электроснабжение

Система электроснабжения переносит энергию от электростанций, где она вырабатывается, в дома и на предприятия, где ее используют.

Сеть линий электропередач и кабелей по которым энергия поступает к потребителям, называется энергетической системой данного района или целой страны. Обычно в систему поступает энергия, вырабатывае­мая тепловыми станциями в районах место­рождений угля, на атомных станциях в мало­населенных районах и на гидроэлектростан­циях, расположенных в горах. Эта же сеть снабжает энергией потребителей, которые зачастую находятся далеко от мест, где элек­троэнергия производится.

СНИЖЕНИЕ ПОТЕРЬ ЭНЕРГИИ

Когда по проводнику течет ток, проводник нагревается, и часть электроэнергии теряет­ся, превращаясь в бесполезную теплоту. Эти потери резко возрастают с увеличением тока. Если ток увеличится в 2 раза, то выделяемая им теплота - в 4. Следовательно, и потери энергии станут 4-кратными. Поскольку элек­тричество приходится передавать по прово­дам и кабелям на расстояния в сотни кило­метров и на всем их протяжении теряется энергия, то разумно сделать так, чтобы ток был минимальным и соответственно были минимальными потери.

К счастью, значение мощности, передавае­мой по проводам, можно увеличить, подняв значения как тока, так и напряжения. На длинных линиях электропередач, чтобы уменьшить потери, используют очень высо­кие напряжения при относительно неболь­ших токах.

Трансформаторные подстанции

Поступающее по кабелям напряжение необ­ходимо преобразовать в такое, которым поль­зуется потребитель. Для этого используют трансформаторы. Напряжение постоянного тока трансформаторы менять не могут.

Простейший трансформатор состоит из 2 катушек, намотанных на общий сердечник из мягкого железа. Ток от источника посту­пает на одну катушку (первичная обмотка). Ток, текущий по обмотке, создает магнитное поле, которое меняется в соответствии с из­менением значения и направления тока.

Магнитное поле целиком сосредоточено в железном сердечнике и проходит через другую катушку (вторичная обмотка). Пере­менное магнитное поле возбуждает в ее вит­ках переменное напряжение, которое с выво­дов обмотки поступает в цепь потребителя.

Выходное напряжение зависит от входного напряжения и числа витков в обмотках. Если во вторичной обмотке в 2 раза больше витков, чем в первичной, то напряжение на выходе трансформатора удваивается.

Повышающие трансформаторы на элект­ростанциях увеличивают напряжение, выра­батываемое генератором с нескольких тысяч вольт до 100-400 тысяч вольт (и даже вы­ше), и электричество поступает в энерго­систему.

7. Электрическое сопротивление

Электрическое сопротивление - это свойство материалов препятствовать прохождению электрического тока. Резисторы обеспечивают в цепи заданное сопротивление.

Способность проводника ограничивать 'силу тока в цепи называют электриче­ским сопротивлением. Сопротивление пока­зывает, насколько электрическая цепь или ее компоненты препятствуют движению элек­тронов. Атомы захватывают электроны, тор­мозят их и способствуют превращению электрической энергии в тепловую,а иногда в световое излучение.

На электрическое сопротивление проводника влияют его длина и размер поперечного сечения. Чем толще провод, тем легче преодолевает его ток. Дело в том, что в большем по размеру поперечном сече­нии имеется больше свободных электронов, способных участвовать в переносе заряда.

Сопротивление провода растет с увеличе­нием его длины. Это вызвано тем, что на пу­ти свободных электронов встречается боль­ше атомов, тормозящих движение. Поэтому, чтобы снизить потери энергии на преодоле­ние сопротивления, инженеры-электрики ис­пользуют как можно более короткие провода для соединения элементов.

Для ограничения тока на определенном участке цепи используются резисторы - компоненты, уменьшающие ток. С их помо­щью защищают от перегрузки чувствитель­ные к нагреву элементы схемы.

Резисторы, чье сопротивление зависит от температуры, называют термисторами. Их часто применяют в электронных приборах для измерения температуры. Резисторы, чув­ствительные к свету, использую для измерения интенсивности излучения.

Значение постоянных резисторов указывается с помо­щью 3 цветных полосок на корпусе. Четвертая полос­ка указывает возможное отклонение сопротивления от номинала у резисторов данного типа.

Сопротивление переменных резисторов, или потенциометров, можно подбирать вруч­ную, вращая рукоятку или передвигая пол­зунок. Потенциометры применяют в устрой­ствах регулировки громкости и тембра в сте­реофонических системах.

ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ

Принятой единицей сопротивления являет­ся ом (Ом); ее назвали так в честь немецкого физика Георга Ома. Сопротивление цепи равно одному ому, если напряжение в один вольт вызывает в ней ток в один ампер.

Закон Ома гласит, что сопротивление цепи равно отношению напряжения к току. Сле­довательно, напряжение в два вольта создаст в цепи с сопротивлением в один ом ток в два ампера. Но то же напряжение создаст ток в один ампер, если сопротивление цепи бу­дет равно двум омам. Можно сформулиро­вать закон Ома по-другому: напряжение рав­но произведению тока в цепи на ее сопротив­ление, или ток равен отношению напряже­ния к сопротивлению.

8.Электростанции

Электрическую энергию производят на электростан­циях, которые в зависимости от вида преобразуемой энергии подразделяют на тепловые, атомные, ветряные.

Основную долю электрической энергии получают на тепловых станциях, где сжигают ископаемое топливо - уголь, газ, нефть. На некоторых источником энергии является ядерное топливо.

ИСКОПАЕМОЕ ТОПЛИВО

Этот вид топлива представляет собой остат­ки животных и растений, населявших Землю миллионы лет назад. Постепенно они покры­вались слоями осадочных отложений и под их толщей за многие миллионы лет превра­тились в ценное топливо.

К ископаемым видам топлива относятся нефть, уголь и природный газ. Все они состо­ят из углерода или углеводородов - соедине­ний углерода с водородом. В топках боль­шинства станций сжигают колоссальные объемы топлива и за счет выделяемой тепло­ты превращают воду в пар. Пар под высоким давлением направляется к турбинам, кото­рые, вращаясь, передают механическое дви­жение валам электрических генераторов.

В газотурбинных установках пар не приме­няется; они работают на раскаленных газах, которые образуются при сжигании природ­ного газа или нефти.

И хотя около 80% вырабатываемой в мире электроэнергии производится на тепловых станциях, у ископаемого топлива есть серь­езные недостатки. Станции выбрасывают в атмосферу много углекислого газа, являющегося причиной глобального потеши Земле. Кроме того, дым станций содержит примеси, которые, растворяясь в атмосферной влаге, выпадают в виде кислотных дождей. И наконец, запасы ископаемого топлива ограничены.

9. Подведение итога урока