Электрический ток физика: Ошибка: 404 Категория не найдена

Содержание

Электрический ток. Источники электрического тока ответы

Изображения обложек учебников приведены на страницах данного сайта исключительно в качестве иллюстративного материала (ст. 1274 п. 1 части четвертой Гражданского кодекса Российской Федерации)

Вид УМК: конспекты

Серия: Краткое содержание параграфов учебника для устного ответа

На данной странице представлено детальное решение задания Электрический ток. Источники электрического тока по физике для учеников 8 классa автор(ы)

Электрический ток. Источники электрического тока

Электрический ток – упорядоченное движение заряженных частиц.

Для осуществления электрического тока нужно:

  • наличие свободных электрических зарядов в проводнике;

  • наличие внешнего электрического поля для проводника.

Чтобы электрический ток в проводнике существовал длительное время, необходимо всё это время поддерживать в нём электрическое поле.

Источник тока – устройство, в котором осуществляется разделение электрических зарядов.

Электрический ток. Источники тока

Постоянный электрический ток – представляет собой направленное движение заряженных частиц. В металлах этими частицами являются электроны, в жидкостях – ионы, в газах – ионы и электроны.

Для существования постоянного тока необходимы условия:

1. Наличие свободных заряженных частиц.

2. Наличие электрического поля.

3. Замкнутая цепь.

Электрический ток, протекая через потребитель, вызывает различные действия:

1. Тепловое.

2. Химическое.

3. Магнитное.

Add

Новыe решебники

© 2021 Copyright. Все права защищены. Правообладатель SIA Ksenokss.
Адрес: 1069, Курземес проспект 106/45, Рига, Латвия.
Тел.: +371 29-851-888 E-mail: [email protected]

Физика 8 класс.

Электрический ток. Сила тока Физика 8 класс. Конспект. Сила тока

Физика 8 класс. Электрический ток. Сила тока. Единицы силы тока. Измерение силы тока



Электрическим током называют упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц.

Чтобы получить электрический ток в проводнике, надо создать в нем электрическое поле. Электрическое поле в проводниках создается и может длительное время поддерживаться

источниками электрического поля.

Источники тока бывают различные, но во всяком из них совершается работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц. Разделенные частицы накапливаются на полюсах источника тока. Так называют места, к которым с помощью клемм или зажимов подсоединяются проводники.

Один полюс источника тока заряжается положительно, а другой – отрицательно. Если полюсы источника соединить проводником, то под действием электрического поля свободные заряженные частицы в проводнике начнут двигаться в определенном направлении, возникнет

электрический ток.

В источниках тока в процессе работы происходит превращение механической, внутренней или какой-либо другой энергии в электрическую.

Примеры источников тока:

гальванический элемент, аккумулятор

Электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника в 1 секунду, определяет силу тока в цепи.

Сила тока равна отношению электрического заряда q, прошедшего через поперечное сечение проводника, ко времени его прохождения

t:

где I – сила тока.

За единицу силы тока принимают силу тока, при которой отрезки параллельных проводников длиной 1 м взаимодействуют с силой 2 · 10 -7 Н. Эту единицу силы тока называют ампером (А).

Применяют также единицы миллиампер (мА), микроампер (мкА) и килоампер (кА).

1 мА = 0,001 А   1мкА = 0,000001 А    1 кА = 1 000 А

Силу тока в цепи измеряют прибором, называемым амперметром.

При измерении силы тока амперметр включают в цепь последовательно

с тем прибором, силу тока в котором измеряют.


Конспект составлен на основании теоретического материала учебника «Физика 8 класс» А.В. Перышкин



Скачать конспект:

Похожие записи:

«Электрический ток» — Физика — Презентации

Просмотр содержимого документа
«»Электрический ток»»

Условия существования электрического тока. Электрический ток в проводниках постоянного тока. Закон Ома для участка цепи. Зависимость сопротивления от температуры

Электрический ток – это направленное (упорядоченное) движение заряженных частиц.

Условия существования электрического тока

  • Наличие свободных заряженных частиц (проводники).
  • Наличие электрического поля, заставляющего двигаться заряженные частицы. ( F = Eq )

Действия тока:

1. Тепловое

2. Химическое

3. Магнитное

Характеристики электрического тока

  • Направление электрического тока.

За направление электрического тока принято направление движения положительно заряженных частиц.

F

F

Е

Характеристики электрического тока

2. Сила тока.

Сила тока – это физическая величина, численно равная отношению заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника за некоторый промежуток времени к значению этого промежутка.

Сила тока

S

[ j ] = A / м 2

Напряжение

Электрическое поле совершает работу, заставляя заряженные частицы перемещаться по проводнику, следовательно оно совершает работу.

Напряжениефизическая величина равная отношению работы поля по перемещению электрического заряда к значению этого заряда.

Зависимость силы тока от напряжения и сопротивления

I

1

I

2

0

U

0

R

Закон Ома для участка цепи

1827 год – Георг Ом

Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорционально его сопротивлению.

Сопротивление

Сопротивление металлов зависит от:

  • Вида металла (различные кристаллические решетки)
  • Длины проводника
  • Площади поперечного сечения проводника

Сопротивление

удельное сопротивление

Зависимость электрического сопротивления от температуры.

Температурный коэффициент характеризует зависимость электрических свойств вещества проводника от температуры.

Единицей измерения температурного(термического) коэффициента сопротивления в СИ является

К -1 .

Сопротивление металлических проводников увеличивается с повышением температуры.

Урок по физике «Электрический ток. Действие тока»

Цель:

  • Сформировать у обучающихся понятия: «электрический ток», «сила тока».
  • Экспериментально установить основные действия тока, выяснить, что скорость упорядоченного движения электронов в металлическом проводнике мала.

Задачи:

  • Образовательные: углубление знаний учащихся по данной теме, формирование понятий «электрический ток», «сила тока», обучение решению качественных и количественных задач.
  • Развивающие: развитие творческих и речевых навыков каждого ученика, развивать умение работать с книгой, делать выводы, наблюдать;
  • Воспитательные: содействие трудовому воспитанию учащихся, формирование умения концентрировать внимание, вести диалог, аргументировано отстаивать свою точку зрения.

Оборудование и материалы: источники тока, штатив, проволочный моток медной проволоки, магнит постоянный, мелкие металлические опилки.

ТСО: компьютер, презентация к уроку, видеоролик («Действия тока»), интерактивная доска.

План урока:

1. Организационный момент (2 мин.)
2. Изучение нового материала (25 мин.)
3. Закрепление, решение задач (15 мин.)
4. Подведение итогов, д/з. (3 мин.)

ХОД УРОКА

Здравствуйте, ребята!

Без электрического тока невозможно представить современную жизнь. Задумайтесь на секунду, что электрический ток отключили по всему городу. Это значит, что ни в одной квартире, ни в одном учреждении не будут гореть лампы дневного света и лампы накаливания, работать компьютеры, компьютерная техника, в столовых поварам будет невозможно приготовить пищу, остановятся трамваи, троллейбусы, будет затруднено движение автобусов и машин. Будут закрыты магазины, банки, остановятся станки на предприятиях, прокатные станы в цехах.
В общем, работа города и его жителей будет парализована. Вот насколько современная цивилизация зависит от электрического тока.
А что понимают под «электрическим током», какими действиями он сопровождается – это сегодня и предстоит нам выяснить на уроке.

Изучение нового материала

1. Электрический ток

Слово «ток» означает движение и течение чего-либо. Например, в реках и водопроводных трубах течет вода, в трубопроводах – нефть или газ, и в этих случаях говорят о токе или потоке воды, нефти или газа.
Что может перемещаться – течь в проводах, соединяющих потребителей электрической энергии с электростанцией?
Мы уже знаем, что в телах имеются электроны, движением которых объясняется различные явления электризации тел. Электроны обладают отрицательным электрическим зарядом. Электрическим зарядом могут обладать и более крупные частицы вещества – ионы. Следовательно, в проводниках могут перемещаться различные свободные заряженные частицы.

Упорядоченное(направленное) движение заряженных частиц называют электрическим током. (Слайд 2)
За направление тока принимают направление движения положительно заряженных частиц. (Так сложилось исторически).
Чтобы в проводнике получить электрический ток, необходимо создать в нем электрическое поле. Электрическое поле в проводниках создается и может длительное время поддерживаться источниками электрического тока.

2. Действия тока

Движения частиц в проводнике мы непосредственно не видим. О наличии электрического тока приходится судить по тем действиям или явлениям, которые его сопровождают.

1) Тепловое действие тока – проводник, по которому течет ток, нагревается. (Исключение – сверхпроводники)

Опыт 1. (штатив, проволочный моток, источник тока. При прохождении по мотку электрического тока, проволока нагревается).

Объясняется тем, что при наличии тока в проводнике усиливается беспорядочное (тепловое) движение молекул, а значит и увеличивается внутренняя энергия проводника.

Внутренняя энергия проводника увеличивается потому, что свободные электроны в металлах или ионы в электролитах, перемещаясь под действием электрического поля, сталкиваются с молекулами или атомами вещества проводника и передают им свою энергию. (Слайд 3. Приборы, работа которых основана на тепловом действии тока).

2) Магнитное действие тока – ток оказывает силовое воздействие на соседние токи и намагниченные тела (проявляется у всех без исключения проводников).

Опыт 2. (штатив, проволочный моток, источник тока. При прохождении по мотку электрического тока, вокруг него образуется магнитное поле. Поднесем магнит – моток притягивается (или отталкивается). При выключении тока подобного не наблюдается. К мотку, по которому течет ток, так же будут притягиваться мелкие металлические опилки (принцип работы электромагнита), при отключении тока подобного не наблюдается). (Слайд 4. Приборы, работа которых основана на магнитном действии тока).

3) Химическое действие тока – электрический ток может изменять состав проводника, например выделять его химические составные части (медь из медного купороса).

Видеоролик.

3. Сила тока

Действия электрического тока, которые мы наблюдали могут проявляться в разной степени – сильнее или слабее. Опыты доказывают, что интенсивность (степень действия) электрического тока зависит от заряда, проходящего в цепи в 1 с.

Электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника за 1 с, определяет силу тока в цепи.

Сила тока равна отношению заряда ?q, переносимого через поперечное сечение проводника за интервал времени ?t, к этому интервалу времени. (стр.271)

Если сила тока со временем не изменяется, то ток называют постоянным.

I =∆q/∆t

I – сила тока, [А]
∆q – переносимый заряд, [Кл]
∆t – интервал времени, [с]

Переменный ток более опасен, чем постоянный. (Слайд5)

Силу тока измеряют амперметрами. Демонстрация амперметров, обозначение на схеме. (Слайд 6)

Сила тока зависит от заряда, переносимого каждой частицей, концентрации частиц, скорости их направленного движения и площади поперечного сечения проводника.

4. Скорость упорядоченного движения электронов в проводнике

Так быстро или медленно двигаются электроны в проводнике при протекании по нему тока? Для этого решим задачу: через медный проводник сечением 1мкм2 течет ток 1 А. Определите скорость упорядоченного движения электронов в медном проводнике?

Закрепление изученного материала:

Контрольные вопросы:(Слайд 7)

  • Что называют электрическим током?
  • Что называют силой тока?
  • Какое направление тока принимают за положительное?
  • Назовите единицу измерения силы тока.
  • Электроны, летящие к экрану телевизионной трубки, образуют электронный пучок. В какую сторону направлен ток в пучке?
  • Что необходимо для возникновения и существования электрического тока?

(Слайд 8). Задача. Сколько электронов должно пройти в единицу времени через поперечное сечение проводника, чтобы включенный в цепь миллиамперметр показал 1мА?
Подведем итог нашему уроку, выставляем оценки за урок, взаимооценивание.
Домашнее задание:§104-105, №775(А. П. Лукашик), заполнить таблицу, где используются тепловое, химическое, магнитное действия тока.

Тепловое действие тока Магнитное действие тока Химическое действие тока
     

35. Электрический ток. Медицинская физика

35. Электрический ток

Под электрическим током обычно понимают направленное движение электрических зарядов. Различают ток проводимости и конвекционный ток. Ток проводимости – это направленное движение зарядов в проводящих телах: электронов – в металлах, электронов и дырок – в полупроводниках, ионов – в электролитах, ионов и электронов – в газах. Конвекционный ток – это движение заряженных тел и поток электронов или других заряженных частиц в вакууме.

Плотность тока – векторная характеристика электрического тока, численно равная отношению силы тока, проходящего сквозь малый элемент поверхности, нормальный к направлению движения заряженных частиц, образующих ток, к площади этого элемента:.

j = dl/dS ?

Если эту формулу умножить на заряд q носителя тока, то получим плотность тока:

j = qj = qnv.

В векторной форме:

j = qnv.

Вектор j направлен по касательной к линиям тока. Для силы тока запишем следующее выражение:

j=dq/dt.

Сила тока есть производная по времени от заряда, проходящего сквозь некоторое сечение или поверхность.

Для того чтобы постоянный ток протекал по проводнику, необходимо на его концах поддерживать разность потенциалов. Это осуществляется источниками тока. Электродвижущей силой источника называют величину, численно равную работе сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда по всей цепи.

Практически работа сторонних сил отлична от нуля только внутри источника тока. Отношение сторонней силы к единичному положительному заряду равно напряженности поля сторонних сил:

ECT = FCT/ q

Электродвижущая сила соответствует скачкообразному изменению потенциала в источнике тока.

Электропроводимость электролитов. Биологические жидкости являются электролитами, электропроводимость которых имеет сходство с электропроводимостью металлов: в обеих средах в отличие от газов носители тока существуют независимо от электрического поля.

Направление движение ионов в электрическом поле можно приближенно считать равномерным, при этом сила qE, действующая на ион со стороны электрического поля, равна силе трения rv:

qE = rv,

откуда получаем:

v = bE.

Коэффициент пропорциональности b называют подвижностью ионов.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

6. Электрический ток — fizikalexcras

Интерактивное изложение материала по теме Электрический ток. Источники электрического тока  Электрический ток в различных средах

Сайд-шоу «Сила электрического тока»
Формула «Понятие силы тока»
Сайд-шоу «Электрический разряд вокруг нас»
Слайд-шоу «Зарождение грозового облака. Молния»
Слайд-шоу «Аккумулятор»



Мы употребляем слово «ток», когда хотим сказать, что что-то течет, движется. Ток воды – это текущая вода в трубе или в реке. Вода движется. Соответственно, если мы говорим «электрический ток», значит, в данном случае, что-то течет по проводам. Но что может двигаться внутри куска металла?

Вероятно, только его частички. Так вот, электрический ток с точки зрения физики – это передвижение заряженных частиц внутри проводника. Мы знаем, что наэлектризованные предметы обладают способностью притягивать или отталкивать тела.

Электрическим током называют упорядоченное движение заряженных частиц. Вода движется упорядоченно в трубах или русле реки под давлением или под действием силы притяжения, а что же заставляет перемещаться заряды в проводах? Заряженные частицы движутся под действием электрического поля. Движение электронов в проводнике Если это поле исчезнет, то и заряды перестанут двигаться. Чтобы поле существовало в течение какого-либо времени, необходимо поддерживать его существование. Для этого и созданы источники электрического тока. Посмотрите видео  урок Электрический ток Сила тока- (18:51 ), Механизм возникновения электрического тока 02. Условия для существования электрического тока

Источники тока

Видов источников тока в физике разработано множество. Ток возникает вследствие воздействия света, тепла, давления, механической работы и так далее. Разнообразные источники тока создаются людьми как в попытке найти альтернативные варианты источников энергии, так и в попытке приспособиться под конкретную ситуацию, требующую учитывать определенные условия. Пожалуй, одним из самых распространенных источников тока можно назвать гальванические элементы или батарейки, если по-простому.

Изобретены батарейки были очень давно, еще на заре освоения электроэнергии. Тогда ток еще и передавать-то на большие расстояние не умели, использовали только в рамках лаборатории. Но и по сей день разнообразные варианты батареек не утратили своей актуальности. Различают одноразовые и многоразовые батарейки – аккумуляторы.

Оба вида батареек в результате химических реакций внутри корпуса образуют два вида зарядов – положительный и отрицательный, которые выводят через отдельные полюса, и при соединении их проводником, образуют электрическое поле, способное поддерживать ток в проводнике.

Одноразовые батарейки в процессе эксплуатации вырабатывают весь свой потенциал и более непригодны. А аккумуляторы можно подзарядить многократно. При воздействии током на аккумулятор, химические реакции в нем запускаются в обратном направлении, вновь образуя заряды внутри батарейки. 

 Видео  Химические источники тока  

Что такое электрический ток? Природа электричества

Что мы действительно знаем на сегодняшний день об электричестве? Согласно современным взглядам многое, но если более детально углубиться в суть данного вопроса, то окажется, что человечество широко использует электричество, не понимая истинной природы этого важного физического явления.

Целью данной статьи не является опровержение достигнутых научно-технических прикладных результатов исследований в области электрических явлений, которые находят широкое применение в быту и промышленности современного общества. Но человечество непрерывно сталкивается с рядом феноменов и парадоксов, которые не укладываются в рамки современных теоретических представлений относительно электрических явлений ‒ это указывает на отсутствие всецелого понимания физики данного явления.

Также на сегодняшний день науке известны факты, когда, казалось бы, изученные вещества и материалы проявляют аномальные свойства проводимости (Исследование влияния солнечного затмения на электрическую проводимость дистиллированной воды).

Такое явление как сверхпроводимость материалов также не имеет полностью удовлетворительной теории в настоящее время. Существует лишь предположение, что сверхпроводимость является квантовым явлением, которое изучается квантовой механикой. При внимательном изучении основных уравнений квантовой механики: уравнения Шрёдингера, уравнения фон Неймана, уравнения Линдблада, уравнения Гейзенберга и уравнения Паули, то станет очевидной их несостоятельность. Дело в том, что уравнение Шрёдингера не выводится, а постулируется методом аналогии с классической оптикой, на основе обобщения экспериментальных данных. Уравнение Паули описывает движение заряженной частицы со спином 1/2 (например, электрона) во внешнем электромагнитном поле, но понятие спина не связано с реальным вращением элементарной частицы, а также относительно спина постулируется то, что существует пространство состояний, никак не связанных с перемещением элементарной частицы в обычном пространстве.

В книге Анастасии Новых «Эзоосмос» есть упоминание относительно несостоятельности квантовой теории: «А вот квантомеханическая теория строения атома, которая рассматривает атом как систему микрочастиц, не подчиняющихся законам классической механики, абсолютно не актуальна. На первый взгляд доводы немецкого физика Гейзенберга и австрийского физика Шрёдингера кажутся людям убедительными, но если всё это рассмотреть с другой точки зрения, то их выводы верны лишь отчасти, а в целом, так и вовсе оба не правы. Дело в том, что первый описал электрон, как частицу, а другой как волну. Кстати и принцип корпускулярно-волнового дуализма также неактуален, поскольку не раскрывает перехода частицы в волну и наоборот. То есть куцый какой-то получается у учёных господ. На самом деле всё очень просто. Вообще хочу сказать, что физика будущего очень проста и понятна. Главное дожить до этого будущего. А что касательно электрона, то он становится волной только в двух случаях. Первый — это когда утрачивается внешний заряд, то есть когда электрон не взаимодействует с другими материальными объектами, скажем с тем же атомом. Второй, в предосмическом состоянии, то есть когда снижается его внутренний потенциал» [1].

Те же электрические импульсы, сгенерированные нейронами нервной системы человека, поддерживают активное сложное многообразное функционирование организма. Интересно отметить, что потенциал действия клетки (волна возбуждения, перемещающаяся по мембране живой клетки в виде кратковременного изменения мембранного потенциала на небольшом участке возбудимой клетки) находится в определённом диапазоне (рис. 1).

Нижняя граница потенциала действия нейрона находится на уровне -75 мВ, что очень близко к значению окислительно-восстановительного потенциала крови человека. Если проанализировать максимальное и минимальное значение потенциала действия относительно нуля, то оно очень близко к процентному округлённому значению золотого сечения, т.е. деление интервала в отношении 62% и 38%:

\(\Delta = 75 мВ+40 мВ = 115 мВ\)

115 мВ / 100% = 75 мВ / х1 или 115 мВ / 100% = 40 мВ / х2

х1 = 65,2%, х2 = 34,8%

Все, известные современной науке, вещества и материалы проводят электричество в той или иной мере, поскольку в их составе присутствуют электроны, состоящие из 13 фантомных частичек По, которые, в свою очередь, являются септонными сгустками («ИСКОННАЯ ФИЗИКА АЛЛАТРА» стр. 61) [2]. Вопрос заключается только в напряжении электрического тока, которое необходимо для преодоления электрического сопротивления.

Поскольку электрические явления тесно связаны с электроном, то в докладе «ИСКОННАЯ ФИЗИКА АЛЛАТРА» [2] приведена следующая информация относительно этой важной элементарной частицы: «Электрон является составной частью атома, одним из основных структурных элементов вещества. Электроны образуют электронные оболочки атомов всех известных на сегодняшний день химических элементов. Они участвуют почти во всех электрических явлениях, о которых ведают ныне учёные. Но что такое электричество на самом деле, официальная наука до сих пор не может объяснить, ограничиваясь общими фразами, что это, например, «совокупность явлений, обусловленных существованием, движением и взаимодействием заряженных тел или частиц носителей электрических зарядов». Известно, что электричество не является непрерывным потоком, а переносится порциями ‒ дискретно».

Согласно современным представлениям: «электрический ток – это совокупность явлений, обусловленных существованием, взаимодействием и движением электрических зарядов». Но что такое электрический заряд?

Электрический заряд (количество электричества) — это физическая скалярная величина (величина, каждое значение которой может быть выражено одним действительным числом), определяющая способность тел быть источником электромагнитных полей и принимать участие в электромагнитном взаимодействии. Электрические заряды разделяют на положительные и отрицательные (данный выбор считается в науке чисто условным и за каждым из зарядов закреплён вполне определённый знак). Тела, заряженные зарядом одного знака, отталкиваются, а противоположно заряженные — притягиваются. При движении заряженных тел (как макроскопических тел, так и микроскопических заряженных частиц, переносящих электрический ток в проводниках) возникает магнитное поле и имеют место явления, позволяющие установить родство электричества и магнетизма (электромагнетизм).

Электродинамика изучает электромагнитное поле в наиболее общем случае (то есть, рассматриваются переменные поля, зависящие от времени) и его взаимодействие с телами, имеющими электрический заряд. Классическая электродинамика учитывает только непрерывные свойства электромагнитного поля.

Квантовая электродинамика изучает электромагнитные поля, которые обладают прерывными (дискретными) свойствами, носителями которых являются кванты поля — фотоны. Взаимодействие электромагнитного излучения с заряженными частицами рассматривается в квантовой электродинамике как поглощение и испускание частицами фотонов.

Стоит задуматься, почему магнитное поле появляется вокруг проводника с током, или же вокруг атома, по орбитам которого перемещаются электроны? Дело в том, что «то, что сегодня называют электричеством ‒ это на самом деле особое состояние септонного поля, в процессах которого электрон в большинстве случаев принимает участие наравне с другими его дополнительными «компонентами»» («ИСКОННАЯ ФИЗИКА АЛЛАТРА» стр. 90) [2].

А тороидальная форма магнитного поля обусловлена природой его происхождения. Как сказано в статье «Концепция мирового эфира. Часть 2: Собственное септонное поле. Тор в основе строения материи»: «Учитывая фрактальные закономерности во Вселенной, а также тот факт, что септонное поле в материальном мире в пределах 6-ти измерений является тем фундаментальным, единым полем, на котором основаны все известные современной науке взаимодействия, то можно утверждать, что все они также имеют форму тора. И это утверждение может представлять особый научный интерес для современных исследователей». Поэтому электромагнитное поле всегда будет принимать форму тора, подобно тору септона.

Рассмотрим спираль, через которую протекает электрический ток и как именно формируется её электромагнитное поле (https://www.youtube.com/watch?v=0BgV-ST478M).

Рис. 2. Силовые линии прямоугольного магнита

Рис. 3. Силовые линии спирали с током

Рис. 4. Силовые линии отдельных участков спирали

Рис. 5. Аналогия между силовыми линиями спирали и атомов с орбитальными электронами

Рис. 6. Отдельный фрагмент спирали и атом с силовыми линиями

ВЫВОД: человечеству еще только предстоит узнать тайны загадочного явления электричества.

Пётр Тотов

Ключевые слова: ИСКОННАЯ ФИЗИКА АЛЛАТРА, электрический ток, электричество, природа электричества, электрический заряд, электромагнитное поле, квантовая механика, электрон.

Литература:

[1] – Новых. А., Эзоосмос, К.: ЛОТОС, 2013. – 312 с. http://schambala.com.ua/book/ezoosmos

[2] – Доклад «ИСКОННАЯ ФИЗИКА АЛЛАТРА» интернациональной группы учёных Международного общественного движения «АЛЛАТРА» под ред. Анастасии Новых, 2015 г. http://allatra-science.org/publication/iskonnaja-fizika-allatra;

Электрические токи — Nexus Wiki

В наших исследованиях электрических сил мы развили представления о силах между заряженными частицами (закон Кулона), энергиях заряженных частиц (электрическая потенциальная энергия) и узнали о том, как могут двигаться заряды в веществе (поляризация). В частности, в проводниках (металлах, ионных жидкостях) заряд может перемещаться достаточно свободно. Эти движения отвечают за все электрические устройства в нашем сегодняшнем (простите за каламбур) большом арсенале и за многие критические процессы жизни.В следующих нескольких чтениях мы разработаем концепции и законы, управляющие движением заряда в материи.

Сначала мы проработаем их в контексте движения зарядов в металлах, а затем обратимся к ионным жидкостям (в основном в примерах и задачах). Одна из причин этого заключается в том, что основные понятия могут быть более четко выделены в металлическом контексте, а наши определения и принципы более четко установлены; во-вторых, мы можем проводить практические демонстрации с батареями, лампочками и конденсаторами, которые делают наши результаты физически реальными с непосредственным сенсорным опытом.

Базовый пример: батарейка и лампочка

Если мы соединим два конца батареи с маленькой лампочкой, лампочка загорится. В чем дело? Мы знаем несколько важных вещей. Мы знаем, что батарея — это химическое хранилище энергии, и что она маркируется напряжением. Мы также знаем, что проводники — это разновидность материи, в которой некоторые из электрических зарядов, из которых состоит материя, могут двигаться. Но мы также знаем, что положительные и отрицательные заряды вещества сильно притягиваются друг к другу.Разделение их, как мы делаем, когда мы переносим заряд с одной пластины конденсатора на другую, требует работы. (См. Энергия, запасенная в конденсаторе.) Что может происходить?

Предварительная модель того, что может произойти

Мы достаточно знаем о металлах, чтобы знать, что они состоят из (положительно заряженных) ионов и (отрицательно заряженных) электронов, находящихся в очень близком равновесии. И мы знаем, что электроны могут достаточно свободно перемещаться в металле. Мы можем построить картину происходящего, представив электрическое поле, воздействующее на проводник.Это будет толкать электроны в одном направлении, а ионы — в другом, но поскольку масса ионов намного больше массы электронов (в 127 000 раз больше массы меди), электроны будут двигаться, а ионы — нет. Если мы сделаем петлю, электроны могут вращаться по кругу и продолжать двигаться, не создавая нигде неуравновешенного заряда. Можно представить, что изображение его куска выглядит примерно так:

.

Мы нарисовали электроны в виде маленьких красных сфер, которые с некоторой хаотичностью подпрыгивают, поскольку их толкает туда-сюда случайное тепловое движение ионов, но если есть постоянное поле Е, будет постоянная сила, толкающая электроны насквозь, что приводит к дрейфу.{net}/m$ — см. Чтение содержания закона Ньютона 2 nd ). Поскольку лампочка не становится ярче, кажется, что существует какое-то устойчивое состояние. Возможно, электроны движутся с постоянной скоростью. Если это так, должна существовать уравновешивающая сила сопротивления, поскольку на объекты, движущиеся с постоянной скоростью, действуют уравновешивающие силы. (См. Силы сопротивления.)

Что мы обнаружим, так это то, что экспериментальные наблюдения подразумевают, что существует сила сопротивления, противодействующая потоку, которая пропорциональна скорости, точно так же, как известная вязкость в жидкости, такой как воздух или вода.Это приведет нас к градиентному уравнению потока: закону Ома — результату, аналогичному уравнению Хагена-Пуазейля для жидкости в трубе.

Что происходит на самом деле

Чтобы понять, что происходит в электрических цепях, нам будет полезно придумать множество аналогий, в которых движущей силе противостоит сопротивление. Каждая из этих моделей будет подчеркивать один или несколько аспектов электрической ситуации и поможет нам создать хорошую мысленную картину электрического тока, которую мы сможем использовать как при размышлениях об электрических устройствах, так и о токах в биологических системах.

Но иногда нас спрашивают: «Что на самом деле происходит, когда по проводу течет ток?» Это оказывается чрезвычайно сложным и связано с квантовой механикой. Даже инженеры-электрики используют смешанный набор аналогий, включающий диффузию и сдвиги квантовых уровней энергии, называемые зонными структурами. Но если вы немного знаете химию, вы можете понять, как это работает.

Проводимость в металле является обобщением ковалентной связи в молекуле. В ковалентно связанной молекуле один или несколько электронов «совместно используются» более чем одним атомом.

Все квантовые объекты в определенной степени «делокализованы» — разбросаны в пространстве. Количество, которое они делают, обратно пропорционально их массе. Таким образом, электроны разбросаны гораздо больше, чем атомные ядра. В отдельном атоме электроны распределены по всему атому, и когда они ковалентно связаны в молекуле, общий электрон распределяется так, что его вероятностное облако покрывает оба атома в молекуле. Молекула связана, потому что потенциальная энергия общих электронов более отрицательна, чем когда они разделены.

В монокристалле металла как бы ковалентно связаны многие, многие атомы. Один или два электрона от каждого атома распределяются между многими атомами. Электроны становятся сильно делокализованными, и их делокализация приводит к тому, что электронам доступно большое количество близко расположенных энергетических уровней, называемых электронной зоной . То, как электроны распределяются по этим уровням, определяет свойства проводимости металла.

Мы не собираемся здесь думать о проводимости таким образом.Скорее, мы построим ряд аналогий, которые позволят нам эффективно рассуждать об электрических токах как качественно, так и количественно. Но сначала мы дадим количественную оценку того, что мы подразумеваем под электрическим током.

Джо Редиш 25 февраля 2012 г.

AS Physics Глава 12 Примечания – Электрический ток


12.1 Ток и заряд
  • Чтобы электрический ток проходил по цепи, она должна быть завершена + включать источник разности потенциалов, например аккумулятор.
  • Ток — это скорость потока заряда в проводе или компоненте.
    • Ток обусловлен прохождением заряженных частиц:
  • В металлах носителями заряда являются проводящие электроны, которые движутся внутри металла и сталкиваются друг с другом и другими положительными ионами в металле.
  • В растворах солей заряд несут ионы, заряженные атомы или молекулы.
  • Ниже показан простой тест на проводимость:
  • Счетчик показывает ненулевое значение всякий раз, когда какой-либо проводящий материал проходит через цепь.
  • Батарея проталкивает носители заряда через проводящий материал, через батарею и счетчик.
  • Электроны входят в плюс и уходят в минус.
  • Это объясняется ниже:

Обычный ток предполагает, что ток течет от положительной клеммы через цепь к отрицательной клемме источника. Это соглашение было выбрано во время открытия электричества. Они были не правы!

Поток электронов — это то, что происходит на самом деле, и электроны вытекают из отрицательной клеммы через цепь в положительную клемму источника.

  • Единица силы тока: ампер (А)
    • Определяется как магнитная сила между двумя параллельными проводами, когда по ним течет одинаковый ток. Дано «Я»
  • Единица заряда: Кулон (Кл)
    • Определяется как поток заряда за одну секунду при силе тока в один ампер. Дано «Q»
  • ΔQ = IΔt
  • I= ΔQ/Qt
  • Например, поток заряда для тока:
    • 1A за 10 секунд равно 10C
    • 5А за 200 секунд равно 1000С
    • 10 мА за 500 секунд равно 5C
  • Приведенные выше уравнения показывают, что ток в 1 А возникает из-за потока заряда в 1 Кулон в секунду.
  • Величина заряда электрона равна 1,6×10 −19
    • Следовательно, ток в 1 А по проводу должен быть обусловлен 6,25×10 18 электронов в секунду.

Подробнее о носителях заряда:

  • Изолятор:
    • Каждый электрон прикреплен к атому и не может удалиться от атома.
    • При подаче напряжения через изолятор не проходит ток, потому что электроны не могут проходить через него.
  • Металлический проводник:
    • Большинство электронов присоединены к атомам, но некоторые делокализованы.
    • Делокализованные электроны являются носителями заряда в атоме.
    • Когда к металлу приложено напряжение. эти электроны проводимости притягиваются к положительному полюсу металла.
  • В полупроводнике:
    • Количество носителей заряда увеличивается с ростом температуры металла.
    • Сопротивление уменьшается при повышении температуры.
    • Чистый полупроводниковый материал относится к собственному полупроводнику.
      • Потому что проводимость обусловлена ​​электронами, которые отрываются от атомов полупроводника.

12.2 Разность потенциалов и мощность:

Энергия и разность потенциалов:

  • Когда фонарь подключен к аккумулятору. электроны доставляют энергию от батареи к лампочке.
    • Каждый электрон движется по цепи и получает фиксированное количество энергии от батареи при прохождении через нее.
    • Подает энергию на лампочку и обратно к положительной клемме для повторного снабжения энергией.
  • Батарея может передавать энергию из своего химического состояния, если батарея не является частью полной цепи.
    • Когда батарея подключена к цепи, каждый электрон совершает работу, чтобы пройти через компонент и, следовательно, передать часть или всю свою энергию.
  • Работа, совершаемая электроном = Потеря энергии.
  • Работа, совершаемая на единицу заряда, представляет собой разность потенциалов.
  • PD – работа, выполненная на единицу заряда

 

  • ЭДС источника электроэнергии – это электрическая энергия, вырабатываемая на единицу заряда, проходящего через источник.
  • Единица измерения ЭДС = вольт
  • Электрическая энергия, произведенная при прохождении заряда Q через источник =

 

Передача энергии в различных устройствах:

  • Электрический ток имеет эффект нагрева, когда он проходит через компонент с сопротивлением.
    • Также обладает магнитным эффектом, который используется в электродвигателях и громкоговорителях.
  1. В устройстве, имеющем сопротивление, таком как электрический нагреватель, работа, совершаемая устройством, передается в виде тепловой энергии.
    • Носители заряда многократно сталкиваются с атомами в устройстве и передают им энергию, атомы сильнее вибрируют и нагреваются.
  2. В электродвигателе. при вращении с постоянной скоростью работа, совершаемая двигателем, равна энергии, передаваемой двигателем в нагрузку и окружающую среду.
    • Таким образом, кинетическая энергия двигателя остается постоянной.
    • Носители заряда — это электроны, которые пробиваются через провода вращающейся катушки двигателя, преодолевая противодействующую силу, действующую на электроны из-за магнитного поля двигателя.
  3. Для громкоговорителя работа передается в виде звуковой энергии.
    • Электроны должны проходить через провода вибрирующей катушки громкоговорителя против силы, действующей на них из-за магнита громкоговорителя.

Электроэнергия и ток:


12.3 сопротивления:

Определения и законы:

  • Сопротивление компонента в цепи является мерой сложности прохождения через него тока.
  • Сопротивление вызвано повторяющимися столкновениями носителей заряда в материи; друг с другом и фиксированными положительными ионами в материале.
  • Сопротивление любого компонента: ЧР на компоненте/ Ток через него.
  • Единица измерения: Ом (Ом)

Измерение сопротивления: (практическое)

  • Резистор — это компонент, имеющий определенное сопротивление, постоянное независимо от силы тока.
  1. Амперметр используется для измерения тока через резистор, должен быть включен последовательно.
  2. Вольтметр используется для измерения разности потенциалов на резисторе, который должен быть подключен параллельно.
  3. Через вольтметр не должен проходить ток, иначе амперметр не зафиксирует точное значение тока через резистор.
  4. Вольтметр должен иметь бесконечное сопротивление.
  5. Переменный резистор используется для регулировки тока и pd.
    • Используется для их изменения и записи результатов для каждого изменения сопротивления,
    • График для резистора представляет собой прямую линию от начала координат.
    • Сопротивление одинаково независимо от тока.
      • Градиент сопротивления

Закон Ома:

Закон Ома гласит, что частичный разряд на металлическом проводнике пропорционален проходящему через него току при условии, что физические условия не изменяются.

Некоторые примечания к закону Ома

  • Закон Ома является эквивалентным утверждением о том, что сопротивление металлического проводника при постоянных физических условиях, таких как температура, является постоянным.
  • Для омического проводника V = IR, где R — константа. Резистор — это компонент, рассчитанный на определенное сопротивление.
  • Если измерения тока и частичного разряда для омического проводника нанесены на график с током по оси Y и частичным разрядом по оси X, градиент дает 1/R

 

Удельное сопротивление:

  • Для проводника длиной L и одинаковой площадью поперечного сечения A , как показано ниже, его сопротивление R равно:
    • Пропорционально L
    • Обратно пропорционально A
  • Следовательно 
  • Следовательно, удельное сопротивление:
  • Единицей измерения удельного сопротивления является омметр
  • Для жилы круглого сечения диаметром d:

Определение удельного сопротивления провода:

  • Измерьте диаметр проволоки d, микрометром в нескольких разных точках, чтобы найти среднее значение для d и рассчитать площадь.
  • Измерьте сопротивление R для проводов разной длины L, чтобы построить график зависимости R от L
  • Удельное сопротивление провода определяется градиентом графика × площадь

Сверхпроводимость:

Как это работает:

  • Устройство или провод из материала, имеющего нулевое удельное сопротивление при критической температуре и ниже, которая зависит от самого материала.
  • Свойство называется сверхпроводимостью.
  • Провод имеет нулевое сопротивление ниже критической температуры.
  • Когда через него проходит ток, на нем нет частичного разряда, поскольку сопротивление = 0
    • Таким образом, ток не нагревается.

Свойства сверхпроводника:

  • Теряет сверхпроводимость при повышении температуры выше критической.
  • Максимальная критическая температура -123°

Использование:

  • Электромагниты большой мощности
  • Создавать очень сильные магнитные поля в таких устройствах, как МРТ-сканеры и ускорители частиц.
  • Используется при разработке легких электродвигателей и силовых кабелей, передающих энергию без рассеивания энергии.

12.4 Компоненты и их характеристики:

 

Электрические схемы:

 

Исследование характеристик различных компонентов:

  • Чтобы измерить изменение тока в зависимости от pd для компонента, используйте:
    • Делитель потенциала для изменения pd от 0r a:
    • Переменный резистор для изменения тока до минимума
  • Преимущество использования делителя потенциала заключается в том, что ток через компонент и pd на нем можно уменьшить до нуля, что невозможно с помощью схемы с переменным резистором.
  • Измерения для каждого типа компонента могут быть нанесены на график зависимости тока от pd.
  • Типовые графики для провода, лампы накаливания и терморезистора показаны людям.
    • Измерения одинаковы независимо от того, каким образом ток проходит через компоненты.
  • Провод образует прямую линию через начало координат.
  • Значение V/I одинаково в любой точке провода.
    • Сопротивление не меняется
  • Колба накаливания дает кривую с уменьшающимся градиентом, потому что сопротивление увеличивается с температурой.
  • Термистор при постоянной температуре дает прямую линию.
  • Чем выше температура, тем круче градиент и, следовательно, ниже сопротивление.
    • Тот же результат можно получить с помощью LDR.

Диод:

  • При исследовании характеристик диода одна серия измерений проводится в прямом направлении, а другая – в обратном.
    • Ток очень мал при реверсировании и может быть измерен только с помощью миллиамперметра.
  • Типичные результаты для диода показаны ниже, кремниевый диод легко проводит в прямом направлении выше pd 0,6 В и почти не ниже 0,6 В

Сопротивление и температура:

  • Сопротивление металла увеличивается с повышением температуры.
  • Из-за того, что положительные ионы в проводнике сильнее вибрируют при повышении его температуры.
  • Таким образом, носители заряда не могут так легко проходить через металл, когда на проводник наносится pd.
  • Говорят, что металл имеет положительный температурный коэффициент, если сопротивление увеличивается с повышением температуры.
  • Сопротивление собственного полупроводника уменьшается с повышением температуры.
  • Количество носителей заряда увеличивается при повышении температуры.
  • Таким образом, термистор, изготовленный из собственного полупроводника, имеет отрицательный температурный коэффициент.

 

Нравится:

Нравится Загрузка…

Исторический анализ электрических токов в учебниках: столетие влияния на физическое образование

  • Андертон, Дж.: 1987, Фундаментальная физика , Longman Cheshire Pty, Мельбурн.

    Google ученый

  • Арнольд, М. и Миллар, Р.: 1988, «Преподавание электрических цепей: конструктивистский подход», The School Science Review 69 , 149–151.

    Google ученый

  • Аткинсон, Э.: 1906 г., Элементарный трактат по физике, перевод из «Элементов физики» Ганота, 17-е изд., Longmans, Green, London.

    Google ученый

  • Берт, П.: 1890, Первый год научных знаний , пер. Джозефина Клейтон, Relfe Brothers, Лондон.

    Google ученый

  • Блэк, Д. и Соломон, Дж.: 1987, «Могут ли ученики использовать преподаваемые аналогии для электрического тока?», The School Science Review 68 , 249–254.

    Google ученый

  • Блэк, Н.Х. и Дэвис, Х.Н.: 1949, Элементарная практическая физика , The Macmillan Company, Нью-Йорк.

    Google ученый

  • Бухвальд, Дж. З.: 1985, «Модификация континуума: методы максвелловской электродинамики», в П. Хармане (ред.), Wranglers and Physicists , Manchester University Press, Манчестер.

    Google ученый

  • Буэче, Ф.: 1988, Основы физики , Макгроу-Хилл, Нью-Йорк.

    Google ученый

  • Cantor, G., Gooding, D. & James, F.A.J.L.: 1991, Faraday , Macmillan, Basingstoke, England.

    Google ученый

  • Карлтон, Р.Х., и Уильямс, Х.Х.: 1947, Физика для нового века , Дж. П. Липпинкот, Чикаго.

    Google ученый

  • Касуэлл, А.E.: 1929, Очерк физики , The Macmillan Company, Нью-Йорк.

    Google ученый

  • Closet, J.L.: 1983, «Последовательные рассуждения об электричестве», статья, представленная на конференции по исследованиям в области физического образования, La Londes les Maures.

  • Коэн, Р., Эйлон, Б. и Ганиэль, Г.: 1983, «Разность потенциалов и ток в простых электрических цепях: исследование концепций студентов», American Journal of Physics 51 , 407–412.

    Google ученый

  • Кроуфорд, Э.: 1985, «Учимся на собственном опыте», в D. Gooding & F.A.J.L. Джеймс (ред.), Фарадей, заново открытый , Макмиллан, Бейзингсток, Англия.

    Google ученый

  • Deschanel, AP: 1885, Elementary Treatise on Natural Philosophy , Blackie & Son, London.

    Google ученый

  • де Йонг, Э., Армитаж, Ф., Браун, М., Батлер, П. и Хейс, Дж.: 1990, Physics One , Heinemann Educational, Мельбурн, Австралия.

    Google ученый

  • Дуит, Р., Юнг, В., и фон Ронек, К. (ред.): 1985, Аспекты понимания электричества , IPN Киль, Людвигсбург.

    Google ученый

  • Дункан, Дж. и Старлинг, С.Г.: 1947, Учебник физики , Макмиллан, Лондон.

    Google ученый

  • Дюпен, Дж. и Джохсуа, С.: 1989, «Аналогии и «моделирование аналогий» в обучении: некоторые примеры в основах электричества», Научное образование 73 , 207–224.

    Google ученый

  • Эйлон, Б. и Ганиэль, Г.: 1990, «Макро-микроотношения: недостающее звено между электростатикой и электродинамикой в ​​рассуждениях студентов», International Journal of Science Education 12 , 79–94.

    Google ученый

  • Фарадей, М.: 1854–1888, «Об отношении электрического телеграфа Уитстона к науке (что является аргументом в пользу полного признания науки как отрасли образования)». Труды Королевского института , Лондон.

  • Фредетт, Н. и Лоххед, Дж.: 1980, «Представления учащихся о простых схемах», Учитель физики , март, 194–198.

  • Гамов Г.: 1971, «Веселое племя электронов», в г. Томпкинс в мягкой обложке , Cambridge University Press, Лондон, стр. 112–127.

    Google ученый

  • Гентнер, Д. и Гентнер, Д. Р.: 1983, «Текущие воды или кишащие толпы: ментальные модели электричества», в Д. Гентнер и А. Л. Стивенс (ред.), Ментальные модели , Лоуренс Эрлбаум, Хиллсдейл, Нью-Джерси, стр. 99–129.

    Google ученый

  • Джанколи Д.C.: 1986, Идеи физики , Harcourt Brace Jovanovich, Сан-Диего.

    Google ученый

  • Голдман, М.: 1983, Демон в эфире , Пол Харрис, Эдинбург.

    Google ученый

  • Gooding, D. & James, FAJL: 1985, Faraday Rediscovered , Macmillan, Basingstoke, England.

    Google ученый

  • Грэм, Ф.Д.: 1938, Новая электрическая библиотека Оделя , Тео. Одель, Нью-Йорк.

    Google ученый

  • Грей, С.: 1733, Философские труды 6 , Часть II, Королевское общество, Лондон.

    Google ученый

  • Hall, H.: 1910, Молодой электрик , Метуэн, Лондон.

    Google ученый

  • Холлидей, Д.и Резник, Р.: 1988, Основы физики , Джон Вили, Нью-Йорк.

    Google ученый

  • Харт, К., Маццолини, М., Титлер, Р. и Каллахан, Т.: 1991, Физика, раскрывающая наш мир , The Jacaranda Press, Милтон, Квинсленд.

    Google ученый

  • Hartel, H.: 1982, «Электрическая цепь как система: новый подход», European Journal of Science Education 4 , 45–55.

    Google ученый

  • Hawkins & Staff: 1921, Hawkins Electrical Guide Number One , Theo. Одель, Нью-Йорк.

    Google ученый

  • Хьюитт, П.Г.: 1987, Концептуальная физика , Аддисон Уэсли, Менло-Парк, Калифорния.

    Google ученый

  • Джеймисон, А.: 1919, Практическое элементарное руководство по магнетизму и электричеству , Чарльз Гриффин, Лондон.

    Google ученый

  • Льюис, Дж. Л. (редактор): 1972, Учебная школа физики , Penguin Books, Миддлсекс, Англия.

    Google ученый

  • Лихт, П.: 1991, «Обучение электрической энергии, напряжению и току: альтернативный подход», Физическое образование 26 , 272–277.

    Google ученый

  • Мейкок, В.P.: 1919, Электрическое освещение и распределение электроэнергии , сэр Исаак Питман, Лондон.

    Google ученый

  • Маккензи, AEE: 1955, Магнетизм и электричество , The University Press, Кембридж.

    Google ученый

  • Милликен, Р.А. & Гейл, Х.Г.: 1913, Первый курс физики , Джинн, Бостон.

    Google ученый

  • Миттон, Р.Г.: 1937, Электричество и магнетизм , Дж. М. Дент, Лондон.

    Google ученый

  • Мойл, Д.Г., Аллан, П.Т., Миллар, Г.Л. и Молде, Т.А.: 1986, Старший физик , The Macmillan Company of Australia, Мельбурн, Австралия.

    Google ученый

  • Манро, Дж.: 1893, Романтика электричества , Общество религиозных трактатов, Оксфорд.

    Google ученый

  • Манро, Дж.: около 1900 г., История электричества , Hodder & Stoughton, Лондон.

    Google ученый

  • Нелькон, М.: 1950, Современное электричество , Уильям Хайнеманн, Лондон.

    Google ученый

  • Нерсесян, Нью-Джерси: 1985, «Концепция поля Фарадея», в Д.Гудинг и Ф. А. Джеймс (редакторы), Фарадей, заново открытый , Макмиллан, Бейзингсток, Англия.

    Google ученый

  • Ньютон, Д.П.: 1983, «Учебник физики для шестого класса 1870–1980», часть 1, Физическое образование 18 , 192–198.

    Google ученый

  • Ньютон, Д.П.: 1983, «Учебник физики для шестого класса 1870–1980», часть 2, Физическое образование 18 , 240–246.

    Google ученый

  • Наффилд, Ф.: 1966, Справочник учителей физики Наффилда I , Longmans/Penguin Books, Лондон.

    Google ученый

  • Осборн, Р.Дж.: 1981, «Детские идеи об электрическом токе», Новозеландский учитель естественных наук 29 , 12–19.

    Google ученый

  • Пристли, Х.: 1959, Введение в физику: исторический подход , Джон Мюррей, Лондон.

    Google ученый

  • Псиллос, Д. и Кумарас, К.: 1988, «Напряжение, представленное в качестве основного понятия во вводной последовательности обучения цепям постоянного тока», International Journal of Science Education 10 , 29–43.

    Google ученый

  • Комитет PSSC: 1960, Физика , Д.К. Хит, Бостон.

    Google ученый

  • Шипстоун, Д.М.: 1984, «Исследование понимания детьми электричества в простых цепях постоянного тока», European Journal of Science Education 6 , 185–198.

    Google ученый

  • Шипстоун, Д.М.: 1988, «Понимание учащимися простых электрических цепей», Физическое образование 23 , 92–96.

    Google ученый

  • Симпсон, Дж.А.: 1989, Оксфордский словарь английского языка , подготовленный Дж.А. Симпсон и Э.С.К. Вайнер, Кларендон Пресс, Оксфорд.

    Google ученый

  • Стюарт, Б.: 1888, Уроки элементарной физики , Макмиллан, Лондон.

    Google ученый

  • Стюарт, Р.W .: 1920, Высший учебник по магнетизму и электричеству , University Tutorial Press, Лондон.

    Google ученый

  • Томпсон, С.П.: 1913, Элементарные уроки электричества и магнетизма , Макмиллан, Лондон.

    Google ученый

  • Толстой, И.: 1981, Джеймс Клерк Максвелл: биография , The University of Chicago Press, Чикаго.

    Google ученый

  • van Valkenburgh, N. & N., Inc.: 1974, Basic Electricity , van Valkenburgh, Nooger & Neville, Нью-Йорк.

    Google ученый

  • Williams, LP: 1965, Michael Faraday , Chapman & Hall, Лондон.

    Google ученый

  • Электрический ток и закон Ома

    Глава 18

    Разделы с 18–1 по 18–3

    Цели:

    • Описывать основные свойства электрического тока.
    • Решение проблем, связанных с током, зарядом и временем.
    • Рассчитайте сопротивление, силу тока и разность потенциалов по закону Ома.
    • Различают омические и неомические материалы.
    • Знайте факторы, влияющие на сопротивление.
    • Понимать назначение резисторов в электрических цепях.
    • Знать, как читать код резистора резисторов.

     

    Необходимые действия

    Чтение

    Глава 18, разделы с 1 по 3

    Примечания

    Посмотрите следующую презентацию перед следующим занятием и распечатайте копию для своей тетради.

    Разделы с 18-1 по 18-3 примечания  

    Разделы с 18–1 по 18–3, примечания

    Видео

    Посмотрите следующие видео перед следующим занятием.

    Электрический ток: ускоренный курс физики #28

    Резисторы и батареи постоянного тока: ускоренный курс физики #29

    Обычный ток и постоянный ток с примером задачи (физика переворота)

    Определение сопротивления, омического и неомического сопротивления и электрической мощности (физика переворота)

    Резисторы и конденсаторы (наука Боузмана)

    Электрические цепи (наука Боузмана)

    Обычный ток, электрическое поле, Бенджамин Франклин и скорость электронов (Doc Physics)

    Введение в электрическое сопротивление, резисторы и удельное сопротивление (Doc Physics)

    Вопросы и задачи

    Это вопросы и задачи, над которыми вы будете работать в классе.

    18–1–18–3 Задачи

     

    Дополнительные виды деятельности

    Чтение

    Что такое электрическая цепь? (Кабинет физики)

    Требования к электрической цепи (Кабинет физики)

    Электрический ток (Кабинет физики)

    Распространенные заблуждения относительно электрических цепей (Кабинет физики)

    Путешествие типичного электрона (Кабинет физики)

    Сопротивление (Кабинет физики) )

    Закон Ома (Кабинет физики)

    Видео

    Введение в сопротивление, омическое и неомическое (переворачивание лекций по физике)

    Об электрическом токе — точка назначения

    Об электрическом токе

    Определение

    Электрический ток определяется как скорость потока чистого заряда через проводник во времени.Направление тока условно совпадает с направлением потока положительного заряда. Это поток заряда в единицу времени. Электрический ток фактически состоит из движения электронов. Протоны плотно упакованы внутри ядра атома, тогда как электроны находятся на внешних оболочках на орбитах вокруг ядра. Поскольку электроны свободно удерживаются ядром, они могут свободно перемещаться в пределах тела. Получается электрический ток.

    Электрические токи вызывают Джоулев нагрев, который создает свет в лампах накаливания.Они также создают магнитные поля, которые используются в двигателях, индукторах и генераторах. Частицы, несущие заряд в электрическом токе, называются носителями заряда. В металлах один или несколько электронов от каждого атома слабо связаны с атомом и могут свободно перемещаться внутри металла. Эти электроны проводимости являются носителями заряда в металлических проводниках.

    Большая часть электрического заряда переносится электронами и протонами внутри атома. Протоны имеют положительный заряд, а электроны – отрицательный.Однако протоны в основном иммобилизованы внутри атомных ядер, поэтому работу по переносу заряда из одного места в другое выполняют электроны. Электроны в проводящем материале, таком как металл, в значительной степени могут свободно перемещаться от одного атома к другому вдоль своих зон проводимости, которые являются высшими электронными орбитами.

    Поток электронов

    Электрический ток очень похож на водный поток, только вместо молекул воды, движущихся по реке, по проводнику движутся заряженные частицы.Ток — это поток заряженных частиц через проводящую среду, например провод. Когда мы говорим об электричестве, заряженные частицы, о которых мы говорим, почти всегда являются электронами. Видите ли, у атомов в проводящем материале есть много свободных электронов, которые плавают от атома к атому и повсюду между ними. Движение этих электронов хаотично, поэтому нет потока ни в одном заданном направлении. Однако, когда мы прикладываем к проводнику напряжение, все свободные электроны будут двигаться в одном направлении, создавая ток.

     

    Визуализация электрического тока

    Представьте себе железную балку с прямоугольным поперечным сечением. Рассмотрим один единственный кадр в этом луче. Давайте визуализируем поток электронов внутри пучка. Рассмотрим поток электронов справа налево как Q отрицательный и поток слева направо как Q положительный . Суммарный результирующий электрический ток через рамку в интервале времени ‘t’ равен Q net = Q положительный – Q отрицательный .Электрический ток — это ничто иное, как чистый заряд через рамку, деленный на интервал времени.

    В нормальных условиях электроны беспорядочно текут внутри тела. Таким образом, общее движение электронов через систему отсчета компенсируется, поскольку в обоих направлениях движется одинаковое количество электронов. Если электрический ток оказывается отрицательным, то это означает, что ток течет в противоположном направлении.

    Типы электрического тока

    В настоящее время широко используются два различных типа тока.Это постоянный ток, сокращенно DC, и переменный ток, сокращенно AC.

    Постоянный ток (DC) –

    В этом типе ток течет только в одном направлении, преимущества этого типа тока в том, что его очень легко хранить, потому что почти все типы батарей используют постоянный ток, большинство электроника использует постоянный ток, компьютеры, телефоны, спутники работают на постоянном токе. В постоянном токе электроны движутся в одном направлении. Батареи создают постоянный ток, потому что электроны всегда перетекают с «отрицательной» стороны на «положительную».

    Переменный ток (AC) –

    Переменный ток, сокращенно AC, толкает электроны вперед и назад, меняя направление потока несколько раз в секунду. Звуковые и радиосигналы, передаваемые по электрическим проводам, также являются примерами переменного тока. Важной целью в этих приложениях является восстановление информации, закодированной (или модулированной) в сигнале переменного тока.

    Возникновение электрического тока

    Искусственное возникновение электрического тока включает поток электронов проводимости в металлических проводах, таких как воздушные линии электропередач, которые передают электрическую энергию на большие расстояния, и более мелкие провода в электрическом и электронном оборудовании .Вихревые токи — это электрические токи, возникающие в проводниках, подвергающихся воздействию изменяющихся магнитных полей. Точно так же возникают электрические токи, особенно на поверхности проводников, подвергающихся воздействию электромагнитных волн. Когда колеблющиеся электрические токи протекают при правильном напряжении внутри радиоантенн, генерируются радиоволны.

    Естественные наблюдаемые примеры электрического тока включают молнии, статическое электричество и солнечный ветер, являющийся источником полярных сияний.

    В электронике другие формы электрического тока включают поток электронов через резисторы или вакуум в вакуумной трубке, поток ионов внутри батареи или нейрона и поток дырок внутри полупроводника.

    Электрический ток (I) — обзор

    Приложение A.12.1 Магнитоупругая устойчивость системы катушек полоидального поля ИТЭР

    Рассмотрим понятие магнитной жесткости более подробно. Остановимся на взаимодействии электрических токов I i и I j в кольцевых катушках № i и № j

    (рис. А.1). Из-за малых линейных размеров поперечного сечения катушек по сравнению с их радиусом и расстоянием между ними магнитная жесткость будет определяться для эквивалентной пары кольцевых токов.Катушки принимаются абсолютно жесткими. Обозначим единичные векторы координатных осей как E E

    и и E Z .

    Рисунок А.12.1.1. Оценка взаимной магнитной жесткости кольцевых токов I i и I j .

    u 1  = 0; u 2  =  u — горизонтальные перемещения витков вдоль оси х .

    В общем случае (u=ui−uj,   h=zi−zj) сила, направленная на i -й виток со стороны j -го витка, может быть записана как

    Fij=−cij( PF)(ui−uj),

    , где

    cijPF=μ02IiIjRiRj∫0πzi−zj2−2Ri2+Rj2cosΨ+RiRj3+cos2ΨRi2+Rj2−2RiRjcosΨ+zi−zj25/2 dΨ

    9000ci=(j≉dΨ

    9000 cji(m) – взаимная магнитная жесткость i -й и j -й катушек.

    Магнитная жесткость может быть положительной или отрицательной в зависимости от ориентации катушек относительно друг друга и направления токов.Например, взаимная магнитная жесткость двух катушек, лежащих в одной пластине, отрицательна, если токи текут в одном направлении. В противном случае магнитная жесткость положительна. Следовательно, электромагнитные силы, вызванные относительными смещениями катушек, могут либо дестабилизировать положение катушек, либо, наоборот, играть стабилизирующую роль.

    Введем потенциал магнитомеханического взаимодействия

    Uij(PF)ui,uj=12cij(PF)ui−uj2.

    Общий потенциал N PF Взаимодействие ПФУ представляет собой сумму потенциалов

    UPFmui,…,uNPF=14∑j=1NPF∑i=1NPFcijmui−uj2,j≠i.

    Приведем это выражение к стандартной форме:

    UPF(m)=12∑i=1NPF∑j=1NPFaijPFuiuj=12uT⋅APF(m)⋅u,

    , где компоненты матрицы магнитной жесткости APFm равны

    aij(PF)=δij∑j=1NPFcij(PF)−Cij(PF), где  δij является дельта-функцией.

    Далее рассмотрим взаимодействие катушек полоидального поля с ТС. Параметры КС: полный ток ( I 0 ), внутренний радиус ( R in ), толщина стенки ( t w 903 03 ) и высота ( 9032 ) и высота ( w 903 03 03 ).Заменив КС на токопроводящую оболочку с эквивалентным радиусом

    R0=(Rin+tw)33tw−Rin20,5,

    , мы приравняем линейную магнитную энергию (и магнитный поток) рассматриваемой токонесущей оболочки к энергии соленоида заданной толщины в случае бесконечной длины.

    Для определения силы, действующей на ПФК, выделим элементарный ингредиент КС, то есть токонесущую полосу dz , и оценим силу ее взаимодействия с и -й ПФК.Для этого воспользуемся исходным выражением для F ij и возьмем интеграл высоты соленоида

    ⋅∫−h3−zih3−zi∫0πh3−2Ri2+R02cosφ+RiR03+cosφ2Ri2+R02−2RiR0cosφ+h35/2dφdh,

    , где h=z−zi.

    Соответствующий потенциал электромагнитных сил

    Ui(cs)ui=12ci(CS)⋅ui2.

    Потенциал взаимодействия всех ТПЧ и КС

    UCS(m)ui,u2,…,uNPF=12∑i=1NPFci(CS)ui2,

    или в стандартной квадратичной форме

    UCSm=12∑i=1NPF∑j=1NPFaijCSuiuj=12uT⋅ACSm⋅u,aijCS=δijciCS.

    Далее определяем силы упругости. Каждый PFC имеет N SP эластичные механические опоры. Жесткость каждой опоры в радиальном и тороидальном направлениях составляет c ( r ) и c ( t ) соответственно. Эластичные опоры ориентированы так, что c ( r ) / c ( t ) << 1.Для и -го ПФК суммарная жесткость опор относительно перемещения по оси х составляет

    ci(e)=ci(r)∑j=1NSPcos22πNSPj+ci(t)sin22πNSPj.

    Суммарный потенциал сил упругости

    USP(e)u1,u2,…,uNPF=12∑i=1Nci(e)ui2,

    или в стандартной форме

    USP(e)=12∑ i=1NPF∑j=1NPFaij(e)uiuj=12uT⋅ASP(e)⋅u,aij(e)=δijcij(e).

    Суммарный потенциал всех сил, действующих на систему ПФУ, представляет собой сумму полученных потенциалов магнитных и упругих сил, то есть

    Uu1,u2,…,uNPF=UPF(m)+UCS(m)+USP(e),U=12uT⋅A⋅u, A=APF(m)+ACS(m)+ASP(e).

    Система ПФУ устойчива, если потенциал U в исходном (недеформированном) состоянии системы ( u  = 0) минимален. Другими словами, система устойчива, если матрица A , составленная из значений магнитной и упругой жесткостей, является положительно определенной. Матрица A является положительно определенной матрицей, если все ее собственные значения положительны, то есть

    det(A−λE)=0, λ1>0, λ2>0,…,λNPF>0.

    Здесь E — единичная матрица.

    Наиболее подходящим для численного анализа критерием является критерий Сильвестра. Матрица A положительно определена, если определитель A и все старшие главные миноры положительны

    a11>0,a11a12a12a22>0, .., detA>0.

    Для определения запаса прочности матрицу A необходимо заменить матрицей

    ASF=APF(m)+ACS(m)⋅KSF+ASP(e).

    Коэффициент запаса является наименьшим из K SF , при котором A SF перестает быть положительно определенным.Полученный коэффициент запаса показывает, во сколько раз необходимо умножить магнитную жесткость и токи ПТЭ, чтобы дестабилизировать систему.

    Сделаем некоторые численные оценки на примере одного из проектов ИТЭР (таблицы A.12.1.1 и A.12.1.2). Высота центрального соленоида ( H ) составляет 12,129 м, его внутренний радиус ( R в ) составляет 1,9 м, а толщина обмотки ( t w

  • 2 ) составляет 9 1 м. Оценки даны для следующих характерных временных моментов рабочего цикла: начальная намагниченность (IM) ТС, формирование конфигурации дивертора магнитного поля (XPF), начало плоской вершины (SOF), начало и завершение реакции термоядерного синтеза (плазменная начало записи, SOB, и конец записи, EOB соответственно).

    Таблица А.12.1.1. Параметры полиоидальных полевых катушек

    PFC RADIUS R I I (M) вертикальная координата Z I (M) поддерживает жесткость C I ( E ) (GN M -1 ) PF1 3.883 9.767 1.9 PF2 5.991 +9,887 4,47 PF3 12,974 7,305 7,57 PF4 15,360 4,013 46,6 PF5 15,444 -2,265 6,67 PF6 13.194 3.16 PF7 9.631 9.631 -9.157 26.0 PF8 5.864 -9.808 -9.808 37.9 PF9 3.883 -10.152 6.07 6.07

    Таблица A.12.1.2. Токи в полиоидальной полевой системе

    91 561 XPF -8,98 12,5
    точка в Time токи в системе PFC (MA)
    CS
    ( I 0 )
    PF1
    ( I 1 )
    PF2
    ( I 2 )
    PF3 PF3
    ( I 3 )
    PF4
    ( I 4 )
    PF5
    ( I 5 )
    PF6
    ( I 6 )
    PF7
    ( I 7 )
    PF8
    ( I 8 )
    PF9
    ( I 9 )
    ИМ 127. 6 5,43 13,56 0,24 0,27 1,76 4,36 3,93 14,35 5,42 +
    -33,2 3,65 4,22 4,73 0 -5.82 -5.82 -7.6 2.18 17.1 11.4
    -92.7 -92.7 1.58 1,58 -654 -65 0 -9.03 3,23 17,0 91 561 SOB девяносто одна тысяча пятьсот двадцать восемь -87,3 0,36 2,42 -7,82 0 -11,9 -7,92 5,4 14,6 6,68
    EOB -138 0,47 -3,94 -7,82 0 -12,8 -6,5 6,27 6,18 2,31

    Анализ проводили в ходе реакторного анализа показал, что матрица магнитной жесткости ACS(m)+APF(m) не является положительно определенной во все моменты времени.Другими словами, система неустойчива без дополнительного механического усиления. Тем не менее, полная матрица A является положительно определенной — и с хорошим запасом (таблица А.12.1.3) — из-за значительной упругой жесткости опор ПФУ, что делает полоидальную полевую систему ИТЭР достаточно устойчивой. Коэффициент безопасности составляет как минимум 37,5 и соответствует моменту времени SOF.

    Таблица А.12.1.3. Характеристики устойчивости системы PFC

    пункт в Time экстремальные значения магнитной жесткости матрицы диагональных элементов (MN M -1 ) коэффициент безопасности, K SF
    минимум минимум минимум Максимум
    ИМ −43.9 (PF8) 1.57 (PF5) 37.8
    XPF -125.3 (PF8) 24.12 (PF6) 43.2
    -150.1 (PF8) 38.5 ( PF6) 375
    SOB -86.2 (PF8) 805
    EOB -25.5 (PF8) 35.5 (PF6) 422

    Электрический ток и мощность — StickMan Physics

    Главная » Модуль 8: Ток и цепи » Электрический ток и мощность

    Электрический ток

    Электрический   Ток представляет собой текущий или движущийся заряд .Основная формула, показанная ниже, описывает ток как количество заряда (q), протекающего через точку за время (t).

    • Переменными в этом уравнении являются ток (I) , заряд (q) и время (t) .
    • МКС единица измерения тока Ампер (единица измерения А )
    • 1 Ампер (1А) тока означает, что один кулон заряда проходит за секунду

    **Примечание: точки на анимации соответствуют обычному току, а не реальному потоку электронов.

    Следующее ниже уравнение связывает ток с напряжением и сопротивлением. V=IR обычно называют Законом Ома . Уравнение справа внизу представляет собой закон Ома, переставленный для тока. Это позволяет вам лучше анализировать ситуацию, думая о том, что произойдет с I, если V или R вырастут.

    • Напряжение напрямую связано с током . При повышении напряжения увеличивается ток.
    • Сопротивление обратно пропорционально току .Когда сопротивление увеличивается, ток падает.

    * Перейдите по этой ссылке на предыдущий урок, если вы хотите узнать больше о том, как анализировать уравнение.

    Электроэнергия

    Электроэнергия является произведением силы тока и напряжения.   Чем выше напряжение, тем больше мощность, создаваемая током.

    Следующие уравнения связывают мощность с током, напряжением, сопротивлением, временем и энергией.

    Попробуйте решить следующие задачи, чтобы попрактиковаться в написании списка данных, выборе уравнения и решении задач тока и мощности.

    Стоимость киловатт-часа

    Счета за электроэнергию в США выставляются по стоимости за киловатт-час. Посмотрите в своем счете за электроэнергию фактическую стоимость за киловатт-час. В наших примерах мы будем использовать 16,0412 цента за киловатт-час, это цена, указанная в счете на картинке.

    Используйте приведенное ниже уравнение, чтобы определить стоимость эксплуатации любого устройства.

    Стоимость = мощность в киловаттах x время в часах x стоимость за киловатт-час

    Перед использованием необходимо убедиться, что мощность указана в киловаттах, а время в часах.Вы должны преобразовать перед использованием это мощность или время в любой другой единице.

    Какая бы стоимость ни была указана в долларах или центах, она будет единицей стоимости в ответе. В счете здесь указаны центы за киловатт-час.

    Расчет счета за электроэнергию

    Вы можете найти калькулятор энергопотребления электроприборов на сайте energy.gov, который можно использовать для оценки стоимости в вашем штате и определения общей мощности многих бытовых электроприборов. Знания об энергии бытовой техники делают вас лучшим гражданином.Обладая этими знаниями, вы можете помочь окружающей среде и сэкономить деньги на ежемесячном счете.

    (ссылка на энергетический калькулятор energy.gov)

    Вот несколько распространенных устройств и их мощность. Перейдите по ссылке выше, чтобы увидеть больше.

    Мощность обычных электрических устройств

    Вот некоторые распространенные устройства, которые можно использовать в следующих примерах. Обратите внимание, что современные устройства сильно различаются, и приведенные ниже числа находятся в пределах общего диапазона.

    Общие устройства Мощность
    Кондиционер (10 000 БТЕ) 3000 Вт
    Микроволновая печь 1300 Вт
    Компьютер 750 Вт
    Кофеварка 600 Вт
    Холодильник 225 Вт
    ЖК-телевизор (обычный 40 дюймов) 150 Вт
    Зарядное устройство для сотового телефона (используется) от 2 до 6 Вт
    Зарядное устройство для сотового телефона (не используется) 0.от 1 до 0,5 Вт

    Яркость ламп и энергопотребление

    • Один из способов сэкономить на счетах за электроэнергию — заменить старые лампы накаливания на альтернативные. Лампы накаливания излучают свет, нагревая нить накаливания. Это создает свет, но также и тепло, нежелательную форму энергии. Чем горячее свет, тем он менее энергоэффективен. Альтернативы, такие как светодиоды, создают свет другим, более эффективным способом. В то время как более эффективные лампочки стоят дороже, они имеют более длительный срок службы и стоят меньше при тех же люменах света.Использование светодиода для получения светового потока 1600 люмен требует всего 14 Вт мощности по сравнению со 100 Вт для лампы накаливания. Вы можете запитать семь светодиодных ламп на 1600 люмен с той же мощностью, что и одна стандартная лампа накаливания на 1600 люмен.

    Примеры задач

    5. Какова цена работы компьютера мощностью 750 Вт в течение 10 часов при стоимости счета за коммунальные услуги 16,0412 цента за киловатт-час?

    См. решение

    Преобразование

    Преобразование мощности из ватт в киловатты

    750 Вт x 1 кВт/1000 Вт = 0.750 кВт

    Решить

    Стоимость = мощность в киловаттах x время в часах x стоимость за киловатт-час

    Стоимость = 0,750 х 10 х 16,0412 = 121,3 цента

    6. Рассчитайте стоимость работы кондиционера, кофеварки и холодильника в течение трех часов при стоимости 16,0412 цента за киловатт-час? (Используйте приведенную выше таблицу для определения энергопотребления каждого устройства)

    См. решение

    Добавить устройства

    кондиционер + кофеварка + холодильник

    3000 Вт + 600 Вт + 225 Вт = 3825 Вт

    Преобразование

    Преобразование мощности из ватт в киловатты

    3825 Вт x 1 кВт/1000 Вт = 3.825 кВт

    Решить

    Стоимость = мощность в киловаттах x время в часах x стоимость за киловатт-час

    Стоимость = 3,825 х 3 х 16,0412 = 184,1 цента

    Совершение энергоэффективных покупок

    Нажмите на картинку, чтобы увидеть увеличенное изображение Energy Guide . Общий энергетический справочник будет иметь следующее:

    • кВтч Использование
    • Годовая сметная стоимость
    • Общий диапазон для аналогичного устройства

    Это поможет вам совершать разумные покупки для вашего кошелька и окружающей среды.

    Узнайте больше о Руководстве по энергопотреблению , перейдя по этой ссылке на веб-сайт Energystar.gov .

    .
  • Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.