Электрический ток. Источники электрического тока

02.02.2021, 13:25

8 Г класс [Физика]

Учитель: 

Теоретическая часть

На данном уроке мы познакомимся с понятием электрического тока, условиями его существования, а также с источниками электрического тока и их видами. Мы рассмотрим устройство простейшего гальванического элемента, необходимые условия существования электрического тока.

Движение электрических зарядов

На предыдущих уроках мы выяснили, что огромное значение в электрических явлениях играет движение электрических зарядов (ионов, электронов). Почему именно движение зарядов? Потому что заряды при движении совершают работу. Работа при движении зарядов обеспечивает нам и горящую лампочку, и работающие электроприборы. Электрические заряды движутся только тогда, когда есть электрическое поле, то есть, электрическое поле заставляет двигаться заряды.

Определение электрического тока

Электрический ток – направленное, упорядоченное движение электрических зарядов. Электрические заряды могут быть разными, но чаще всего – это электроны или ионы (положительно или отрицательно заряженные).

Электроны обладают сравнительно небольшой массой, поэтому масса проводников практически не меняется. А вот когда движутся ионы, может меняться даже химический состав вещества.

Как мы уже говорили, электрический ток может существовать, только если есть электрическое поле.

Условия существования электрического тока

Какие ещё могут быть условия существования тока?

Условия существования электрического тока:

1. Наличие свободных электрических зарядов.

2. Наличие электрического поля, которое обеспечивает движение зарядов (в результате действия источника тока).

3. Замкнутая электрическая цепь (состоит преимущественно из проводников).

Источники электрического тока

Пришло время поговорить об источниках тока, то есть объектах, которые образуют электрическое поле, необходимое для существования электрического тока.

Рассмотрим вначале следующий эксперимент.

Возьмём два электрометра. Один из них зарядим, а второй оставим незаряженным.

Теперь возьмём проводник и соединим с помощью него два электрометра. Как мы уже неоднократно наблюдали на предыдущих уроках, электрический заряд очень быстро перетечёт с первого электрометра на второй, и второй электрометр покажет наличие электрического заряда.

Как только прекращается действие электрического поля, тут же прекращается движение зарядов.

Электрическое поле появляется при наличии источника электрического тока.

Что же такое источник тока?

Источник тока совершает работу по разделению электрического заряда, но без помощи электрических сил. Неэлектрические силы, которые совершают работу по разделению заряда, называются сторонними силами.

В результате деления на контактах источника тока образуются заряды, которые и создают поле. Под действием этого поля свободные заряды, которые находятся внутри проводников, приходят в движение.

Сторонние силы могут иметь различное происхождение, в частности:

· механические силы;

· химические превращения (реакции);

· тепловые (термоэлементы);

действие света на фотоэлементы (фотоэффект).

История появления гальванических элементов

Источники тока широко используются в технике и в быту.

Наибольший интерес представляют так называемые гальванические элементы. В 1796 году итальянский учёный Алессандро Вольта (Рис. 1) предложил назвать химический элемент, который создаёт электрический ток, в честь другого итальянского учёного – Луиджи Гальвани (Рис. 2).

Рис. 1. Алессандро Вольта

Рис. 2. Луиджи Гальвани

Устройство простейшего гальванического элемента, аккумуляторы

В основе работы гальванического элемента лежит химическая реакция.

Наиболее распространённый гальванический элемент – батарейка (от слова батарея – набор гальванических элементов).

Рассмотрим устройство батарейки: несколько гальванических элементов соединены между собой и расположены в общей коробке, а также снабжены общими контактами.

Рассмотрим устройство наиболее простого гальванического элемента (Рис. 3).

Рис. 3. Устройство простейшего гальванического элемента.

Внутри цинкового стакана находится клейстер (состоит из муки и нашатыря). Внутри клейстера располагается полотняный мешочек, в котором находится уголь и оксид марганца. Внутрь мешочка вставляется угольный стержень. При взаимодействии нашатыря с цинком цинк приобретает отрицательный заряд, а угольный стержень – положительный заряд. В результате, между цинковым стаканом и угольным стержнем и происходит разделение зарядов.

При соединении нескольких гальванических элементов и получается батарейка.

Кроме гальванических элементов широкое применение получили также ещё и аккумуляторы – они могут достаточно долго работать и создавать электрический ток в цепи.

Существуют щелочные и кислотные аккумуляторы (зависит от того, какое вещество участвует в химической реакции).

Для работы аккумуляторы необходимо заряжать (в отличие от батареек, которые преимущественно являются «одноразовыми», то есть работают только в течение одного «рабочего» цикла). Аккумуляторы – очень важный элемент для обеспечения движения автомобилей на электрической тяге.

1. Условия существования электрического тока. Электрическая цепь

Вспомним, что на прошлом уроке мы оговаривали три условия наличия электрического тока:

1. наличие зарядов;

2. наличие источника тока (гальванического элемента и др.). Источник тока создает электрическое поле внутри проводника, что является причиной движения зарядов;

3. наличие электрической цепи. О последнем понятии мы будет говорить сегодня.

Электрическая цепь должна содержать источник тока (рис. 1–3), т. е. элемент, который создает в цепи электрическое поле и обеспечивает движение заряженных частиц, и потребитель тока, т. е. например, любой бытовой прибор (рис. 4): лампочку, фонарик, компьютер, телевизор, стиральную машину, холодильник и т. п. Источник тока и потребители всегда соединяются проводами (проводниками), т. е. такими элементами, которые способны проводить электрический ток и обладают большим количеством свободных заряженных частиц.

Рис. 1. Гальванический элемент

Рис. 2. Аккумулятор

Рис. 3. Электростанция

Рис. 4. Потребители тока

Таким образом, электрическая цепь имеет следующие основные составные элементы: источник тока, потребители тока, соединительные провода.

Конечно же, потребители тока сами по себе состоят из более мелких элементов, каждый из которых имеет свое название, функцию и особенности. Электрические цепи бывают сложными и простыми, мы начнем их изучение с простейших вариантов, например, с устройства карманного фонарика. В его составные части входят: источник питания, лампочка, соединительные провода и выключатель. В конце урока мы соберем электрическую цепь, аналогичную цепи внутри фонарика и обсудим ее принцип работы.

Для удобства электрические цепи принято изображать в виде схем, в которых приняты определенные обозначения различных элементов. Условные обозначения элементов электрических цепей известны и классифицированы определенным образом, их достаточно много, но мы познакомимся с основными из них.

ОпределениеЭлектрическая цепь, изображенная на рисунке, называется электрической схемой.

2. Условные обозначения элементов электрических цепей

 

 

Гальванический элемент (источник тока)

Как видно из рисунка, длинной полоской обозначают положительный полюс источника, а короткой – отрицательный

 

 

Гальваническая батарея (аккумулятор)

Таким образом обозначается соединение нескольких гальванических элементов

 

Соединяющиеся провода

Место соединения проводов обозначается жирной точкой, которую еще зачастую именуют узлом

 

 

Несоединяющиеся провода

Провода, которые не соединяются, в точке пересечения никак особо не выделяются

 

Лампа накаливания (лампочка)

 

Зажимы для подключения электроприборов

К подобному элементу на схеме можно подключать какой-либо электроприбор

 

Ключ (выключатель)

Элемент цепи для ее замыкания и размыкания

 

Электрический звонок

Для запоминания этого обозначения можно заметить, что оно похоже на грибочек

 

Резистор

Этот элемент цепи имеет большое сопротивление

 

Нагревательный элемент

                 

Плавкий предохранитель

Прибор, который обеспечивает безопасность работы электрической цепи

 

Указанные в таблице элементы являются составными частями простейших электрических цепей.

3. Устройство электрической цепи карманного фонарика

Рассмотрим простейшую электрическую цепь на примере устройства карманного фонарика. В нее входят источник питания, лампочка накаливания, соединительные провода и выключатель (ключ).

Собирать цепь удобно в следующей последовательности: сначала подключим лампочку к одному из полюсов источника тока (батарейки), затем второй контакт на лампочке подключаем к разомкнутому предварительно ключу (выключателю) и, чтобы замкнуть цепь, второй контакт ключа соединяем со свободным полюсом источника тока.

После сбора цепи видно, что лампочка не горит, т. к. она все еще разомкнута с помощью ключа, и электрический ток не идет (не выполнено условие замкнутости электрической цепи). Теперь замыкаем ключ, и лампочка загорается (рис. 5), т. к. цепь становится замкнутой и все условия существования электрического тока выполнены.

Рис. 5.

Изобразим схему собранной нами электрической цепи с использованием приведенных в таблице условных обозначений (рис. 6).

 

 

 

 

 

Рис. 6.

Конечно же, бессмысленно рассматривать с практической точки зрения те электрические цепи, в которых не выполняется работа электрического тока. О действии электрического тока и о выполнении им работы мы поговорим позже.

 

Выполнить задание:

Параграф 32-33, упражнения после параграфов