Физика 8 класс электро энергия Что общего происходит во всех источниках тока?
Источник тока — это устройство, в котором происходит преобразование какого-либо вида энергии в электрическую энергию.
В любом источнике тока совершается работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц, которые накапливаются на полюсах источника.
Существуют различные виды источников тока:
Механический источник тока
— механическая энергия преобразуется в электрическую энергию.
К ним относятся : электрофорная машина (диски машины приводятся во вращение в противоположных направлениях. В результате трения щеток о диски на кондукторах машины накапливаются заряды противоположного знака), динамо-машина, генераторы.
Тепловой источник тока
— внутренняя энергия преобразуется в электрическую энергию.
Например, термоэлемент — две проволоки из разных металлов необходимо спаять
Работа и мощность электрического тока в цепи
Во время протекания тока по однородному участку цепи электрическое поле совершает работу. За пройденное время Δ t по цепи имеется заряд Δ q = I Δ t .
Электрическое поле выделенного участка выполняет работу, формулу которой мы запишем так: Δ A = ( φ 1 – φ 2 ) Δ q = Δ φ 12 I Δ t = U I Δ t , где U = Δ φ 12 – напряжение. Такая величина называется работой электрического тока.
Обе части формулы R I = U выражают закон Ома для однородного участка цепи с сопротивлением R , умноженным на I Δ t . В итоге получим соотношение R I 2 Δ t = U I Δ t = Δ A , выражающее закон сохранения энергии для однородного участка цепи. Работа Δ A электрического тока I , протекающего по неподвижному проводнику с сопротивлением R , преобразуется в тепло Δ Q , выделяющееся на проводнике. Δ Q = Δ A = R I 2 Δ t .
Закон Джоуля-Ленца
Дж. Джоуль и Э. Ленц установили закон преобразования работы тока в тепло.
Формула мощности электрического тока (измеряется в амперах) записывается в виде отношения изменения работы тока Δ A за определенный промежуток времени Δ t :
P = ∆ A ∆ t = U I = I 2 R = U 2 R .
Работа и мощность электрического тока обратно пропорциональны.
По таблице С И понятно, в чем измеряется мощность: в ваттах ( В Т ) , а работа в Джоулях ( Д ж ) .
Перейдем к рассмотрению полной цепи постоянного тока, которая состоит из источника с электродвижущей силой ε и внутренним сопротивлением r на участке R . Запись основного закона Ома для полной цепи имеет вид ( R + r ) I = ε . При умножении обеих частей на Δ q = I Δ t получаем, что соотношение для выражения сохранения энергии полной цепи постоянного тока запишется: R I 2 Δ t + r I 2 Δ t = ε I Δ t = Δ A с т . Из левой части видно, что Δ Q = R I 2 Δ t обозначает выделяющееся тепло на внешнем участке за промежуток времени Δ t , а Δ Q и с т = r I 2 Δ t – внутри источника за тот же время.
ε I Δ t – это обозначение работы сторонних сил Δ A с т , действующих внутри. Если имеется замкнутая цепь, тогда Δ A с т переходит в тепло, которое выделяется во внешней цепи ( Δ Q ) и внутри источника ( Δ Q и с т ) .
Δ Q + Δ Q и с т = Δ A с т = ε I Δ t .
Работа сторонних сил
Работа электрического поля не входит в данное соотношение, так как в замкнутой цепи работа не совершается, следовательно, тепло идет только от внутренних сторонних сил. В данном случае электрическое поле перераспределяет тепло по всем участкам цепи.
Внешняя цепь может иметь не только проводник с R сопротивлением, но и механизм, потребляющий мощность. Такой случай говорит о том, что R эквивалентно сопротивлению нагрузки. Энергия, которая выделяется по внешней цепи, преобразуется в тепло и другие виды энергии.
Работа, совершаемая сторонними силами за единицу времени, равняется P и с т = ε I = ε 2 R + r . Внешняя цепь характеризуется мощностью P = R I 2 = ε I — r I 2 = ε 2 R ( R + r ) 2 .
Коэффициентом полезного источника называют отношение η = P P и с т , записываемое как η = P P и с т = 1 — r ε I = R R + r .
Рисунок 1 . 11 . 1 показывает зависимость P и с т , полезной Р , выделяемой во внешней цепи, кпд η от тока I для источника с ЭДС, равной ε , и внутренним сопротивлением r . Изменение тока в цепи происходит в пределах от I = 0 ( при R = ∞ ) до I = I к з = ε r ( при R = 0 ).
Рисунок 1 . 11 . 1 . Зависимость мощности источника P и с т , мощности во внешней цепи Р и КПД источника η от силы тока.
Приведенные графики показывают, что максимальная мощность во внешней цепи может быть достигнута при R = r и запишется P m a x = ε 2 4 r . Формула тока в цепи будет иметь вид I m a x = 1 2 I к з = ε 2 r , где КПД источника не превышает 50 % . При I → 0 может достигаться максимальное значение КПД, тогда сопротивление R → ∞ . При коротком замыкании значение мощности Р = 0 . Тогда она только выделяется внутри источника, что грозит перегревом, причем КПД обращается в ноль.
Какую работу совершает электрический ток
Электрический ток выполняет работу, когда протекает через электрическую цепь или проводник. Работа, совершаемая электрическим током, связана с передачей энергии от источника питания к потребителю или выполнением полезных действий в электрических устройствах.
Вот несколько способов, которыми электрический ток выполняет работу:
1. Электрический ток является способом передачи электрической энергии от источника питания, такого как электростанция или батарея, к электрическим устройствам или потребителям. Ток протекает через проводники и поставляет энергию, необходимую для работы устройств, таких как лампы, компьютеры, холодильники и другие электроприборы.
2. Электрический ток может приводить в действие электродвигатели и электромагниты, которые преобразуют электрическую энергию в механическую работу. Например, электродвигатели используются в автомобилях, лифтах, фабричных машинах и других устройствах для приведения в движение механизмов, осуществления транспортировки и выполнения различных механических операций.
3. Протекающий электрический ток создает сопротивление в проводниках, что приводит к выделению тепла. Этот принцип используется в электрических обогревателях, плитах, водонагревателях и других устройствах, где электрический ток преобразуется в тепловую энергию.
4. Электрический ток может приводить к испусканию света в некоторых материалах. Это явление называется электрическим свечением. Использование данного принципа в различных типах ламп позволяет создавать искусственное освещение, такое как лампочки накаливания, люминесцентные лампы, светодиоды и и другие источники света, которые работают на основе электрического тока.
5. В электрохимических системах, таких как аккумуляторы и электролиз, электрический ток используется для проведения химических реакций. Прохождение тока через электролит вызывает окислительно-восстановительные реакции, в результате которых происходит зарядка или разрядка аккумулятора, электролиз веществ и другие процессы.
6. Электрический ток позволяет регулировать и управлять работой электрических устройств. Использование различных элементов управления, таких как выключатели, реле, транзисторы и микроконтроллеры, позволяет контролировать и изменять ток в цепи. Это позволяет включать и выключать устройства, регулировать их яркость, скорость или другие параметры работы.
7. В электрических системах связи, таких как проводные и беспроводные сети, электрический ток используется для передачи информации в виде сигналов. Например, в электрических проводах или оптоволоконных кабелях электрический сигнал представляет собой последовательность импульсов, которые могут кодировать голос, данные, видео и другую информацию.
8. Протекающий электрический ток в проводниках создает магнитное поле вокруг себя. Этот принцип используется в электромагнитах, электромагнитных клапанах, электромагнитных моторах и других устройствах, где электрический ток взаимодействует с магнитными полями для выполнения работы или управления другими системами.
Это лишь некоторые примеры работы, которую совершает электрический ток. В зависимости от конкретной системы, применения и устройства, электрический ток может выполнять разнообразные задачи и обеспечивать различные виды энергии и функциональность.
Энергия — физическая величина, показывающая, какую работу может совершить тело (или несколько тел). Электрическая энергия или работа — произведение напряжения, силы тока в цепи и времени его прохождения.
Вот несколько примеров с цифрами, чтобы проиллюстрировать работу электрического тока:
1. Работа электрического двигателя
Предположи м, у вас есть электрический двигатель, который потребляет ток величиной 10 ампер и напряжение 120 вольт в течении 1 часа. Тогда мощность, потребляемая этим двигателем, будет равна произведению тока на напряжение:
Мощность = Ток х Напряжение = 10 А х 120 В = 1200 ватт (или 1,2 киловатта). Энергия = Мощность х Время = 1,2 х 1 = 1,2 киловатт-часов.
2. Потребление энергии в домашней электрической сети
Предположим, что ваш дом потребляет среднюю мощность 5 киловатт в течение 3 часов. Тогда общая работа, совершаемая электрическим током за это время, будет равна: Энергия = Мощность х Время = 5 кВт х 3 ч = 15 киловатт-часов.
3. Тепловая генерация в электрическом обогревателе
Предположим, у вас есть электрический обогреватель мощностью 2000 ватт, который работает в течение 2 часов. Тогда количество тепла, выделяемого обогревателем, можно рассчитать, учитывая, что работа равна количеству выделяемого тепла: Энергия = Мощность х Время = 2000 Вт х 2 ч = 4000 ватт-часов (или 4 киловатт-часа).
4. Световая энергия светодиода
Предположим, у вас есть светодиодная лампа мощностью 10 ватт, которая горит в течение 5 часов. Тогда электрическая энергия, преобразуемая в световую энергию лампой, будет равна:
Энергия = Мощность х Время = 10 Вт х 5 ч = 50 ватт-часов (или 0,05 киловатт-часа).
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Во всех источниках тока совершается работа
ИСТОЧНИКИ ТОКА. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ
Цель урока: — выяснить из каких частей состоит электрическая цепь;
— объяснить учащимся назначение каждой части электрической цепи;
— выяснить роль источника тока в электрической цепи;
— развивать абстрактное мышление учащихся при вычерчивании схем электрических цепей и конструкторские способности при сборке электрических цепей;
— расширить кругозор учащихся;
— воспитывать бережное отношение к школьному физическому оборудованию, уважительное отношение друг к другу.
Тип урока: комбинированный урок.
Демонстрации: 1. Магнитное действие тока.
2. Источники тока: фотоэлемент, термопара, генератор, гальванические элементы, аккумуляторы.
3. Таблица устройства гальванического элемента.
4. Сборка простейших электрических цепей.
5. Условные обозначения составляющих электрических цепей.
6. Видеофрагмент «Направление электрического тока»
1. Повторение. Проверка домашнего задания.
— Что такое электрический ток?
— Какие условия необходимы для существования тока?
— Какие частицы являются носителями тока в металлах? Электролитах?
— Какие действия может оказывать электрический ток?
— Показать магнитное действие электрического тока. (Выполняется учащимся).
Демонстрация 1.
На железный гвоздь наматывается изолированный медный провод, концы провода соединяются с источником тока.
Гвоздь становится магнитом и притягивает к себе небольшие железные предметы: скрепки и кнопки. С исчезновением тока в обмотке гвоздь размагничивается.
2. Изучение нового материала .
Электрическое поле в проводниках создаётся и может поддерживаться источниками электрического тока.
— Сообщения учащихся об истории создания первых источников тока:
а) Луиджи Гальвани;
б) Алессандро Вольта;
в) Василий Владимирович Петров.
Источники тока бывают разные, но во всех из них совершается работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц. Разделённые частицы накапливаются на полюсах. У любого источника два полюса – положительный (+) и отрицательный (-).
В источниках тока в процессе работы по разделению заряженных частиц происходит превращение механической, внутренней или какой-либо другой энергии в электрическую.
Демонстрация 2: Демонстрация работы генератора (механическая энергия переходит в электрическую).
Демонстрация 3 : Демонстрация работы термопары (внутренняя энергия переходит в электрическую).
Демонстрация 4 : Демонстрация работы фотоэлемента (энергия света переходит в электрическую).
Демонстрация 5 : К клеммам гальванометра присоединим медные провода. К концу оного из них присоединим железный гвоздь. Воткнём медный провод и гвоздь в яблоко – стрелка гальванометра отклонится (химическая энергия переходит в электрическую)
Именно благодаря химическим реакциям, внутренняя энергия выделяющаяся при этих реакциях, превращается в электрическую.
Из источников тока, используемых энергию химических реакций, наиболее распространены гальванический элемент и аккумуляторы.
Демонстрация 6 : коллекция гальванических элементов и аккумуляторов (обращается внимание учащихся, что аккумуляторы можно неоднократно подзаряжать).
Демонстрация 7 : По плакату устройство и принцип работы гальванического элемента.
Во время демонстраций составляется схема превращений различных видов энергии в электрическую:
Соединенные друг с другом источник тока, провода и потребители энергии образуют электрическую цепь.
Демонстрация 8: источник тока, лампа накаливания, ключ. (Данное оборудование имеется у каждого учащегося на столе). С помощью магнитных кубиков с вмонтированным в них перечисленным оборудованием и проводов на классной доске собирается электрическая цепь. При замыкании ключа, лампочка загорается.
Вывод : для того, чтобы в цепи мог идти постоянный ток, электрическая цепь должна быть замкнутой.
При замыкании цепи электрическое поле от источника распространяется вдоль проводников со скоростью 300 000 км/с.
Электрическую цепь можно изобразить в виде схемы (чертежа), пользуясь условными обозначениями.
Демонстрация 9: демонстрируются и крепятся на доску условные обозначения: ключ, источник тока, лампа накаливания.
Задание : начертить схему собранной электрической цепи, пользуясь предложенными условными обозначениями.
Демонстрация 10: демонстрация видеофрагмента «Направление электрического тока» с использованием мультимедийных средств.
После просмотра видеофрагмента предлагается указать направление тока на ранее начерченной схеме.
Другие условные обозначения, используемые на практике, приведены на стр. 27 в таблице № 2 учебника. (Работа по таблице № 2).
Потребители электроэнергии могут быть по-разному расположены в электрических цепях.
Демонстрация 11: ранее заготовленные схемы последовательного и параллельного соединения проводников демонстрируются на доске.
Закрепление изученного материала.
1. Каково назначение источника тока в электрической цепи?
2. Какие источники электрического тока вам известны? Каково их назначение?
3. Какую электрическую цепь называют замкнутой?
Выполнение № 25 и 27 в учебнике.
Домашнее задание : § 9 (таблицу № 2 перечертить в тетрадь и выучить условные обозначения); № 26, 28; по желанию: стр.29 экспериментальное задание.
1. Волков В.А. поурочные разработки по физике к учебным комплектам С.В. Громова и А.В. Пёрышкина. 9 класс. М.: «ВАКО», 2004, 336с.
2. Громов С.В. Физика: Учеб. Для 9 кл. общеобразоват. Учреждений/ С.В. Громов, Н.А. Родина. – 3-е изд. – М.: Просвещение, 2002. – 160 с.
3. Кирик Л.А. Физика-8. методические материалы. М.: Илекса, 2003.- 288с.
4. Конаржевский Ю.А. Анализ урока/ М.: Центр «Педагогический поиск», 2000.- 336 с.
5. Марон А.Е. Опорные конспекты и дифференцированные задачи по физике: 7, 8, 9 кл.: Кн. Для учителя / А. Е. Марон, Е. А. Марон.- М. : Просвещение, 2003.- 127 с.
6. Новые педагогические и информационные технологии в системе образования: учеб. пособие для студ. пед. вузов и системы повыш. квалиф. пед. кадров/ Е.С. Полат, М.Ю. Бухаркина, М.В. Молисеева, А.Е. Петров; Под ред. Е.С. Полат.- М.: Издательский центр «Академия», 2003. – 272 с.
7. Физика [электронный ресурс]. Мультимедийное приложение к учебнику С.В Громова и Н.А. Родиной «Физика 9 класс» — М.: «Просвещение – МЕДИА», 2003.