Ім'я файлу: Електричний струм. Джерела.doc
Розширення: doc
Розмір: 805кб.
Дата: 11.12.2020
Пов'язані файли:
ПРОЕКТ.docx
05. А та П (ПЗ).doc
dozd_cherv (1).doc
практична 3.doc

Електричний струм. Джерела електричного струму.
Сьогодні важко уявити наше життя без електричного струму. Так нам допомагають в домашній роботі пральна машина, ми використовуємо на кухні електром’ясорубку, електроміксер, мікрохвильову пічку, електрочайник, електричні лампи створюють світло в наших оселях. Без телевізора, комп’ютера важко уявити сучасне життя.

А що таке електричний струм, які умови потрібні для його існування? Ці питання ми прояснимо в наступному параграфі.

Коли ми з’єднуємо заряджене та незаряджене тіла, то відбувається перехід частини електронів з одного тіла до іншого. Ми кажемо, що між цими двома тілами існував електричний струм від одного тіла до іншого.

Електричним струмом називають упорядкований рух заряджених частинок.

Які частинки створюють цей струм? Як утворюються ці частинки? Чому одні речовини проводять електричний струм добре, інші – погано?

Для існування електричного струму потрібно виконання наступних умов:

  • Наявність вільних носіїв зарядів;

  • Наявність електричного поля

  • Наявність замкненого електричного кола.


Всі речовини розділяються на провідники – речовини, що добре проводять електричний струм; діелектрики або ізолятори – речовини, які практично не проводять електричний струм та напівпровідники – речовини, що проводять струм гірше за провідники, але краще діелектриків.

Найкращими провідниками електричного струму є метали. У металів електрони зовнішніх оболонок внаслідок віддалення від ядра слабо зв’язані з ядром. Ці електрони легко відриваються від своїх атомів, стаючи вільними і утворюючи на місці розриву додатній іон. Ці іони розташовані у вузлах кристалічних ґраток, а електрони хаотично рухаються у міжвузольному просторі ( так названий електронний газ). Загальний заряд всіх електронів за модулем дорівнює загальному заряду всіх іонів у вузлах кристалічних ґраток. Шматок металу є електрично нейтральним. Така структура називається металевою кристалічною граткою.



Поганими провідниками є гума, пластмаси тощо. В молекулах цих хімічних з’єднань електрони міцно зв’язані зі своїми ядрами в атомах. Вони внаслідок сильного зв’язку з ядром не можуть легко вивільнитися. В цих речовинах кількість вільних електронів вкрай мізерний.

Коли до шматка металу прикладають електричне поле, то електрони починають рухатися в одному напрямку до додатньої пластини, оминаючи вузли кристалічних ґраток. Тобто при прикладанні поля електрони (заряджені частинки) починають рухатися у одному напрямку, це означає, що існує електричний струм.

Але описаний вище спосіб створення електричного струму є неефективним. Потрібно, щоб струм підтримувався автоматично. Тому джерела електричного поля (їх називають джерелами електричного струму) за допомогою дротів з’єднують у замкнене електричне коло.

Джерелом електричного струму називають пристрій, що розділює додатні та від’ємні заряди та перетворює різні види енергії на електричну.

Джерела електричного струму розділяються на:

  • Механічні. В основі роботи такого джерела струму лежить перетворення механічної енергії на електричну. За допомогою тертя за рахунок виконання роботи електрони на зовнішніх оболонках отримують додаткову енергію, внаслідок якої вивільняються.

На одному тілі під час тертя накопичується надлишок електронів і тіло має від’ємний заряд. Інший об’єкт віддає електрони, і воно набуває додатнього заряду. Між різнойменно зарядженими об’єктами створюється електричне поле, що діє на провідник і під дією якого в провіднику існує електричний струм. Прикладом механічного джерела струму є електрофорна машина, турбіна, де за рахунок обертання відбувається розділення зарядів.



  • Термоелектронні. Під час нагрівання електрони отримують «зайву» енергію, вивільняються. Легко переходять з одного тіла на інше. Між зарядженими тілами створюється електричне поле. В цих пристроях теплова енергію перетворюється на електричну.

  • Фотоелектричні. Енергію падаючого світла провокує вивільнення електронів та створення електричного поля. Світлова енергію в цих пристроях перетворюється на електричну. Такими джерелами світла є фотоелементи та сонячні батареї.

  • Хімічні. В основі роботи даних джерел струму лежить енергія, що виділяється під час хімічних реакцій. Тобто енергія хімічних реакцій перетворюється на електричну енергію. Один з електродів – анод набуває додатнього заряду, інший – катод набуває негативного заряду. Між ними створюється електричне поле. Прикладами таких джерел є акумулятори та батарейки.



Коли почали вивчати електричний струм (18 століття), чітко не знали які саме частинки створюють електричний струм. Тому за технічний напрям струму обрали рух додатніх зарядів – від додатнього полюсу до від’ємного полюсу. Такий вибір напряму струму дозволив пояснювати закономірності проходження струму, а пізніше при виявленні справжніх носіїв зарядів цей напрям змінювати не стали.

Електричний струм ми широко використовуємо в нашому житті. При проходженні електричного струму можна помітити наступні дії електричного струму на провідник зі струмом:

  • Теплова дія. Коли по провіднику проходить електричний струм, він нагрівається. У деяких наших приладах цю дію збільшують і використовують щодня: електрочайник нам нагріває воду для кави та чаю; електропраска нагрівається і під гарячою праскою наші речі набувають привабливого вигляду. Електрокамін створює тепло при відсутності водяного опалення.

  • Магнітна дія. Навколо провідника, по якому протікає електричний струм, існує і магнітне поле. Воно діє на предмети та живі організми. Так магнітна дія електричного струму лежить в основі роботи електромагніту, що переносить металевий брухт або металеві заготовки на виробництві; в електродзвонику. Де за допомогою магнітного поля притягується язичок, який ударяє по колокольчику, створює звук.

  • Хімічна дія. При проходженні електричного струму відбувається електроліз (струм в метала та електролітах), при якому отримують очищені речовини або виплавляють алюміній.

Названі дії електричного струму можуть проявлятися одночасно, і людина конструкторськими методами збільшує або зменшую її певну дію струму. так в прасці переважною є теплова дія. А магнітна повинна бути мінімальною (хоча вона присутня). В медицина за допомогою електричного струму виконують прогрівання органів, магнітна дія струму використовується для поліпшення роботи деяких органів.

Для роботи електричного пристрою необхідне джерело струму. як правило у якості джерела струму ми використовуємо батарейки або гальванічні елементи. Полюси або виводи батареї позначені знаками «+» та «-».

Іншим важливим елементом електричного кола є споживачі – лампи, нагрівачі, дзвоники, тощо. Джерело струму та споживачі з’єднані за допомогою з’єднувальних дротів. І останнім елементом кола є пристрої вмикання та вимикання – ключі, рубильники, вимикачі, розетки.

З’єднані в певному порядку провідники, споживачі, джерела струму та пристрої вмикання та вимикання утворюють електричне коло.

Для зображення електричного кола використовують схематичні позначення, малюнки та пояснення яких наведені нижче.





За допомогою таких позначок можна накреслити схему найпростішого електричного кола, що складається із джерела струму – батареї елементів, з’єднувальних проводів, лампи та вимикача.




Споживачі можна з’єднувати послідовно, як показано на схемі б), а можна і паралельно, як на схемі в). Напрямок стрілочок на схемах показує технічний напрям струму в кожній схемі.


Джерела електричного струму. Гальванічні елементи та акумулятори.
Візьмемо цинкову та мідну пластинку. Очистимо їхні поверхні, і між ними покладемо тканину, змочену у слабкому розчині сульфатної кислоти.



Виготовлений пристрій являє собою найпростіше хімічне джерело струму – гальванічний елемент. Якщо з’єднати пластинки через чутливий пристрій гальванометр, то останній зафіксує наявність слабкого струму. Першим гальванічний елемент створив Алессандро Вольта, назвавши його на честь Луїджі Гальвані.

Будь – який гальванічний пристрій складається з двох електродів, занурених у електроліт. Електроди по-різному взаємодіють з електролітом, внаслідок хімічних реакцій один електрод отримує додатній заряд (анод), другий – від’ємний (катод). Через деякий час «працездатність» приладу зменшується через виснаження запасу речовин, що беруть участь в реакціях.

На малюнку приведено схему найпростішого гальванічного елементу (батарейки). Він складається із цинкової посудини (1). В яку вставлено вугільний стержень (2). Стержень занурений у полотняний мішечок (3), наповнений сумішшю оксиду марганцю з вугіллям. Мішечок поміщено у посудину. заповнену густим клейстером (4), що виготовлений з борошна з нашатирем. Зверху посудина залита шаром смоли і поміщена у картонну коробку (5).



Вугільний стержень заряджений позитивно, цинкова посудина – негативно, і вони слугують електродами. Такі батарейки використовуються у електроживленні годинників, фотоапаратів, плеєрів, ліхтариків.

З часом гальванічні елементи через виснаження хімічних речовин стають непридатними до роботи. А інший вид хімічних джерел – акумулятори – можна використовувати багаторазово.

Найпростіший акумулятор складається з двох свинцевих пластин, занурених у водний розчин сульфатної кислоти. Щоб акумулятор став джерелом струму. через нього пропускають електричний струм. Одна з пластин набуває позитивного заряду, інша – негативного. Після цього акумулятор використовують як самостійне джерело струму. Коли сульфатна кислота перетвориться на воду. акумулятор знову заряджають.

Акумулятори використовуються в транспорті, в мобільних телефонах, в техніці, для живлення підводних човнів, електровізків тощо.

скачати

© Усі права захищені
написати до нас