Теория

Направление тока в цепи принимают. Электрический ток. направление и сила тока. Закрепление изученного материала с помощью тестовых заданий

Для проведения расчета и анализа электрических цепей необходимо знать не только значения заданных ЭДС, напряжений или токов, но и их направления, так как последние определяют знаки слагаемых в расчетных выражениях. В связи с этим следует напомнить о направлениях токов, напряжений и ЭДС, принятых в физике.

За направление тока принимают направление движения положительных зарядов.

В школе вы могли бы узнать, что электроны были отрицательно заряжены, а протоны были положительными. Это не факт природы, а конвенция, придуманная человеком. Это факт, что протоны и электроны имеют противоположные заряды, но ученые могут так же легко назвать электроны положительными, а протоны отрицательными. Все могло быть настроено намного проще. Теперь мы учим студентов, что электрический ток течет от положительного к отрицательному, хотя мы знаем, что электроны движутся в противоположном направлении к току.

Закрепление изученного материала с помощью тестовых заданий

Почему бы не называть электроны положительными и определить направление тока так, чтобы оно совпадало с направлением этих положительных электронов? В теории «одной жидкости» Франклина утверждалось, что электричество течет внутри и между объектами - избыточная жидкость делает некоторые объекты положительными и недостаток жидкости делает другие негативными.

За направление напряжения между какими-либо точками электрической цепи принимают напревление, в котором перемещались бы положительные заряды между этими точками под действием сил электрического поля, т. е. от большего потенциала к меньшему.

За направление ЭДС между выводами источника или активного приемника принимают направление, в котором перемещались бы положительные заряды под действием сил стороннего поля, т. е. от меньшего потенциала к большему.

Заряд может перемещаться, но не создаваться или уничтожаться. Франклин получил вещи назад? Чтобы узнать, мне нужно было найти правильных историков. Это называется Баккенский музей. Что касается истории, Бен Франклин представлял себе электричество в виде невидимой жидкости, которая могла бы расти или отсутствовать в материале или, по крайней мере, в некоторых материалах. Он считал, что когда эта невидимая жидкость создала объект, была положительно заряжена. Когда не было этой жидкости, он назвал этот материал отрицательно заряженным.

Оказывается, он правильно понял концепцию, но номенклатуру назад. Это и есть моя интерпретация. Конечно, мы не можем обвинять Франклина в его возврате. Было бы догадываться, каким образом «жидкость» текла до обнаружения электронов. Теперь мы знаем, что стекло теряет электроны, когда заряжается - что-то вытекает из него. Таким образом, мы все еще можем сохранить соглашение Франклина, продолжая говорить, что стекло заряжается положительно, пока электроны определяются как отрицательные. Альберто Мартинес, историк науки в Техасском университете и говорит, что мы должны изменить все это, чтобы облегчить его.

Так, в электрической цепи рис. 1.1, а потенциал точки а больше потенциала точки b (φа > φb), поэтому напряжение направлено от точки а к точке b, а ЭДС Е - от точки b к точке а.

На участке атb, содержащем пассивные элементы, положительные заряды перемещаются под действием сил электрического поля от большего потенциала к меньшему; направления напряжения и тока на этом участке совпадают. На участке bпа, содержащем источник электрической энергии, положительные заряды перемещаются под действием ЭДС от меньшего потенциала к большему, направление тока на таком участке совпадает с направлением ЭДС и противоположно направлению напряжения.

Физика достаточно сложна со всей контринтуитивной странностью квантовой механики. Почему бы не по крайней мере сделать часть, которую мы можем контролировать? С другой стороны, мы так долго занимаемся этим. Возможно, это может изменить ситуацию. Существует два типа фундаментальных электрических зарядов, положительных и отрицательных. Положительные заряды соответствуют протонам, отрицательным к электронам. Неравенства между количеством частиц таких типов также заставляют область или атом заряжаться.

Например, когда электрон покидает атом, он становится положительно заряженным. Носителями заряда являются любые частицы, которые могут перемещаться и переносить с собой свойство электрического заряда. Фактическое направление? существует много типов тока, и каждый из них имеет свои направления. В металлах нам повезло, что у нас есть только один носитель заряда.

Для удобства дальнейшего изложения будем называть указанные выше направления действительными направлениями.

Расчет и анализ любых электрических цепей может быть произведен с помощью основных законов электрических цепей: закона Ома, первого и второго законов Кирхгофа. Указанные законы используются также для обоснования различных методов, упрощающих расчет и анализ цепей.

Ток представляет собой организованный поток зарядов в определенном направлении. В металлах имеется вездесущее «море электронов», которое свободно перемещается, а положительные заряды остаются фиксированными. Фактически ток течет от отрицательной клеммы до положительной, так как единственными свободными для перемещения частиц в металлах являются электроны.

Однако в других ситуациях и средах проводимости могут быть несколько типов носителей заряда. А поскольку они движутся, то по определению действует ток. Если мы посмотрим на ион Н и видим, что он имеет положительный заряд, он движется к отрицательному электроду. Как назначить ему текущее направление?

Запись выражении по законам Ома и Кирхгофа, различных методов расчета и анализа, а также расчетных формул производится с учетом определенных направлений как заданных величин (например, ЭДС, напряжений или токов), так и величин, подлежащих определению.

При расчете и анализе электрических цепей направления заданных и искомых величин указывают на схемах стрелками, считают их положительными (Е > 0, U > 0 и I > 0) и поэтому называют положительными направлениями.

В принципе, если мы назначаем направление тока и держать это базовое направление в соответствии со всеми измерениями, мы не будем иметь проблемы. Действительно, в металлах в твердой форме, да, фактический ток протекает от отрицательной клеммы к положительной. Но в других материалах, и даже когда вы узнаете о полупроводниках и другой электронике, существует более сложная ситуация.

Вот почему мы используем соглашение. Пока мы придерживаемся этого и применяем его правильно и последовательно, у нас не будет проблем. Обычный ток определяется как направление, в котором будут протекать положительные заряды. Ток А-Ампера в левом направлении равен 3-амперному току вправо. Потому что мы абстрагируемся - для этого анализа нас не волнуют.

За положительные направления заданных и искомых величин при постоянном токе принимают их действительные направления. Если они не очевидны, можно задаться положительными направлениями произвольно, так как от выбора тех или иных положительных направлений зависят лишь знаки искомых величин, а не их значения.

В качестве положительных направлений величин, изменяющих свои действительные направления с течением времени, например при расчете или анализе цепей переменного тока, задают одно из двух возможных их направлений, с учетом которого и производят расчет.

Он переносит заряд в сторону или за пределы указанного обычного потока. Фактический ток: мы хотим, чтобы чистый поток и как он соотносится с нашим заданным обычным потоком. Отрицательный значение говорит вам об этом. В стандартных книгах анализа схем указано, что каждое определение тока должно.

Имейте числовое значение.
Направление со стрелкой.
Убедитесь, что «голова» стрелки входит в положительный терминал устройства.

Теперь, почему мы не изменили соглашение в соответствии с «реальностью»? Хорошо, потому что изменение такого соглашения означало много других эффектов.

Если в результате расчета или анализа какая-либо из искомых величин оказывается положительной, это означает, что она направлена в действительности так, как показано на схеме стрелкой; отрицательное значение искомой величины указывает на ее противоположное направление. Сказанное относится и к величинам, действительные направления которых с течением времени изменяются.

Это было бы дорого: диаграммы, схемы, учебники, планы, тонны литературы и, возможно, даже оборудование пришлось бы изменить, чтобы принять это новое соглашение. Было бы странно: мне кажется совершенно естественным, что мы придерживаемся одного соглашения и не меняем его каждый раз, чтобы «соответствовать» фактическому потоку тока. Его много времени и анализ не имеют никакой цели для большинства основ схемы. Если мы перейдем от металлов в твердом состоянии, мы увидим, что в системе существуют все типы носителей заряда и положительный и отрицательный заряды во многих направлениях.

В книге используется Международная система единиц (СИ), в которой основной единицей ЭДС, напряжения и потенциала является 1 вольт (1 В). Кроме единицы 1 вольт в практике используется единица 1 киловольт (1 кВ = 103 В) и 1 милливольт (1 мВ = 10-3 В).

Основной единицей тока является 1 ампер (1 А). Для тока используются также единицы 1 миллиампер (1 мА = 10-3 А) и 1 микроампер (1 мкА = 10-6 А).

Определение: Электрический ток определяется как скорость потока отрицательных зарядов проводника. Другими словами, непрерывный поток электронов в электрической цепи называется электрическим током. Проводящий материал состоит из большого количества свободных электронов, которые случайным образом переходят от одного атома к другому.

Таким образом, считается, что провод имеет ток в один ампер, когда заряд протекает через него со скоростью одного кулона в секунду. Когда на металлический проводник накладывается электрическая разность потенциалов, свободно присоединенные свободные электроны начинают двигаться к положительной клемме ячейки, показанной на рисунке ниже. Этот непрерывный поток электронов представляет собой электрический ток. Поток токов в проводе происходит от отрицательной клеммы ячейки до положительной клеммы через внешнюю цепь.

Цели урока:

Дидактические: создать условия для усвоения нового учебного материала, используя методику проблемного обучения, научить учащихся, работая в группах, достигать общую цель.
Общеобразовательные: В процессе экспериментальной работы выяснить, какие действия способен совершать электрический ток. Познакомить учащихся с техникой безопасности при работе с электрическими приборами. Показать практическую направленность изучаемого материала.
Развивающие: Формировать научно-материалистическое мировоззрение, развивать логическое мышление, формировать представление о процессе научного познания. Вырабатывать умение слушать и быть услышанным, прививать культуру умственного труда.

Оборудование: Выпрямители, провода с розетками, ключи, магниты, штативы, подставки, электроды угольные и серебряные, раствор медного купороса, кипячёная вода, резистор, лампочка на подставке, шкала, термометр, гвозди, проволока, проволочный моток, таблица на доске, схемы электрических цепей, карточки, интерактивная доска.

Обычное направление течения тока

Согласно теории электронов, когда разность потенциалов накладывается на проводник, то через цепь протекает какая-то материя, которая составляет электрический ток. Считалось, что это вещество протекает от более высокого потенциала к более низкому потенциалу, то есть к положительной клемме к отрицательной клемме ячейки через внешнюю цепь.

Это соглашение о потоке тока настолько прочно установлено, что оно все еще используется. Таким образом, обычное направление потока тока происходит от положительной клеммы ячейки до отрицательной клеммы ячейки через внешнюю цепь. Величина потока тока на любом участке проводника представляет собой скорость потока электронов, то есть расход, текущий в секунду.

Ход урока

1. Организационный момент.

Сообщение темы и цели урока.

2. Экспресс-опрос по пройденному материалу:

Что такое электрический ток?
Перечислите условия существования электрического тока.
Какие заряженные частицы могут участвовать в возникновении электрического тока?
Что создает и поддерживает длительное время электрическое поле в цепи?
Что такое источник тока?
Каково его назначение?
Какие виды источников тока вам знакомы?
Соотнесите источник тока с энергией, в котором происходит превращение энергии в электрическую энергию.

Класс разбивается на три группы для дальнейшей работы ребят в группах. Каждой группе выдается карточка с заданиями экспериментальной работы (Приложение 1 ) и рабочий лист для ученика (Приложении 2 ).

Математически он представлен. На основе потока электрического заряда ток в основном подразделяется на два типа, то есть переменный ток и постоянный ток. В постоянном токе заряды протекают через однонаправленный, тогда как в переменном токе заряды протекают в обоих направлениях.

Когда вы подключаете провода к клеммам батареи, заряд может протекать и образуется полный путь, называемый схемой. Этот поток заряда называется током. Чем выше ток, проходящий через провод, тем больше заряда протекает. Как заряд проходит через цепь? Когда медный провод подключается к клеммам заряда аккумулятора. Если вы поместите резиновую ленту через терминалы, плата не будет двигаться. Причина связана с свойствами меди, которое является хорошим проводником заряда. Материал, который является хорошим проводником, свободно удерживает электроны.

3. Объяснение нового материала (обратить внимание ребят на рабочие листы):

При объяснении вопроса электрический ток в металлах и направление электрического тока учащиеся заполняют пробелы в предложениях рабочего листа.

1. Электрический ток в металлах.

Металлы в твердом состоянии имеют кристаллическое строение.

Движение электронов происходит очень быстро, переходя от атома к атому вдоль проволоки. Чтобы переместить заряд, должно быть между двумя точками. Существует связь между электрическим потенциалом и электрическим током. Эта связь была впервые продемонстрирована экспериментально ученым Джорджем Симоном Омом.

В чем разница между электрическим током и потоком электронов? Почему они находятся в разных направлениях. В этом вопросе все еще много путаницы. Это происходит, когда Бенджамин Франклин впервые обнаружил электричество, он думал, что это положительные заряды, которые двигались вдоль провода. Таким образом, ток определялся как поток положительного заряда, который двигался в металлических проводах, с которыми он играл. Теперь мы знаем, что Франклин ошибался - это были отрицательные заряды, двигавшиеся в направлении, противоположном направлению его положительного заряда в проводе.

В узлах кристаллической решётки металлов расположены положительные ионы, а в пространстве между ними движутся электроны. Электроны не связаны с ядрами своих атомов и движутся беспорядочно, поэтому их называют свободными.

Отрицательный заряд всех свободных электронов по абсолютному значению равен положительному заряду всех ионов решётки. Поэтому в обычных условиях металл электрически нейтрален.

Важно отметить, что положительные заряды не движутся в медной проволоке, а в других случаях, например, в растворах как отрицательных, так и положительных зарядов. Закон Ома гласит, что в электрической цепи ток, проходящий через резистор между двумя точками, связан с разностью напряжений между двумя точками и обратно связан с электрическим сопротивлением между двумя точками. Это соотношение показано в следующая монета.

Ток прямо пропорционален потерям напряжения через резистор. То есть, если ток удваивается, то и напряжение. Чтобы протекать ток через сопротивление, должно быть напряжение на этом сопротивлении. Закон Ома показывает взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением. Его можно записать тремя способами.

Если в металлах создать электрическое поле, то свободные электроны начнут двигаться направленно под действием электрических сил. Возникает электрический ток. Все электроны начинают двигаться в одном направлении по всей длине проводника, но между ними сохраняется беспорядочное движение (стайка мошкары, движущаяся в сторону ветра).

Электроны, движущиеся через провод, могут непрерывно перемещаться по проводу в одном направлении. Это называется прямым током. Электричество от сухих элементов или батарей является примером постоянного тока. Электроны могут также менять или чередовать их направление регулярно. Это называется переменным током. Электричество в вашем доме является переменным током. В Соединенных Штатах текущее изменение направлено 120 раз в секунду.

В чем разница между преимуществами и недостатками прямого тока и переменного тока?

Прямой ток создается такими источниками, как батареи, термопары, солнечные элементы и электрические машины коммутаторного типа. Прямой ток может не только протекать через провод, но и потоковые полупроводники. Прямой ток может быть получен из переменного тока с помощью выпрямителя.

Электрический ток в металлах – это упорядоченное движение свободных электронов.

Скорость движения самих электронов в проводнике под действием электрического поля мала (несколько мм в секунду).

Но почему при замыкании электрической цепи лампочка загорается практически мгновенно?

Оказывается электрическое поле распространяется с огромной скоростью (близкой к С= 300 000 км/с) по всей длине проводника. Под действием электрического поля в упорядоченное движение приходят свободные е, находящиеся не только в подводящих проводниках, но и в спирали сомой лампы.

Поэтому, когда говорят о скорости распространения электрического тока в проводнике, то имеют в виду скорость распространения по проводнику электрического поля (выполнение задания в рабочих листах).

В металлах электрический ток – это упорядоченное движение электронов (отрицательно заряженных частиц). Т.к. в основном мы будем сталкиваться с электрическим током в металлах, разумно было бы предположить, что за направление электрического тока принимают направление движения электронов в электрическом проводнике (т.е. от « – » полюса источника к « + »).

Ток возникает и в электролитах – растворах кислот, солей, щёлочей.

Электрический ток в электролитах – упорядоченное движение ионов обоих знаков.

Но вопрос о направлении электрического тока возник задолго до открытия электронов и ионов. В то время считали, что во всех проводниках могут перемещаться как « + », так и « – » заряды.

За направление электрического тока приняли направление, по которому могли бы двигаться в проводнике «+» заряды, т.е. от «+» к «–», а т.к. это условие было учтено во всех законах и правилах электрического тока, то после открытия электронов и ионов ничего изменять не стали. (Проставить направление тока в схемах рабочего листа).

3. Действия электрического тока.

Рассмотрим 2 проводника. Можно ли по их внешнему виду определить протекает по ним электрический ток или нет? (опыт на демонстрационном столе) Решить эту проблему поможет нам изучение действий электрического тока.

Действиями электрического тока называют те явления, которые наблюдаются при наличии электрического тока в цепи. По этим действиям судят о протекании электрического тока в данной цепи, т.к. нельзя непосредственно наблюдать за движением заряженных частиц в проводнике.

Выясним, какие действия может совершать электрический ток. Для этого разделимся на 4 групп, каждая из которых получит свою карточку с экспериментальным заданием. При работе в группах надо не только провести предлагаемый эксперимент, но и сделать определённые выводы из наблюдений и понять, какое действие тока вы наблюдали во время опытов работы. После выполнения экспериментального задания один человек от группы расскажет о своих наблюдениях, а второй человек, во время рассказа, аккуратно заполнит предоставленную таблицу на доске.

Действия электрического тока.

Названия действия электрического тока
Приборы
Схема
Применение

4. Перед началом работы, вспомним о технике безопасности:

Человеческое тело – проводник. Если случайно человек окажется под напряжением 24В, то в большинстве случаев он не избежит травмы или даже смерти. Поэтому любому человеку, имеющему дело с электричеством, надо помнить следующие правила:

Очень опасно одновременное прикосновение двумя руками к двум оголённым проводам.
Очень опасно прикосновение к оголённому проводу, стоя на земле, на сыром или цементном полу.
Опасно пользоваться неисправными электроприборами.
Нельзя собирать, разбирать, исправлять что-либо в электрическом приборе, не отключив его от источника питания.
Нельзя проводить какие либо операции с электрической арматурой, не выключив её из сети.

Мы пользуемся на уроке напряжением безопасным для жизни 4В. Но правила, оговоренные выше, надо соблюдать.