Mikä on ehto sähkövirran olemassaololle piirissä. Tasasähkövirran olemassaolon edellytykset. Tyhjiössä ja kaasulla

Ohmin laki piiriosalle toteaa, että virta on suoraan verrannollinen jännitteeseen ja kääntäen verrannollinen vastukseen.

Jos sähköpiirissä vaikuttavaa jännitettä nostetaan useita kertoja, tämän piirin virta kasvaa saman verran. Ja jos lisäät piirin vastusta useita kertoja, virta pienenee samalla määrällä. Samoin veden virtaus putkessa on sitä suurempi, mitä suurempi paine ja mitä pienempi vastus putki kohdistaa veden liikkeelle.

Sähkövastus- fysikaalinen suure, joka luonnehtii johtimen ominaisuuksia läpikulun estämiseksi sähkövirta ja yhtä suuri kuin johtimen päissä olevan jännitteen suhde sen läpi kulkevan virran voimakkuuteen.

Jokaisella kappaleella, jonka läpi sähkövirta kulkee, on tietty vastus sille.

Elektroniikkateoria selittää metallijohtimien sähkövastuksen olemuksen tällä tavalla. Johdinta pitkin liikkuessaan vapaat elektronit kohtaavat atomeja ja muita elektroneja lukemattomia kertoja matkallaan ja vuorovaikutuksessa niiden kanssa väistämättä menettävät osan energiastaan. Elektronit kokevat ikään kuin vastustusta liikkeelleen. Eri metallijohtimilla, joilla on erilainen atomirakenne, on erilainen sähkövirran vastus.

Johtimen resistanssi ei riipu piirin virranvoimakkuudesta ja jännitteestä, vaan sen määrää vain johtimen muoto, koko ja materiaali.

Mitä suurempi johtimen resistanssi on, sitä huonommin se johtaa sähkövirtaa, ja päinvastoin, mitä pienempi johtimen vastus, sitä helpommin sähkövirta kulkee tämän johtimen läpi.

2 kysymys. Taivaankappaleiden näkyvät liikkeet. Planeetan liikkeen lait.

A) Pimeänä yönä voimme nähdä taivaalla noin 2500 tähteä (ottaen huomioon näkymätön pallonpuoliskon 5000), joiden kirkkaus ja väri eroavat toisistaan. Näyttää siltä, ​​​​että ne ovat kiinnittyneet taivaanpalloon ja yhdessä sen kanssa kiertävät maata. Niiden välillä navigoimiseksi taivas jaettiin 88 tähtikuvioon. Erityinen paikka tähtikuvioiden joukossa oli 12 horoskooppitähtikuviolla, joiden läpi Auringon vuotuinen polku kulkee - ekliptika. tähtitieteilijät käyttävät erilaisia ​​taivaankoordinaattijärjestelmiä navigoidakseen tähtien välillä. Yksi niistä on ekvatoriaalinen koordinaattijärjestelmä (kuva 15.1). Se perustuu taivaan päiväntasaajaan - maan päiväntasaajan projektioon taivaanpallolle. Ekliptika ja päiväntasaaja leikkaavat kaksi pistettä: kevät- ja syyspäiväntasaus. Jokaisella tähdellä on kaksi koordinaattia: α - oikea nousu (mitattuna tunneissa), b - poikkeama (mitattuna asteina). Tähdellä Altair on seuraavat koordinaatit: α = 19 h 48 m 18 s; b = +8° 44 '. Tähtien mitatut koordinaatit tallennetaan luetteloihin, joista tehdään tähtikarttoja, joita tähtitieteilijät käyttävät etsiessään oikeita tähtiä. Tähtien keskinäinen järjestely taivaalla ei muutu, ne pyörivät päivittäin taivaanpallon mukana. Planeetat liikkuvat päivittäisen kiertoliikkeen ohella hitaasti tähtien joukossa, ja niitä kutsutaan vaeltavaksi tähdeksi.

Planeettojen ja Auringon näennäisen liikkeen kuvasi Nicolaus Copernicus käyttämällä maailman geosentristä järjestelmää.

B) Planeettojen ja muiden taivaankappaleiden liike Auringon ympäri tapahtuu Keplerin kolmen lain mukaan:

Keplerin ensimmäinen laki- vetovoiman vaikutuksesta yksi taivaankappale liikkuu toisen taivaankappaleen painovoimakentässä pitkin yhtä kartioleikkauksista - ympyrää, ellipsiä, paraabelia tai hyperbeliä.

Keplerin toinen laki- jokainen planeetta liikkuu siten, että planeetan sädevektori kattaa yhtäläiset alueet yhtäläisin aikavälein.

Keplerin kolmas laki- kappaleen kiertoradan puolipääakselin kuutio jaettuna sen kierrosjakson neliöllä ja kappaleiden massojen summalla on vakioarvo.

ja 3 / [T 2 * (M 1+ M 2)] = G / 4P 2 G on gravitaatiovakio.

Kuu liikkua ympäriinsä Maapallo elliptisellä kiertoradalla. Kuun vaiheiden muutos määräytyy kuun puolen valaistuksen tyypin muutoksesta. Kuun liikkuminen Maan ympäri selittyy kuun- ja auringonpimennyksellä. Alamäki-ilmiöt johtuvat Kuun vetovoimasta ja Maan suuresta koosta.

Sähkö. Ohmin laki

Jos eristetty johdin asetetaan sähkökenttään, niin ilmaisilla latauksilla q Johtimeen vaikuttaa voima, jonka seurauksena johtimessa tapahtuu lyhytkestoista vapaiden varausten liikettä. Tämä prosessi päättyy, kun johtimen pinnalle syntyneiden varausten oma sähkökenttä kompensoi täysin ulkoisen kentän. Tuloksena oleva sähköstaattinen kenttä johtimen sisällä on nolla (katso § 1.5).

Johtimissa voi kuitenkin tietyissä olosuhteissa tapahtua vapaiden sähkövarauksen kantajien jatkuvaa järjestettyä liikettä. Tällaista liikettä kutsutaan sähköisku . Positiivisten vapaiden varausten liikesuunta otetaan sähkövirran suunnaksi. Sähkövirran olemassaoloa varten johtimessa on välttämätöntä luoda sähkökenttä.

Sähkövirran määrällinen mitta on nykyinen vahvuus minä – skalaarinen fyysinen määrä, joka on yhtä suuri kuin varaussuhde Δ q, siirretty johtimen poikkileikkauksen läpi (kuva 1.8.1) aikavälillä Δ t, tälle aikavälille:

Kansainvälisessä yksikköjärjestelmässä SI virta mitataan ampeereina (A). Virtayksikkö 1 A muodostuu kahden rinnakkaisen johtimen magneettisesta vuorovaikutuksesta virran kanssa (katso § 1.16).

Vakio sähkövirta voidaan tuottaa vain sisään suljettu virtapiiri , jossa vapaat varauksenkantajat kiertävät suljettuja polkuja pitkin. Sähkökenttä tällaisen piirin eri kohdissa on vakio ajan myötä. Siksi sähkökenttä piirissä tasavirta on jäätyneen sähköstaattisen kentän luonne. Mutta kun sähkövarausta siirretään sähköstaattisessa kentässä suljettua polkua pitkin, sähkövoimien työ on nolla (ks. § 1.4). Siksi tasavirran olemassaoloon sähköpiirissä on oltava laite, joka voi luoda ja ylläpitää potentiaalieroja piirin osissa voimien työstä johtuen ei-sähköstaattinen alkuperä. Tällaisia ​​laitteita kutsutaan tasavirtalähteet . Kutsutaan ei-sähköstaattista alkuperää olevia voimia, jotka vaikuttavat virrallisten lähteiden vapaisiin varauksenkantoaineisiin ulkopuoliset voimat .

Ulkopuolisten voimien luonne voi olla erilainen. Galvaanikennoissa tai akuissa ne syntyvät sähkökemiallisten prosessien seurauksena, tasavirtageneraattoreissa ulkoisia voimia syntyy, kun johtimet liikkuvat magneettikentässä. Virtalähteellä sähköpiirissä on sama rooli kuin pumpulla, jota tarvitaan nesteen pumppaamiseen suljetussa hydraulijärjestelmässä. Ulkoisten voimien vaikutuksesta sähkövaraukset liikkuvat virtalähteen sisällä vastaan sähköstaattisen kentän voimia, joiden ansiosta jatkuva sähkövirta voidaan ylläpitää suljetussa piirissä.

Kun sähkövaraukset liikkuvat DC-piiriä pitkin, virtalähteiden sisällä vaikuttavat ulkoiset voimat toimivat.

Fyysinen määrä, joka on yhtä suuri kuin työn suhde A st ulkoisia voimia siirrettäessä varausta q virtalähteen negatiivisesta napasta positiiviseen tämän varauksen arvoon, kutsutaan lähde sähkömotorinen voima(EMF):

Siten EMF määräytyy ulkoisten voimien tekemän työn perusteella siirrettäessä yhtä positiivista varausta. Sähkömotorinen voima, kuten potentiaaliero, mitataan voltteina (V).

Kun yksittäinen positiivinen varaus liikkuu suljettua tasavirtapiiriä pitkin, ulkoisten voimien työ on yhtä suuri kuin tässä piirissä vaikuttavan EMF:n summa, ja sähköstaattisen kentän työ on nolla.

DC-piiri voidaan jakaa erillisiin osiin. Niitä osia, joihin ulkoiset voimat eivät vaikuta (eli kohdat, jotka eivät sisällä virtalähteitä) kutsutaan ns. homogeeninen . Alueita, jotka sisältävät virtalähteitä, kutsutaan heterogeeninen .

Kun yksikköpositiivinen varaus liikkuu pitkin piirin tiettyä osaa, sekä sähköstaattiset (Coulomb) että ulkoiset voimat toimivat. Sähköstaattisten voimien työ on yhtä suuri kuin potentiaaliero Δφ 12 \u003d φ 1 - φ 2 epähomogeenisen osan alkupisteen (1) ja viimeisen (2) välillä. Ulkoisten voimien työ on määritelmän mukaan sama kuin tällä alueella vaikuttava sähkömotorinen voima 12. Kokonaistyö on siis

Saksalainen fyysikko G. Ohm vuonna 1826 totesi kokeellisesti, että virran voimakkuus minä, joka virtaa homogeenisen metallijohtimen (eli johtimen, jossa ei vaikuta ulkoisia voimia) läpi, on verrannollinen jännitteeseen U johtimen päissä:

Missä R= vakio

arvo R nimeltään sähköinen vastus . Johdinta, jolla on sähkövastus, kutsutaan vastus . Tämä suhde ilmaisee Ohmin laki piirin homogeeniselle osalle: Johtimen virta on suoraan verrannollinen syötettyyn jännitteeseen ja kääntäen verrannollinen johtimen resistanssiin.

SI:ssä johtimien sähkövastuksen yksikkö on ohm (Ohm). 1 ohmin resistanssilla on piirin osa, jossa 1 V:n jännitteellä tapahtuu 1 A virta.

Ohmin lakia noudattavia johtimia kutsutaan lineaarinen . Virran voimakkuuden graafinen riippuvuus minä jännitteestä U(Tällaisia ​​kaavioita kutsutaan volttiampeeri ominaisuudet , lyhennetty VAC) edustaa origon kautta kulkevaa suoraa. On huomattava, että on monia materiaaleja ja laitteita, jotka eivät noudata Ohmin lakia, kuten puolijohdediodi tai kaasupurkauslamppu. Jopa metallijohtimissa riittävän suurilla virroilla havaitaan poikkeama Ohmin lineaarisesta laista, koska metallijohtimien sähkövastus kasvaa lämpötilan noustessa.

EMF:n sisältävälle piiriosalle Ohmin laki kirjoitetaan seuraavassa muodossa:

Ohmin laki

Lisäämällä molemmat yhtäläisyydet, saamme:

minä (R + r) = Δφ CD + Δφ ab + .

Mutta Δφ CD = Δφ ba = – Δφ ab. Siksi

Tämä kaava ilmaisee Ohmin laki täydelliselle piirille : virran voimakkuus täydellisessä piirissä on yhtä suuri kuin lähteen sähkömotorinen voima jaettuna piirin homogeenisten ja epähomogeenisten osien vastusten summalla.

Resistanssi r heterogeeninen alue kuvassa. 1.8.2 voidaan nähdä muodossa virtalähteen sisäinen vastus . Tässä tapauksessa juoni ( ab) kuvassa. 1.8.2 on lähteen sisäinen osa. Jos pisteet a Ja b sulje johtimella, jonka resistanssi on pieni verrattuna lähteen sisäiseen resistanssiin ( R << r), piiri virtaa oikosulkuvirta

Oikosulkuvirta - suurin virta, joka voidaan saada tietystä lähteestä sähkömoottorivoimalla ja sisäisellä resistanssilla r. Alhaisen sisäisen resistanssin lähteissä oikosulkuvirta voi olla erittäin suuri ja aiheuttaa sähköpiirin tai lähteen tuhoutumisen. Esimerkiksi autoissa käytettyjen lyijyakkujen oikosulkuvirta voi olla useita satoja ampeeria. Erityisen vaarallisia ovat oikosulut sähköasemilla (tuhansia ampeeria) saavissa valaistusverkoissa. Tällaisten suurten virtojen tuhoisan vaikutuksen välttämiseksi piiriin on sisällytetty sulakkeet tai erityiset katkaisijat.

Joissakin tapauksissa oikosulkuvirran vaarallisten arvojen estämiseksi jokin ulkoinen vastus on kytketty sarjaan lähteeseen. Sitten vastus r on yhtä suuri kuin lähteen sisäisen resistanssin ja ulkoisen vastuksen summa, ja oikosulun sattuessa virran voimakkuus ei ole liian suuri.

Jos ulkoinen piiri on auki, niin Δφ ba = – Δφ ab= , eli potentiaaliero avoimen akun navoissa on yhtä suuri kuin sen EMF.

Jos ulkoinen kuormitusvastus R kytketty päälle ja virta kulkee akun läpi minä, sen napojen potentiaaliero tulee yhtä suureksi

Δφ ba = – Ir.

Kuvassa 1.8.3 on kaavamainen esitys tasavirtalähteestä, jolla on sama EMF ja sisäinen vastus r kolmessa tilassa: "tyhjäkäynti", työ kuormituksella ja oikosulkutila (oikosulku). Akun sisällä olevan sähkökentän voimakkuus ja positiivisiin varauksiin vaikuttavat voimat näytetään: – sähkövoima ja – kolmannen osapuolen voima. Oikosulkutilassa akun sisällä oleva sähkökenttä katoaa.

Tasavirtapiirien jännitteiden ja virtojen mittaamiseen käytetään erityisiä laitteita - volttimittarit Ja ampeerimittarit.

Volttimittari suunniteltu mittaamaan sen liittimiin kohdistuvaa potentiaalieroa. Hän yhdistää rinnakkain piirin osa, jolla potentiaalieron mittaus tehdään. Jokaisella volttimittarilla on sisäinen vastus. R B. Jotta volttimittari ei aiheuttaisi havaittavissa olevaa virtojen uudelleenjakoa, kun se on kytketty mitattuun piiriin, sen sisäisen resistanssin on oltava suuri verrattuna sen piirin osan resistanssiin, johon se on kytketty. Kuvassa esitetylle piirille. 1.8.4, tämä ehto kirjoitetaan seuraavasti:

R B >> R 1 .

Tämä ehto tarkoittaa, että nykyinen I B = Δφ CD / R B, joka virtaa volttimittarin läpi, on paljon pienempi kuin virta minä = Δφ CD / R 1, joka virtaa ketjun testatun osan läpi.

Koska volttimittarin sisällä ei vaikuta ulkopuolisia voimia, sen napojen potentiaaliero on määritelmän mukaan sama kuin jännite. Siksi voimme sanoa, että volttimittari mittaa jännitettä.

Ampeerimittari suunniteltu mittaamaan virtapiirissä olevaa virtaa. Ampeerimittari on kytketty sarjaan sähköpiirin katkaisuun siten, että koko mitattu virta kulkee sen läpi. Ampeerimittarissa on myös sisäistä vastusta. R A. Toisin kuin volttimittarin, ampeerimittarin sisäisen resistanssin on oltava riittävän pieni verrattuna koko piirin kokonaisresistanssiin. Kuvan piirille. 1.8.4 ampeerimittarin resistanssin on täytettävä ehto

Tasasähkövirran olemassaolon edellytykset.

Tasasähkövirran olemassaolo edellyttää vapaiden varautuneiden hiukkasten läsnäoloa ja virtalähteen läsnäoloa. jossa minkä tahansa tyyppinen energia muunnetaan sähkökentän energiaksi.

Nykyinen lähde- laite, jossa minkä tahansa tyyppinen energia muunnetaan sähkökentän energiaksi. Virtalähteessä ulkoiset voimat vaikuttavat varautuneisiin hiukkasiin suljetussa piirissä. Syyt ulkoisten voimien esiintymiseen eri virtalähteissä ovat erilaisia. Esimerkiksi akuissa ja galvaanisissa kennoissa ulkoisia voimia syntyy kemiallisten reaktioiden virtauksesta, voimalaitosten generaattoreissa ne syntyvät, kun johdin liikkuu magneettikentässä, valokennoissa - kun valo vaikuttaa elektroneihin metalleissa ja puolijohteissa.

Virtalähteen sähkömotorinen voimakutsutaan ulkoisten voimien työn suhteeksi virtalähteen negatiivisesta navasta positiiviseen siirretyn positiivisen varauksen arvoon.

Peruskonseptit.

Nykyinen vahvuus- skalaarinen fyysinen suure, joka on yhtä suuri kuin johtimen läpi kulkeneen varauksen suhde siihen aikaan, jonka tämä varaus on kulunut.

Missä minä - virran voimakkuus,q - maksun määrä (sähkön määrä),t - latausaika.

nykyinen tiheys- fyysinen vektorimäärä, joka on yhtä suuri kuin virranvoimakkuuden suhde johtimen poikkipinta-alaan.

Missä j -nykyinen tiheys, S - johtimen poikkileikkausala.

Virran tiheysvektorin suunta on sama kuin positiivisesti varautuneiden hiukkasten liikesuunta.

Jännite - skalaarinen fyysinen määrä, joka on yhtä suuri kuin Coulombin kokonaistyön ja ulkoisten voimien suhde siirrettäessä positiivista varausta alueella tämän varauksen arvoon.

MissäA - kolmannen osapuolen ja Coulombin joukkojen täysi työ,q - sähkövaraus.

Sähkövastus- fysikaalinen suure, joka kuvaa piiriosan sähköisiä ominaisuuksia.

Missä ρ - johtimen ominaisvastus,l - johdinosan pituus,S - johtimen poikkipinta-ala.

Johtavuuson vastuksen käänteisluku

MissäG - johtavuus.

Ilman sähköä on mahdotonta kuvitella nykyaikaisen ihmisen elämää. Voltit, ampeerit, watit - nämä sanat kuullaan keskustelussa laitteista, jotka toimivat sähköllä. Mutta mikä tämä sähkövirta on ja mitkä ovat sen olemassaolon ehdot? Puhumme tästä lisää tarjoamalla lyhyen selityksen aloitteleville sähköasentajille.

Määritelmä

Sähkövirta on varauksenkuljettajien suunnattua liikettä - tämä on fysiikan oppikirjan vakiomuotoilu. Tiettyjä aineen hiukkasia puolestaan ​​kutsutaan varauksenkuljettajiksi. Ne voivat olla:

• Elektronit ovat negatiivisia varauksen kantajia.
• Ionit ovat positiivisen varauksen kantajia.

Mutta mistä varauksen kantajat tulevat? Vastataksesi tähän kysymykseen sinun on muistettava perustiedot aineen rakenteesta. Kaikki, mikä meitä ympäröi, on ainetta, se koostuu molekyyleistä, sen pienimmistä hiukkasista. Molekyylit koostuvat atomeista. Atomi koostuu ytimestä, jonka ympärillä elektronit liikkuvat tietyillä kiertoradoilla. Molekyylit liikkuvat myös satunnaisesti. Jokaisen näiden hiukkasten liike ja rakenne riippuvat itse aineesta ja ympäristön vaikutuksista siihen, kuten lämpötilasta, jännityksestä ja niin edelleen.

Ioni on atomi, jossa elektronien ja protonien suhde on muuttunut. Jos atomi on alun perin neutraali, ionit puolestaan ​​​​jaetaan:

• Anionit ovat elektroneja menettäneen atomin positiivisia ioneja.
• Kationit ovat atomi, jonka atomiin on kiinnittynyt "ylimääräisiä" elektroneja.

Virran yksikkö on ampeeri, sen mukaan se lasketaan kaavalla:

missä U on jännite [V] ja R on vastus [Ohm].

Tai suoraan verrannollinen aikayksikköä kohti siirretyn maksun määrään:

missä Q on varaus, [C], t on aika, [s].

Edellytykset sähkövirran olemassaololle

Selvitimme, mikä sähkövirta on, nyt puhutaan kuinka varmistaa sen virtaus. Jotta sähkövirta voi kulkea, kahden ehdon on täytyttävä:

1. Ilmaisten varauksenkantajien läsnäolo.
2. Sähkökenttä.

Ensimmäinen ehto sähkön olemassaololle ja virtaukselle riippuu aineesta, jossa virta kulkee (tai ei kulje), sekä sen tilasta. Toinen ehto on myös mahdollinen: sähkökentän olemassaolo edellyttää erilaisten potentiaalien läsnäoloa, joiden välillä on väliaine, jossa varauksen kantajat virtaavat.

Palauttaa mieleen: Jännite, EMF on potentiaaliero. Tästä seuraa, että virran olemassaolon ehtojen täyttämiseksi - sähkökentän ja sähkövirran läsnäolo - tarvitaan jännite. Nämä voivat olla ladatun kondensaattorin, galvaanisen kennon tai EMF:n levyjä, jotka ovat syntyneet magneettikenttä(generaattori).

Selvitimme, kuinka se syntyy, puhutaanpa siitä, mihin se on suunnattu. Virta liikkuu periaatteessa tavallisessa käytössämme johtimissa (asunnon sähköjohdot, hehkulamput) tai puolijohteissa (LEDit, älypuhelimen prosessori ja muu elektroniikka), harvemmin kaasuissa (loistelamput).

Joten useimmissa tapauksissa tärkeimmät varauksen kantajat ovat elektroneja, ne siirtyvät miinuksesta (piste, jolla on negatiivinen potentiaali) plussaan (piste, jolla on positiivinen potentiaali, opit tästä lisää alla).

Mutta mielenkiintoinen tosiasia on, että virran liikkeen suunnaksi pidettiin positiivisten varausten liikettä - plussasta miinukseen. Vaikka itse asiassa tapahtuu päinvastoin. Tosiasia on, että päätös virran suunnasta tehtiin ennen sen luonteen tutkimista ja myös ennen kuin määritettiin, minkä vuoksi virta kulkee ja on olemassa.

Sähkövirta eri ympäristöissä

Olemme jo maininneet, että eri medioissa sähkövirta voi vaihdella varauksenkuljettajien tyypin mukaan. Välineet voidaan jakaa johtavuuden luonteen mukaan (johtavuuden laskevaan järjestykseen):

1. Johdin (metallit).
2. Puolijohde (pii, germanium, galliumarsenidi jne.).
3. Dielektrinen (tyhjiö, ilma, tislattu vesi).

metalleissa

Metallit sisältävät vapaita varauksenkuljettajia ja niitä kutsutaan joskus "sähkökaasuksi". Mistä ilmaiset maksunkantajat tulevat? Tosiasia on, että metalli, kuten mikä tahansa aine, koostuu atomeista. Atomit jotenkin liikkuvat tai värähtelevät. Mitä korkeampi metallin lämpötila, sitä voimakkaampi tämä liike on. Samaan aikaan itse atomit pysyvät yleensä paikoillaan ja muodostavat itse asiassa metallin rakenteen.

Atomin elektronikuorissa on yleensä useita elektroneja, joilla on melko heikko sidos ytimeen. Lämpötilojen, kemiallisten reaktioiden ja metallissa joka tapauksessa olevien epäpuhtauksien vuorovaikutuksen vaikutuksesta elektronit irtoavat atomeistaan, muodostuu positiivisesti varautuneita ioneja. Irrotettuja elektroneja kutsutaan vapaiksi ja ne liikkuvat satunnaisesti.

Jos niihin vaikuttaa sähkökenttä, esimerkiksi jos liität akun metallipalaan, elektronien kaoottinen liike muuttuu määrätyksi. Elektronit kohdasta, johon negatiivinen potentiaali on kytketty (esimerkiksi galvaanisen kennon katodista), alkavat liikkua kohti pistettä, jossa on positiivinen potentiaali.

puolijohteissa

Puolijohteet ovat materiaaleja, joissa normaalitilassa ei ole vapaita varauksenkantajia. Ne ovat niin sanotulla kielletyllä alueella. Mutta jos ulkoisia voimia käytetään, kuten sähkökenttä, lämpö, ​​erilaiset säteilyt (valo, säteily jne.), ne ylittävät kaistavälin ja siirtyvät vapaalle kaistalle tai johtavuuskaistalle. Elektronit irtautuvat atomeistaan ​​ja vapautuvat muodostaen ioneja - positiivisia varauksenkantajia.

Puolijohteiden positiivisia kantoaaltoja kutsutaan rei'iksi.

Jos yksinkertaisesti siirrät energiaa puolijohteeseen, esimerkiksi lämmität sitä, varauksenkuljettajien kaoottinen liike alkaa. Mutta jos puhumme puolijohdeelementeistä, kuten diodista tai transistorista, niin kiteen vastakkaisiin päihin (niihin levitetään metalloitu kerros ja johdot juotetaan) ilmestyy EMF, mutta tämä ei koske. tämän päivän artikkelin aiheeseen.

Jos asetat EMF-lähteen puolijohteeseen, myös varauksenkuljettajat siirtyvät johtavuuskaistalle ja myös niiden suunnattu liike alkaa - reiät menevät pienemmän sähköpotentiaalin puolelle ja elektronit - suuremmalle puolelle. yksi.

Tyhjiössä ja kaasulla

Tyhjiö on väliaine, jossa (ihanteellisessa tapauksessa) kaasut puuttuvat tai sen määrä on minimoitu (todellisuudessa). Koska tyhjiössä ei ole ainetta, varauksenkantajille ei ole lähdettä. Virran virtaus tyhjiössä merkitsi kuitenkin elektroniikan ja koko elektronisten elementtien - tyhjiöputkien - aikakauden alkua. Niitä käytettiin viime vuosisadan ensimmäisellä puoliskolla, ja 50-luvulla ne alkoivat vähitellen väistää transistoreja (riippuen tietystä elektroniikka-alasta).

Oletetaan, että meillä on astia, josta kaikki kaasu on pumpattu pois, ts. se on täydellinen tyhjiö. Astiaan asetetaan kaksi elektrodia, kutsutaan niitä anodiksi ja katodiks. Jos kytkemme EMF-lähteen negatiivisen potentiaalin katodiin ja positiivisen anodiin, mitään ei tapahdu eikä virtaa kulje. Mutta jos alamme lämmittää katodia, virta alkaa virrata. Tätä prosessia kutsutaan lämpöemissioksi - elektronien emissioksi elektronin kuumennetulta pinnalta.

Kuvassa näkyy virran kulku tyhjiölampussa. Tyhjiöputkissa katodi lämmitetään lähellä olevalla kuvan (H) hehkulangalla, kuten valaistuslampussa.

Samanaikaisesti, jos muutat syötön napaisuutta - aseta miinus anodille ja lisää katodille - virta ei kulje. Tämä todistaa, että tyhjiövirta virtaa elektronien liikkeen vuoksi KATODISTA ANODIIN.

Kaasu, kuten mikä tahansa aine, koostuu molekyyleistä ja atomeista, mikä tarkoittaa, että jos kaasu on sähkökentän vaikutuksen alaisena, niin tietyllä voimakkuudella (ionisaatiojännitteellä) elektronit irtautuvat atomista, niin molemmat ehdot sillä sähkövirran virtaus täyttyy - kenttä ja vapaa media.

Kuten jo mainittiin, tätä prosessia kutsutaan ionisaatioksi. Se voi tapahtua paitsi käytetystä jännitteestä, myös kun kaasua kuumennetaan, röntgensäteet, ultraviolettisäteilyn ja muiden asioiden vaikutuksen alaisena.

Virta kulkee ilman läpi, vaikka poltin olisi asennettu elektrodien väliin.

Inerttien kaasujen virran virtaukseen liittyy kaasun luminesenssi; tätä ilmiötä käytetään aktiivisesti loistelampuissa. Sähkövirran virtausta kaasumaisessa väliaineessa kutsutaan kaasupurkaukseksi.

nesteessä

Oletetaan, että meillä on vesiastia, johon on asetettu kaksi elektrodia, joihin on kytketty virtalähde. Jos vesi on tislattua, eli puhdasta ja ei sisällä epäpuhtauksia, se on dielektrinen. Mutta jos lisäämme veteen vähän suolaa, rikkihappoa tai mitä tahansa muuta ainetta, muodostuu elektrolyytti ja virta alkaa kulkea sen läpi.

Elektrolyytti on aine, joka johtaa sähköä hajoamalla ioneiksi.

Jos kuparisulfaattia lisätään veteen, kuparikerros laskeutuu yhdelle elektrodista (katodista) - tätä kutsutaan elektrolyysiksi, mikä todistaa, että nesteessä oleva sähkövirta tapahtuu ionien liikkeen vuoksi - positiivinen ja negatiiviset varauksen kantajat.

Elektrolyysi on fysikaalinen ja kemiallinen prosessi, joka koostuu elektrolyytin muodostavien komponenttien erottamisesta elektrodeilla.

Siten tapahtuu kuparointia, kultausta ja pinnoitusta muilla metalleilla.

Johtopäätös

Yhteenvetona voidaan todeta, että sähkövirran kulkua varten tarvitaan vapaita varauksenkuljettajia:

• elektronit johtimissa (metallit) ja tyhjiö;
• puolijohteiden elektronit ja reiät;
• ionit (anionit ja kationit) nesteissä ja kaasuissa.

Jotta näiden kantoaaltojen liike saadaan järjestykseen, tarvitaan sähkökenttä. Yksinkertaisesti sanottuna syötä jännite rungon päihin tai asenna kaksi elektrodia ympäristöön, jossa sähkövirran odotetaan kulkevan.

On myös syytä huomata, että virta vaikuttaa tietyllä tavalla aineeseen, altistumistyyppejä on kolme:

• lämpö;
• kemiallinen;
• fyysistä.

Hyödyllinen

Osat: Fysiikka

Oppitunnin tavoitteet.

Opetusohjelma:

opiskelijoiden tiedon muodostuminen sähkövirran esiintymisen ja olemassaolon edellytyksistä.

Kehitetään:

loogisen ajattelun, tarkkaavaisuuden, taitojen kehittäminen opitun tiedon käyttämiseksi käytännössä.

Koulutuksellinen:

luomalla olosuhteet itsenäisyyden, tarkkaavaisuuden ja itsetunnon ilmenemiselle.

Laitteet.

1. Galvaaniset kennot, akku, generaattori, kompassi.
2. Kortit (liitteenä).
3. Esittelymateriaali (erinomaisten fyysikkojen muotokuvia Ampère, Volta; julisteet "Sähkö", "Sähkövaraukset").

Demot:

1. Sähkövirran toiminta johtimessa magneettineulalla.
2. Virtalähteet: galvaaniset kennot, akku, generaattori.

Tuntisuunnitelma

1. Organisatorinen hetki.

2. Opettajan johdantopuhe.

3. Valmistautuminen uuden materiaalin havaitsemiseen.

4. Uuden materiaalin oppiminen.

a) virtalähteet;

b) sähkövirran vaikutus;

c) fyysinen operetti "Sähkön kuningatar";

d) taulukon "Sähkövirta" täyttäminen;

e) turvatoimenpiteet sähkölaitteiden kanssa työskennellessä.

5. Oppitunnin yhteenveto.

6. Heijastus.

7. Kotitehtävät:

a) Laadi ja kirjoita muistikirjaan "Turvatoimenpiteet työskennellessä sähkölaitteiden kanssa" elämänturvallisuuden, erikoistekniikoiden tunneilla saatujen tietojen perusteella.

b) Yksittäinen tehtävä: Laadi raportti virtalähteen käytöstä arjessa ja tekniikassa.

Oppitunnin yhteenveto

1. Organisatorinen hetki

Merkitse opiskelijoiden läsnäolo, nimeä oppitunnin aihe, tavoite.

2. Opettajan johdantopuhe

Sanat sähkö, sähkövirta ovat meille tuttuja varhaisesta lapsuudesta. Sähkövirtaa käytetään kodeissamme, liikenteessä, tuotannossa, valaistusverkossa.

Mutta mikä on sähkövirta, mikä on sen luonne, ei ole helppo ymmärtää.

Sana sähkö tulee sanasta elektroni, joka on käännetty kreikaksi meripihkaksi. Meripihka on vanhojen havupuiden kivettyneet hartsit. Sana virta tarkoittaa jonkin virtausta tai liikettä.

3. Valmistautuminen uuden materiaalin havaitsemiseen

Alkukeskustelun kysymyksiä.

Mitä kahta luonnossa esiintyvää maksutyyppiä on? Miten ne ovat vuorovaikutuksessa?

Vastaus: Luonnossa on kahdenlaisia ​​varauksia: positiivisia ja negatiivisia.

Positiiviset varauksenkantajat ovat protoneja, negatiiviset ovat elektroneja. Samalla tavalla varautuneet hiukkaset hylkivät toisiaan, vastakkaisesti varautuneet hiukkaset vetävät puoleensa.

Onko elektronin ympärillä sähkökenttä?

Vastaus: Kyllä, elektronin ympärillä on sähkökenttä.

Mitä ovat vapaat elektronit?

Vastaus: Nämä ovat elektroneja, jotka ovat kauimpana ytimestä, ne voivat liikkua vapaasti atomien välillä.

4. Uuden materiaalin oppiminen

a) Nykyiset lähteet.

Pöydällä on erikoislaitteet. Mitkä heidän nimensä ovat? Mihin niitä tarvitaan?

Vastaus: Nämä ovat galvaaniset kennot, akku, generaattori - yleisnimi virtalähteille. Ne ovat välttämättömiä sähköenergian syöttämiseksi, sähkökentän luomiseksi johtimeen.

Tiedämme, että on olemassa varautuneita hiukkasia, elektroneja ja protoneja, tiedämme, että on olemassa laitteita, joita kutsutaan virtalähteiksi.

b) Sähkövirran vaikutukset.

Kerro minulle, kuinka voimme ymmärtää, että piirissä on sähkövirta, millä toimilla?

Vastaus: Sähkövirralla on erityyppinen toiminta:

• Lämpö - johdin, jonka läpi sähkövirta virtaa, lämmitetään (sähköliesi, silitysrauta, hehkulamppu, juotoskolvi).
• Virran kemiallinen vaikutus voidaan havaita, kun sähkövirta johdetaan kuparisulfaattiliuoksen läpi - kuparin vapautuminen vitrioliliuoksesta, kromipinnoitus, nikkelipinnoitus.
• Fysiologinen - ihmisten ja eläinten lihasten supistuminen, joiden läpi sähkövirta on kulkenut.
• Magneettinen - kun sähkövirta kulkee johtimen läpi, jos magneettinen neula asetetaan lähelle, se voi poiketa. Tämä toimenpide on tärkein. Kokemusnäytös: akku, hehkulamppu, liitäntäjohdot, kompassi.

c) Fyysinen operetti "Queen Electricity". (Liite nro 1)

Nyt vanhemmat tytöt esittelevät huomiosi operetin "Sähkön kuningatar". Älä unohda venäläistä kansansananlaskua "Satu on valhe, mutta siinä on vihje, opetus hyville kavereille." Eli et vain kuuntele ja katso, vaan myös otat siitä tiettyjä tietoja. Tehtäväsi on kirjoittaa muistiin mahdollisimman monta fyysistä termiä, joita esityksessä esiintyy.

d) Taulukon "Sähkövirta" täyttäminen. (Liite nro 2)

Kerro minulle, mikä yksi käsite yhdistää kaikki kirjoittamasi termit?

Vastaus: sähkövirta.

Aloitetaan taulukon "Sähkövirta" täyttäminen.

Täyttämällä taulukkoa tehdään yhteenveto oppitunnilla saaduista tiedoista ja hankitaan uutta tietoa.

Taulukon täyttämisen aikana päätämme, mitkä olosuhteet ovat tarpeen sähkövirran luomiseksi.

• Ensimmäinen ehto on vapaiden varautuneiden hiukkasten läsnäolo.
• Toinen ehto on sähkökentän läsnäolo johtimen sisällä.

e) Turvatoimenpiteet työskennellessäsi sähkölaitteiden kanssa.

Missä teollisessa käytännössä kohtaat sähkövirran käytön? Opiskelijoiden vastaukset.

Vastaus: Kun työskentelet sähkölaitteiden kanssa.

Kielletty.

• Kävele maassa pitäen sähkölaitteita kytkettynä verkkoon. Erityisen vaarallista on kävellä paljain jaloin märällä maaperällä.
• Mene sähkö- ja muihin sähkötiloihin.
• Ota rikki, paljaat, roikkuvat ja makaavat maadoitusjohdot.
• Työnnä naulat seinään paikkaan, jossa piilotetut johdot voivat sijaita. Tällä hetkellä on tappavan vaarallista maadoittaa keskuslämmityspatterit, vesihuolto.
• Seinien poraus mahdollisten sähköjohtojen paikkoihin.
• Maalaa, valkaise, pese seinät ulkoisella tai piilotetulla jännitteellä.
• Työskentele päälle kytkettyjen sähkölaitteiden kanssa akkujen tai vesiputkien lähellä.
• Työskentele sähkölaitteiden kanssa, vaihda hehkulamput, seiso kylpyhuoneessa.
• Työskentele viallisten sähkölaitteiden kanssa.
• Korjaa rikkinäiset sähkölaitteet.

5. Oppitunnin yhteenveto

Fysiikan lakeja noudattaen aika kulkee vääjäämättömästi eteenpäin, ja oppituntimme on tullut loogiseen päätökseensä.

Tehdään yhteenveto oppitunnistamme.

Mikä sinun mielestäsi on sähkövirta?

Vastaus: Sähkövirta on varautuneiden hiukkasten suunnattua liikettä.

Mitä ehtoja tarvitaan sähkövirran luomiseen?

Vastaus: Ensimmäinen ehto on vapaiden varautuneiden hiukkasten läsnäolo.

Toinen ehto on sähkökentän läsnäolo johtimen sisällä.

6. Heijastus

7. Kotitehtävät

a) Laadi ja kirjoita muistikirjaan "Turvatoimenpiteet sähkölaitteiden parissa työskennellessä" elämänturvallisuuden, erikoistekniikan oppitunneilla saatujen tietojen perusteella.

b) Yksittäinen tehtävä: Laadi raportti virtalähteen käytöstä arjessa ja tekniikassa. (

Vapaiden varautuneiden hiukkasten suunnattua (järjestettyä) liikettä sähkökentän vaikutuksesta kutsutaan sähkövirraksi.

Virran olemassaolon edellytykset:

1. Ilmaisten maksujen olemassaolo.

2. Sähkökentän olemassaolo, ts. mahdolliset erot. Johtimissa on ilmaisia ​​maksuja. Sähkökenttä syntyy virtalähteistä.

Kun virta kulkee johtimen läpi, se toimii seuraavasti:

Lämpö (johtimen lämmitys virralla). Esimerkiksi: vedenkeittimen, silitysraudan jne. käyttö).

· Magneettinen (magneettikentän esiintyminen virtaa kuljettavan johtimen ympärillä). Esimerkiksi: sähkömoottorin toiminta, sähköiset mittauslaitteet).

Kemiallinen (kemialliset reaktiot virran kulkiessa tiettyjen aineiden läpi). Esimerkiksi: elektrolyysi.

Voit myös puhua

Kevyt (mukana lämpövaikutusta). Esimerkiksi: sähkölampun hehkulangan hehku.

Mekaaninen (mukana magneettinen tai lämpö). Esimerkiksi: johtimen muodonmuutos kuumennettaessa, rungon pyöriminen virralla magneettikentässä).

Biologinen (fysiologinen). Esimerkiksi: sähköisku henkilölle, virran toiminnan käyttö lääketieteessä.

Pääsuuret, jotka kuvaavat prosessia, jolla virta kulkee johtimen läpi.

1. Nykyinen I- skalaariarvo, joka on yhtä suuri kuin johtimen poikkileikkauksen läpi kulkeneen varauksen suhde, aikaväli, jonka aikana virta kulki. Virran voimakkuus osoittaa, kuinka paljon varausta kulkee johtimen poikkileikkauksen läpi aikayksikköä kohti. Virtaa kutsutaan pysyvä jos virta ei muutu ajan myötä. Jotta johtimen läpi kulkeva virta olisi vakio, on välttämätöntä, että potentiaaliero johtimen päissä on vakio.

2. Jännite U. Jännite on numeerisesti yhtä suuri kuin sähkökentän työ siirrettäessä yhtä positiivista varausta pitkin johtimen sisällä olevia voimalinjoja.

3. Sähkövastus R- fysikaalinen suure, joka on numeerisesti yhtä suuri kuin johtimen päissä olevan jännitteen (potentiaalieron) suhde johtimen läpi kulkevan virran voimakkuuteen.

60. Ohmin laki ketjun osalle.

Virran voimakkuus piiriosassa on suoraan verrannollinen tämän johtimen päissä olevaan jännitteeseen ja kääntäen verrannollinen sen resistanssiin:

I = U/R;

Ohm havaitsi, että vastus on suoraan verrannollinen johtimen pituuteen ja kääntäen verrannollinen sen poikkipinta-alaan ja riippuu johtimen aineesta.

missä ρ on resistanssi, l on johtimen pituus, S on johtimen poikkileikkausala.

61. Resistanssi vastuksen sähköisenä ominaisuutena. Metallijohtimien resistanssin riippuvuus materiaalityypistä ja geometrisista mitoista.

Sähkövastus- fysikaalinen suure, joka luonnehtii johtimen ominaisuuksia estääkseen sähkövirran kulkeutumisen ja on yhtä suuri kuin johtimen päissä olevan jännitteen suhde sen läpi kulkevan virran voimakkuuteen. Piirin vastus vaihtovirta ja muuttuville sähkömagneettisille kentille kuvataan impedanssin ja aaltoresistanssin käsitteillä.

Resistanssi (merkitty usein kirjaimella R tai r) katsotaan tietyissä rajoissa vakioarvoksi tietylle johtimelle; se voidaan laskea mm

jossa R on vastus; U on sähköisten potentiaalien ero johtimen päissä; I on johtimen päiden välillä potentiaalieron vaikutuksesta kulkevan virran voimakkuus.

Johtimen resistanssi on sama johtimen ominaisuus kuin sen massa. Johtimen resistanssi ei riipu johtimen virranvoimakkuudesta eikä sen päissä olevasta jännitteestä, vaan riippuu vain ainetyypistä, josta johdin on valmistettu, ja sen geometrisista mitoista: , missä: l on johtimen pituus, S on johtimen poikkipinta-ala, ρ on johtimen ominaisresistanssi, mikä osoittaa, mikä vastus on 1 m pitkällä johtimella ja poikkipinta-alalla 1 m 2 on valmistettu tästä materiaalista.

Ohmin lakia noudattavia johtimia kutsutaan lineaariseksi. On monia materiaaleja ja laitteita, jotka eivät noudata Ohmin lakia, kuten puolijohdediodi tai kaasupurkauslamppu. Jopa metallijohtimissa riittävän suurilla virroilla havaitaan poikkeama Ohmin lineaarisesta laista, koska metallijohtimien sähkövastus kasvaa lämpötilan noustessa.

Johtimen resistanssin riippuvuus lämpötilasta ilmaistaan ​​kaavalla: , jossa: R - johtimen vastus lämpötilassa T, R 0 - johtimen vastus lämpötilassa 0ºС, α - resistanssin lämpötilakerroin.