Odpowiedź :
Odpowiedź: Na lekcji coś takiego miałam w pliku
,,PRACA PRĄDU ELEKTRYCZNEGO''
Praca prądu elektrycznego w danym odbiorniku jest równa iloczynowi napięcia między jego końcami natężenia prądu w nim płynącego i czasu przepływu prądu.
Jednostką prądu elektrycznego jest J-(dżul)
1V*1A*1s=1J/1C*1C/1s*1s=1J
(skreślasz 1C i 1s- bo skrócasz)
Prąd elektryczny – uporządkowany ruch ładunków elektrycznych. W naturze przykładami są wyładowania atmosferyczne, wiatr słoneczny czy czynność komórek nerwowych, którym również towarzyszy przepływ prądu. W technice obwody prądu elektrycznego są masowo wykorzystywane w elektrotechnice i elektronice.
Urządzenia pracujące dzięki prądowi elektrycznemu są nieodłącznym elementem naszego życia. Trudno wyobrazić sobie dzień bez czajnika elektrycznego, odkurzacza, oświetlenia, tramwaju. Bez prądu nie działają rozrusznik samochodowy ani pociągi (nawet jeśli główny napęd pociągu jest spalinowy, to i tak bez prądu nie da się go uruchomić). Radio, telewizja, telefony… Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o zjawisku przepływu prądu elektrycznego, czytaj dalej.
Kliknij, aby uruchomić podglądPrąd elektryczny jest w naszej rzeczywistości tak wszechobecny, że nie wyobrażamy sobie życia bez niego. Z trudem dociera też do nas świadomość, jak niewiele tak naprawdę upłynęło czasu od momentu, gdy pierwsze gniazdka elektryczne pojawiły się w domach mieszkalnych i budynkach użyteczności publicznej.
Prąd elektryczny jest w naszej rzeczywistości tak wszechobecny, że nie wyobrażamy sobie życia bez niego. Z trudem dociera też do nas świadomość, jak niewiele tak naprawdę upłynęło czasu od momentu, gdy pierwsze gniazdka elektryczne pojawiły się w domach mieszkalnych i budynkach użyteczności publicznej
Już potrafisz
opisać atom jako obiekt zbudowany z jądra atomowego, wokół którego poruszają się elektrony;
wymienić nośniki ładunku elektrycznego – elektrony swobodne i jony;
rozróżnić przewodniki i izolatory prądu elektrycznego;
wyjaśnić, że jednostką ładunku elektrycznego jest kulomb (C).
Nauczysz się
objaśniać pojęcie natężenia prądu elektrycznego;
wykorzystywać zależność natężenia prądu elektrycznego od czasu jego przepływu i ładunku elektrycznego;
mierzyć wartość natężenia prądu elektrycznego;
korzystać z zależności między jednostką natężenia prądu elektrycznego (amperem) a jej krotnościami.
1. Natężenie prądu elektrycznego
Już na lekcjach przyrody w szkole podstawowej, a niedawno podczas lekcji poświęconych elektrostatyce, dowiedzieliście się, że istnieją dwie podstawowe grupy substancji: przewodniki i izolatory. W przewodnikach znajdują się swobodne nośniki ładunku, czyli cząstki lub cząsteczki mające ładunek elektryczny różny od zera i mogące się poruszać w obrębie danego przewodnika. Te nośniki to elektrony i jony. W izolatorach zaś istnieją zarówno elektrony, jak i jony, ale nie mogą się one przemieszczać.
Swobodne nośniki ładunku – skupmy się na ciałach stałych i elektronach – nieustannie się poruszają. Zachowują się jak cząsteczki gazu (dlatego używamy pojęcia „gaz elektronowy”). Elektrony poruszają się chaotycznie – mogą się zderzać ze sobą lub z atomami tworzącymi sieć krystaliczną. Przypomina to trochę ruch żaglówek i kajaków na jeziorze. A jak taki ruch wyglądałby na rzece? Wyobraźmy sobie na tyle szeroką rzekę, że z jej środka nie widać brzegów (Amazonka ma u ujścia szerokość około 80 km). Po tej rzece w dowolny sposób pływają łódki. Nie widzisz brzegów; jedyne, co możesz zaobserwować to chaotyczny ruch łódek. Gdybyśmy spojrzeli z góry, dostrzeglibyśmy, że oprócz tego chaotycznego ruchu mamy do czynienia z przemieszczeniem się tych wszystkich łódek w stronę oceanu. Powiemy, że wszystkie one dryfują w jedną stronę. Jedne z nich poruszają się prostopadle do brzegów, inne – w stronę ujścia, a jeszcze inne – w górę rzeki. Prąd elektryczny to właśnie taki dryf elektronów – poruszają się one we wszystkich możliwych kierunkach. Powodem zmian kierunku są zderzenia z atomami lub innymi elektronami. Podczas zderzeń elektrony mogą tracić energię. Dlaczego jednak poruszają się dalej?
Łódki płyną rzeką z miejsca położonego wyżej do miejsca położonego niżej. Im większa różnica wysokości, z tym z większą prędkością płynie woda. A co zmusza elektrony do dryfowania w którąś stronę? W tym przypadku rolę różnicy wysokości odgrywa napięcie elektryczne. Definicję tej wielkości poznasz w szkole ponadgimnazjalnej (liceum lub technikum). Na razie będziemy jej tylko używać do opisu zjawisk związanych z przepływem prądu elektrycznego. Nieco więcej na ten temat dowiesz się z następnego rozdziału.
Ukierunkowany przepływ ładunków elektrycznych nazywamy prądem elektrycznym.
Nośnikami prądu są zazwyczaj elektrony swobodne, występujące w metalach i półprzewodnikach. W tych ostatnich wyróżnia się także tzw. prąd dziurowy, chociaż dziura jest niczym innym, jak brakiem elektronu w określonym obszarze i w tym sensie prąd dziurowy też jest prądem elektronowym (podobnie, jak ruch pęcherzyka powietrza w wodzie polega na ruchu wody).
W roztworach mamy do czynienia z przepływem większych cząstek, jakimi są jony, powstałe w wyniku dysocjacji cząsteczek substancji rozpuszczonej w wodzie. W gazach prąd stanowi mieszaninę prądu elektronowego i jonowego; nośniki te powstają przez jonizację cząsteczek gazu w silnym polu elektrycznym lub w wysokiej temperaturze.
Prądy elektryczne można podzielić na dwa rodzaje: stałe i zmienne. Przez prąd stały rozumie się zazwyczaj prąd o stałym kierunku oraz wartości (natężeniu). W technice prąd taki oznacza się angielskim symbolem "dc" (direct current). Prąd zmienny w czasie to prąd, którego wartość lub kierunek ulegają zmianom. Gdy zmiany kierunku odbywają się periodycznie w czasie, to prąd taki nazywamy przemiennym; jest on oznaczany symbolem ac - ang. alternating current. Z takim prądem mamy do czynienia na co dzień, zarówno w domach, jak i zakładach przemysłowych.
Natężenie prądu
Miarą wielkości prądu jest jego natężenie, oznaczane zwykle symbolem I. Definiuje się je jako ilość ładunku, przepływającego przez poprzeczny przekrój przewodnika w jednostce czasu. W zapisie matematycznym,
I = ΔQ/Δt
Jednostka natężenia jest amper (A). Odpowiada on prądowi, w którym przez dowolny przekrój poprzeczny przewodnika w ciągu jednej sekundy przepływa ładunek 1 kulomba.
Przykład 1. Pojedyncza cząstka o ładunku q krąży po okręgu z częstotliwością f. Prąd związany z jej ruchem ma natężenie równe:
I=Q/t= q f.
Przykład 2. Gdy przez żarówkę płynie prąd o natężeniu 5A, to w ciągu sekundy przepływa przez każdy jej przekrój ładunek Q = 5 C, który odpowiada łącznemu ładunkowi 31,25 × 1018 elektronów.
Prawo Ohma
Prąd elektryczny jest zawsze wynikiem przyłożenia do końców przewodnika pewnego napięcia U. Natężenie prądu jest wprost proporcjonalne do U, a współczynnik proporcjonalności nazywa się oporem R przewodnika. Związek ten wyraża równość, zwana prawem Ohma:
I= U/R
Prawo Ohma jest prawdziwe w odniesieniu do typowych przewodników, stanowiących fragmenty jednorodnych materiałów (drut metalowy, pręt, sztabka, jednorodny roztwór). Nie stosuje się jednak do układów elektronicznych typu diody lub tranzystora. W takich przypadkach wykresem natężenia w funkcji napięcia nie jest linia prosta. Przykładowa charakterystyka prądowo - napięciowa diody przedstawiona jest na rysunku.
Jednostką oporu jest om (W), przy czym 1 W = 1 V/A.
Własności oporu elektrycznego
Opór przewodnika R jest wprost proporcjonalny do długości l i odwrotnie proporcjonalny do pola jego przekroju S. Współczynnik proporcjonalności, mający sens oporu przewodnika o jednostkowych rozmiarach, nazywa się oporem właściwym r:
R= p I/S
W zakresie temperatur pokojowych opór typowych przewodników jest stały. Przy większych zmianach temperatury opór rośnie proporcjonalnie do T. Jest to związane ze wzrostem liczby zderzeń elektronów z jonami sieci krystalicznej. W półprzewodnikach mechanizm ten jest słabszy w porównaniu z innym, który sprawia, że w materiałach tych opór maleje z temperaturą. Otóż ze wzrostem temperatury uwalniają się nowe elektrony (i dziury), wskutek czego liczba nośników prądu silnie rośnie, co przyczynia się do malenia oporu.
Wartości oporu właściwego są stablicowane. Każda substancja ma swoją specyficzną wartość tego oporu. Przykładowe wartości r dla temperatury t = 20oC (w jednostkach W×m) zebrane są poniżej.
Metale:
srebro 1,59 × 10-8
miedź 1,67 × 10-8
aluminium 2,65 × 10-8
żelazo 9,84 × 10-8
rtęć 9,71 × 10-8
Półprzewodniki:
węgiel 1,40 × 10-5
krzem 2,00 × 103
Znając opór właściwy przewodnika oraz jego rozmiary można obliczyć jego opór całkowity R.
Przykład. Drut miedziany o długości 10 m i grubości 2 mm posiada opór R równy: R = 1,67 × 10-8 /p × 10-6 = 5,3 × 10-3 W. = 5,3 mW.
Łączenie oporów
Przy łączeniu szeregowym sumaryczny opór R równy jest sumie oporów cząstkowych:
R = R1 + R2 + . . .
Prąd elektryczny pojawia się wtedy, gdy przewodnik zostanie podłączony do jakiegoś źródła napięcia. Źródłem jest zwykle prądnica lub bateria, a przyczyna powodująca przepływ ładunków elektrycznych nazywa się siłą elektromotoryczną. Jest ona oznaczana w tekście symbolem"ę . Na schematach obwodów elektrycznych oznacza się ja symbolem | (dłuższa kreska symbolizuje biegun dodatni +, krótsza biegun ujemny - ); w przypadku prądów przemiennych ich źródło oznacza się znakiem ~. Siłę elektromotoryczną można też wzbudzić w próżni, jak w zjawisku indukcji elektromagnetycznej. Związek natężenia prądu z siłą elektromotoryczną podają prawa Kirchhoffa.
Dodawanie sił elektromotorycznych (jednakowych) podlega prostym regułom. W przypadku połączenia szeregowego wypadkowa siła równa jest sumie sił elektromotorycznych (x = nx1), zaś przy połączeniu równoległym - wartość siły elektromotorycznej nie ulega zmianie (x = x1), jednak teraz wypadkowy opór wewnętrzny jest n razy mniejszy. Gdy źródła nie są jednakowe, ich dodawanie nie jest dobrze określone i wtedy trzeba posłużyć się prawami Kirchhoffa.
Pierwsze prawo Kirchhoffa
Pierwsze prawo Kirchhoffa dotyczy punktów rozgałęzienia w obwodzie. Mówi ono, że suma prądów wpływających do jakiegoś punktu równa jest sumie prądów wypływających z tego punktu. Zapisuje się to w postaci równości algebraicznej:
I1 + I2 + . . . = 0,
gdzie prądom wpływającym przypisuje się znak minus, zaś prądom wypływającym - znak plus (lub na odwrót).
Drugie prawo Kirchhoffa
Suma napięć ("omowych") na poszczególnych elementach obwodu równa się sumarycznej sile elektromotorycznej działającej wzdłuż tego obwodu:
1 + 2 + . . . = U1 + U2 + . . . = I1R1 + I2R2 + . . .
Siły elektromotoryczne dodaje się w sposób "algebraiczny", tzn. należy przypisać im odpowiednie znaki. W tym celu każdej sile przypisujemy kierunek - zazwyczaj jest to kierunek prądu, który płynąłby pod wpływem tylko tej siły. Zgodnie z tym sile o symbolu ľ przypisujemy kierunek od minusa do plusa, czyli Ż . Następnie ustalamy pewien kierunek obchodzenia obwodu ("oczka"). Jeśli kierunek ten jest zgodny z kierunkiem siły, bierzemy ją ze znakiem plus; w przeciwnym razie zaopatrujemy ją znakiem minus.
Wyjaśnienie: Czy może być ?