Logam dalam keadaan padat memiliki struktur kristal.
Model logam adalah kisi kristal, di mana partikel melakukan gerakan osilasi kacau.

Perhatian!

Ion positif terletak di simpul kisi kristal. Elektron bebas bergerak di ruang antara mereka.

Muatan negatif semua elektron bebas sama dalam nilai absolut dengan muatan positif semua ion kisi. Oleh karena itu, dalam kondisi normal, logam netral secara listrik. Elektron bebas bergerak secara acak di dalamnya. Jika medan listrik dibuat dalam logam, maka elektron bebas akan mulai bergerak ke arah (teratur), yaitu. akan terjadi arus listrik. Namun, gerakan acak elektron dipertahankan.

Perhatian!

Arus listrik dalam logam adalah gerakan teratur elektron bebas.

Berapa kecepatan elektron dalam konduktor di bawah aksi medan listrik? Ini kecil - hanya beberapa milimeter per detik, dan kadang-kadang bahkan kurang.
Jika medan listrik muncul dalam konduktor, ia merambat dengan kecepatan tinggi di sepanjang konduktor (mendekati kecepatan cahaya - 300.000 km / s), pada saat yang sama, elektron mulai bergerak dalam satu arah di sepanjang seluruh panjang konduktor.
Eksperimen membuktikan bahwa arus dalam logam disebabkan oleh elektron. Percobaan Mandelstam dan Papaleksi dilakukan pada tahun 1916. Tujuan percobaan adalah untuk memeriksa apakah pembawa arus listrik, elektron, memiliki massa. Jika elektron memiliki massa, maka ia harus mematuhi hukum mekanika, khususnya hukum inersia. Misalnya, jika konduktor yang bergerak diperlambat secara tiba-tiba, maka elektron akan bergerak ke arah yang sama untuk beberapa waktu dengan inersia.
Untuk pengujian ini, para peneliti memutar kumparan dengan arus yang lewat, dan kemudian menghentikannya secara tiba-tiba. Arus masuk yang dihasilkan direkam menggunakan telepon.
Dengan mengklik arus di telepon, Mandelstam dan Papaleksi menemukan bahwa elektron memiliki massa. Tetapi mereka tidak dapat mengukur massa ini. Oleh karena itu, pengalaman ini berkualitas tinggi. Kemudian, fisikawan Amerika Tolman dan Stewart, menggunakan ide yang sama tentang rotasi kumparan, mengukur massa elektron. Untuk melakukan ini, mereka mengukur muatan yang terjadi selama pengereman koil di terminalnya.

Arus listrik dapat eksis tidak hanya dalam logam, tetapi juga di media lain: dalam semikonduktor, gas dan larutan elektrolit. Pembawa muatan listrik di lingkungan yang berbeda berbeda.

Perhatian!

Jadi, dalam larutan elektrolit (garam, asam dan alkali), pembawa adalah ion positif dan negatif, dalam gas - ion positif dan negatif, serta elektron. Dalam semikonduktor, pembawa muatan adalah elektron dan lubang (lubang adalah partikel yang diciptakan untuk menjelaskan mekanisme konduksi, pada kenyataannya, itu adalah ruang bebas yang tidak ditempati oleh elektron).

Semikonduktor terbuat dari semikonduktor. Berikut adalah beberapa di antaranya:

sel foto	fotoresistor	fotodioda	sirkuit terintegrasi	transistor

Semikonduktor tidak menghantarkan listrik pada suhu rendah; adalah dielektrik. Ketika suhu naik, jumlah pembawa muatan listrik meningkat, semikonduktor menjadi konduktor. Mengapa ini terjadi? Elektron valensi yang terletak di kulit terluar atom menjadi bebas, dan di bawah aksi medan listrik, arus listrik muncul di semikonduktor. Proses serupa terjadi pada semikonduktor ketika terkena cahaya, pengotor, dll.
Perubahan konduktivitas listrik semikonduktor di bawah aksi suhu memungkinkan untuk menggunakannya sebagai termometer.

Perubahan konduktivitas listrik semikonduktor di bawah pengaruh cahaya digunakan dalam fotoresistor. Mereka digunakan untuk pensinyalan, kendali jarak jauh proses produksi, penyortiran suku cadang. Dalam situasi darurat, mereka memungkinkan Anda untuk menghentikan mesin dan konveyor secara otomatis, mencegah kecelakaan.

Berikut ini telah diterima secara historis:

Arah arus bertepatan dengan arah pergerakan muatan positif dalam konduktor.

Dalam hal ini, jika satu-satunya pembawa arus adalah partikel bermuatan negatif (misalnya, elektron dalam logam), maka arah arus berlawanan dengan arah pergerakan elektron.

Aliran arus melalui konduktor disertai dengan tindakan berikut:

Magnetik (diamati di semua konduktor).

Dengan menggunakan properti ini, Anda dapat menemukan tempat pemutusan kawat fase dengan perangkat yang merespons perubahan medan elektromagnetik, misalnya, obeng indikator dengan detektor fase.

Jika bingkai kawat yang membawa arus ditempatkan di antara kutub magnet, itu akan berputar. Fenomena ini digunakan dalam perangkat galvanometer.

Jarum galvanometer dihubungkan dengan kumparan yang bergerak dalam medan magnet. Ketika arus mengalir melalui kumparan, jarum menyimpang. Jadi, dengan menggunakan galvanometer, kita dapat menyimpulkan bahwa ada arus dalam rangkaian. Efek magnetik dari arus memanifestasikan dirinya terlepas dari keadaan agregasi zat. Ketika kunci ditutup, orang dapat mengamati bagaimana kawat yang dililitkan di sekitar paku mulai menarik benda-benda besi kecil.

Topik "Arus listrik dalam logam"

Tujuan pelajaran: Melanjutkan studi tentang sifat arus listrik pada logam, secara eksperimental mempelajari pengaruh arus listrik.

Tujuan pelajaran:

Pendidikan - pembentukan pandangan umum tentang sifat arus listrik, pembentukan kemampuan untuk bekerja dengan sirkuit listrik, untuk merakit sirkuit listrik.

pendidikan- pembentukan kemampuan untuk menemukan kesalahan dan menghindarinya saat menerapkan pengetahuan dalam praktik, serta menjelaskan fenomena baru secara logis, menerapkan pengetahuan mereka dalam situasi yang tidak standar.

Pendidikan - pembentukan kemampuan memusatkan perhatian, melakukan dialog, mempertahankan pendapat dengan akal.

Peralatan dan bahan: sumber arus, bohlam listrik untuk senter saku, bel listrik, sakelar, kabel timbal, larutan tembaga sulfat, elektromagnet, pelat tembaga dan seng, model kisi kristal, galvanometer.

TCO: presentasi komputer, proyektor multimedia.

Demo:

1) Perakitan sirkuit listrik paling sederhana.

2) Isolasi tembaga selama elektrolisis tembaga sulfat

3) Aksi kumparan dengan arus, seperti elektromagnet.

Rencana belajar.

1. Memperbarui pengetahuan (10 menit).
2. Mempelajari materi baru "Arus listrik dalam logam" (10 menit)

"Tindakan arus listrik" (12 menit)

1. Memperbaiki (9 menit)
2. Pekerjaan rumah (2 menit)
3. Menyimpulkan (2 menit)

Selama kelas.

Hallo teman-teman!

Bagaimana planet kita akan hidup,

Bagaimana orang akan hidup di atasnya?

Tanpa panas, magnet, cahaya

Dan sinar listrik.

Syair ini menyebutkan sinar listrik. Menurut Anda apa itu? (listrik)

1) Apa yang disebut arus listrik?

2) Apa yang diperlukan agar arus listrik ada dalam suatu rangkaian?

3) Bekerja dengan diagram: beri nama bagian utama yang diusulkan dari rangkaian listrik

Sebutan yang diusulkan: lampu listrik, kunci, ammeter, voltmeter, sumber arus, bel, dll.

4) Dan sekarang mari kita periksa bagaimana Anda melihat pelanggaran dalam kompilasi sirkuit listrik.

Sebelum Anda adalah dua sirkuit listrik, diagram yang disajikan di layar.

1. Pelanggaran apa yang Anda perhatikan? Mengapa lampu yang berfungsi di sirkuit pertama tidak menyala ketika kuncinya ditutup? Menjawab. Sirkuit listrik rusak. Agar lampu menyala, arus listrik harus ada di sirkuit, dan ini dimungkinkan dengan sirkuit tertutup yang hanya terdiri dari penghantar listrik.

2) Bagaimana konduktor berbeda dari non-konduktor atau isolator? Menjawab. Siswa menjembatani kesenjangan. Lampu menyala.

2. Mengapa bel pada rangkaian kedua tidak berbunyi saat rangkaian ditutup? Menjawab. Untuk mendapatkan arus listrik dalam suatu penghantar, maka perlu dibuat medan listrik di dalamnya. Di bawah pengaruh medan ini, partikel bermuatan bebas akan mulai bergerak secara teratur, dan ini adalah arus listrik. Medan listrik dalam konduktor dibuat dan dapat dipertahankan untuk waktu yang lama oleh sumber medan listrik. Rangkaian listrik harus memiliki sumber arus. Kami menghubungkan sirkuit ke sumber arus dan bel berbunyi. Untuk adanya arus listrik, diperlukan kondisi sebagai berikut: -------- adanya muatan listrik bebas dalam penghantar; -adanya medan listrik eksternal untuk konduktor. Siswa, setelah menghubungkan sumber arus ke sirkuit, menunjukkan jawaban yang benar.

2. Belajar hal baru bahan "Arus listrik dalam logam" - 10 mnt . Slide nomor 1 Topik pelajaran kita: “Arus listrik dalam logam. Aksi Arus Listrik Menjawab. Ini membutuhkan pentanahan, karena bumi adalah konduktor dan, karena ukurannya yang besar, dapat menampung muatan yang besar. Guru. Terbuat dari bahan apa grounding? Menjawab. Grounding terbuat dari logam. Guru. Mengapa logam lebih disukai? Kami akan menjawab pertanyaan ini setelah mempelajari topik baru "Arus listrik dalam logam". Tulis topik pelajaran di buku catatan Anda.

Definisi awal yang paling terkenal dari logam diberikan pada pertengahan abad ke-18 oleh M.V. Lomonosov: “Logam adalah benda ringan yang dapat ditempa. Hanya ada enam benda seperti itu: emas, perak, tembaga, timah, besi, dan timah.” Dua setengah abad kemudian, banyak yang telah diketahui tentang logam. Lebih dari 75% dari semua elemen tabel D. I. Mendeleev termasuk dalam jumlah logam.

Hari ini kita akan berkenalan dengan sifat penting logam - konduktivitas listrik. Pertimbangkan struktur logam. Demonstrasi model kisi kristal, gambar model struktur logam diproyeksikan di layar.

Model logam adalah kisi kristal, di mana partikel melakukan gerakan osilasi kacau.

Elektron bebas bergerak di bawah pengaruh medan listrik. Konfirmasi terakhir dari fakta ini adalah percobaan yang dilakukan pada tahun 1913 oleh fisikawan negara kita L. I. Mandelstam dan N. D. Papaleksi, serta oleh fisikawan Amerika B. Stuart dan R. Tolman. Lihat gambar di layar

Para ilmuwan membawa kumparan multi-putaran di sekitar porosnya menjadi rotasi yang sangat cepat. Kemudian, dengan perlambatan yang tajam pada kumparan, ujung-ujungnya ditutup ke galvanometer, dan perangkat mencatat arus listrik jangka pendek. Alasan terjadinya, yang disebabkan oleh pergerakan inersia partikel bermuatan bebas antara simpul kisi kristal logam. Karena arah kecepatan awal dan arah arus yang dihasilkan diketahui dari pengalaman, tanda muatan pembawa dapat ditemukan: ternyata negatif. Oleh karena itu, pembawa muatan bebas dalam logam adalah elektron bebas. Dengan penyimpangan jarum galvanometer, seseorang dapat menilai besarnya muatan listrik yang mengalir dalam rangkaian. Pengalaman menegaskan teori itu. Kemenangan teori klasik listrik terjadi.


Sinyal listrik yang dikirim, misalnya, melalui kabel dari Moskow ke Vladivostok (s = 8000 km), tiba di sana dalam waktu sekitar 0,03 detik. Dan sekarang Anda dapat melanjutkan ke pengetahuan tentang dunia luar. Arus listrik selesai dalam logam. Mari kita beralih ke blok berikutnya "Tindakan arus listrik"

Kita tidak dapat melihat elektron bergerak dalam konduktor logam. Kita dapat menilai keberadaan arus dalam suatu rangkaian dengan berbagai fenomena yang disebabkan oleh arus listrik. Fenomena seperti itu disebut tindakan saat ini.Beberapa dari tindakan ini mudah diamati secara eksperimental.

Efek termal arus.

Aksi kimia arus. Aksi kimia arus listrik pertama kali ditemukan pada tahun 1800. Pengalaman. Kami akan melakukan percobaan dengan larutan tembaga sulfat. Kami menurunkan dua elektroda karbon ke dalam air suling dan menutup sirkuit. Kami mengamati bahwa bola lampu tidak menyala. Kami mengambil larutan tembaga sulfat dan menghubungkannya ke sumber listrik. Bola lampu menyala. Kesimpulan. Bahan kimia efek arus adalah bahwa dalam beberapa larutan asam (garam, alkali) ketika arus listrik melewatinya, pelepasan zat diamati. Zat-zat yang terkandung dalam larutan diendapkan pada elektroda yang dicelupkan ke dalam larutan ini. Ketika arus dilewatkan melalui larutan tembaga sulfat (CuSO 4), tembaga murni (Cu) akan dilepaskan pada elektroda yang bermuatan negatif. Ini digunakan untuk mendapatkan logam murni. Aluminium, logam murni secara kimia diperoleh dengan elektrolisis, pelapisan nikel, pelapisan krom, penyepuhan diproduksi. Untuk melindungi logam dari korosi, permukaannya sering dilapisi dengan logam yang sulit teroksidasi, yaitu, pelapisan nikel atau kromium. Proses ini disebut elektroplating. Kawan, apa metode melindungi logam dari korosi yang Anda ketahui?

Filsuf Cina Konfusius pernah berkata, "Adalah baik untuk memiliki bakat alami, tetapi olahraga, teman-teman, memberi kita lebih dari bakat alami." Sebuah pepatah Rusia mengatakan: "Belajar selalu berguna." .1) Mengapa Anda tidak bisa menyentuh kabel listrik dengan tangan kosong? (Kelembaban di tangan selalu mengandung larutan berbagai garam dan merupakan elektrolit. Oleh karena itu, menciptakan kontak yang baik antara kabel dan kulit.)

Unduh:

Pratinjau:

Pelajaran fisika di kelas 8.

Topik "Arus listrik dalam logam"

Tujuan pelajaran : Melanjutkan studi tentang sifat arus listrik pada logam, secara eksperimental mempelajari pengaruh arus listrik.

Tujuan pelajaran:

Pendidikan -pembentukan pandangan umum tentang sifat arus listrik, pembentukan kemampuan untuk bekerja dengan sirkuit listrik, untuk merakit sirkuit listrik.

pendidikan - pembentukan kemampuan untuk menemukan kesalahan dan menghindarinya saat menerapkan pengetahuan dalam praktik, serta menjelaskan fenomena baru secara logis, menerapkan pengetahuan mereka dalam situasi yang tidak standar.

Pendidikan -pembentukan kemampuan memusatkan perhatian, melakukan dialog, mempertahankan pendapat dengan akal.

Peralatan dan bahan: sumber arus, bohlam listrik untuk senter saku, bel listrik, sakelar, kabel timbal, larutan tembaga sulfat, elektromagnet, pelat tembaga dan seng, model kisi kristal, galvanometer.

TCO : presentasi komputer, proyektor multimedia.

Demo:

1) Perakitan sirkuit listrik paling sederhana.

2) Isolasi tembaga selama elektrolisis tembaga sulfat

3) Aksi kumparan dengan arus, seperti elektromagnet.

Rencana belajar.

1. Memperbarui pengetahuan (10 menit).
2. Mempelajari materi baru "Arus listrik dalam logam" (10 menit)

"Tindakan arus listrik" (12 menit)

1. Memperbaiki (9 menit)
2. Pekerjaan rumah (2 menit)
3. Menyimpulkan (2 menit)

Selama kelas.

Pengumuman topik, tujuan pelajaran.

1) Aktualisasi pengetahuan -10 menit.

Hallo teman-teman!

Bagaimana planet kita akan hidup,

Bagaimana orang akan hidup di atasnya?

Tanpa panas, magnet, cahaya

Dan sinar listrik.

Syair ini menyebutkan sinar listrik. Menurut Anda apa itu? (listrik)

Pertanyaan:

1. Apa yang disebut arus listrik?
2. Apa yang diperlukan agar arus listrik ada dalam suatu rangkaian?

3) Bekerja dengan diagram: beri nama bagian utama yang diusulkan dari rangkaian listrik

Sebutan yang diusulkan: lampu listrik, kunci, ammeter, voltmeter, sumber arus, bel, dll.

4) Dan sekarang mari kita periksa bagaimana Anda melihat pelanggaran dalam kompilasi sirkuit listrik.

Sebelum Anda adalah dua sirkuit listrik, diagram yang disajikan di layar.

1. Pelanggaran apa yang Anda perhatikan? Mengapa lampu yang berfungsi di sirkuit pertama tidak menyala ketika kuncinya ditutup? Menjawab. Sirkuit listrik rusak. Agar lampu menyala, arus listrik harus ada di sirkuit, dan ini dimungkinkan dengan sirkuit tertutup yang hanya terdiri dari penghantar listrik.

2) Bagaimana konduktor berbeda dari non-konduktor atau isolator? Menjawab. Siswa menjembatani kesenjangan. Lampu menyala.

2. Mengapa bel pada rangkaian kedua tidak berbunyi saat rangkaian ditutup? Menjawab. Untuk mendapatkan arus listrik dalam suatu penghantar, maka perlu dibuat medan listrik di dalamnya. Di bawah pengaruh medan ini, partikel bermuatan bebas akan mulai bergerak secara teratur, dan ini adalah arus listrik. Medan listrik dalam konduktor dibuat dan dapat dipertahankan untuk waktu yang lama oleh sumber medan listrik. Rangkaian listrik harus memiliki sumber arus. Kami menghubungkan sirkuit ke sumber arus dan bel berbunyi. Untuk adanya arus listrik, diperlukan kondisi sebagai berikut: -------- adanya muatan listrik bebas dalam penghantar; -adanya medan listrik eksternal untuk konduktor. Siswa, setelah menghubungkan sumber arus ke sirkuit, menunjukkan jawaban yang benar.

2. Belajar hal barubahan "Arus listrik dalam logam" - 10 mnt. Slide nomor 1 Topik pelajaran kita: “Arus listrik dalam logam. Aksi Arus Listrik Menjawab. Ini membutuhkan pentanahan, karena bumi adalah konduktor dan, karena ukurannya yang besar, dapat menampung muatan yang besar. Guru. Terbuat dari bahan apa grounding? Menjawab. Grounding terbuat dari logam. Guru. Mengapa logam lebih disukai? Kami akan menjawab pertanyaan ini setelah mempelajari topik baru "Arus listrik dalam logam". Tulis topik pelajaran di buku catatan Anda.

Definisi awal yang paling terkenal dari logam diberikan pada pertengahan abad ke-18 oleh M.V. Lomonosov: “Logam adalah benda ringan yang dapat ditempa. Hanya ada enam benda seperti itu: emas, perak, tembaga, timah, besi, dan timah.” Dua setengah abad kemudian, banyak yang telah diketahui tentang logam. Lebih dari 75% dari semua elemen tabel D. I. Mendeleev termasuk dalam jumlah logam.

Hari ini kita akan berkenalan dengan sifat penting logam - konduktivitas listrik. Pertimbangkan struktur logam. Demonstrasi model kisi kristal, gambar model struktur logam diproyeksikan di layar.

Model logam adalah kisi kristal, di mana partikel melakukan gerakan osilasi kacau.

Logam dalam keadaan padat memiliki struktur kristal. Partikel dalam kristal tersusun dalam urutan tertentu, membentuk kisi spasial (kristal). Seperti yang sudah Anda ketahui, dalam logam apa pun, beberapa elektron valensi meninggalkan tempatnya di atom, akibatnya atom berubah menjadi ion positif. Ion positif terletak di simpul kisi kristal logam, dan elektron bebas (gas elektron) bergerak di ruang di antara mereka, mis. tidak terikat pada inti atomnya.
Muatan negatif semua elektron bebas sama dalam nilai absolut dengan muatan positif semua ion kisi. Oleh karena itu, dalam kondisi normal, logam netral secara listrik.
Muatan listrik apa yang bergerak di bawah aksi medan listrik dalam konduktor logam?Elektron bebas bergerak di bawah pengaruh medan listrik. Konfirmasi terakhir dari fakta ini adalah percobaan yang dilakukan pada tahun 1913 oleh fisikawan negara kita L. I. Mandelstam dan N. D. Papaleksi, serta oleh fisikawan Amerika B. Stuart dan R. Tolman. Lihat gambar di layar

Para ilmuwan membawa kumparan multi-putaran di sekitar porosnya menjadi rotasi yang sangat cepat. Kemudian, dengan perlambatan yang tajam pada kumparan, ujung-ujungnya ditutup ke galvanometer, dan perangkat mencatat arus listrik jangka pendek. Alasan terjadinya, yang disebabkan oleh pergerakan inersia partikel bermuatan bebas antara simpul kisi kristal logam. Karena arah kecepatan awal dan arah arus yang dihasilkan diketahui dari pengalaman, tanda muatan pembawa dapat ditemukan: ternyata negatif. Oleh karena itu, pembawa muatan bebas dalam logam adalah elektron bebas. Dengan penyimpangan jarum galvanometer, seseorang dapat menilai besarnya muatan listrik yang mengalir dalam rangkaian. Pengalaman menegaskan teori itu. Kemenangan teori klasik listrik terjadi.Arus listrik dalam konduktor logam adalah gerakan teratur elektron bebas, di bawah pengaruh medan listrik
Jika tidak ada medan listrik dalam konduktor, maka elektron bergerak secara acak, mirip dengan bagaimana molekul gas atau cairan bergerak. Pada setiap momen waktu, kecepatan berbagai elektron berbeda dalam modul dan arah. Jika medan listrik dibuat di konduktor, maka elektron, yang mempertahankan gerakan kacaunya, mulai bergeser ke kutub positif sumber. Bersamaan dengan pergerakan elektron yang kacau, transfer berurutan mereka muncul - melayang. Kecepatan pergerakan elektron yang teratur dalam konduktor di bawah aksi medan listrik adalah beberapa milimeter per detik, dan kadang-kadang bahkan lebih kecil. Tetapi segera setelah medan listrik muncul di konduktor, medan listrik menyebar di sepanjang konduktor dengan kecepatan luar biasa mendekati kecepatan cahaya dalam ruang hampa (300.000 km / s).
Bersamaan dengan propagasi medan listrik, semua elektron mulai bergerak ke arah yang sama di sepanjang konduktor. Jadi, misalnya, ketika rangkaian lampu listrik ditutup, elektron yang ada dalam spiral lampu juga mulai bergerak secara teratur.
Ini akan membantu untuk memahami hal ini dengan membandingkan arus listrik dengan aliran air dalam sistem pasokan air, dan propagasi medan listrik dengan propagasi tekanan air. Ketika air naik ke menara air, tekanan (tekanan) air menyebar sangat cepat ke seluruh sistem pipa. Saat kita menyalakan keran, air sudah berada di bawah tekanan dan mulai mengalir. Tetapi air yang ada di dalamnya mengalir dari keran, dan air dari menara akan mencapai keran lebih lama lagi, karena. pergerakan air terjadi pada kecepatan yang lebih rendah daripada propagasi tekanan.
Ketika mereka berbicara tentang kecepatan rambat arus listrik dalam konduktor, yang mereka maksud adalah kecepatan rambat medan listrik di sepanjang konduktor.
Sinyal listrik yang dikirim, misalnya, melalui kabel dari Moskow ke Vladivostok (s = 8000 km), tiba di sana dalam waktu sekitar 0,03 detik. Dan sekarang Anda dapat melanjutkan ke pengetahuan tentang dunia luar. Arus listrik selesai dalam logam. Mari kita beralih ke blok berikutnya "Tindakan arus listrik"

Studi materi baru "Tindakan arus listrik"Kita tidak dapat melihat elektron bergerak dalam konduktor logam. Kita dapat menilai keberadaan arus dalam suatu rangkaian dengan berbagai fenomena yang disebabkan oleh arus listrik. Fenomena seperti itu disebut tindakan saat ini.Beberapa dari tindakan ini mudah diamati secara eksperimental.

Efek termal arus.Program disk pelajaran Fisika Kelas 8. Sekolah Virtual Cyril dan Methodius

Aksi kimia arus.Aksi kimia arus listrik pertama kali ditemukan pada tahun 1800. Pengalaman. Kami akan melakukan percobaan dengan larutan tembaga sulfat. Kami menurunkan dua elektroda karbon ke dalam air suling dan menutup sirkuit. Kami mengamati bahwa bola lampu tidak menyala. Kami mengambil larutan tembaga sulfat dan menghubungkannya ke sumber listrik. Bola lampu menyala.Kesimpulan. Bahan kimiaefek arus adalah bahwa dalam beberapa larutan asam (garam, alkali) ketika arus listrik melewatinya, pelepasan zat diamati. Zat-zat yang terkandung dalam larutan diendapkan pada elektroda yang dicelupkan ke dalam larutan ini. Ketika arus dilewatkan melalui larutan tembaga sulfat (CuSO 4 ) tembaga murni (Cu) akan dilepaskan pada elektroda yang bermuatan negatif. Ini digunakan untuk mendapatkan logam murni. Aluminium, logam murni secara kimia diperoleh dengan elektrolisis, pelapisan nikel, pelapisan krom, penyepuhan diproduksi. Untuk melindungi logam dari korosi, permukaannya sering dilapisi dengan logam yang sulit teroksidasi, yaitu, pelapisan nikel atau kromium. Proses ini disebut elektroplating. Kawan, apa metode melindungi logam dari korosi yang Anda ketahui?

Aksi magnetik arus. Pengalaman.Kami menyertakan kumparan dengan inti besi di sirkuit dan mengamati daya tarik benda logam. Penggunaan aksi magnetik arus dalam galvanometer. Galvanometer. Notasi skemaKonsolidasi materi yang dipelajari. Pertanyaan tentang topik baru. KeFilsuf Cina Konfusius pernah berkata, "Adalah baik untuk memiliki bakat alami, tetapi olahraga, teman-teman, memberi kita lebih dari bakat alami." Sebuah pepatah Rusia mengatakan: "Belajar selalu berguna." .1) Mengapa Anda tidak bisa menyentuh kabel listrik dengan tangan kosong? (Kelembaban di tangan selalu mengandung larutan berbagai garam dan merupakan elektrolit. Oleh karena itu, menciptakan kontak yang baik antara kabel dan kulit.)

Pekerjaan rumah. H. 34.35L. No. 1260, 1261. Siapkan laporan tentang logam "Aluminium", "Emas", "Besi"

Mari kita lihat elemen apa yang dapat dihubungkan dengan kabel untuk membuat rangkaian listrik: sel galvanik, baterai sel, bola lampu, bel, hambatan, sakelar (atau kunci), ammeter, dan voltmeter.

Gambar, yang menunjukkan metode menghubungkan elemen-elemen dalam suatu rangkaian, disebut diagram. Ini adalah apa yang tampak seperti senter listrik.

Dan beginilah tampilan sirkuitnya, yang terdiri dari sumber, satu panggilan dan dua (atau lebih) tombol, yang dengannya Anda dapat mengaktifkan panggilan secara mandiri, misalnya, di rumah sakit (atau di pesawat terbang) saat Anda perlu memanggil perawat untuk orang sakit.

Mari kita ingat struktur logam: ada ion positif di simpul kisi kristal, dan elektron bergerak bebas di antara simpul ini, menciptakan "gas elektron" yang menempati seluruh volume konduktor logam. Oleh karena itu, arus listrik dalam logam adalah gerakan elektron yang teratur. Dengan tidak adanya medan listrik, elektron bergerak secara acak, kacau, dengan kecepatan yang cukup tinggi.

Tetapi ketika medan listrik disuplai dari suatu sumber, dan kecepatan rambatnya adalah 300.000 km / s, maka semua elektron di seluruh volume penghantar logam mulai bergerak secara teratur dengan kecepatan rendah, yaitu beberapa mm / s. .

Untuk keberadaan arus listrik, perlu: kehadiran partikel bermuatan bebas, medan listrik (sumber), konsumen dan konduktor arus listrik.

Arus listrik, ketika melewati beban, memiliki tindakan yang berbeda. Tindakan apa yang bisa kita amati?

Aksi termal. Untuk mengamati tindakan ini, kami akan melakukan percobaan.

Kami akan menempatkan kabel panjang di dua rak berinsulasi. Di beberapa tempat kita akan menempelkan jumbai-jumbai kertas yang mudah digantung. Kami menghubungkan kabel ke sumber yang dapat disesuaikan (seperti LATR, sehingga tegangan dapat ditingkatkan secara bertahap). Kami menyalakan instalasi, perlahan-lahan meningkatkan tegangan, pada nilai tertentu kawat mulai memanas, dan potongan-potongan kertas menyala. Mari kita perhatikan fakta bahwa selama percobaan kawat melorot lebih kuat. Ini disebabkan oleh fakta bahwa ia telah memanas, dan ketika dipanaskan, semua benda memuai, dan kawat memanjang.

aksi mekanis. Hubungkan kipas kecil. Mengapa bilahnya berputar? Karena ketika arus listrik melewati motor, bingkai di medan magnet berputar (gerakan mekanis) dan memutar bilah kipas.

aksi magnet. Pertimbangkan eksperimen Oersted, yang dia lakukan pada tahun 1820. Pada pemasangan sesuai percobaan pertama, kami akan membawa jarum magnet pada rak sambil menyalakan arus. Panah akan menyimpang dari arah biasanya di medan magnet bumi dan berbelok tegak lurus terhadap konduktor, memperbaiki keberadaan medan magnet yang lebih kuat di dekat konduktor yang dilalui arus. Ketika arus dimatikan, kita melihat bahwa panah menyimpang dan sekali lagi menunjukkan arah ke "utara".

Aksi kimia. Sebagai beban, sekarang kami memasukkan dalam rangkaian listrik dua elektroda karbon yang dimasukkan ke dalam gelas kimia tempat larutan tembaga sulfat dituangkan.

Pertama-tama perlu untuk membersihkan elektroda dengan amplas untuk menghilangkan kotoran. Kami menyalakan sirkuit dalam sumber yang diatur ... dan setelah beberapa saat kami mematikannya dan kami melihat bahwa lapisan tipis tembaga telah terpisah pada elektroda negatif (katoda).

Apakah ada lagi? fisiologis aksi arus listrik: efek pada organisme hidup. Untuk pertama kalinya, selama persiapan kaki katak, Luigi Galvani menemukan kontraksi otot-otot kaki. Artinya, ketika arus melewati tubuh, semua otot berkontraksi, berusaha melindungi tubuh dari konsekuensi yang tidak menyenangkan.

Arah arus listrik ditemukan oleh bankir Amerika Benjamin Franklin, yang terlibat dalam listrik di waktu luangnya.

Dia percaya bahwa uang dari tumpukan positif yang besar mengalir ke kantong negatif kecil pelanggan. Karena itu, ia menyarankan: arus mengalir dari kutub positif ke negatif.

Aturan ini telah diterima di seluruh dunia.

Baru kemudian, setelah penemuan elektron oleh Thomson, mereka menyadari bahwa arah fisik (sebenarnya) arus adalah dari "minus" ke "plus". Arus mengalir dari tempat-tempat pada sumber di mana jumlah elektron berlebih telah terakumulasi ke tempat-tempat di mana tidak ada cukup elektron.

Tetapi aturan telah ditemukan: aturan gimlet, aturan tangan kiri, aturan tangan kanan, aturan Ampere dan lain-lain untuk mengarahkan arus dari "plus" ke "minus". Dan diputuskan untuk tidak mengubah apa pun, tetapi untuk mengasumsikan bahwa arus berubah dari "plus" ke "minus".

Dengan demikian, kami telah mempertimbangkan apa arus dalam logam, tindakan apa yang dimiliki arus, dan apa perbedaan antara arah arus yang diterima secara umum dari "plus" ke "minus" dari arah fisik yang sebenarnya.

Logam dalam keadaan padat, seperti diketahui, memiliki struktur kristal. Partikel dalam kristal tersusun dalam urutan tertentu, membentuk kisi spasial (kristal).

Ion positif terletak di simpul kisi kristal logam, dan elektron bebas bergerak di ruang di antara mereka. Elektron bebas tidak terikat pada inti atomnya (Gbr. 53).

Beras. 53. Kisi logam

Muatan negatif semua elektron bebas sama dalam nilai absolut dengan muatan positif semua ion kisi. Oleh karena itu, dalam kondisi normal, logam netral secara listrik. Elektron bebas di dalamnya bergerak secara acak. Tetapi jika medan listrik dibuat di dalam logam, maka elektron bebas akan mulai bergerak ke arah di bawah aksi gaya listrik. Akan ada arus listrik. Pada saat yang sama, pergerakan elektron secara acak dipertahankan, seperti halnya pergerakan acak dalam kawanan pengusir hama ketika, di bawah pengaruh angin, ia bergerak ke satu arah.

Jadi, Arus listrik dalam logam adalah gerakan teratur elektron bebas.

Mandelstam Leonid Isaakovich (1879-1944)
Fisikawan Rusia, akademisi. Dia membuat kontribusi yang signifikan untuk pengembangan radiofisika dan teknik radio.

Papaleksi Nikolai Dmitrievich (1880-1947)
Fisikawan Rusia, akademisi. Dia terlibat dalam penelitian di bidang teknik radio, radiofisika, astronomi radio.

Bukti bahwa arus dalam logam disebabkan oleh elektron adalah eksperimen fisikawan negara kita Leonid Isaakovich Mandelstam dan Nikolai Dmitrievich Papaleksi, serta fisikawan Amerika Balfour Stewart dan Robert Tolman.

Kecepatan pergerakan elektron itu sendiri dalam konduktor di bawah aksi medan listrik kecil - beberapa milimeter per detik, dan kadang-kadang bahkan kurang. Tetapi segera setelah medan listrik muncul di konduktor, medan listrik menyebar di sepanjang konduktor dengan kecepatan luar biasa mendekati kecepatan cahaya dalam ruang hampa (300.000 km / s).

Bersamaan dengan propagasi medan listrik, semua elektron mulai bergerak ke arah yang sama di sepanjang konduktor. Jadi, misalnya, ketika rangkaian lampu listrik ditutup, elektron yang ada dalam spiral lampu juga mulai bergerak secara teratur.

Ini akan membantu untuk memahami hal ini dengan membandingkan arus listrik dengan aliran air dalam sistem pasokan air, dan propagasi medan listrik dengan propagasi tekanan air. Ketika air naik ke menara air, tekanan (tekanan) air menyebar sangat cepat ke seluruh sistem pipa. Saat kita menyalakan keran, air sudah berada di bawah tekanan dan langsung mulai mengalir. Tetapi air yang ada di dalamnya mengalir dari keran, dan air dari menara akan mencapai keran lebih lama lagi, karena pergerakan air terjadi pada kecepatan yang lebih rendah daripada tekanan yang menyebar.

Ketika mereka berbicara tentang kecepatan rambat arus listrik dalam konduktor, yang mereka maksud adalah kecepatan rambat medan listrik di sepanjang konduktor.

Sinyal listrik yang dikirim, misalnya, melalui kabel dari Moskow ke Vladivostok (s = 8000 km) tiba di sana dalam waktu sekitar 0,03 detik.

pertanyaan

1. Bagaimana menjelaskan bahwa dalam kondisi normal logam netral secara listrik?
2. Apa yang terjadi pada elektron logam ketika medan listrik muncul di dalamnya?
3. Apa yang dimaksud dengan arus listrik pada logam?
4. Berapakah kecepatan yang dimaksud ketika berbicara tentang kecepatan rambat arus listrik dalam suatu penghantar?

Latihan

Menggunakan Internet, temukan seberapa cepat elektron bergerak dalam logam. Bandingkan dengan kecepatan cahaya.

Dalam pelajaran ini, kita akan berkenalan dengan mengapa arus listrik terjadi pada logam, menjelaskan mengapa logam merupakan konduktor yang baik. Selain itu, kita akan mempelajari pengaruh arus listrik dan arahnya. Kami akan mempertimbangkan eksperimen Rikke, yang menegaskan bahwa konduktor logam praktis tidak berubah ketika arus listrik mengalir melaluinya, mencari tahu tindakan arus apa yang paling sering digunakan oleh seseorang dalam teknologi dan kehidupan sehari-hari, dan juga memahami mengapa arah arus tidak sesuai dengan arah pergerakan elektron.

Topik: Fenomena Listrik

Pelajaran: Arus listrik dalam logam. Tindakan arus listrik. Arah saat ini

Pada pelajaran sebelumnya, kita telah mempelajari hampir semua konsep yang berhubungan dengan terjadinya arus listrik: muatan listrik, medan listrik, sumber arus, rangkaian listrik paling sederhana dan rangkaian listrik. Sekarang kita harus mencari tahu bagaimana arus listrik mengalir pada logam, apa pengaruh arus listrik, dan juga arah arus.

Logam, seperti yang kita temukan dari percobaan di pelajaran sebelumnya, menghantarkan listrik dengan baik. Untuk memperjelas fakta ini, mari kita bertanya pada diri sendiri pertanyaan: apa itu logam?

Logam, sebagai aturan, adalah zat polikristalin (terdiri dari banyak kristal) (Gbr. 1, 2).

Beras. 2. Struktur besi ()

Artinya, dalam logam kita berhadapan dengan struktur atom yang teratur: setiap atom berada di tempat spesifiknya.

Seperti yang telah kita ketahui, elektron bergerak mengelilingi inti atom.

Apa yang menyebabkan muatan listrik gratis?

Faktanya adalah elektron yang jauh (yang berada di orbit terjauh dari nukleus) terikat lemah pada nukleus. Oleh karena itu, mereka dapat dengan mudah berpindah dari satu atom ke atom lainnya. Pergerakan elektron secara acak ini agak mengingatkan pada gas elektron. Jika tidak ada medan listrik di dalam logam, maka pergerakan elektron bebas ini agak mengingatkan pada pergerakan pengusir hama yang terangkat ke udara pada hari musim panas (Gbr. 3).

Beras. 3. Pergerakan elektron di dalam konduktor logam ()

Semuanya berubah ketika medan listrik muncul di dalam logam. Medan listrik menyebabkan partikel bermuatan bergerak. Inti atom tetap di tempatnya, tetapi elektron mulai bergerak secara teratur.

Elektron, melompat dari satu atom ke atom lain, bergerak ke arah yang ditunjukkan oleh medan listrik. Gerakan ini disebut arus listrik dalam logam.

Kita tahu bahwa arus listrik adalah gerakan partikel bermuatan yang terarah dan teratur. Dalam logam, peran partikel bermuatan yang bergerak dimainkan oleh: elektron. Dalam zat lain, ini mungkin ion atau ion dan elektron.

Pergerakan partikel bermuatan (dalam logam - elektron) sangat lambat (fraksi milimeter per detik). Timbul pertanyaan: mengapa, ketika kita menekan sakelar, bola lampu menyala hampir seketika?

Faktanya adalah bahwa medan listrik merambat di dalam konduktor dengan kecepatan tinggi (pada kecepatan cahaya - sekitar 300.000 kilometer per detik).

Ketika sirkuit ditutup, medan menyebar hampir seketika. Dan sudah setelah medan, elektron mulai bergerak perlahan, dan sekaligus di seluruh sirkuit. Situasi ini dapat dibandingkan dengan pergerakan air dalam pipa air. Air dipaksa untuk bergerak oleh tekanan di dalam pipa, yang, ketika keran dibuka, menyebar hampir seketika, memaksa air "terdekat" ke keran untuk mengalir keluar. Pada saat yang sama, semua air di bawah tekanan yang sama ini bergerak melalui pipa. Ternyata tekanan adalah analog dari medan listrik, dan air adalah analog dari elektron. Segera setelah aksi medan listrik berhenti, pergerakan muatan listrik yang diperintahkan segera berhenti.

Muncul pertanyaan logis: apakah konduktor berubah karena fakta bahwa elektron "meninggalkannya"? Eksperimen untuk memastikan bahwa semua elektron adalah sama dilakukan oleh ilmuwan Jerman Rikke (Gbr. 4) ketika tiga konduktor berbeda digunakan pada jalur trem: aluminium dan dua tembaga.

Beras. 4. Carl Victor Rikke ()

Rikke selama setahun mengamati sambungan seri tiga konduktor: tembaga + aluminium + tembaga. Karena arus di jalur trem cukup besar, eksperimen memungkinkan untuk memberikan jawaban yang jelas: apakah elektron yang merupakan pembawa muatan negatif dalam konduktor yang berbeda adalah sama?

Sepanjang tahun, massa konduktor tidak berubah, difusi tidak terjadi, yaitu struktur konduktor tetap tidak berubah. Dari sini diikuti kesimpulan bahwa elektron dapat berpindah dari satu konduktor ke konduktor lainnya, tetapi strukturnya tidak berubah.

Sekarang mari kita bicara tentang apa pengaruh arus listrik. Karena apa aplikasi yang diterimanya begitu luas dalam kehidupan sehari-hari dan teknologi?

Ada tiga tindakan utama arus listrik:

1. Panas. Saat arus mengalir, konduktor memanas. Ini adalah salah satu tindakan terpenting dari arus, yang digunakan oleh manusia. Contoh paling sederhana adalah beberapa pemanas rumah tangga (Gbr. 5).

Beras. 5. Pemanas listrik ()

2.Bahan kimia. Sebuah konduktor dapat mengubah komposisi kimianya ketika arus melewatinya. Secara khusus, dengan bantuan arus listrik, beberapa logam ditambang dalam bentuk murni, memisahkannya dari berbagai senyawa. Misalnya, aluminium diperoleh dengan cara ini (Gbr. 6).

Beras. 6. Toko elektrolisis pabrik aluminium ()

3. Magnetik. Jika arus mengalir melalui konduktor, maka jarum magnet di dekat konduktor tersebut akan berubah posisinya.

Sekarang mari kita bicara tentang arah arus listrik.

Arah pergerakan muatan listrik positif diambil sebagai arah arus listrik.

Tapi kita baru saja berbicara tentang fakta bahwa arus dalam logam diciptakan oleh elektron yang bergerak yang bermuatan negatif. Mengapa kontradiksi seperti itu muncul?

Ketika muncul pertanyaan tentang arah arus listrik, tidak ada yang tahu tentang keberadaan elektron. Diputuskan untuk mengasumsikan bahwa arus bergerak ke arah muatan positif. Waktu berlalu, para ilmuwan menemukan bahwa dalam logam, khususnya, elektron bergerak, tetapi diputuskan untuk membiarkan semuanya apa adanya. Ini disebabkan oleh fakta bahwa tanda muatan praktis tidak menarik bagi kita, kita jauh lebih tertarik pada aksi arus itu sendiri.

Pergerakan elektron dalam konduktor berlawanan dengan arah medan listrik (Gbr. 7).

Beras. 7. Pergerakan elektron dalam konduktor ()

Dalam pelajaran ini, kami menemukan bagaimana arus mengalir dalam logam, belajar tentang tindakan arus listrik, dan juga menentukan arah arus.

Dalam pelajaran berikutnya, kita akan mulai berkenalan dengan karakteristik numerik arus.

Bibliografi

1. Gendenshtein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. Physics 8 / Ed. Orlova V.A., Roizena I.I. - M.: Mnemosyne.
2. Peryshkin A. V. Fisika 8. - M.: Bustard, 2010.
3. Fadeeva A. A., Zasov A. V., Kiselev D. F. Fisika 8. - M .: Pendidikan.

tambahan ptautan yang direkomendasikan ke sumber daya Internet

1. Festival ide pedagogis "Pelajaran Terbuka" ().
2. Festival ide pedagogis "Pelajaran Terbuka" ().

Pekerjaan rumah

1. P. 34-36, pertanyaan 1-4, hal 81, pertanyaan 1-7, hal 83, pertanyaan 1-3, hal 84. Peryshkin A. V. Fisika 8. - M.: Bustard, 2010.
2. Perangkat apa yang menggunakan efek termal arus? Aksi magnet?
3. Apa pengaruh arus yang dapat diamati dengan melewatkan arus melalui air laut?