Metalele în stare solidă au o structură cristalină.
Modelul metalic este o rețea cristalină, în nodurile căreia particulele efectuează o mișcare oscilatorie haotică.

Fiţi atenți!

Ionii pozitivi sunt localizați la nodurile rețelei cristaline. Electronii liberi se deplasează în spațiul dintre ei.

Sarcina negativă a tuturor electronilor liberi este egală în valoare absolută cu sarcina pozitivă a tuturor ionilor rețelei. Prin urmare, în condiții normale, metalul este neutru din punct de vedere electric. Electronii liberi se mișcă aleatoriu în ea. Dacă în metal este creat un câmp electric, atunci electronii liberi vor începe să se miște într-o direcție (ordonată), adică. va apărea un curent electric. Cu toate acestea, mișcarea aleatorie a electronilor este păstrată.

Fiţi atenți!

Curentul electric din metale este o mișcare ordonată a electronilor liberi.

Care este viteza electronilor într-un conductor sub acțiunea unui câmp electric? Este mic - doar câțiva milimetri pe secundă și uneori chiar mai puțin.
Dacă un câmp electric apare într-un conductor, acesta se propagă cu viteză mare pe toată lungimea conductorului (aproape de viteza luminii - 300.000 km / s), în același timp, electronii încep să se miște într-o singură direcție de-a lungul întregii lungimea conductorului.
Experimentele au demonstrat că curentul din metale se datorează electronilor. Experimentul lui Mandelstam și Papaleksi a fost efectuat în 1916. Scopul experimentului a fost de a verifica dacă purtătorul de curent electric, electronul, are masă. Dacă electronul are masă, atunci trebuie să respecte legile mecanicii, în special legea inerției. De exemplu, dacă un conductor în mișcare este încetinit brusc, atunci electronii se vor mișca în aceeași direcție pentru o perioadă de timp prin inerție.
Pentru acest test, cercetătorii au rotit bobina cu un curent care trece, apoi au oprit-o brusc. Curentul de pornire rezultat a fost înregistrat folosind un telefon.
Făcând clic pe curentul din telefoane, Mandelstam și Papaleksi au descoperit că electronul are masă. Dar ei nu au putut măsura această masă. Prin urmare, această experiență este de înaltă calitate. Mai târziu, fizicienii americani Tolman și Stewart, folosind aceeași idee de rotație a unei bobine, au măsurat masa unui electron. Pentru a face acest lucru, au măsurat sarcina care apare în timpul frânării bobinei la bornele acesteia.

Curentul electric poate exista nu numai în metale, ci și în alte medii: în semiconductori, gaze și soluții de electroliți. Purtătorii de sarcini electrice în diferite medii sunt diferiți.

Fiţi atenți!

Deci, în soluțiile de electroliți (săruri, acizi și alcalii), purtătorii sunt ioni pozitivi și negativi, în gaze - ioni pozitivi și negativi, precum și electroni. În semiconductori, purtătorii de sarcină sunt electroni și găuri (o gaură este o particulă inventată pentru a explica mecanismul de conducere, de fapt, este un spațiu liber care nu este ocupat de un electron).

Semiconductorii sunt fabricați din semiconductori. Aici sunt câțiva dintre ei:

Fotocelula	fotorezistor	Fotodiode	circuite integrate	tranzistoare

Semiconductorii nu conduc electricitatea la temperaturi scăzute; sunt dielectrici. Pe măsură ce temperatura crește, numărul purtătorilor de sarcină electrică crește, semiconductorul devine conductor. De ce se întâmplă asta? Electronii de valență situati pe învelișul exterior al atomului devin liberi, iar sub acțiunea unui câmp electric ia naștere un curent electric în semiconductor. Un proces similar are loc într-un semiconductor atunci când este expus la lumină, impurități etc.
Modificarea conductibilității electrice a semiconductorilor sub acțiunea temperaturii face posibilă utilizarea acestora ca termometre.

Modificarea conductibilității electrice a semiconductorilor sub influența luminii este utilizată în fotorezistoare. Sunt utilizate pentru semnalizare, control de la distanță a proceselor de producție, sortarea pieselor. În situații de urgență, vă permit să opriți automat mașinile și transportoarele, prevenind accidentele.

Următoarele au fost acceptate istoric:

Direcția curentului coincide cu direcția de mișcare a sarcinilor pozitive în conductor.

În acest caz, dacă singurii purtători de curent sunt particule încărcate negativ (de exemplu, electronii dintr-un metal), atunci direcția curentului este opusă direcției de mișcare a electronilor.

Trecerea curentului prin conductor este însoțită de următoarele acțiuni:

Magnetic (observat la toți conductorii).

Folosind această proprietate, puteți găsi locul ruperii firului de fază cu dispozitive care răspund la modificările câmpului electromagnetic, de exemplu, o șurubelniță indicator cu un detector de fază.

Dacă un cadru de sârmă care transportă curent este plasat între polii unui magnet, acesta se va roti. Acest fenomen este utilizat în dispozitivul galvanometru.

Acul unui galvanometru este conectat la o bobină mobilă într-un câmp magnetic. Când curentul trece prin bobină, acul se deviază. Astfel, folosind un galvanometru, putem concluziona că există un curent în circuit. Efectul magnetic al curentului se manifestă indiferent de starea de agregare a substanței. Când cheia este închisă, se poate observa cum firul înfășurat în jurul cuiului începe să atragă obiecte mici de fier.

Subiectul „Curentul electric în metale”

Scopul lecției: Continuați studiul naturii curentului electric în metale, studiați experimental efectul curentului electric.

Obiectivele lecției:

Educational - formarea de opinii comune asupra naturii curentului electric, formarea capacității de a lucra cu circuite electrice, de a asambla circuite electrice.

Educational- formarea capacității de a găsi erori și de a le evita atunci când se aplică cunoștințele în practică, precum și de a explica logic fenomene noi, de a-și aplica cunoștințele în situații non-standard.

Educational - formarea capacităţii de concentrare a atenţiei, de a conduce un dialog, de a-şi apăra cu raţiune opinia.

Echipamente și materiale: surse de curent, bec electric pentru lanterna de buzunar, sonerie electrica, intrerupatoare, fire de plumb, solutie de sulfat de cupru, electromagnet, placi de cupru si zinc, model cu retea cristalina, galvanometru.

OTS: prezentare pe computer, proiector multimedia.

Demonstrații:

1) Asamblarea celor mai simple circuite electrice.

2) Izolarea cuprului în timpul electrolizei sulfatului de cupru

3) Acțiunea unei bobine cu curent, ca un electromagnet.

Planul lecției.

1. Actualizarea cunoștințelor (10 min).
2. Studierea noului material „Curentul electric în metale” (10 min)

„Acțiuni ale curentului electric” (12 min)

1. Fixare (9 min)
2. Tema pentru acasă (2 min)
3. Rezumat (2 min)

În timpul orelor.

Buna baieti!

Cum ar trăi planeta noastră,

Cum ar trăi oamenii din asta?

Fără căldură, magnet, lumină

Și raze electrice.

Acest catren menționează raze electrice. Ce crezi că este? (electricitate)

1) Ce se numește curent electric?

2) Ce este necesar pentru ca un curent electric să existe într-un circuit?

3) Lucrați cu scheme: denumiți părțile principale propuse ale circuitului electric

Denumiri propuse: lampă electrică, cheie, ampermetru, voltmetru, sursă de curent, clopoței etc.

4) Și acum să verificăm cum vedeți încălcările în compilarea circuitelor electrice.

Înainte de a vă afla două circuite electrice, ale căror diagrame sunt prezentate pe ecran.

1. Ce încălcări ați observat? De ce nu arde o lampă de lucru din primul circuit când cheia este închisă? Răspuns. Circuitul electric este întrerupt. Pentru ca lampa să se aprindă, în circuit trebuie să existe un curent electric, iar acest lucru este posibil cu un circuit închis format numai din conductori de electricitate.

2) Prin ce diferă conductorii de neconductori sau izolatori? Răspuns. Elevii reduc diferența. Lampa se aprinde.

2. De ce nu sună soneria în al doilea circuit când circuitul este închis? Răspuns. Pentru a obține un curent electric într-un conductor, este necesar să se creeze un câmp electric în acesta. Sub influența acestui câmp, particulele încărcate libere vor începe să se miște într-o manieră ordonată, iar acesta este un curent electric. Un câmp electric în conductori este creat și poate fi menținut mult timp de surse de câmp electric. Circuitul electric trebuie să aibă o sursă de curent. Conectăm circuitul la o sursă de curent și sună soneria. Pentru existența unui curent electric sunt necesare următoarele condiții: -------- prezența sarcinilor electrice libere în conductor; -prezenţa unui câmp electric extern pentru conductor. Elevul, după ce a conectat o sursă de curent la circuit, demonstrează răspunsul corect.

2. A învăța lucruri noi material „Curentul electric în metale” - 10 min . Slide numărul 1 Tema lecției noastre: „Curentul electric în metale. Acțiuni de curent electric »Băieți, cine știe să evite acțiunea curentului electric dacă atingeți accidental un aparat electric care s-a dovedit a fi alimentat? Răspuns. Acest lucru necesită împământare, deoarece pământul este un conductor și, datorită dimensiunilor sale uriașe, poate păstra o sarcină mare. Profesor. Din ce materiale sunt făcute împământarea? Răspuns.Împământarea este realizată din metal. Profesor. De ce sunt preferate metalele? Vom răspunde la această întrebare după ce am studiat noul subiect „Curentul electric în metale”. Scrieți subiectul lecției în caiet.

Cea mai faimoasă dintre definițiile timpurii ale metalului a fost dată la mijlocul secolului al XVIII-lea de M.V. Lomonosov: „Metalul este un corp ușor care poate fi forjat. Există doar șase astfel de corpuri: aur, argint, cupru, staniu, fier și plumb.” Două secole și jumătate mai târziu, s-au cunoscut multe despre metale. Mai mult de 75% din toate elementele tabelului lui D. I. Mendeleev aparțin numărului de metale.

Astăzi ne vom familiariza cu o proprietate importantă a metalelor - conductivitatea electrică. Luați în considerare structura metalelor. Demonstrație model al rețelei cristaline, pe ecran este proiectată o imagine a modelului structurii metalelor.

Modelul metalic este o rețea cristalină, în nodurile căreia particulele efectuează o mișcare oscilatorie haotică.

Electronii liberi se deplasează sub influența unui câmp electric. Confirmarea finală a acestui fapt a fost un experiment realizat în 1913 de către fizicienii țării noastre L. I. Mandelstam și N. D. Papaleksi, precum și de către fizicienii americani B. Stuart și R. Tolman. Privește imaginea de pe ecran

Oamenii de știință au adus o bobină cu mai multe ture în jurul axei sale într-o rotație foarte rapidă. Apoi, cu o decelerare bruscă a bobinei, capetele acesteia au fost închise la un galvanometru, iar dispozitivul a înregistrat un curent electric de scurtă durată. Motivul apariției, care este cauzat de mișcarea prin inerție a particulelor încărcate liber între nodurile rețelei cristaline ale metalului. Deoarece direcția vitezei inițiale și direcția curentului rezultat sunt cunoscute din experiență, se poate găsi semnul sarcinii purtătorilor: se dovedește a fi negativ. Prin urmare, purtătorii de sarcină liberi dintr-un metal sunt electroni liberi. Prin abaterea acului galvanometrului, se poate aprecia mărimea sarcinii electrice care curge în circuit. Experiența a confirmat teoria. A avut loc triumful teoriei clasice a electricității.


Un semnal electric trimis, de exemplu, prin fir de la Moscova la Vladivostok (s = 8000 km), ajunge acolo în aproximativ 0,03 s. Și acum poți trece la cunoașterea lumii exterioare. Curent electric finit în metale. Să trecem la următorul bloc „Acțiuni ale curentului electric”

Nu putem vedea electronii mișcându-se într-un conductor metalic. Putem judeca prezența curentului într-un circuit după diferitele fenomene pe care le provoacă un curent electric. Astfel de fenomene se numesc acțiuni curente.Unele dintre aceste acțiuni sunt ușor de observat experimental.

Efectul termic al curentului.

Acțiunea chimică a curentului. Acțiunea chimică a curentului electric a fost descoperită pentru prima dată în 1800. Experienţă. Vom efectua un experiment cu o soluție de sulfat de cupru. Coborâm doi electrozi de carbon în apă distilată și închidem circuitul. Observăm că becul nu se aprinde. Luăm o soluție de sulfat de cupru și o conectăm la o sursă de alimentare. Becul se aprinde. Concluzie. Chimic efectul curentului este că în unele soluții de acizi (săruri, alcaline) atunci când un curent electric trece prin ele, se observă o eliberare de substanțe. Substantele continute in solutie se depun pe electrozii scufundati in aceasta solutie. Când curentul este trecut printr-o soluție de sulfat de cupru (CuSO 4), cupru pur (Cu) va fi eliberat pe un electrod încărcat negativ. Acesta este folosit pentru a obține metale pure. Prin electroliză se obțin aluminiu, metale pure din punct de vedere chimic, se produc nichelare, cromare, aurire. Pentru a proteja metalele de coroziune, suprafața lor este adesea acoperită cu metale greu de oxidat, adică se efectuează placarea cu nichel sau crom. Acest proces se numește galvanizare. Băieți, ce metode de a proteja metalele împotriva coroziunii cunoașteți?

Filosoful chinez Confucius a spus odată: „Este bine să avem talent natural, dar mișcarea, prieteni, ne oferă mai mult decât talentul natural”. Un proverb rus spune: „Învățarea este întotdeauna utilă.” .1) De ce nu poți atinge firele electrice goale cu mâinile goale? (Umiditatea de pe mâini conține întotdeauna o soluție de diferite săruri și este un electrolit. Prin urmare, creează un contact bun între fire și piele.)

Descarca:

Previzualizare:

Lecție de fizică în clasa a VIII-a.

Subiectul „Curentul electric în metale”

Scopul lecției : Continuați studiul naturii curentului electric în metale, studiați experimental efectul curentului electric.

Obiectivele lecției:

Educational -formarea de opinii comune asupra naturii curentului electric, formarea capacității de a lucra cu circuite electrice, de a asambla circuite electrice.

Educational - formarea capacității de a găsi erori și de a le evita atunci când se aplică cunoștințele în practică, precum și de a explica logic fenomene noi, de a-și aplica cunoștințele în situații non-standard.

Educational -formarea capacității de a concentra atenția, a conduce un dialog, a-și apăra cu rațiune opinia.

Echipamente și materiale: surse de curent, bec electric pentru lanterna de buzunar, sonerie electrica, intrerupatoare, fire de plumb, solutie de sulfat de cupru, electromagnet, placi de cupru si zinc, model cu retea cristalina, galvanometru.

OTS : prezentare pe computer, proiector multimedia.

Demonstrații:

1) Asamblarea celor mai simple circuite electrice.

2) Izolarea cuprului în timpul electrolizei sulfatului de cupru

3) Acțiunea unei bobine cu curent, ca un electromagnet.

Planul lecției.

1. Actualizarea cunoștințelor (10 min).
2. Studierea noului material „Curentul electric în metale” (10 min)

„Acțiuni ale curentului electric” (12 min)

1. Fixare (9 min)
2. Tema pentru acasă (2 min)
3. Rezumat (2 min)

În timpul orelor.

Anunțarea temei, obiectivele lecției.

1) Actualizarea cunoștințelor -10 min.

Buna baieti!

Cum ar trăi planeta noastră,

Cum ar trăi oamenii din asta?

Fără căldură, magnet, lumină

Și raze electrice.

Acest catren menționează raze electrice. Ce crezi că este? (electricitate)

Întrebări:

1. Ce se numește curent electric?
2. Ce este necesar pentru ca un curent electric să existe într-un circuit?

3) Lucrați cu scheme: denumiți părțile principale propuse ale circuitului electric

Denumiri propuse: lampă electrică, cheie, ampermetru, voltmetru, sursă de curent, clopoței etc.

4) Și acum să verificăm cum vedeți încălcările în compilarea circuitelor electrice.

Înainte de a vă afla două circuite electrice, ale căror diagrame sunt prezentate pe ecran.

1. Ce încălcări ați observat? De ce nu arde o lampă de lucru din primul circuit când cheia este închisă? Răspuns. Circuitul electric este întrerupt. Pentru ca lampa să se aprindă, în circuit trebuie să existe un curent electric, iar acest lucru este posibil cu un circuit închis format numai din conductori de electricitate.

2) Prin ce diferă conductorii de neconductori sau izolatori? Răspuns. Elevii reduc diferența. Lampa se aprinde.

2. De ce nu sună soneria în al doilea circuit când circuitul este închis? Răspuns. Pentru a obține un curent electric într-un conductor, este necesar să se creeze un câmp electric în acesta. Sub influența acestui câmp, particulele încărcate libere vor începe să se miște într-o manieră ordonată, iar acesta este un curent electric. Un câmp electric în conductori este creat și poate fi menținut mult timp de surse de câmp electric. Circuitul electric trebuie să aibă o sursă de curent. Conectăm circuitul la o sursă de curent și sună soneria. Pentru existența unui curent electric sunt necesare următoarele condiții: -------- prezența sarcinilor electrice libere în conductor; -prezenţa unui câmp electric extern pentru conductor. Elevul, după ce a conectat o sursă de curent la circuit, demonstrează răspunsul corect.

2. A învăța lucruri noimaterial „Curentul electric în metale” - 10 min. Slide numărul 1 Tema lecției noastre: „Curentul electric în metale. Acțiuni de curent electric »Băieți, cine știe să evite acțiunea curentului electric dacă atingeți accidental un aparat electric care s-a dovedit a fi alimentat? Răspuns. Acest lucru necesită împământare, deoarece pământul este un conductor și, datorită dimensiunilor sale uriașe, poate păstra o sarcină mare. Profesor. Din ce materiale sunt făcute împământarea? Răspuns. Împământarea este realizată din metal. Profesor. De ce sunt preferate metalele? Vom răspunde la această întrebare după ce am studiat noul subiect „Curentul electric în metale”. Scrieți subiectul lecției în caiet.

Cea mai faimoasă dintre definițiile timpurii ale metalului a fost dată la mijlocul secolului al XVIII-lea de M.V. Lomonosov: „Metalul este un corp ușor care poate fi forjat. Există doar șase astfel de corpuri: aur, argint, cupru, staniu, fier și plumb.” Două secole și jumătate mai târziu, s-au cunoscut multe despre metale. Mai mult de 75% din toate elementele tabelului lui D. I. Mendeleev aparțin numărului de metale.

Astăzi ne vom familiariza cu o proprietate importantă a metalelor - conductivitatea electrică. Luați în considerare structura metalelor. Demonstrație model al rețelei cristaline, pe ecran este proiectată o imagine a modelului structurii metalelor.

Modelul metalic este o rețea cristalină, în nodurile căreia particulele efectuează o mișcare oscilatorie haotică.

Metalele în stare solidă au o structură cristalină. Particulele din cristale sunt dispuse într-o anumită ordine, formând o rețea spațială (cristalică). După cum știți deja, în orice metal, unii dintre electronii de valență își părăsesc locurile în atom, drept urmare atomul se transformă într-un ion pozitiv. Ionii pozitivi sunt localizați la nodurile rețelei cristaline ale metalului, iar electronii liberi (gazul de electroni) se mișcă în spațiul dintre ei, adică. nelegat de nucleele atomilor lor.
Sarcina negativă a tuturor electronilor liberi este egală în valoare absolută cu sarcina pozitivă a tuturor ionilor rețelei. Prin urmare, în condiții normale, metalul este neutru din punct de vedere electric.
Ce sarcini electrice se deplasează sub acțiunea unui câmp electric în conductorii metalici?Electronii liberi se deplasează sub influența unui câmp electric. Confirmarea finală a acestui fapt a fost un experiment realizat în 1913 de către fizicienii țării noastre L. I. Mandelstam și N. D. Papaleksi, precum și de către fizicienii americani B. Stuart și R. Tolman. Uită-te la imaginea de pe ecran

Oamenii de știință au adus o bobină cu mai multe ture în jurul axei sale într-o rotație foarte rapidă. Apoi, cu o decelerare bruscă a bobinei, capetele acesteia au fost închise la un galvanometru, iar dispozitivul a înregistrat un curent electric de scurtă durată. Motivul apariției, care este cauzat de mișcarea prin inerție a particulelor încărcate liber între nodurile rețelei cristaline ale metalului. Deoarece direcția vitezei inițiale și direcția curentului rezultat sunt cunoscute din experiență, se poate găsi semnul sarcinii purtătorilor: se dovedește a fi negativ. Prin urmare, purtătorii de sarcină liberi dintr-un metal sunt electroni liberi. Prin abaterea acului galvanometrului, se poate aprecia mărimea sarcinii electrice care curge în circuit. Experiența a confirmat teoria. A avut loc triumful teoriei clasice a electricității.Curentul electric din conductorii metalici este o mișcare ordonată a electronilor liberi, sub influența unui câmp electric
Dacă nu există câmp electric în conductor, atunci electronii se mișcă aleatoriu, similar cu modul în care se mișcă moleculele de gaze sau lichide. În fiecare moment de timp, vitezele diferiților electroni diferă în module și în direcții. Dacă în conductor se creează un câmp electric, atunci electronii, păstrându-și mișcarea haotică, încep să se deplaseze către polul pozitiv al sursei. Împreună cu mișcarea haotică a electronilor, apare transferul lor ordonat - deriva. Viteza mișcării ordonate a electronilor într-un conductor sub acțiunea unui câmp electric este de câțiva milimetri pe secundă și uneori chiar mai puțin. Dar, de îndată ce un câmp electric apare în conductor, acesta se propagă pe toată lungimea conductorului cu o viteză extraordinară apropiată de viteza luminii în vid (300.000 km/s).
Concomitent cu propagarea câmpului electric, toți electronii încep să se miște în aceeași direcție pe toată lungimea conductorului. Deci, de exemplu, atunci când circuitul unei lămpi electrice este închis, electronii prezenți în spirala lămpii încep și ei să se miște în mod ordonat.
Vă va ajuta să înțelegeți acest lucru prin compararea curentului electric cu fluxul de apă într-un sistem de alimentare cu apă și propagarea unui câmp electric cu propagarea presiunii apei. Când apa urcă în turnul de apă, presiunea (presiunea) apei se răspândește foarte repede în întregul sistem sanitar. Când deschidem robinetul, apa este deja sub presiune și începe să curgă. Dar apa care era în el curge de la robinet, iar apa din turn va ajunge la robinet mult mai târziu, pentru că. mişcarea apei are loc cu o viteză mai mică decât propagarea presiunii.
Când vorbesc despre viteza de propagare a curentului electric într-un conductor, se referă la viteza de propagare a unui câmp electric de-a lungul conductorului.
Un semnal electric trimis, de exemplu, prin fir de la Moscova la Vladivostok (s = 8000 km), ajunge acolo în aproximativ 0,03 s. Și acum poți trece la cunoașterea lumii exterioare. Curent electric finit în metale. Să trecem la următorul bloc „Acțiuni ale curentului electric”

Studiul noului material „Acțiunile curentului electric”Nu putem vedea electronii mișcându-se într-un conductor metalic. Putem judeca prezența curentului într-un circuit după diferitele fenomene pe care le provoacă un curent electric. Astfel de fenomene se numesc acțiuni curente.Unele dintre aceste acțiuni sunt ușor de observat experimental.

Efectul termic al curentului.Programul disc lecții de fizică clasa a 8-a. Școala virtuală a lui Chiril și Metodiu

Acțiunea chimică a curentului.Acțiunea chimică a curentului electric a fost descoperită pentru prima dată în 1800. Experienţă. Vom efectua un experiment cu o soluție de sulfat de cupru. Coborâm doi electrozi de carbon în apă distilată și închidem circuitul. Observăm că becul nu se aprinde. Luăm o soluție de sulfat de cupru și o conectăm la o sursă de alimentare. Becul se aprinde.Concluzie. Chimicefectul curentului este că în unele soluții de acizi (săruri, alcaline) atunci când un curent electric trece prin ele, se observă o eliberare de substanțe. Substantele continute in solutie se depun pe electrozii scufundati in aceasta solutie. Când curentul trece printr-o soluție de sulfat de cupru (CuSO 4 ) cupru pur (Cu) va fi eliberat pe electrodul încărcat negativ. Acesta este folosit pentru a obține metale pure. Prin electroliză se obțin aluminiu, metale pure din punct de vedere chimic, se produc nichelare, cromare, aurire. Pentru a proteja metalele de coroziune, suprafața lor este adesea acoperită cu metale greu de oxidat, adică se efectuează placarea cu nichel sau crom. Acest proces se numește galvanizare. Băieți, ce metode de a proteja metalele împotriva coroziunii cunoașteți?

Acțiunea magnetică a curentului. Experienţă.Includem o bobină cu miez de fier într-un circuit și observăm atracția obiectelor metalice. Utilizarea acțiunii magnetice a curentului în galvanometre. Galvanometru. Notație schematicăConsolidarea materialului studiat. Întrebări pe un subiect nou. LaFilosoful chinez Confucius a spus odată: „Este bine să avem talent natural, dar mișcarea, prieteni, ne oferă mai mult decât talentul natural”. Un proverb rus spune: „Învățarea este întotdeauna utilă.” .1) De ce nu poți atinge firele electrice goale cu mâinile goale? (Umiditatea de pe mâini conține întotdeauna o soluție de diferite săruri și este un electrolit. Prin urmare, creează un contact bun între fire și piele.)

Teme pentru acasă. P. 34,35L. Nr. 1260, 1261. Întocmește un raport despre metalele „Aluminiu”, „Aur”, „Fier”

Să ne uităm la ce elemente pot fi conectate cu fire pentru a realiza un circuit electric: o celulă galvanică, o baterie de celule, un bec, un sonerie, rezistență, un întrerupător (sau cheie), un ampermetru și un voltmetru.

Desenul, care prezintă metodele de conectare a elementelor dintr-un circuit, se numește diagramă. Așa arată o lanternă electrică.

Și așa arată circuitul, constând dintr-o sursă, un apel și două (sau mai multe) butoane, prin care puteți activa independent apelul, de exemplu, într-un spital (sau într-un avion) ​​atunci când trebuie să chemați o asistentă pentru o persoană bolnavă.

Să ne amintim structura metalelor: există ioni pozitivi la nodurile rețelei cristaline, iar electronii se mișcă liber între aceste noduri, creând un „gaz de electroni” care ocupă întregul volum al conductorului metalic. Prin urmare, curentul electric din metale este o mișcare ordonată a electronilor. În absența unui câmp electric, electronii se mișcă aleatoriu, haotic, cu viteze suficient de mari.

Dar atunci când un câmp electric este furnizat de la o sursă, iar viteza de propagare a acestuia este de 300.000 km / s, atunci toți electronii din întregul volum al conductorului metalic încep să se miște în mod ordonat la o viteză mică, care este de câțiva mm / s. .

Pentru existența unui curent electric este necesar: prezența particulelor libere încărcate, un câmp electric (sursă), un consumator și conductori ai unui curent electric.

Curentul electric, atunci când trece printr-o sarcină, are acțiuni diferite. Ce acțiuni putem observa?

Acțiune termică. Pentru a observa această acțiune, vom efectua un experiment.

Vom așeza un fir lung pe două rafturi izolate. În mai multe locuri vom atașa cu ușurință ciucuri de bucăți de hârtie. Conectăm firul la o sursă reglabilă (cum ar fi LATR, astfel încât tensiunea să poată fi crescută treptat). Pornim instalația, creștem încet tensiunea, la o anumită valoare firul începe să se încălzească, iar bucățile de hârtie se aprind. Să acordăm atenție faptului că în timpul experimentului firul se înclină mai puternic. Acest lucru se datorează faptului că s-a încălzit, iar atunci când este încălzit, toate corpurile se extind, iar firul se prelungește.

actiune mecanica. Conectați un mic ventilator. De ce se învârt lamele? Pentru că atunci când un curent electric trece prin motor, cadrele din câmpul magnetic se rotesc (mișcare mecanică) și rotesc palele ventilatorului.

acțiune magnetică. Luați în considerare experimentul lui Oersted, pe care l-a condus în 1820. La instalarea conform primului experiment, vom aduce un ac magnetic pe rack în timp ce pornim curentul. Săgeata se va abate de la direcția obișnuită în câmpul magnetic al Pământului și se va întoarce perpendicular pe conductor, fixând prezența unui câmp magnetic mai puternic în apropierea conductorului prin care trece curentul. Când curentul este oprit, vedem că săgeata deviază și arată din nou direcția spre „nord”.

Acțiune chimică. Ca sarcină, includem acum în circuitul electric doi electrozi de carbon introduși într-un pahar de sticlă în care se toarnă o soluție de sulfat de cupru.

Mai întâi este necesar să curățați electrozii cu șmirghel pentru a îndepărta orice impurități. Pornim circuitul într-o sursă reglată... și după un timp îl oprim și vedem că un strat subțire de cupru s-a separat pe electrodul negativ (catod).

Mai sunt ceva fiziologic acţiunea curentului electric: efect asupra organismelor vii. Pentru prima dată, în timpul pregătirii picioarelor unei broaște, Luigi Galvani a descoperit o contracție a mușchilor piciorului. Adică, atunci când curentul trece prin corp, toți mușchii se contractă, încercând să protejeze corpul de consecințe neplăcute.

Direcția curentului electric a fost inventată de bancherul american Benjamin Franklin, care s-a angajat cu energie electrică în timpul liber.

El credea că banii dintr-o grămadă mare pozitivă curg în mici buzunare negative de clienți. Prin urmare, el a sugerat: curentul merge de la polul pozitiv la cel negativ.

Această regulă a fost acceptată în toată lumea.

Abia mult mai târziu, după descoperirea electronului de către Thomson, au realizat că direcția fizică (adevărată) a curentului este de la „minus” la „plus”. Curentul curge din locurile de pe sursă unde s-a acumulat o cantitate în exces de electroni către acele locuri în care nu sunt destui electroni.

Dar au fost deja inventate reguli: regula gimletului, regula mâinii stângi, regula mâinii drepte, regula lui Ampère și altele pentru direcționarea curentului de la „plus” la „minus”. Și s-a decis să nu schimbăm nimic, ci să presupunem că curentul trece de la „plus” la „minus”.

Astfel, am luat în considerare ce este curentul în metale, ce acțiuni are curentul și care este diferența dintre direcția general acceptată a curentului de la „plus” la „minus” față de direcția fizică adevărată.

Metalele în stare solidă, după cum se știe, au o structură cristalină. Particulele din cristale sunt dispuse într-o anumită ordine, formând o rețea spațială (cristalică).

Ionii pozitivi sunt localizați la nodurile rețelei cristaline metalice, iar electronii liberi se mișcă în spațiul dintre ei. Electronii liberi nu sunt legați de nucleele atomilor lor (Fig. 53).

Orez. 53. Zabrele metalice

Sarcina negativă a tuturor electronilor liberi este egală în valoare absolută cu sarcina pozitivă a tuturor ionilor rețelei. Prin urmare, în condiții normale, metalul este neutru din punct de vedere electric. Electronii liberi din el se mișcă aleatoriu. Dar dacă un câmp electric este creat în metal, atunci electronii liberi vor începe să se miște într-o direcție sub acțiunea forțelor electrice. Va fi curent electric. În acest caz, se păstrează mișcarea aleatorie a electronilor, la fel cum se păstrează mișcarea aleatorie într-un stol de muschi atunci când, sub influența vântului, se mișcă într-o direcție.

Asa de, curentul electric din metale este o mișcare ordonată a electronilor liberi.

Mandelstam Leonid Isaakovich (1879-1944)
Fizician rus, academician. El a adus o contribuție semnificativă la dezvoltarea radiofizicii și a ingineriei radio.

Papaleksi Nikolai Dmitrievich (1880-1947)
Fizician rus, academician. A fost angajat în cercetări în domeniul ingineriei radio, radiofizicii, radioastronomiei.

Dovada că curentul din metale se datorează electronilor au fost experimentele fizicienilor din țara noastră Leonid Isaakovich Mandelstam și Nikolai Dmitrievich Papaleksi, precum și ale fizicienilor americani Balfour Stewart și Robert Tolman.

Viteza de mișcare a electronilor înșiși în conductor sub acțiunea unui câmp electric este mică - câțiva milimetri pe secundă și uneori chiar mai puțin. Dar, de îndată ce un câmp electric apare în conductor, acesta se propagă pe toată lungimea conductorului cu o viteză extraordinară apropiată de viteza luminii în vid (300.000 km/s).

Concomitent cu propagarea câmpului electric, toți electronii încep să se miște în aceeași direcție pe toată lungimea conductorului. Deci, de exemplu, atunci când circuitul unei lămpi electrice este închis, electronii prezenți în spirala lămpii încep și ei să se miște în mod ordonat.

Vă va ajuta să înțelegeți acest lucru prin compararea curentului electric cu fluxul de apă într-un sistem de alimentare cu apă și propagarea unui câmp electric cu propagarea presiunii apei. Când apa urcă în turnul de apă, presiunea (presiunea) apei se răspândește foarte repede în întregul sistem sanitar. Când deschidem robinetul, apa este deja sub presiune și începe imediat să curgă. Dar apa care era în ea curge de la robinet, iar apa din turn va ajunge la robinet mult mai târziu, deoarece mișcarea apei are loc cu o viteză mai mică decât se răspândește presiunea.

Când vorbesc despre viteza de propagare a curentului electric într-un conductor, se referă la viteza de propagare a unui câmp electric de-a lungul conductorului.

Un semnal electric trimis, de exemplu, prin fir de la Moscova la Vladivostok (s = 8000 km) ajunge acolo în aproximativ 0,03 s.

Întrebări

1. Cum să explic că în condiții normale metalul este neutru din punct de vedere electric?
2. Ce se întâmplă cu electronii unui metal când apare un câmp electric în el?
3. Ce este curentul electric în metal?
4. Ce viteză se înțelege când se vorbește despre viteza de propagare a curentului electric într-un conductor?

Exercițiu

Folosind internetul, aflați cât de repede se mișcă electronii în metale. Comparați-l cu viteza luminii.

În această lecție, ne vom familiariza cu de ce apare un curent electric în metale, explicați de ce metalele sunt bune conductoare. În plus, vom studia efectele curentului electric și direcția acestuia. Vom lua în considerare experimentul lui Rikke, care confirmă că un conductor metalic practic nu se schimbă atunci când un curent electric trece prin el, vom afla ce acțiuni ale curentului sunt cele mai utilizate de o persoană în tehnologie și viața de zi cu zi și, de asemenea, vom înțelege de ce direcția de curentul nu coincide cu direcția de mișcare a electronilor.

Tema: Fenomene electrice

Lecția: Curentul electric în metale. Acțiuni ale curentului electric. Direcția curentului

În lecțiile anterioare, am studiat aproape toate conceptele asociate cu apariția curentului electric: sarcini electrice, câmp electric, surse de curent, cele mai simple circuite electrice și circuite electrice. Acum trebuie să aflăm cum circulă curentul electric în metale, ce efecte are curentul electric și, de asemenea, direcția curentului.

Metalele, așa cum am descoperit din experimentele din lecțiile anterioare, conduc bine electricitatea. Pentru a clarifica acest fapt, să ne punem întrebarea: ce sunt metalele?

Metalele, de regulă, sunt substanțe policristaline (formate din multe cristale) (Fig. 1, 2).

Orez. 2. Structura fierului ()

Adică, în metale avem de-a face cu o structură ordonată de atomi: fiecare atom este la locul său specific.

După cum știm deja, electronii se mișcă în jurul nucleului atomilor.

Ce generează taxe electrice gratuite?

Cert este că electronii îndepărtați (cei care se află pe orbitele cele mai îndepărtate de nucleu) sunt legați destul de slab de nucleu. Prin urmare, se pot muta destul de ușor de la un atom la altul. Această mișcare aleatorie a electronilor amintește oarecum de un gaz de electroni. Dacă nu există câmp electric în interiorul metalului, atunci mișcarea acestor electroni liberi amintește oarecum de mișcarea muschilor ridicate în aer într-o zi de vară (Fig. 3).

Orez. 3. Mișcarea electronilor în interiorul unui conductor metalic ()

Totul se schimbă atunci când în interiorul metalului apare un câmp electric. Un câmp electric determină mișcarea particulelor încărcate. Nucleele atomilor rămân la locul lor, dar electronii încep să se miște într-o manieră ordonată.

Electronii, sarind de la un atom la altul, se deplaseaza in directia in care ii indrepta campul electric. Această mișcare se numește curent electric în metale.

Știm că curentul electric este o mișcare direcționată și ordonată a particulelor încărcate. În metale, rolul particulelor încărcate în mișcare este jucat de electroni. În alte substanțe, aceștia pot fi ioni sau ioni și electroni.

Mișcarea particulelor încărcate (în metale - electroni) este foarte lentă (fracții de milimetri pe secundă). Apare întrebarea: de ce, când apăsăm întrerupătorul, becul se aprinde aproape instantaneu?

Cert este că un câmp electric se propagă în interiorul conductorilor cu viteză mare (cu viteza luminii - aproximativ 300.000 de kilometri pe secundă).

Când circuitul este închis, câmpul se propagă aproape instantaneu. Și deja după câmp, electronii încep să se miște încet și imediat de-a lungul întregului circuit. Această situație poate fi comparată cu mișcarea apei într-o conductă de apă. Apa este forțată să se miște prin presiunea din țevi, care, atunci când robinetul este deschis, se răspândește aproape instantaneu, forțând apa „cel mai apropiată” de robinet să se reverse. În același timp, toată apa sub aceeași presiune se deplasează prin țevi. Se pare că presiunea este un analog al unui câmp electric, iar apa este un analog al electronilor. De îndată ce acțiunea câmpului electric încetează, mișcarea ordonată a sarcinilor electrice se oprește imediat.

Apare o întrebare logică: se schimbă conductorul datorită faptului că electronii l-au „părăsit”? Un experiment pentru a confirma că toți electronii sunt la fel a fost efectuat de omul de știință german Rikke (Fig. 4) când pe liniile de tramvai au fost folosiți trei conductori diferiți: aluminiu și doi cupru.

Orez. 4. Carl Victor Rikke ()

Rikke a observat pe parcursul unui an conectarea în serie a trei conductori: cupru + aluminiu + cupru. Întrucât curentul din liniile de tramvai este destul de mare, experimentul a făcut posibil să se ofere un răspuns fără ambiguitate: electronii care sunt purtători de sarcină negativă în conductori diferiți sunt la fel?

Pe parcursul anului, masa conductorilor nu s-a modificat, nu a avut loc difuzia, adică structura conductorilor a rămas neschimbată. De aici a rezultat concluzia că electronii pot trece de la un conductor la altul, dar structura lor nu se modifică.

Să vorbim acum despre ce efect are curentul electric. Datorită a ceea ce a primit o aplicare atât de largă în viața de zi cu zi și în tehnologie?

Există trei acțiuni principale ale curentului electric:

1. Termic. Când curge curent, conductorul se încălzește. Aceasta este una dintre cele mai importante acțiuni ale curentului, care este folosită de om. Cel mai simplu exemplu sunt unele încălzitoare de uz casnic (Fig. 5).

Orez. 5. Încălzitor electric ()

2.Chimic. Un conductor își poate schimba compoziția chimică atunci când trece un curent prin el. În special, cu ajutorul curentului electric, unele metale sunt extrase în forma lor pură, separându-le de diverși compuși. De exemplu, aluminiul se obține astfel (Fig. 6).

Orez. 6. Atelier de electroliză al unei fabrici de aluminiu ()

3. Magnetic. Dacă curentul trece prin conductor, atunci acul magnetic din apropierea unui astfel de conductor își va schimba poziția.

Acum să vorbim despre sensul curentului electric.

Direcția de mișcare a sarcinilor electrice pozitive este luată ca direcție a curentului electric.

Dar tocmai am vorbit despre faptul că curentul din metale este creat prin mișcarea electronilor care au o sarcină negativă. De ce apare o asemenea contradicție?

Când a apărut întrebarea despre direcția curentului electric, nimeni nu știa despre existența electronilor. S-a decis să presupunem că curentul se mișcă în direcția sarcinilor pozitive. Timpul a trecut, oamenii de știință au aflat că în metale, în special, electronii se mișcă, dar s-a decis să lase totul așa cum era. Acest lucru se datorează faptului că semnul încărcăturii practic nu ne interesează, ne interesează mult mai mult acțiunea curentului în sine.

Mișcarea electronilor într-un conductor este opusă direcției câmpului electric (Fig. 7).

Orez. 7. Mișcarea electronilor într-un conductor ()

În această lecție, ne-am dat seama cum curge curentul în metale, am învățat despre acțiunile curentului electric și, de asemenea, am determinat direcția curentului.

În lecția următoare, vom începe să ne familiarizăm cu caracteristicile numerice ale curentului.

Bibliografie

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

Suplimentar plink-uri recomandate către resurse de internet

1. Festivalul ideilor pedagogice „Lecția deschisă” ().
2. Festivalul ideilor pedagogice „Lecția deschisă” ().

Teme pentru acasă

1. P. 34-36, întrebările 1-4, p. 81, întrebările 1-7, p. 83, întrebările 1-3, p. 84. Peryshkin A. V. Fizica 8. - M .: Bustard, 2010.
2. Ce dispozitive folosesc efectul termic al curentului? Acțiune magnetică?
3. Ce efecte ale curentului pot fi observate prin trecerea curentului prin apa de mare?