Kovy v pevnom stave majú kryštalickú štruktúru.
Kovový model je kryštálová mriežka, v uzloch ktorej častice vykonávajú chaotický kmitavý pohyb.

Dávaj pozor!

Pozitívne ióny sa nachádzajú v uzloch kryštálovej mriežky. Voľné elektróny sa pohybujú v priestore medzi nimi.

Záporný náboj všetkých voľných elektrónov sa v absolútnej hodnote rovná kladnému náboju všetkých iónov mriežky. Preto je za normálnych podmienok kov elektricky neutrálny. Voľné elektróny sa v ňom pohybujú náhodne. Ak sa v kove vytvorí elektrické pole, tak sa voľné elektróny začnú pohybovať smerom (usporiadane), t.j. vznikne elektrický prúd. Náhodný pohyb elektrónov je však zachovaný.

Dávaj pozor!

Elektrický prúd v kovoch je usporiadaný pohyb voľných elektrónov.

Aká je rýchlosť elektrónov vo vodiči pri pôsobení elektrického poľa? Je malý - iba niekoľko milimetrov za sekundu a niekedy ešte menej.
Ak vo vodiči vznikne elektrické pole, šíri sa veľkou rýchlosťou po celej dĺžke vodiča (blízko rýchlosti svetla - 300 000 km/s), zároveň sa elektróny začnú pohybovať jedným smerom po celej dĺžke vodiča. dĺžka vodiča.
Experimenty dokázali, že prúd v kovoch je spôsobený elektrónmi. Experiment Mandelstama a Papaleksiho sa uskutočnil v roku 1916. Účelom experimentu bolo overiť, či nosič elektrického prúdu, elektrón, má hmotnosť. Ak má elektrón hmotnosť, musí sa riadiť zákonmi mechaniky, najmä zákonom zotrvačnosti. Napríklad, ak sa pohybujúci sa vodič prudko spomalí, potom sa elektróny budú nejaký čas zotrvačnosťou pohybovať rovnakým smerom.
Pre tento test výskumníci otáčali cievkou prechádzajúcim prúdom a potom ju náhle zastavili. Výsledný nárazový prúd bol zaznamenaný pomocou telefónu.
Kliknutím na prúd v telefónoch Mandelstam a Papaleksi zistili, že elektrón má hmotnosť. Túto hmotnosť však nedokázali zmerať. Preto je táto skúsenosť vysoko kvalitná. Neskôr americkí fyzici Tolman a Stewart pomocou rovnakej myšlienky rotácie cievky zmerali hmotnosť elektrónu. Na tento účel zmerali náboj, ktorý vzniká pri brzdení cievky na jej svorkách.

Elektrický prúd môže existovať nielen v kovoch, ale aj v iných médiách: v polovodičoch, plynoch a roztokoch elektrolytov. Nosiče elektrického náboja v rôznych prostrediach sú rôzne.

Dávaj pozor!

Takže v roztokoch elektrolytov (soli, kyseliny a zásady) sú nosičmi kladné a záporné ióny, v plynoch kladné a záporné ióny, ako aj elektróny. V polovodičoch sú nosičmi náboja elektróny a diery (diera je vynájdená častica na vysvetlenie mechanizmu vedenia, v skutočnosti je to voľný priestor, ktorý nezaberá elektrón).

Polovodiče sú vyrobené z polovodičov. Tu sú niektoré z nich:

Fotobunka	fotorezistor	Fotodiódy	integrované obvody	tranzistory

Polovodiče nevedú elektrický prúd pri nízkych teplotách; sú dielektriká. So stúpajúcou teplotou sa zvyšuje počet nosičov elektrického náboja, z polovodiča sa stáva vodič. Prečo sa to deje? Valenčné elektróny nachádzajúce sa na vonkajšom obale atómu sa uvoľňujú a pôsobením elektrického poľa vzniká v polovodiči elektrický prúd. Podobný proces sa vyskytuje v polovodiči, keď je vystavený svetlu, nečistotám atď.
Zmena elektrickej vodivosti polovodičov pôsobením teploty umožňuje ich použitie ako teplomerov.

Zmena elektrickej vodivosti polovodičov vplyvom svetla sa využíva vo fotorezistoroch. Používajú sa na signalizáciu, diaľkové riadenie výrobných procesov, triedenie dielov. V núdzových situáciách umožňujú automatické zastavenie strojov a dopravníkov, čím sa zabráni nehodám.

Historicky sa akceptovalo nasledovné:

Smer prúdu sa zhoduje so smerom pohybu kladných nábojov vo vodiči.

V tomto prípade, ak sú jedinými nosičmi prúdu záporne nabité častice (napríklad elektróny v kove), potom je smer prúdu opačný ako smer pohybu elektrónov.

Prechod prúdu cez vodič je sprevádzaný nasledujúcimi činnosťami:

Magnetické (pozorované vo všetkých vodičoch).

Pomocou tejto vlastnosti môžete nájsť miesto prerušenia fázového vodiča pomocou zariadení, ktoré reagujú na zmeny v elektromagnetickom poli, napríklad indikačný skrutkovač s fázovým detektorom.

Ak je drôtený rám prenášajúci prúd umiestnený medzi póly magnetu, bude sa otáčať. Tento jav sa využíva v galvanometrickom zariadení.

Ihla galvanometra je pripojená k pohybujúcej sa cievke v magnetickom poli. Keď prúd preteká cievkou, ihla sa vychýli. Pomocou galvanometra teda môžeme konštatovať, že v obvode je prúd. Magnetický účinok prúdu sa prejavuje bez ohľadu na stav agregácie látky. Keď je kľúč zatvorený, možno pozorovať, ako drôt namotaný okolo klinca začína priťahovať malé železné predmety.

Téma "Elektrický prúd v kovoch"

Účel lekcie: Pokračujte v štúdiu povahy elektrického prúdu v kovoch, experimentálne skúmajte účinok elektrického prúdu.

Ciele lekcie:

vzdelávacie - formovanie spoločných názorov na povahu elektrického prúdu, formovanie schopnosti pracovať s elektrickými obvodmi, zostavovať elektrické obvody.

Vzdelávacie- formovanie schopnosti nachádzať chyby a vyhýbať sa im pri uplatňovaní vedomostí v praxi, ako aj logicky vysvetľovať nové javy, aplikovať svoje poznatky v neštandardných situáciách.

vzdelávacie - formovanie schopnosti sústrediť pozornosť, viesť dialóg, obhajovať svoj názor rozumom.

Vybavenie a materiály: prúdové zdroje, elektrická žiarovka do vreckovej baterky, elektrický zvonček, vypínače, olovené vodiče, roztok síranu meďnatého, elektromagnet, medené a zinkové platne, model s kryštálovou mriežkou, galvanometer.

TSO: počítačová prezentácia, multimediálny projektor.

Ukážky:

1) Montáž najjednoduchších elektrických obvodov.

2) Izolácia medi počas elektrolýzy síranu meďnatého

3) Pôsobenie cievky s prúdom, ako je elektromagnet.

Plán lekcie.

1. Aktualizácia vedomostí (10 min).
2. Štúdium nového materiálu "Elektrický prúd v kovoch" (10 min)

"Účinok elektrického prúdu" (12 min)

1. Fixácia (9 min)
2. domáca úloha (2 minúty)
3. Zhrnutie (2 minúty)

Počas vyučovania.

Ahojte chalani!

Ako by žila naša planéta,

Ako by na ňom ľudia žili?

Bez tepla, magnetu, svetla

A elektrické lúče.

Toto štvorveršie spomína elektrické lúče. Čo si myslíte, že to je? (elektrina)

1) Čo sa nazýva elektrický prúd?

2) Čo je potrebné na to, aby v obvode existoval elektrický prúd?

3) Práca so schémami: pomenujte navrhované hlavné časti elektrického obvodu

Navrhované označenia: elektrická lampa, kľúč, ampérmeter, voltmeter, zdroj prúdu, zvončeky atď.

4) A teraz skontrolujeme, ako vidíte porušenia pri zostavovaní elektrických obvodov.

Pred vami sú dva elektrické obvody, ktorých schémy sú zobrazené na obrazovke.

1. Aké porušenia ste si všimli? Prečo sa pri zatvorenom kľúči nerozhorí pracovná lampa v prvom okruhu? Odpoveď. Elektrický obvod je prerušený. Aby sa lampa rozsvietila, musí v obvode existovať elektrický prúd, a to je možné pri uzavretom obvode pozostávajúcom len z vodičov elektriny.

2) Ako sa líšia vodiče od nevodičov alebo izolantov? Odpoveď.Študenti preklenú priepasť. Lampa sa rozsvieti.

2. Prečo nezazvoní zvonček v druhom okruhu, keď je okruh uzavretý? Odpoveď. Na získanie elektrického prúdu vo vodiči je potrebné vytvoriť v ňom elektrické pole. Pod vplyvom tohto poľa sa voľné nabité častice začnú pohybovať usporiadaným spôsobom, a to je elektrický prúd. Elektrické pole vo vodičoch sa vytvára a môže byť dlhodobo udržiavané zdrojmi elektrického poľa. Elektrický obvod musí mať zdroj prúdu. Pripojíme obvod na zdroj prúdu a zazvoní zvonček. Pre existenciu elektrického prúdu sú potrebné nasledujúce podmienky: ​​-------- prítomnosť voľných elektrických nábojov vo vodiči; -prítomnosť vonkajšieho elektrického poľa pre vodič. Študent po pripojení zdroja prúdu k obvodu demonštruje správnu odpoveď.

2. Učenie sa novým veciam materiál "Elektrický prúd v kovoch" - 10 min . Snímka číslo 1 Téma našej hodiny: „Elektrický prúd v kovoch. Pôsobenie elektrického prúdu »Chlapci, kto vie, ako sa vyhnúť pôsobeniu elektrického prúdu, ak sa náhodou dotknete elektrického spotrebiča, ktorý sa ukázal byť pod napätím? Odpoveď. To si vyžaduje uzemnenie, keďže zem je vodič a vďaka svojej obrovskej veľkosti pojme veľký náboj. učiteľ. Z akých materiálov je uzemnenie vyrobené? Odpoveď. Uzemnenie je vyrobené z kovu. učiteľ. Prečo sú preferované kovy? Na túto otázku odpovieme po preštudovaní novej témy „Elektrický prúd v kovoch“. Napíšte si do zošita tému hodiny.

Najznámejšia z raných definícií kovu bola uvedená v polovici 18. storočia M.V. Lomonosov: „Kov je ľahké telo, ktoré sa dá kovať. Takýchto tiel je len šesť: zlato, striebro, meď, cín, železo a olovo.“ O dva a pol storočia neskôr sa o kovoch veľa vedelo. Viac ako 75% všetkých prvkov tabuľky D. I. Mendelejeva patrí do počtu kovov.

Dnes sa zoznámime s dôležitou vlastnosťou kovov – elektrickou vodivosťou. Zvážte štruktúru kovov. Demonštrácia model kryštálovej mriežky, na plátno sa premieta obraz modelu štruktúry kovov.

Kovový model je kryštálová mriežka, v uzloch ktorej častice vykonávajú chaotický kmitavý pohyb.

Voľné elektróny sa pohybujú pod vplyvom elektrického poľa. Konečným potvrdením tejto skutočnosti bol experiment, ktorý v roku 1913 uskutočnili fyzici našej krajiny L. I. Mandelstam a N. D. Papaleksi, ako aj americkí fyzici B. Stuart a R. Tolman. Pozrite sa na obrázok na obrazovke

Vedci priviedli viacotáčkovú cievku okolo svojej osi do veľmi rýchlej rotácie. Potom sa pri prudkom spomalení cievky jej konce uzavreli do galvanometra a prístroj zaznamenal krátkodobý elektrický prúd. Dôvodom výskytu, ktorý je spôsobený zotrvačnosťou pohybu voľných nabitých častíc medzi uzlami kryštálovej mriežky kovu. Pretože smer počiatočnej rýchlosti a smer výsledného prúdu sú známe zo skúseností, možno nájsť znamienko náboja nosičov: ukazuje sa ako záporné. Preto sú voľné nosiče náboja v kove voľné elektróny. Podľa odchýlky strelky galvanometra je možné posúdiť veľkosť elektrického náboja prúdiaceho v obvode. Skúsenosti potvrdili teóriu. Došlo k triumfu klasickej teórie elektriny.


Elektrický signál vyslaný napríklad po drôte z Moskvy do Vladivostoku (s = 8000 km) tam dorazí asi za 0,03 s. A teraz môžete prejsť k poznaniu vonkajšieho sveta. Hotový elektrický prúd v kovoch. Prejdime na ďalší blok „Účinok elektrického prúdu“

Nevidíme pohyb elektrónov v kovovom vodiči. Prítomnosť prúdu v obvode môžeme posúdiť podľa rôznych javov, ktoré elektrický prúd spôsobuje. Takéto javy sa nazývajú súčasné akcie. Niektoré z týchto akcií sa dajú ľahko experimentálne pozorovať.

Tepelný účinok prúdu.

Chemické pôsobenie prúdu. Chemické pôsobenie elektrického prúdu bolo prvýkrát objavené v roku 1800. Skúsenosť. Vykonáme experiment s roztokom síranu meďnatého. Spustíme dve uhlíkové elektródy do destilovanej vody a uzavrieme okruh. Pozorujeme, že žiarovka nesvieti. Vezmeme roztok síranu meďnatého a pripojíme ho k zdroju energie. Žiarovka sa rozsvieti. Záver. Chemický účinok prúdu je taký, že v niektorých roztokoch kyselín (solí, zásad), keď nimi prechádza elektrický prúd, dochádza k uvoľňovaniu látok. Látky obsiahnuté v roztoku sa ukladajú na elektródy ponorené do tohto roztoku. Pri prechode prúdu cez roztok síranu meďnatého (CuSO 4) sa na záporne nabitej elektróde uvoľní čistá meď (Cu). Používa sa na získanie čistých kovov. Hliník, chemicky čisté kovy sa získavajú elektrolýzou, vyrába sa niklovanie, chrómovanie, pozlátenie. Na ochranu kovov pred koróziou je ich povrch často potiahnutý kovmi, ktoré sa ťažko oxidujú, to znamená, že sa vykonáva niklovanie alebo chrómovanie. Tento proces sa nazýva galvanické pokovovanie. Chlapci, aké metódy ochrany kovov pred koróziou poznáte?

Čínsky filozof Konfucius raz povedal: "Je dobré mať prirodzený talent, ale cvičenie, priatelia, nám dáva viac ako prirodzený talent." Ruské príslovie hovorí: „Učenie je vždy užitočné.“ .1) Prečo sa nemôžete dotknúť holých elektrických drôtov holými rukami? (Vlhkosť na rukách vždy obsahuje roztok rôznych solí a je elektrolytom. Preto vytvára dobrý kontakt medzi drôtmi a pokožkou.)

Stiahnuť ▼:

Náhľad:

Hodina fyziky v 8. ročníku.

Téma "Elektrický prúd v kovoch"

Účel lekcie : Pokračujte v štúdiu povahy elektrického prúdu v kovoch, experimentálne skúmajte účinok elektrického prúdu.

Ciele lekcie:

vzdelávacie -formovanie spoločných názorov na povahu elektrického prúdu, formovanie schopnosti pracovať s elektrickými obvodmi, zostavovať elektrické obvody.

Vzdelávacie - formovanie schopnosti nachádzať chyby a vyhýbať sa im pri uplatňovaní vedomostí v praxi, ako aj logicky vysvetľovať nové javy, aplikovať svoje poznatky v neštandardných situáciách.

vzdelávacie -formovanie schopnosti sústrediť pozornosť, viesť dialóg, obhajovať svoj názor rozumom.

Vybavenie a materiály: prúdové zdroje, elektrická žiarovka do vreckovej baterky, elektrický zvonček, vypínače, olovené vodiče, roztok síranu meďnatého, elektromagnet, medené a zinkové platne, model s kryštálovou mriežkou, galvanometer.

TSO : počítačová prezentácia, multimediálny projektor.

Ukážky:

1) Montáž najjednoduchších elektrických obvodov.

2) Izolácia medi počas elektrolýzy síranu meďnatého

3) Pôsobenie cievky s prúdom, ako je elektromagnet.

Plán lekcie.

1. Aktualizácia vedomostí (10 min).
2. Štúdium nového materiálu "Elektrický prúd v kovoch" (10 min)

"Účinok elektrického prúdu" (12 min)

1. Fixácia (9 min)
2. domáca úloha (2 minúty)
3. Zhrnutie (2 minúty)

Počas vyučovania.

Oznámenie témy, ciele hodiny.

1) Aktualizácia vedomostí -10 min.

Ahojte chalani!

Ako by žila naša planéta,

Ako by na ňom ľudia žili?

Bez tepla, magnetu, svetla

A elektrické lúče.

Toto štvorveršie spomína elektrické lúče. Čo si myslíte, že to je? (elektrina)

otázky:

1. Čo sa nazýva elektrický prúd?
2. Čo je potrebné na to, aby v obvode existoval elektrický prúd?

3) Práca so schémami: pomenujte navrhované hlavné časti elektrického obvodu

Navrhované označenia: elektrická lampa, kľúč, ampérmeter, voltmeter, zdroj prúdu, zvončeky atď.

4) A teraz skontrolujeme, ako vidíte porušenia pri zostavovaní elektrických obvodov.

Pred vami sú dva elektrické obvody, ktorých schémy sú zobrazené na obrazovke.

1. Aké porušenia ste si všimli? Prečo sa pri zatvorenom kľúči nerozhorí pracovná lampa v prvom okruhu? Odpoveď. Elektrický obvod je prerušený. Aby sa lampa rozsvietila, musí v obvode existovať elektrický prúd, a to je možné pri uzavretom obvode pozostávajúcom len z vodičov elektriny.

2) Ako sa líšia vodiče od nevodičov alebo izolantov? Odpoveď. Študenti preklenú priepasť. Lampa sa rozsvieti.

2. Prečo nezazvoní zvonček v druhom okruhu, keď je okruh uzavretý? Odpoveď. Na získanie elektrického prúdu vo vodiči je potrebné vytvoriť v ňom elektrické pole. Pod vplyvom tohto poľa sa voľné nabité častice začnú pohybovať usporiadaným spôsobom, a to je elektrický prúd. Elektrické pole vo vodičoch sa vytvára a môže byť dlhodobo udržiavané zdrojmi elektrického poľa. Elektrický obvod musí mať zdroj prúdu. Pripojíme obvod na zdroj prúdu a zazvoní zvonček. Pre existenciu elektrického prúdu sú potrebné nasledujúce podmienky: ​​-------- prítomnosť voľných elektrických nábojov vo vodiči; -prítomnosť vonkajšieho elektrického poľa pre vodič. Študent po pripojení zdroja prúdu k obvodu demonštruje správnu odpoveď.

2. Učenie sa novým veciammateriál "Elektrický prúd v kovoch" - 10 min. Snímka číslo 1 Téma našej hodiny: „Elektrický prúd v kovoch. Pôsobenie elektrického prúdu »Chlapci, kto vie, ako sa vyhnúť pôsobeniu elektrického prúdu, ak sa náhodou dotknete elektrického spotrebiča, ktorý sa ukázal byť pod napätím? Odpoveď. To si vyžaduje uzemnenie, keďže zem je vodič a vďaka svojej obrovskej veľkosti pojme veľký náboj. učiteľ. Z akých materiálov je uzemnenie vyrobené? Odpoveď. Uzemnenie je vyrobené z kovu. učiteľ. Prečo sú preferované kovy? Na túto otázku odpovieme po preštudovaní novej témy „Elektrický prúd v kovoch“. Napíšte si do zošita tému hodiny.

Najslávnejšiu z raných definícií kovu dal v polovici 18. storočia M.V. Lomonosov: „Kov je ľahké telo, ktoré sa dá kovať. Takýchto tiel je len šesť: zlato, striebro, meď, cín, železo a olovo.“ O dva a pol storočia neskôr sa o kovoch veľa vedelo. Viac ako 75% všetkých prvkov tabuľky D. I. Mendelejeva patrí do počtu kovov.

Dnes sa zoznámime s dôležitou vlastnosťou kovov – elektrickou vodivosťou. Zvážte štruktúru kovov. Demonštrácia model kryštálovej mriežky, na plátno sa premieta obraz modelu štruktúry kovov.

Kovový model je kryštálová mriežka, v uzloch ktorej častice vykonávajú chaotický kmitavý pohyb.

Kovy v pevnom stave majú kryštalickú štruktúru. Častice v kryštáloch sú usporiadané v určitom poradí a tvoria priestorovú (kryštálovú) mriežku. Ako už viete, v akomkoľvek kove niektoré valenčné elektróny opúšťajú svoje miesta v atóme, v dôsledku čoho sa atóm zmení na kladný ión. V uzloch kryštálovej mriežky kovu sa nachádzajú kladné ióny a v priestore medzi nimi sa pohybujú voľné elektróny (elektrónový plyn), t.j. nie sú viazané na jadrá svojich atómov.
Záporný náboj všetkých voľných elektrónov sa v absolútnej hodnote rovná kladnému náboju všetkých iónov mriežky. Preto je za normálnych podmienok kov elektricky neutrálny.
Aké elektrické náboje sa pohybujú pôsobením elektrického poľa v kovových vodičoch?Voľné elektróny sa pohybujú pod vplyvom elektrického poľa. Konečným potvrdením tejto skutočnosti bol experiment, ktorý v roku 1913 uskutočnili fyzici našej krajiny L. I. Mandelstam a N. D. Papaleksi, ako aj americkí fyzici B. Stuart a R. Tolman. Pozrite sa na obrázok na obrazovke

Vedci priviedli viacotáčkovú cievku okolo svojej osi do veľmi rýchlej rotácie. Potom sa pri prudkom spomalení cievky jej konce uzavreli do galvanometra a prístroj zaznamenal krátkodobý elektrický prúd. Dôvodom výskytu, ktorý je spôsobený zotrvačnosťou pohybu voľných nabitých častíc medzi uzlami kryštálovej mriežky kovu. Pretože smer počiatočnej rýchlosti a smer výsledného prúdu sú známe zo skúseností, možno nájsť znamienko náboja nosičov: ukazuje sa ako záporné. Preto sú voľné nosiče náboja v kove voľné elektróny. Podľa odchýlky strelky galvanometra je možné posúdiť veľkosť elektrického náboja prúdiaceho v obvode. Skúsenosti potvrdili teóriu. Došlo k triumfu klasickej teórie elektriny.Elektrický prúd v kovových vodičoch je usporiadaný pohyb voľných elektrónov pod vplyvom elektrického poľa
Ak vo vodiči nie je žiadne elektrické pole, potom sa elektróny pohybujú náhodne, podobne ako sa pohybujú molekuly plynov alebo kvapalín. V každom časovom okamihu sa rýchlosti rôznych elektrónov líšia modulmi a smermi. Ak sa vo vodiči vytvorí elektrické pole, potom sa elektróny, ktoré si zachovávajú svoj chaotický pohyb, začnú posúvať smerom ku kladnému pólu zdroja. Spolu s chaotickým pohybom elektrónov vzniká ich usporiadaný prenos - drift. Rýchlosť usporiadaného pohybu elektrónov vo vodiči pôsobením elektrického poľa je niekoľko milimetrov za sekundu a niekedy aj menej. Akonáhle ale vo vodiči vznikne elektrické pole, šíri sa po celej dĺžke vodiča obrovskou rýchlosťou blízkou rýchlosti svetla vo vákuu (300 000 km/s).
Súčasne so šírením elektrického poľa sa všetky elektróny začnú pohybovať rovnakým smerom po celej dĺžke vodiča. Takže napríklad, keď je obvod elektrickej lampy uzavretý, elektróny prítomné v špirále lampy sa tiež začnú pohybovať usporiadaným spôsobom.
Pomôže to pochopiť porovnaním elektrického prúdu s prietokom vody vo vodovodnom systéme a šírenia elektrického poľa so šírením tlaku vody. Keď voda stúpa do vodnej veže, tlak (tlak) vody sa veľmi rýchlo šíri po celom vodovodnom systéme. Keď otočíme kohútik, voda je už pod tlakom a začne tiecť. Ale voda, ktorá v ňom bola, tečie z kohútika a voda z veže sa do kohútika dostane oveľa neskôr, pretože. pohyb vody nastáva nižšou rýchlosťou ako je šírenie tlaku.
Keď hovoria o rýchlosti šírenia elektrického prúdu vo vodiči, majú na mysli rýchlosť šírenia elektrického poľa pozdĺž vodiča.
Elektrický signál vyslaný napríklad po drôte z Moskvy do Vladivostoku (s = 8000 km) tam dorazí asi za 0,03 s. A teraz môžete prejsť k poznaniu vonkajšieho sveta. Hotový elektrický prúd v kovoch. Prejdime na ďalší blok „Účinok elektrického prúdu“

Štúdium nového materiálu "Účinok elektrického prúdu"Nevidíme pohyb elektrónov v kovovom vodiči. Prítomnosť prúdu v obvode môžeme posúdiť podľa rôznych javov, ktoré elektrický prúd spôsobuje. Takéto javy sa nazývajú súčasné akcie. Niektoré z týchto akcií sa dajú ľahko experimentálne pozorovať.

Tepelný účinok prúdu.Programový disk Hodiny fyziky 8. ročník. Virtuálna škola Cyrila a Metoda

Chemické pôsobenie prúdu.Chemické pôsobenie elektrického prúdu bolo prvýkrát objavené v roku 1800. Skúsenosť. Vykonáme experiment s roztokom síranu meďnatého. Spustíme dve uhlíkové elektródy do destilovanej vody a uzavrieme okruh. Pozorujeme, že žiarovka nesvieti. Vezmeme roztok síranu meďnatého a pripojíme ho k zdroju energie. Žiarovka sa rozsvieti.Záver. Chemickýúčinok prúdu je taký, že v niektorých roztokoch kyselín (solí, zásad), keď nimi prechádza elektrický prúd, dochádza k uvoľňovaniu látok. Látky obsiahnuté v roztoku sa ukladajú na elektródy ponorené do tohto roztoku. Keď prúd prechádza cez roztok síranu meďnatého (CuSO 4 ) na záporne nabitej elektróde sa uvoľní čistá meď (Cu). Používa sa na získanie čistých kovov. Hliník, chemicky čisté kovy sa získavajú elektrolýzou, vyrába sa niklovanie, chrómovanie, pozlátenie. Na ochranu kovov pred koróziou je ich povrch často potiahnutý kovmi, ktoré sa ťažko oxidujú, to znamená, že sa vykonáva niklovanie alebo chrómovanie. Tento proces sa nazýva galvanické pokovovanie. Chlapci, aké metódy ochrany kovov pred koróziou poznáte?

Magnetické pôsobenie prúdu. Skúsenosť.Zahrnieme cievku so železným jadrom do obvodu a sledujeme príťažlivosť kovových predmetov. Využitie magnetického pôsobenia prúdu v galvanometroch. Galvanometer. Schematický zápisKonsolidácia študovaného materiálu. Otázky na novú tému. KomuČínsky filozof Konfucius raz povedal: "Je dobré mať prirodzený talent, ale cvičenie, priatelia, nám dáva viac ako prirodzený talent." Ruské príslovie hovorí: „Učenie je vždy užitočné.“ .1) Prečo sa nemôžete dotknúť holých elektrických drôtov holými rukami? (Vlhkosť na rukách vždy obsahuje roztok rôznych solí a je elektrolytom. Preto vytvára dobrý kontakt medzi drôtmi a pokožkou.)

Domáca úloha. P. 34,35 l. č. 1260, 1261. Vypracujte správu o kovoch "Hliník", "Zlato", "Železo"

Pozrime sa, aké prvky je možné spojiť pomocou drôtov na vytvorenie elektrického obvodu: galvanický článok, batéria článkov, žiarovka, zvonček, odpor, spínač (alebo kľúč), ampérmeter a voltmeter.

Výkres, ktorý ukazuje spôsoby pripojenia prvkov v obvode, sa nazýva schéma. Takto vyzerá elektrická baterka.

A takto vyzerá obvod pozostávajúci zo zdroja, jedného hovoru a dvoch (alebo viacerých) tlačidiel, pomocou ktorých môžete nezávisle zapnúť hovor napríklad v nemocnici (alebo v lietadle), keď potrebujete zavolať zdravotnú sestru k chorému.

Pripomeňme si štruktúru kovov: v uzloch kryštálovej mriežky sú kladné ióny a medzi týmito uzlami sa elektróny voľne pohybujú a vytvárajú „elektrónový plyn“, ktorý zaberá celý objem kovového vodiča. Preto je elektrický prúd v kovoch usporiadaný pohyb elektrónov. Pri absencii elektrického poľa sa elektróny pohybujú náhodne, chaoticky, dostatočne vysokou rýchlosťou.

Ale keď je elektrické pole privádzané zo zdroja a jeho rýchlosť šírenia je 300 000 km/s, potom sa všetky elektróny v celom objeme kovového vodiča začnú pohybovať usporiadaným spôsobom nízkou rýchlosťou, ktorá je niekoľko mm/s. .

Pre existenciu elektrického prúdu je potrebná: prítomnosť voľných nabitých častíc, elektrické pole (zdroj), spotrebič a vodiče elektrického prúdu.

Elektrický prúd pri prechode záťažou má rôzne účinky. Aké akcie môžeme pozorovať?

Tepelné pôsobenie. Na pozorovanie tejto akcie vykonáme experiment.

Na dva izolované stojany položíme dlhý drôt. Na niekoľkých miestach pripevníme ľahko visiace strapce papierikov. Drôt pripojíme k regulovateľnému zdroju (napríklad LATR, aby sa napätie dalo postupne zvyšovať). Zapneme inštaláciu, pomaly zvyšujeme napätie, pri určitej hodnote sa drôt začne zahrievať a kúsky papiera sa rozsvietia. Venujme pozornosť skutočnosti, že počas experimentu sa drôt silnejšie prehýba. Je to spôsobené tým, že sa zahrial a pri zahrievaní sa všetky telesá rozťahujú a drôt sa predlžuje.

mechanické pôsobenie. Pripojte malý ventilátor. Prečo sa lopatky točia? Pretože pri prechode elektrického prúdu motorom sa rámy v magnetickom poli otáčajú (mechanický pohyb) a otáčajú lopatky ventilátora.

magnetické pôsobenie. Zoberme si experiment Oersteda, ktorý vykonal v roku 1820. Na inštaláciu podľa prvého experimentu privedieme magnetickú ihlu na stojan pri zapnutí prúdu. Šípka sa odchýli od svojho obvyklého smeru v magnetickom poli Zeme a otočí sa kolmo na vodič, čím zafixuje prítomnosť silnejšieho magnetického poľa v blízkosti vodiča, cez ktorý preteká prúd. Keď je prúd vypnutý, vidíme, že šípka sa odchyľuje a opäť ukazuje smer na „sever“.

Chemické pôsobenie. Ako záťaž teraz zaraďujeme do elektrického obvodu dve uhlíkové elektródy vložené do sklenenej kadičky, v ktorej je naliaty roztok síranu meďnatého.

Najprv je potrebné očistiť elektródy brúsnym papierom, aby sa odstránili prípadné nečistoty. Zapneme obvod v regulovanom zdroji ... a po chvíli ho vypneme a vidíme, že na zápornej elektróde (katóde) sa oddelila tenká vrstva medi.

Je tam ešte nejaké fyziologické pôsobenie elektrického prúdu: vplyv na živé organizmy. Luigi Galvani prvýkrát pri preparácii nôh žaby objavil kontrakciu svalov nohy. To znamená, že keď prúd prechádza telom, všetky svaly sa stiahnu a snažia sa chrániť telo pred nepríjemnými následkami.

Smer elektrického prúdu vynašiel americký bankár Benjamin Franklin, ktorý sa vo voľnom čase zaoberal elektrinou.

Veril, že peniaze z veľkej pozitívnej kôpky prúdia do malých negatívnych vreciek zákazníkov. Preto navrhol: prúd ide od kladného pólu k zápornému.

Toto pravidlo bolo prijaté po celom svete.

Až oveľa neskôr, po objavení elektrónu Thomsonom, pochopili, že fyzikálny (skutočný) smer prúdu je od „mínusu“ po „plus“. Prúd tečie z miest zdroja, kde sa nahromadilo prebytočné množstvo elektrónov, do miest, kde nie je dostatok elektrónov.

Ale pravidlá už boli vynájdené: pravidlo gimletu, pravidlo ľavej ruky, pravidlo pravej ruky, pravidlo ampérov a ďalšie na nasmerovanie prúdu z „plus“ na „mínus“. A bolo rozhodnuté nič nezmeniť, ale predpokladať, že prúd prechádza z „plus“ na „mínus“.

Preto sme zvážili, aký je prúd v kovoch, aké účinky má prúd a aký je rozdiel medzi všeobecne uznávaným smerom prúdu od „plus“ k „mínusu“ od skutočného fyzického smeru.

Kovy v pevnom stave, ako je známe, majú kryštalickú štruktúru. Častice v kryštáloch sú usporiadané v určitom poradí a tvoria priestorovú (kryštálovú) mriežku.

V uzloch kovovej kryštálovej mriežky sa nachádzajú kladné ióny a v priestore medzi nimi sa pohybujú voľné elektróny. Voľné elektróny nie sú viazané na jadrá ich atómov (obr. 53).

Ryža. 53. Kovová mriežka

Záporný náboj všetkých voľných elektrónov sa v absolútnej hodnote rovná kladnému náboju všetkých iónov mriežky. Preto je za normálnych podmienok kov elektricky neutrálny. Voľné elektróny sa v ňom pohybujú náhodne. Ak sa však v kove vytvorí elektrické pole, potom sa voľné elektróny začnú pôsobením elektrických síl pohybovať v smere. Bude tam elektrický prúd. Zároveň je zachovaný náhodný pohyb elektrónov, tak ako je zachovaný náhodný pohyb v kŕdli pakomárov, keď sa vplyvom vetra pohybuje jedným smerom.

takze elektrický prúd v kovoch je usporiadaný pohyb voľných elektrónov.

Mandelstam Leonid Isaakovich (1879-1944)
Ruský fyzik, akademik. Významne prispel k rozvoju rádiofyziky a rádiotechniky.

Papaleksi Nikolaj Dmitrievič (1880-1947)
Ruský fyzik, akademik. Zaoberal sa výskumom v oblasti rádiotechniky, rádiofyziky, rádioastronómie.

Dôkazom, že prúd v kovoch je spôsobený elektrónmi, boli experimenty našich fyzikov Leonida Isaakoviča Mandelstama a Nikolaja Dmitrievicha Papaleksiho, ako aj amerických fyzikov Balfoura Stewarta a Roberta Tolmana.

Rýchlosť pohybu samotných elektrónov vo vodiči pri pôsobení elektrického poľa je malá - niekoľko milimetrov za sekundu a niekedy ešte menej. Akonáhle ale vo vodiči vznikne elektrické pole, šíri sa po celej dĺžke vodiča obrovskou rýchlosťou blízkou rýchlosti svetla vo vákuu (300 000 km/s).

Súčasne so šírením elektrického poľa sa všetky elektróny začnú pohybovať rovnakým smerom po celej dĺžke vodiča. Takže napríklad, keď je obvod elektrickej lampy uzavretý, elektróny prítomné v špirále lampy sa tiež začnú pohybovať usporiadaným spôsobom.

Pomôže to pochopiť porovnaním elektrického prúdu s prietokom vody vo vodovodnom systéme a šírenia elektrického poľa so šírením tlaku vody. Keď voda stúpa do vodnej veže, tlak (tlak) vody sa veľmi rýchlo šíri po celom vodovodnom systéme. Keď otočíme kohútik, voda je už pod tlakom a okamžite začne tiecť. Ale voda, ktorá v ňom bola, tečie z kohútika a voda z veže sa dostane do kohútika oveľa neskôr, pretože pohyb vody nastáva pri nižšej rýchlosti, ako sa šíri tlak.

Keď hovoria o rýchlosti šírenia elektrického prúdu vo vodiči, majú na mysli rýchlosť šírenia elektrického poľa pozdĺž vodiča.

Elektrický signál vyslaný napríklad po drôte z Moskvy do Vladivostoku (s = 8000 km) tam dorazí približne za 0,03 s.

Otázky

1. Ako vysvetliť, že za normálnych podmienok je kov elektricky neutrálny?
2. Čo sa stane s elektrónmi kovu, keď sa v ňom objaví elektrické pole?
3. Čo je elektrický prúd v kove?
4. Akú rýchlosť máme na mysli, keď hovoríme o rýchlosti šírenia elektrického prúdu vo vodiči?

Cvičenie

Pomocou internetu zistite, ako rýchlo sa elektróny pohybujú v kovoch. Porovnajte to s rýchlosťou svetla.

V tejto lekcii sa zoznámime s tým, prečo vzniká elektrický prúd v kovoch, vysvetlíme, prečo sú kovy dobrými vodičmi. Okrem toho budeme študovať účinky elektrického prúdu a jeho smer. Budeme sa zaoberať Rikkeho experimentom, ktorý potvrdzuje, že kovový vodič sa prakticky nemení, keď ním preteká elektrický prúd, zistíme, aké akcie prúdu človek v technike a každodennom živote najviac využíva a tiež pochopí, prečo smer prúd sa nezhoduje so smerom pohybu elektrónov.

Téma: Elektrické javy

Lekcia: Elektrický prúd v kovoch. Pôsobenie elektrického prúdu. Aktuálny smer

V predchádzajúcich lekciách sme študovali takmer všetky pojmy spojené s výskytom elektrického prúdu: elektrické náboje, elektrické pole, zdroje prúdu, najjednoduchšie elektrické obvody a elektrické obvody. Teraz musíme zistiť, ako prúdi elektrický prúd v kovoch, aké účinky má elektrický prúd a tiež smer prúdu.

Kovy, ako sme zistili z pokusov v predchádzajúcich lekciách, dobre vedú elektrický prúd. Aby sme si túto skutočnosť objasnili, položme si otázku: čo sú kovy?

Kovy sú spravidla polykryštalické látky (pozostávajúce z mnohých kryštálov) (obr. 1, 2).

Ryža. 2. Železná konštrukcia ()

To znamená, že v kovoch máme do činenia s usporiadanou štruktúrou atómov: každý atóm je na svojom špecifickom mieste.

Ako už vieme, elektróny sa pohybujú okolo jadra atómov.

Z čoho vznikajú bezplatné poplatky za elektrinu?

Faktom je, že vzdialené elektróny (tie, ktoré sú na dráhach najďalej od jadra) sú na jadro naviazané dosť slabo. Preto sa môžu pomerne ľahko pohybovať z jedného atómu na druhý. Tento náhodný pohyb elektrónov trochu pripomína elektrónový plyn. Ak vo vnútri kovu nie je žiadne elektrické pole, potom pohyb týchto voľných elektrónov trochu pripomína pohyb pakomárov vznesených do vzduchu počas letného dňa (obr. 3).

Ryža. 3. Pohyb elektrónov vo vnútri kovového vodiča ()

Všetko sa zmení, keď sa vo vnútri kovu objaví elektrické pole. Elektrické pole spôsobuje pohyb nabitých častíc. Jadrá atómov zostávajú na mieste, ale elektróny sa začnú pohybovať usporiadaným spôsobom.

Elektróny, ktoré preskakujú z jedného atómu na druhý, sa pohybujú v smere, ktorým ich elektrické pole ukazuje. Tento pohyb sa nazýva elektrický prúd v kovoch.

Vieme, že elektrický prúd je riadený, usporiadaný pohyb nabitých častíc. V kovoch zohrávajú úlohu pohybujúce sa nabité častice elektróny. V iných látkach to môžu byť ióny alebo ióny a elektróny.

Pohyb nabitých častíc (v kovoch - elektrónoch) je veľmi pomalý (zlomky milimetrov za sekundu). Vynára sa otázka: prečo sa po stlačení vypínača žiarovka rozsvieti takmer okamžite?

Faktom je, že elektrické pole sa šíri vo vnútri vodičov veľkou rýchlosťou (rýchlosťou svetla - približne 300 000 kilometrov za sekundu).

Keď je okruh uzavretý, pole sa šíri takmer okamžite. A už po poli sa elektróny začnú pomaly pohybovať a naraz pozdĺž celého okruhu. Túto situáciu možno porovnať s pohybom vody vo vodovodnom potrubí. Voda je nútená pohybovať sa tlakom v potrubí, ktorý sa po otvorení kohútika takmer okamžite rozšíri a núti vodu „najbližšie“ ku kohútiku vyliať. Súčasne sa všetka voda pod rovnakým tlakom pohybuje potrubím. Ukazuje sa, že tlak je analógom elektrického poľa a voda je analógom elektrónov. Len čo sa pôsobenie elektrického poľa zastaví, okamžite sa zastaví aj riadený pohyb elektrických nábojov.

Vzniká logická otázka: mení sa vodič kvôli tomu, že ho „opustili“ elektróny? Experiment, ktorý mal potvrdiť, že všetky elektróny sú rovnaké, vykonal nemecký vedec Rikke (obr. 4), keď boli na električkových tratiach použité tri rôzne vodiče: hliníkové a dva medené.

Ryža. 4. Carl Victor Rikke ()

Rikke v priebehu roka pozoroval sériové zapojenie troch vodičov: meď + hliník + meď. Keďže prúd v električkových tratiach je dosť veľký, experiment umožnil dať jednoznačnú odpoveď: sú elektróny, ktoré sú nositeľmi záporného náboja v rôznych vodičoch rovnaké?

V priebehu roka sa hmotnosť vodičov nezmenila, nenastala difúzia, čiže štruktúra vodičov zostala nezmenená. Z toho vyplynul záver, že elektróny môžu prechádzať z jedného vodiča do druhého, ale ich štruktúra sa nemení.

Povedzme si teraz, aký vplyv má elektrický prúd. Vďaka čomu získal také široké uplatnenie v každodennom živote a technológiách?

Existujú tri hlavné činnosti elektrického prúdu:

1. Termálne. Keď prúdi prúd, vodič sa zahrieva. Ide o jednu z najdôležitejších akcií prúdu, ktorú využíva človek. Najjednoduchším príkladom sú niektoré ohrievače pre domácnosť (obr. 5).

Ryža. 5. Elektrický ohrievač ()

2.Chemický. Vodič môže zmeniť svoje chemické zloženie, keď ním prechádza prúd. Najmä pomocou elektrického prúdu sa niektoré kovy ťažia v čistej forme, čím sa oddeľujú od rôznych zlúčenín. Takto sa získa napríklad hliník (obr. 6).

Ryža. 6. Elektrolýza hlinikárne ()

3. Magnetický. Ak prúd preteká vodičom, potom magnetická ihla v blízkosti takéhoto vodiča zmení svoju polohu.

Teraz si pohovorme o smer elektrického prúdu.

Smer pohybu kladných elektrických nábojov sa berie ako smer elektrického prúdu.

Ale práve sme hovorili o tom, že prúd v kovoch vzniká pohybom elektrónov, ktoré majú záporný náboj. Prečo vzniká takýto rozpor?

Keď vyvstala otázka o smere elektrického prúdu, nikto nevedel o existencii elektrónov. Bolo rozhodnuté predpokladať, že prúd sa pohybuje v smere kladných nábojov. Čas plynul, vedci zistili, že najmä v kovoch sa pohybujú elektróny, ale rozhodli sa nechať všetko tak. Je to spôsobené tým, že znamienko náboja nás prakticky nezaujíma, oveľa viac nás zaujíma pôsobenie samotného prúdu.

Pohyb elektrónov vo vodiči je opačný ako smer elektrického poľa (obr. 7).

Ryža. 7. Pohyb elektrónov vo vodiči ()

V tejto lekcii sme zistili, ako prúdi prúd v kovoch, dozvedeli sme sa o pôsobení elektrického prúdu a tiež sme určili smer prúdu.

V ďalšej lekcii sa začneme oboznamovať s číselnými charakteristikami prúdu.

Bibliografia

1. Gendenshtein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. Fyzika 8 / Ed. Orlová V.A., Roizena I.I. - M.: Mnemosyne.
2. Peryshkin A. V. Fyzika 8. - M .: Drop, 2010.
3. Fadeeva A. A., Zasov A. V., Kiselev D. F. Fyzika 8. - M .: Vzdelávanie.

Dodatočný podporúčané odkazy na internetové zdroje

1. Festival pedagogických myšlienok „Otvorená hodina“ ().
2. Festival pedagogických myšlienok „Otvorená hodina“ ().

Domáca úloha

1. S. 34-36, otázky 1-4, s. 81, otázky 1-7, s. 83, otázky 1-3, s. 84. Peryshkin A. V. Physics 8. - M .: Drop, 2010.
2. Aké zariadenia využívajú tepelný účinok prúdu? Magnetické pôsobenie?
3. Aké účinky prúdu možno pozorovať pri prechode prúdu cez morskú vodu?