Materiały pochodzą z Platformy Edukacyjnej Portalu Wszelkie treści i zasoby edukacyjne publikowane na łamach Portalu mogą być wykorzystywane przez jego Użytkowników wyłącznie w zakresie własnego użytku osobistego oraz do użytku w szkołach podczas zajęć dydaktycznych. Kopiowanie, wprowadzanie zmian, przesyłanie, publiczne odtwarzanie i wszelkie wykorzystywanie tych treści do celów komercyjnych jest niedozwolone. Plik można dowolnie modernizować na potrzeby własne oraz do wykorzystania w szkołach podczas zajęć dydaktycznych.

Spis treści: Potencjał pola elektrycznego Napięcie elektryczne Prąd elektryczny Źródła napięcia Natężenie prądu elektrycznego Kierunek przepływu prądu Obwód elektryczny Opór przewodnika Zestawienie Prawo Ohma

W maleńkiej, punktowej kulce zgromadzony jest ładunek Q. Wokół tego ładunku rozciąga się pole sił elektrycznych. Korzystając z prawa Coulomba, określamy siły działające na ładunek próbny, w zależności od odległości między ładunkiem wytwarzającym pole i ładunkiem próbnym. Wielkość tych sił bardzo szybko maleje i w miarę wzrostu odległości ich wartość zbliży się do zera. A w jakim przypadku wartość tych sił osiągnęłaby 0 N ? Wówczas, gdy ładunek próbny znalazłby się w takiej odległości, gdzie już nie ma pola elektrycznego. Taką odległością jest nieskończoność ( oznaczamy symbolem ) Ładunek próbny oznacza ładunek na tyle mały, że nie wpływa on znacząco na rozkład ładunków w badanym obszarze i tym samym nie zmienia pola elektrycznego w badanym punkcie.

Zbliżając ładunek próbny tego samego znaku, co ładunek wytwarzający pole, wykonujemy pracę nad polem ( wzrasta energia pola) Praca ta może być zwrócona, poprzez wykonanie pracy przez pole ( energia pola maleje) Pracę potrzebną do przeniesienia jednostkowego ładunku elektrycznego z nieskończoności do obranego punktu w polu elektrycznym nazywamy potencjałem pola elektrycznego w tym punkcie.

Różnicę potencjałów między dwoma punktami pola nazywamy napięciem i oznaczmy symbolem U. Różnicę potencjałów między dwoma punktami pola nazywamy napięciem i oznaczmy symbolem U. Można powiedzieć, że napięcie elektryczne U określa pracę potrzebną do przeniesienia jednostkowego ładunku elektrycznego między dwoma punktami pola elektrycznego. Jak każda wielkość fizyczna, napięcie ma jednostkę, w której jest mierzone. Jednostką napięcia elektrycznego jest wolt – symbol V Jeśli napięcie określa pracę potrzebną do przemieszczenia jednostkowego ładunku, to można je określić wzorem: Napięcie =praca / ładunek

PRZYKŁADY Oblicz pracę, jaką wykonały siły elektryczne, przemieszczając ładunek 3 C, między końcami przewodnika, jeśli napięcie między tymi końcami wynosi 12 V. Dane: Q = 3 C; U = 12 V; W = ? W= 12 V 3 C [J/C C = J ] W = 36 J Napięcie między końcami przewodnika wynosi 4,5 V. Jaki ładunek przeniosły między tymi końcami siły elektryczne, jeżeli wykonały one pracę 90 J? Dane: U = 4,5 V; W = 90 J ; Q = ?

Uporządkowany ruch ładunków elektrycznych ( w przypadku przewodników I rodzaju - elektronów swobodnych) nazywamy prądem elektrycznym Pomiędzy ciałem naelektryzowanym ujemnie i ciałem naelektryzowanym dodatnio umieszczamy pręt wykonany z metalu Swobodne elektrony są odpychane przez ciało naelektryzowane ujemne, a przyciągane przez ciało naelektryzowane dodatnio. W przewodniku odbywa się uporządkowany ruch elektronów swobodnych pod działaniem sił elektrycznych Podobnie wygląda sytuacja, gdy połączymy przewodnikiem ciało naelektryzowane z ciałem elektrycznie obojętnym. Warunkiem przepływu prądu elektrycznego przez przewodnik jest istnienie napięcia elektrycznego między jego końcami !!!

Ogniwo Źródłem prądu są reakcje chemiczne zachodzące między elektrodą a elektrolitem. Dwie elektrody zanurzone w elektrolicie (półogniwa) tworzą ogniwo galwaniczne. Różnica potencjałów elektrod, gdy przez ogniwo nie płynie prąd, jest równa sile elektromotorycznej ogniwa (SEM). Bateria - zestaw dwóch lub więcej pojedynczych ogniw elektrycznych. Akumulator Rodzaj ogniwa galwanicznego, które może być wielokrotnie użytkowane i ładowane prądem elektrycznym. Wszystkie rodzaje akumulatorów elektrycznych gromadzą i później uwalniają energię elektryczną dzięki odwracalnym reakcjom chemicznym zachodzącym w elektrolicie oraz na styku elektrolitu i elektrod. Prądnica Urządzenie przetwarzające energię mechaniczną ruchu obrotowego na energię elektryczną

Natężenie prądu elektrycznego to wielkość fizyczna określająca ilość ładunku elektrycznego przepływającego przez przekrój poprzeczny przewodnika w jednostce czasu. Natężenie wyrażą się stosunkiem ładunku przepływającego przez poprzeczny przekrój przewodnika do czasu jego przepływu: Natężenie prądu elektrycznego to wielkość fizyczna określająca ilość ładunku elektrycznego przepływającego przez przekrój poprzeczny przewodnika w jednostce czasu. Natężenie wyrażą się stosunkiem ładunku przepływającego przez poprzeczny przekrój przewodnika do czasu jego przepływu: natężenie prądu ładunek czas przepływu ładunku Natężenie prądu elektrycznego mierzymy w amperach ( symbol A) Natężenie prądu ma wartość ampera, jeśli w ciągu jednej sekundy (1s) przez przekrój poprzeczny przewodnika przepłynie ładunek kulomba (1C) 1C = 6, e

PRZYKŁADY Jeśli w przewodniku płynie prąd o natężeniu 3 A, to znaczy, że w ciągu jednej sekundy przez przekrój poprzeczny przewodnika w dowolnym jego miejscu przepłynie ładunek 3 C. Jaki ładunek przepłynie w ciągu 2 min? Dane: I = 3 A; t = 2 min = 120 s ; Q = ? I = Q / t to ---- Q = I t Q = 3 A 120 s Q = 360 [ C/s s = C] Ile wynosi natężenie prądu jeśli w ciągu 2 min przez przekrój poprzeczny przewodnika przepływa ładunek 240 C? Dane: Q = 240 C; t = 2 min= 120 s : I = ? I = Q / tI = 240C / 120 s I = 2 A Wiedząc, że natężenie prądu wynosi 2 A określ czas, w którym przez poprzeczny przekrój przewodnika przepłynie ładunek 480 C Dane: I = 2 A; Q = 480 C;t = ? I = Q / t | tt = 480 C / 2 A[ Cs / C = s] I t = Q | : It = 240s = 4 min t = Q/ I

Rzeczywisty ( fizyczny) kierunek przepływu prądu W zamkniętym obwodzie elektrycznym elektrony poruszają się od bieguna ujemnego do dodatniego. ( -) ( +) Umowny ( techniczny) kierunek przepływu prądu W technice przyjęto, że prąd przepływa przewodami od dodatniego zacisku ogniwa do zacisku ujemnego. Ten kierunek przepływu pradu ustalono zanim jeszcze poznano przepływ elektronów. Jeśli nie jest zaznaczone, że mamy wskazać rzeczywisty kierunek przepływu prądu to zawsze oznaczamy kierunek umowny.

Obwód elektryczny to zespół przewodników i odbiorników prądu połączonych z biegunami źródła prądu. W skład obwodu elektrycznego wchodzą: A.Źródło prądu, w którym zgromadzona jest energia elektryczna. B.Odbiorniki – urządzenia, w których przepływ prądu powoduje wykonanie pracy. C.Wyłącznik – otwiera i zamyka obwód D.Przyrządy pomiarowe: - amperomierz – przyrząd do pomiaru natężenia prądu - woltomierz – przyrząd do pomiaru napięcia między dwoma punktami przewodu źródło prądu odbiornik ( żarówka) Inny odbiornik amperomierz woltomierz włącznik przewód elektryczny przykładowy obwód

Amperomierz włączamy go w taki sposób do obwodu, aby prąd elektryczny, którego natężenie mierzymy przepływał również przez niego. Łączenie szeregowe Zaciski woltomierza łączymy z punktami przewodnika, między którymi chcemy zmierzyć napięcie. Jest włączany równolegle do obwodu elektrycznego.

Podczas przepływu prądu ładunki elektryczne napotykają na swojej drodze przeszkody. Nie wszystkie materiały przewodzą prąd elektryczny jednakowo dobrze. Wszystko to, co decyduje o lepszym lub gorszym przewodzeniu prądu przez dany przewodnik nazywamy oporem elektrycznym. Od czego zależy opór elektryczny danego przewodnika? Natężenie określamy jako ilość ładunku przepływającego przez przekrój poprzeczny przewodnika w jednostce czasu. Z tego wynika, że im grubszy przewodnik tym więcej elektronów przepłynie w jednostce czasu W: Im większe pole przekroju poprzecznego przewodnika S, tym mniejszy opór. Im dłuższy przewodnik, tym więcej przeszkód napotykają elektrony na swojej drodze W: Im dłuższy przewodnik l tym większy jego opór Oczywiście, bardzo istotne jest z jakiego materiału wykonany jest przewodnik Opór własciwy substancji z której wykonany jest przewodnik, nazywamy opór przewodnika z niej wykonanego o rozmiarach długość l = 1 m i pole przekroju poprzecznego S = 1 mm 2 Opór przewodnika zależny jest również od temperatury ( wzrasta wraz ze wzrostem temperatury)

Opór elektryczny przewodnika wykonanego z danej substancji jest proporcjonalny do jego długości, a odwrotnie proporcjonalny do pola przekroju poprzecznego POLE PRZEKROJU POPRZECZ. OPÓR DŁUGOŚĆ OPÓR WŁAŚCIWY Jednostką oporu elektrycznego jest om ( omega) Opór przewodnika ma wartość jednego oma – 1 gdy przyłożone do jego końców napięcie 1 V wywołuje przepływ prądu o natężeniu 1 A 1 = 1V/1A

WielkośćSymbolJednostkaSymbol NatężenieIAmperA [C/s] Zależy od przewodnika (oporu) Od źródła prądu (napięcia)

Niemiecki fizyk, Georg Simon Ohm, badając zależność natężenia prądu przepływającego przez przewodnik od napięcia przyłożonego do jego końców stwierdził, że: Stosunek napięcia panującego na końcach przewodnika do natężenia prądu przepływającego przez ten przewodnik, jest wielkością stałą charakterystyczną dla danej substancji, z której ten przewodnik został wykonany. Prawo Ohma jest spełnione dla metali pod warunkiem, że temperatura ich nie ulega zmianie. Prawo Ohma zapisane wzorem. Natężenie prądu płynącego przez metalowy przewodnik o stałej temperaturze jest wprost proporcjonalne do napięcia między końcami tego przewodnika. I~U Iloraz napięcia U przyłożonego między końcami przewodnika do natężenia prądu I, który płynie przez przewodnik po przyłożeniu napięcia jest dla danego przewodnika stały i nazywa się oporem elektrycznym przewodnika R. Natężenie prądu płynącego przez metalowy przewodnik o stałej temperaturze jest wprost proporcjonalne do napięcia między końcami tego przewodnika. I~U Iloraz napięcia U przyłożonego między końcami przewodnika do natężenia prądu I, który płynie przez przewodnik po przyłożeniu napięcia jest dla danego przewodnika stały i nazywa się oporem elektrycznym przewodnika R.

Wzór na opór Wzór na natężenie I [A] U [V] I U

Jakie jest natężenie prądu w żarówce samochodowej o oporze 8 zasilanej z akumulatora o napięciu 12 V. Dane: R = 8 ; U = 12 V; I = ? I = U/ R I = 12 V / 8 I = 1,5 A Natężenie prądu w żarówce wynosi 1,5 A. Jak zmieni się natężenie prądu płynącego przez grzałkę, jeżeli przyłożone napięcie zmaleje 2 razy? I = U/R Natężenie prądu zmaleje dwukrotnie Na wykresie przedstawiono zależność I = f (U) dla pewnego oporu. Korzystając z wykresu oblicz jego opór elektryczny. U = 4 VR = U/I I = 0,2 AI = 4 V/ 0,2 A I = 20

Bibliografia: Podręcznik "Fizyka dla gimnazjum" cześć 3, M. i R. Rozenbajgier Elektryczność wokół nas K.W. Augustyniakowie Nauczanie fizyki Mazur, Wessely