Dane informacyjne Nazwa szkoły: Gimnazjum nr 5 im. Kazimierza Nowaka Gimnazjum Mistrzostwa Sportowego ID grupy: 98_30_mf_g1 Opiekun: Dariusz Kasprzyk Kompetencja: matematyczno – fizyczna Temat projektowy: ZFMiP_TP019 Prąd Rok szkolny: 2010/2011 Semestr: trzeci

PRĄD ELEKTRYCZNY „dzięki subtelnym drganiom elektronów w przewodnikach, energia swobodnie przenoszona z jednego miejsca do wielu innych miejsc”

Prąd elektryczny – sens fizyczny Prąd elektryczny to uporządkowany ruch nośników ładunku elektrycznego. Nośnikami ładunku elektrycznego mogą być: Elektrony swobodne w metalach Jony w cieczach przewodzących (elektrolitach) i gazach

Skutki przepływu prądu elektrycznego wzrost temperatury przewodnika spirale grzejne w tosterze, żelazku, piekarniku elektrycznym emisja światła drucik wolframowy w żarówce wykonanie pracy mechanicznej silnik elektryczny reakcja chemiczna dysocjacja elektrolityczna, galwanotechnika wytworzenie pola magnetycznego elektromagnes Zdjęcia zaczerpnięte z Internetu

Źródła prądu elektrycznego Elektrochemiczne – wytwarzają energię elektryczną kosztem energii chemicznej ogniwo galwaniczne – bateria, akumulator Elektromechaniczne – wytwarzają energię elektryczną kosztem pracy mechanicznej dynamo, prądnica, alternator Zdjęcia zaczerpnięte z Internetu

Źródła prądu elektrycznego Elektrownie: cieplna węglowa cieplna atomowa wiatrowa wodna pływowa geotermalna Baterie: alkaliczne cynkowo-węglowe Akumulatory: kwasowo-ołowiowe litowo-jonowe niklowo-wodorowe NiMH niklowo –kadmowe NiCd Zdjęcia zaczerpnięte z Internetu

Węgorz elektryczny - ciekawostka Węgorz elektryczny (Electrophorus electricus) Żyje w północno-wschodniej Ameryce Południowej, w bagnistych i wolno płynących wodach dorzecza Amazonki i Orinoko Po bokach ciała, wzdłuż płetwy odbytowej znajdują się narządy elektryczne wytwarzające napięcie 300 – 600 V i natężenie poniżej 1 A. Napięcie takie może zabić małe zwierzę lub oszołomić duże. Zdjęcia zaczerpnięte z Internetu

Prąd elektryczny - rodzaje Prąd stały – wartość i kierunek przepływu jest niezmienny Wytwarzany przez źródła elektrochemiczne Radioodbiorniki przenośne, samochodowa instalacja elektryczna, latarka, … Prąd zmienny – wartość i kierunek przepływu prądu ulega nieustannym zmianom Wytwarzany przez źródła elektromechaniczne Domowa instalacja elektryczna, linie przesyłowe

Obwód elektryczny Obwód elektryczny to zespół elementów wykonanych z przewodnika tworzących dla przepływu prądu drogę zamkniętą. Niezbędne elementy obwodu to: źródło prądu odbiornik przewody łączące

Schemat elektryczny Schemat elektryczny to graficzne przedstawienie obwodu za pomocą umownych symboli żarówka dioda opornik ogniwo galwaniczne amperomierz włącznik woltomierz kondensator

Schemat instalacji elektrycznej motocykla Schemat elektryczny Schemat instalacji elektrycznej motocykla Zdjęcia zaczerpnięte z Internetu

Napięcie elektryczne Napięcie to iloraz pracy wykonanej przez siły pola elektrycznego i wartości ładunku, który ulega pod ich wpływem przemieszczeniu Pomiaru dokonujemy woltomierzem podłączonym do obwodu w sposób równoległy U [ V ]

Natężenie prądu elektrycznego Natężenie informuje o ładunku przepływającym w czasie przez poprzeczny przekrój przewodnika Natężenie mierzymy amperomierzem podłączonym do obwodu w sposób szeregowy I [ A ]

Miernik uniwersalny Współcześnie pomiaru napięcia i natężenia można dokonać z wykorzystaniem jednego wielofunkcyjnego urządzenia – MULTIMETR UNIWERSALNY Pamiętać należy jednak o właściwym sposobie podłączenia urządzenia do obwodu. Należy zwrócić szczególną uwagę na wybieraną funkcję. Zwłaszcza rodzaj mierzonego prądu (stały / zmienny).

Opór elektryczny Rezystancja to wartość ilorazu napięcia i natężenia prądu przepływającego przez dany element R [  ] Element obwodu o stałej rezystancji to opornik (rezystor) Zdjęcia zaczerpnięte z Internetu

Prawo Ohma Natężenie prądu elektrycznego w obwodzie jest wprost proporcjonalne do przyłożonego napięcia Georg Simon Ohm Data i miejsce urodzenia: 16 marca 1789 Erlangen, Niemcy Data i miejsce śmierci: 6 lipca 1854 Monachium, Niemcy Zdjęcia zaczerpnięte z Internetu

Opór żarówki - doświadczenie Założenia: doświadczenie polega na wyznaczeniu zależności natężenia prądu w obwodzie od napięcia w nim panującego Elementy obwodu: źródło prądu – zastaw baterii odbiornik – żarówka przewody łączące Przyrządy pomiarowe: amperomierz (miernik uniwersalny) woltomierz (miernik uniwersalny) Przebieg: Zmontowanie obwodu zamkniętego składającego się z zespołu baterii i żarówki Stopniowe zwiększanie napięcia w obwodzie poprzez dodawanie kolejnej baterii Pomiar panującego napięcia i natężenia w obwodzie po każdym dodaniu kolejnej baterii

Opór żarówki - doświadczenie Stanowisko pomiarowe:

Opór żarówki - doświadczenie Wyniki pomiaru: Wykres zależności I(U): U [ V ] 0,00 1,13 2,47 3,27 4,17 5,14 6,09 I [ mA ] 0,17 0,24 0,30 0,34 0,37 0,41

Opór żarówki - doświadczenie Analiza uzyskanych wyników: U [ V ] 0,00 1,13 2,47 3,27 4,17 5,14 6,09 I [ mA ] 0,17 0,24 0,30 0,34 0,37 0,41 R [W] 0,000192 0,0006 0,000981 0,001418 0,001902 0,002497 Interpretacja uzyskanych wyników: Żarówka nie jest elementem o liniowym przebiegu zależności natężenia od napięcia I(U). Pomiary potwierdzają wzrost natężenia w obwodzie przy zwiększaniu panującego w nim napięcia. Żarówka nie jest elementem o stałym oporze elektrycznym. Jej opór wzrasta wraz z napięciem. Wzrost oporu jest wynikiem zwiększenia temperatury przewodnika podczas przepływu przez niego prądu. Opór przewodnika wzrasta wraz z temperaturą.

Połączenie szeregowe Natężenie prądu elektrycznego na każdym elemencie jest takie samo Suma napięć na elementach równa jest napięciu zasilającemu Opór zastępczy to suma oporów składowych

Połączenie szeregowe - doświadczalne potwierdzenie cech Założenia: Doświadczenie polega na pomiarze napięcia panującego na elementach obwodu w zależności od napięcia zasilania Elementy obwodu: źródło prądu – zastaw baterii odbiornik – dwie żarówka o różnych mocach przewody łączące Przyrządy pomiarowe: amperomierz (miernik uniwersalny) woltomierz (miernik uniwersalny) Przebieg: Zmontowanie obwodu zamkniętego składającego się z zespołu baterii i dwóch żarówek połączonych szeregowo Pomiar nr 1: Mierzymy napięcie zasilania oraz napięcia panujące na każdej z żarówek przy zasileniu czteroma bateriami Pomiar nr 2: Mierzymy napięcie zasilania oraz napięcia panujące na każdej z żarówek przy zasileniu trzema bateriami Wyniki pomiarów: Uzyskane wyniki odnotowano na tablicy podczas pomiaru – patrz zdjęcie

Połączenie szeregowe - doświadczalne potwierdzenie cech

Połączenie szeregowe - doświadczalne potwierdzenie cech Analiza uzyskanych wyników: Napięcie zasilania rozkłada się na zasilane elementy Suma napięć na żarówkach równa jest napięciu zasilania Natężenie na każdym z elementów obwodu jest stałe Uszkodzenie jednego z odbiorników (żarówki) przerywa obwód i pozostałe elementy obwodu nie mają zasilania. Zdjęcia zaczerpnięte z Internetu

Połączenie równoległe Na każdym elemencie obwodu panuje takie samo napięcie Natężenie prądów wpływających do rozgałęzienia równe jest sumie prądów z niego wypływających Opór zastępczy obliczamy za pomocą zależności:

Połączenie równoległe - doświadczalne potwierdzenie cech Założenia: Doświadczenie polega na pomiarze napięcia panującego na elementach obwodu w zależności od napięcia zasilania Elementy obwodu: źródło prądu – zestaw baterii odbiornik – dwie żarówka o różnych mocach przewody łączące Przyrządy pomiarowe: amperomierz (miernik uniwersalny) woltomierz (miernik uniwersalny) Przebieg: Zmontowaniu obwodu zamkniętego składającego się z zespołu baterii i dwóch żarówki połączonych równolegle Mierzymy napięcie zasilania oraz napięcia panujące na każdej z żarówek przy zasileniu czteroma bateriami Wyniki pomiarów: Uzyskane wyniki odnotowano na tablicy podczas pomiaru – patrz zdjęcie

Połączenie równoległe - doświadczalne potwierdzenie cech Wnioski: Na każdym elemencie panuje takie samo napięcie elektryczne, równe napięciu zasilania

Wartość oporu R1 wynosiła 12 Ω, natomiast oporu R2 wynosiła 8 Ω. Rezystancja - zadanie Dwa oporniki o oporach R1 i R2 połączono szeregowo i włączono do źródła napięcia o wartości U=60V. Napięcie na oporniku R1 wynosiło U1=36V, zaś natężenie w obwodzie było równe i wynosi 3A. Jakie były wartości R1 i R2 oporników? Dane: U = 60 [V] U1 = 36 [V] I = 3 [A] Wzór: Szukane: R1 = ? R2 = ? Rozwiązanie: U2 = U – U1 U2 = 60 [V] – 36 [V] U2 = 24 [V] R = U / I R1 = U1 / I R1 = 36 [V] / 3 [A] R1 = 12 [Ω] R2 = U2 / I R2 = 24 [V] / 3 [A] R2 = 8 [Ω] Odpowiedz: Wartość oporu R1 wynosiła 12 Ω, natomiast oporu R2 wynosiła 8 Ω.

Praca i moc prądu elektrycznego Praca prądu: W [ J ] = U [ V ] * I [ A ] * t [ s ] Moc prądu: p = W / t W = U * I * t P = (U * I * t) / t p [ W ] = U [ V ] * I [ A ]

Przykładowa moc urządzeń elektrycznych TV: 100[W] RADIO: 30 - 120 [W] KOMPUTER PC: 350 - 400 [W] MONITOR KOMPUTEROWY: 40 - 100[W] LODÓWKA: 700 [W] PRALKA: 2000 [W] CZAJNIK BEZPRZEWODOWY: 2200 [W] ŻELAZKO: 1500 [W] ODKURZACZ: 1500 [W] ŻARÓWKA ENERGOOSZCZĘDNA: 20 [W] PIEKARNIK ELEKTRYCZNY: 3000[W] MIKROFALÓWKA: 700[W]

Moc prądu elektrycznego - zadanie Oblicz miesięczny koszt użytkowania komputera o mocy 350 [W] współpracującego z monitorem o mocy 50 [W]. Zestaw użytkowany jest przez 6 godzin dziennie. 1kWh kosztuje 60gr. Wypisujemy dane : p = 350 [W] + 50 [W] = 400 [W] = 0,4 [kW] t = 30 * 6h = 180 [h] Wzór: W [kWh] = p [kW] * t [h] Rozwiązanie: W = 180 [h] * 0,4 [kW] = 72 [kWh] Koszt = 72 [kWh] * 0,6 [zł/kWh] = 43,20 zł Odpowiedź: Miesięczny koszt użytkowania komputera z monitorem wynosi 43,20 zł.

Transformator Transformator ma za zadanie zmianę napięcia elektrycznego. Zbudowany jest z dwóch cewek: uzwojenie pierwotne N1 uzwojenie wtórne N2. W działaniu wykorzystuje zjawisko indukcji elektromagnetycznej. Przekładnia transformatora: Związek pomiędzy napięciem, a liczbą zwoi: Związek pomiędzy napięciem i natężeniem:

Transformator - zastosowanie Większość urządzeń elektronicznych wymaga obniżenia napięcia sieciowego do wymaganego poziomu. Komputer zasilany napięciem 230V pracuje na wartościach 3,3V, 6V, 12V. W telewizorach kineskopowych i monitorach CRT działo elektronowe wymagało bardzo znacznego podniesienia napięcia – kilka kV. W energetyce podczas przesyłu prądu podnosi się jego napięcie w celu zmniejszenia strat energii – sieć wysokiego napięcia 60 – 220 kV. Ładowarka np. do telefonu komórkowego obniża napięcie. Dodatkowo jest ono jeszcze prostowane, czyli zamieniane z prądu zmiennego na stały. Zabezpieczenie użytkownika przed wysokim napięciem sieciowym podczas korzystania z urządzenia.

Prąd w medycynie EKG – elektrokardiografia Pomiar potencjałów elektrycznych towarzyszących pracy mięśnia sercowego EEG - elektroencefalografia Pomiar czynności bioelektrycznej mózgu NCS - elektroneurografia Badanie czynności elektrycznej nerwów obwodowych EMG – elektromiografia Czynność elektryczna mięśni EOG – elektrookulografia Badanie zmian prądów czynnościowych podczas ruchów gałki ocznej po działaniu błysków świetlnych Stymulator serca Urządzenie automatyczne, które dzięki własnej baterii (o żywotności 7-15 lat) wytwarza regularne impulsy elektryczne pobudzające serce do rytmicznej pracy.

TAKIE OZNACZENIA TO NIE ŻARTY Zdjęcia zaczerpnięte z Internetu

Wpływ prądu na organizm człowieka Natężenie prądu przemiennego [ A ] Efekt 0,001 Odczuwanie bezbolesne 0,005 Skurcze mięśni i odczucie bólu 0,010 Silne skurcze mięśni Trudności w oderwaniu rąk od przedmiotu 0,015 Utrata kontroli nad mięśniami 0,030 Paraliż dróg oddechowych, utrata przytomności 0,070 Uszkodzenie serca 1,200 Zatrzymanie akcji serca 5,000 Zwęglanie się tkanek

Wpływ prądu na organizm człowieka Prąd o natężeniu 0.07A przepływający przez organizm człowieka w czasie dłuższym niż 1 sekunda zawsze powoduje śmierć! Życie w takich sytuacjach może uratować mam poprawnie zabezpieczona instalacja. Nasze życie zależy od prostego w działaniu urządzenia - BEZPIECZNIKA Zdjęcia zaczerpnięte z Internetu

Pierwsza pomoc w przypadku porażenia prądem elektrycznym Objawy porażenia prądem Ból Poparzenia skóry Zaburzenia w oddychaniu Utrata przytomności PIERWSZA POMOC Nie wolno dotykać osoby porażonej prądem, zanim nie odłączy się jej od źródła prądu. Odłącz bezpieczniki (korki), wyjmij z gniazdka wtyczkę urządzenia elektrycznego, które spowodowało porażenie. Użyj do tego przedmiotu, który nie przewodzi prądu (np. drewnianego kija od szczotki), odsuń kabel elektryczny od poszkodowanego. Sprawdź stan poszkodowanego Czy jest przytomny Czy oddycha Wezwij Pogotowie Ratunkowe nr tel to 999 lub 112 Jeśli ratowany nie oddycha przystąp do reanimacji Jeśli ratowany jest nieprzytomny, ale oddycha, ułóż go w pozycji bocznej. Załóż opatrunek na oparzone miejsce. Zostań z poszkodowanym do czasu przybycia Pogotowia Ratunkowego i przejęcia opieki na poszkodowanym.

PREZENTACJĘ WYKONAŁY: Ajnbacher Patrycja Burkowska Zuzanna Chomiuk Justyna Cierkosz Paulina Garczarek Zuzanna Garczyńska Agnieszka Majchrzak Dagmara Pietruch Natalia Stakun Magdalena Świątek Patrycja Błaszczyk Ligia