DANE INFORMACYJNE Nazwa szkoły: Zespół Szkół w Brzeźnicy ID grupy: 98/36_MF_G1 Kompetencja: Matematyka i Fizyka Temat projektowy: Z prądem za pan brat. Semestr/rok szkolny: semestr IV 2011

Elektryczność!

Zapamiętaj te pojęcia.

Przewodnik

Substancja, która dobrze przewodzi prąd elektryczny, a przewodzenie prądu ma charakter elektronowy. Atomy przewodnika tworzą wiązania, w których elektrony walencyjne (jeden, lub więcej) pozostają swobodne (nie związane z żadnym z atomów), tworząc w ten sposób tzw. gaz elektronowy. Przewodniki znajdują szerokie zastosowanie do wykonywania elementów urządzeń elektrycznych.

Do najpopularniejszych przewodników należą:

Woda chociaż formalnie nie spełnia podanej definicji przewodnika, to jednak, w zależności od zawartości elektrolitów (która jest najmniejsza w wodzie dejonizowanej, większa w pitnej a jeszcze większa w wodzie morskiej) oraz przyłożonego napięcia, może zachowywać się jak izolator, bądź też słaby, a nawet dobry przewodnik. W związku z tym należy unikać kontaktu urządzeń pod napięciem z wodą, gdyż grozi to porażeniem.

Grafit miękki, średnio dobry jako przewodnik, stosowany wszędzie tam, gdzie trzeba doprowadzić napięcie do części wirujących (szczotki)

Żelazo tańsze od aluminium, ale posiada gorsze własności elektryczne, kruche i nieodporne na korozję, obecnie nie stosowane

Stal własności podobne do żelaza, stosowana w elementach przewodzących aparatów elektrycznych, wymagające równocześnie większej wytrzymałości mechanicznej

Aluminium kruche, dobre jako przewodnik, ma korzystny stosunek przewodnictwa do ceny materiału oraz masy przewodu, powszechnie stosowane na przewody w napowietrznych liniach elektroenergetycznych

Złoto własności elektryczne dobre, duża odporność na korozję, ale cena warunkuje stosowanie jedynie do układów mikroprocesorowych oraz na powierzchni styków

Miedź droższa od aluminium, ale bardzo dobra jako przewodnik, odporna na przełamanie, łatwa w lutowaniu, odporna cieplnie; stosowana w instalacjach elektrycznych oraz w urządzeniach elektrycznych i stykach

Srebro najmniejszy opór elektryczny, droższe od miedzi i aluminium, technicznie czyste lub w postaci stopów stosowane powszechnie w stykach elektrycznych w łącznikach

Izolator

Materiał, który nie przewodzi prądu elektrycznego (np. dielektryk) Materiał, który nie przewodzi prądu elektrycznego (np. dielektryk).Izolatorami są np.: szkło, porcelana, specjalna guma, pewne rodzaje plastików, suche drewno, suchy olej transformatorowy, suche powietrze, próżnia.. Ogólnie izolatory elektryczne to substancje lub wyroby z nich wykonane w których nie występują elektrony swobodne albo inne cząstki naładowane lub zdysocjowane, które mogłyby się swobodnie poruszać w ich wnętrzu lub po ich powierzchni.

Najistotniejszymi parametrami charakteryzującymi izolatory elektryczne są: napięcie przebicia - zwane czasem wytrzymałością elektryczną, prąd upływu współczynnik strat dielektrycznych

Ładunek elektryczny

Ładunek elektryczny jest podstawową cechą materii Ładunek elektryczny jest podstawową cechą materii. Wszelka znana jej postać musi występować w jednym trzech następujących stanów: może mieć ładunek dodatni (+) może być obojętne elektrycznie (ładunek zerowy) może mieć ładunek ujemny (-) Zarówno dodatnie, jak i ujemne ładunki mogą mieć różne - większe, lub mniejsze - wartości. Najczęściej wartość ładunku oznaczana jest literą q lub Q. Ładunki elektryczne oddziaływują ze sobą siłą elektrostatyczną lub siłą magnetyczną.

Przepływ prądu

polega on na tym, że zostaje przyłożony z jednej strony ładunek polega on na tym, że zostaje przyłożony z jednej strony ładunek. Przekazuje on elektrony do tego materiału, elektrony wskakują na orbity najbliższych atomów zastępując (wypychając te pierwotne dalej).

Natężenie prądu

wielkość skalarna (skalar) charakteryzująca przepływ prądu elektrycznego. Określa sumę ładunku elektrycznego Q przepływającego przez przewodnik w jednostce czasu. I=Q/t lub, dla prądów zmiennych w czasie, natężenie chwilowe wyraża się wzorem: I=dQ/dt, przy czym definiuje się też natężenie prądu skuteczne, równe takiemu natężeniu prądu stałego, przy którym w trakcie przepływu prądu w przewodniku wydzieli się taka sama ilość ciepła, jak dla danego prądu zmiennego. Natężenie prądu elektrycznego wyraża się w amperach (A).

Napięcie elektryczne

różnica potencjału elektrostatycznego pomiędzy dwoma punktami obwodu elektrycznego lub pola elektrycznego. Napięcie elektryczne równe jest liczbowo pracy potrzebnej do przemieszczenia jednostkowego ładunku elektrycznego pomiędzy tymi punktami.

Przepływ prądu w przewodnikach jak ruch elektronów.

W przypadku przepływu prądu w postaci ruchu elektronów swobodnych mamy do czynienia z tzw. przewodnikami pierwszego rodzaju. Ruch elektronów nie zmienia własności chemicznych przewodnika. Przewodniki pierwszego rodzaju to metale. W przypadku, gdy prąd elektryczny zmienia własności chemiczne przewodnika, mamy do czynienia z tzw. przewodnikami drugiego rodzaju. W tym przypadku prąd elektryczny to ruch jonów dodatnich (kationów) i jonów ujemnych (anionów) w elektrolitach.

Praca i moc prądu Przepływ prądu w obwodzie elektrycznym związany jest z wykonywaniem pracy przez pole elektryczne. Praca prądu zamieniana jest w obwodzie elektrycznym na odpowiedni rodzaj energii (ciepło, promieniowanie itp.). Pracę obliczamy za pomocą następujących wzorów: W = Uּ I ּ t W = I2ּ R ּ t Jednostką pracy prądu jest dżul [J]. Korzystając z podanego wzoru, możemy wyrazić jednostkę pracy za pomocą jednostek wielkości elektrycznych: [J = VּAּs]. W praktyce używa się także jednostki pracy zwanej kilowatogodziną [kWh]. 1 kWh = 3 600 000 J Moc urządzeń elektrycznych jest równa stosunkowi pracy wykonanej przez dane urządzenie do czasu, w którym ta praca została wykonana. Moc prądu możemy obliczać z następujących wzorów: P = U ּ I P = I2ּ R Jednostką mocy urządzeń elektrycznych jest wat [W= VּA].

Prawo Ohma

Prąd elektryczny płynie dlatego, że istnieje napięcie między dwoma punktami obwodu. Możemy przypuszczać i sformułować hipotezę, że im większe jest napięcie między końcami danego elementu obwodu, tym większe jest natężenie prądu, który przez niego płynie.

Prawo Ohma określa związek pomiędzy dwiema wielkościami fizycznymi: natężeniem prądu płynącego przez opornik i napięciem na jego końcach

Zależności Prąd elektryczny: Napięcie elektryczne między dwoma punktami obwodu; Natężenie prądu równe wielkości ładunki , który przepływa przez przekrój poprzeczny obwodu w jednostce czasu; Rzeka Różnica wysokości pomiędzy dwoma punktami wzdłuż biegu rzeki, powodująca różnicę energii potencjalnej wody; Ilość wody, która przepływa przez przekrój poprzeczny koryta w jednostce czasu jest ona proporcjonalna do prędkości przepływu wody, gdy porównuje się rzeki o jednakowym przekroju koryta

Miara Natężenie prądu można zmierzyć amperomierzem. Amperomierz „policzy” wszystkie ładunki, które przepłyną w jednostce czasu. Do małych wartości natężenia służy miliamperomierz lub mikroamperomierz Woltomierz mierzy napięcie między dwoma punktami obwodu, włącza się go więc równolegle z odbiornikiem prądu lub innym elementem obwodu

Natężenie prądu płynącego przez oporniki jest wprost proporcjonalne do napięcia przyłożonego do końców opornika. Współczynnikiem proporcjonalności jest odwrotność oporu I = 1/RU

Oporniki W technice wykorzystuje się specjalne elementy o stałym i znanym oporze, praktycznie niezależnym od zmian temperatury.

Trzy kaskady – to trzy oporniki połączone ze sobą szeregowo, czyli jeden za drugim, tak jakby tworzyły szereg. Natężenie prądu, który płynie przez każdy z nich jest takie samo

Trzy kaskady Przez wszystkie przepływa ten sam prąd o natężeniu I, a napięcie między A i B jest równe U. Z kolei U jest sumą napięć U1, U2 i U3.

Jeżeli oporniki te zastąpimy jednym, przez który przepływa prąd o natężeniu I oraz jest pod takim samym napięciem U mamy opór zastępczy dany wzorem

U[V] 1,5 3 4,5 6 I[A] 5 10 15 20

Porównując więc obie wartości U otrzymujemy

A po podzieleniu przez I dostajemy wzór na opór zastępczy dla układu oporników połączonych szeregowo

Opór zastępczy Opór zastępczy układu opornik ów połączonych szeregowo jest równy sumie oporów tych oporników : Rz = R1+R2+R3

Najprostsza budowa Najprostszym opornikiem jest kawałek druta wykonanego z tzw. Stopu oporowego (np.: Kanthalu, nikieliny) Stopy takie charakteryzują się tym , że w określonych zakresach temperatur ich opór można uznać za stały

Zastosowanie oporników Elementy grzejne suszarek do włosów

Elementy grzejne w grzejnikach

Doświadczenie z Prawa Ohma Do wykonania doświadczenia potrzebowaliśmy: opornika, 4 ogniw 1,5 V, amperomierza, woltomierza, wyłącznika i przewodów łączących. Zbudowaliśmy obwód elektryczny przedstawiony na rysunku. Zwróciliśmy uwagę na prawidłowe podłączenie amperomierza i woltomierza by nasze wyniki były prawidłowe Wykonaliśmy pomiary natężenia prądu płynącego przez opornik dla różnych wartości napięcia. Podłączyliśmy najpierw 1 ogniwo 1,5 V, a następnie przyłączyliśmy szeregowo kolejne ogniwa, zwiększając stopniowo napięcie.

Wraz ze wzrostem napięcia wzrasta natężenie prądu.

Symbole i schematy.

W elektryce przy rysowaniu schematów wykorzystuje się symbole.

Przykładowe i te najprostsze symbole

Schematy

Krótkie sprawdzenie czy uważaliście

Zadanie 1 Które z wymienionych niżej urządzeń są źródłami energii elektrycznej ? a. kondensator b. żarówka c. akumulator d. woltomierz e. dwa naelektryzowane różnoimiennie ciała f. ogniwo galwaniczne g. amperomierz h. opornik suwakowy Zadanie 2. Nośnikami prądu elektrycznego w cieczach są : a. swobodne elektrony, b. protony, c. jony, d. cząsteczki wody.

Zadanie 3. Które stwierdzenie stanowi treść I prawa Kirchhoffa ? a. Woltomierz włącza się do obwodu równolegle. b. Suma natężeń prądów wpływających do węzła jest równa sumie natężeń prądów wpływających z węzła. c. Natężenie prądu płynącego przez przewodnika jest wprost proporcjonalne do napięcia między końcami tego przewodnika. d. Natężenie prądu jest to stosunek wielkości ładunku do czasu przepływu tego ładunku przez przekrój poprzeczny przewodnika. Zadanie 4. Od czego zależy opór elektryczny ? a. długości przewodu b. rodzaju materiału, z którego wykonany jest przewód c. kształtu przewodu d. barwy przewodu e. pola poprzecznego przekroju przewodu f. temperatury przewodu

Zadanie 5. Jeżeli pole przekroju drutu o ustalonej długości zwiększy się dwukrotnie, np. przez zwinięcie razem dwóch identycznych kawałków, to jego rezystancja : a. zwiększy się dwukrotnie, b. zwiększy się czterokrotnie, c. zmniejszy się dwukrotnie, d. zmniejszy się czterokrotnie

Zadanie 6. Terminom oznaczonym liczbami przyporządkuj informacje oznaczone literami: 1.Amperomierz 2.Woltomierz 3.W łączeniu równoległym oporników 4.W łączeniu szeregowym oporników 5.Węzeł 6.Suma natężeń prądów wpływających do węzła a) natężenie prądu w całym obwodzie jest jednakowe b) jest punktem w obwodzie elektrycznym, do którego podłączone są co najmniej trzy końcówki przewodów c) włącza się do obwodu równolegle d) jest równa sumie natężeń prądów wpływających z węzła e) natężenie w gałęzi głównej jest równe sumie natężenia prądu w rozgałęzieniach f) włącza się do obwodu szeregowego

Zadanie 1. a) c) e) f) Zadanie 2. Zadanie 3. b) Zadanie 4. Zadanie 5 Zadanie 1. a) c) e) f) Zadanie 2. Zadanie 3. b) Zadanie 4. Zadanie 5. Zadanie 6. 1. f 2. c 3. e 4. a 5. b 6. d

Bibliografia www.elektroda.pl www.el.tk.krakow.pl www.opcade.eu.org www.fizyka.biz www.rymanow.tom.pl www.koszula.blox.pl Fizyka i astronomia – Anna Kaczorowska Fizyka- Krzysztof Hordecki i Artur Ludwikowski Internet- grafika