Zespół Szkoły Podstawowej i Gimnazjum w Krobi Dane INFORMACYJNE: Nazwa szkoły: Zespół Szkoły Podstawowej i Gimnazjum w Krobi ID grupy: 98 / 77 _ MF _ G1 Opiekun: Mariusz Juskowiak Kompetencja: matematyczno - fizyczna Temat: Skąd bierze się prąd elektryczny Semestr V Rok szkolny 2011 / 2012

Skąd bierze się prąd elektryczny?

MENU Znane osoby w dziedzinie badań nad prądem elektrycznym Co to jest prąd elektryczny? Odbiorniki prądu elektrycznego Obwód elektryczny Energia elektryczna w Twoim domu Prawo Ohma Prawa Kirchhoffa Łączenie oporników Sposoby wytwarzania energii elektrycznej Budowa elektrowni i ich funkcjonowanie Katastrofy jądrowe Zakończenie

Alessandro Volta

Alessandro Volta to włoski fizyk i fizjolog, który zbudował kondensator płytkowy. W 1800 roku zbudował pierwsze ogniwo galwaniczne, a następnie połączył szeregowo wiele takich ogniw, budując tzw. stos Volta. Na jego cześć jednostkę napięcia elektrycznego nazwano wolt.

Michael Faraday

Faraday stworzył podstawy elektrochemii Faraday stworzył podstawy elektrochemii. Odkrył również zjawisko samoindukcji, zbudował pierwszy model silnika elektrycznego . Wprowadził pojęcie linii sił pola i wysunął twierdzenie, że ładunki elektryczne działają na siebie za pomocą takiego pola. Od jego nazwiska jednostka pojemności elektrycznej nazywana jest faradem.

Ernst Werner von Siemens

 Wynalazł samowzbudną prądnicę prądu stałego, zbudował pierwszy model lokomotywy elektrycznej, a także elektryczną windę i tramwaj elektryczny. W 1882 zaprezentował pierwszy na świecie model trolejbusu o nazwie Elektromote. Od jego nazwiska pochodzi nazwa jednostki przewodności elektrycznej właściwej w układzie SI - simens.

Otto von Guericke

Skonstruował pierwszą pompę próżniową, ulepszając przy okazji pompę tłokową do sprężania powietrza. Wykonał słynne doświadczenie z półkulami magdeburskimi. Skonstruował barometr wodny i za jego pomocą zbadał zależność ciśnienia od wysokości n.p.m. i stanu pogody. Skonstruował maszynę elektrostatyczną.

Andre-Marie Ampere

Prowadził badania w dziedzinie chemii (odkrył fluor, opracował klasyfikację pierwiastków). Pracował nad teorią światła, opublikował pracę o refrakcji. Odkrył że przepływowi prądu towarzyszy powstanie pola magnetycznego. Zbudował pierwszy elektromagnes. Przedstawił pierwszy ilościowy opis matematyczny dla zjawisk elektryczności i magnetyzmu. Sformułował prawo, które zostało nazwane od jego nazwiska prawem Ampere'a, a które głosiło, że gęstość strumienia magnetycznego, jaki powstaje wokół przewodu w którym płynie prąd elektryczny, jest wprost proporcjonalna do wartości tego prądu.

Prąd elektryczny to uporządkowany ruch ładunków elektrycznych (dodatnich lub ujemnych). Nośnikami tych ładunków mogą być elektrony lub jony. W obwodach elektrycznych, w których nośnikami ładunków są elektrony, przyjmuje się umowny kierunek przepływu prądu, który z przyczyn historycznych jest przeciwny do kierunku rzeczywistego.

Prąd elektryczny jest w istocie ruchem cząstek obdarzonych ładunkiem, zwanych nośnikami ładunku. Umownie przyjęło się wyznaczać kierunek przepływu prądu poprzez opisanie ruchu ładunków dodatnich.

Warunkiem uporządkowanego ruchu ładunków elektrycznych jest istnienie pola elektrycznego. Takie pole występuje między biegunami źródła napięcia.

Linie sił pola elektrycznego wytworzonego przez dwa ładunki różnych znaków.

Rzeczywisty ruch ładunków elektrycznych w metalach w elektrolitach w półprzewodnikach w gazach MENU

W metalach nośnikami prądu są elektrony, a więc kierunek ich dryfu (decydujący o przepływie prądu) jest dokładnie przeciwny do umownego kierunku prądu.

W elektrolitach, zarówno ciekłych, jak i stałych nośnikami ładunku są ruchliwe jony – ujemne aniony i dodatnie kationy. W niektórych elektrolitach występują ruchliwe jony obu znaków, w innych tylko jednego.

W półprzewodnikach w temperaturze zera bezwzględnego nie ma elektronów w paśmie przewodnictwa. Przewodzenie prądu wymaga przeniesienia elektronów z pasma walencyjnego do przewodnictwa (poprzez dostarczenie im energii, na przykład termicznej lub w postaci promieniowania).

W gazach nośnikami prądu są jony, zarówno dodatnie jak i ujemne W gazach nośnikami prądu są jony, zarówno dodatnie jak i ujemne. W próżni i rozrzedzonych gazach można wytworzyć wolne elektrony, których ruch jest prądem elektrycznym.

Odbiorniki prądu elektrycznego i źródła napięcia żarówka grzałka komputer

żarówka Przetwarza energię elektryczną na świetlną. Skuteczność świetlna lampy żarowej zależy od kilku czynników: materiału z którego wykonane jest włókno żarowe, sposobu wykonania włókna, zawartości bańki, napięcia zasilającego oraz mocy. Włókno żarowe wykonane jest z wolframu jako podwójna skrętka, bańka wypełniona jest gazem obojętnym a napięcie zasilające w Polsce to 230 V. Zmienia się jedynie moc lampy. Im większa jest moc żarówki, tym mniejsze straty energii i większa sprawność.

grzałka Przetwarzają energię elektryczną na energię cieplną. Grzałki są jednymi z najbardziej sprawnych urządzeń elektrycznych – niemal 100% pobieranej energii elektrycznej jest zamienianej na energię termiczną. Grzałki elektryczne są szeroko używane w gospodarstwie domowym (czajnik elektryczny, pralka, suszarka do włosów) oraz w przemyśle do podgrzewania gazów, cieczy oraz ciał stałych.

komputer Zamienia energię elektryczną na dźwięk. To maszyna elektroniczna przeznaczona do przetwarzania informacji, które da się zapisać w formie ciągu cyfr albo sygnału ciągłego. Składa się z trzech podstawowych elementów: procesora pamięci RAM  urządzeń wejścia/wyjścia 

ŹRÓDŁA NAPIĘCIA

Źródłami napięcia są akumulatory, ogniwa galwaniczne, prądnice.

W prądnicach energia mechaniczna, a w ogniwach i akumulatorach energia chemiczna zmieniają się w energię elektryczną. Między anodą i katodą wytwarza się różnica potencjałów, czyli napięcie.

Aby w obwodzie płynął prąd muszą być spełnione warunki: Obwód elektryczny Aby w obwodzie płynął prąd muszą być spełnione warunki: źródło energii odbiornik przewody łączące źródło z odbiornikiem obwód zamknięty

ENERGIA ELEKTRYCZNA W TWOIM DOMU – DOMOWE RACHUNKI ZADANIE 1 ZADANIE 2 ZADANIE 3 ZADANIE 4

Oblicz koszt energii elektrycznej zużytej w ciągu miesiąca (30dni) przez telewizor, który jest włączony do sieci przeciętnie 8 godzin dziennie. Moc odbiornika telewizyjnego wynosi P=60 W. Aktualna cena 1 kWh energii elektrycznej wynosi 0.24zł. ROZWIĄZANIE W= P*t t=30*8h=240h P=60V W=60V*240h=14400Wh=14,4kWh 14,4*0,24=3,456≈3,46zł

1 KwH energii elektrycznej kosztuje 40 gr 1 KwH energii elektrycznej kosztuje 40 gr. Lodówka o mocy 100 W włącza się średnio na dwie godziny w ciągu doby. Oblicz jaki będzie miesięczny koszt energii elektrycznej zużytej przez tę lodówkę? ROZWIĄZANIE P=100W t=30dni*2h=60h k=0,40zł/kWh K=? ------------------------------------------------------------- W=P*t W=100*60=6000Wh 6000Wh=6kWh K=W*k=6*0,40=2,40zł kWh=zł

Oblicz miesięczny koszt energii elektrycznej zużytej przez żelazko, jeżeli 1 kWh kosztuje 0,40 zł, a żelazko w tym czasie zużyło 15 kWh. ROZWIĄZANIE k=0,40zł/kWh W=15kWh K=? K=k*W=0,40zł/kWh*15kWh=6zł

W ciągu 30 dni w czjniku o mocy 1600 W podgrzewano wodę średnio przez 15 minut dziennie. Oblicz koszt energii elektrycznej zużytej przez czajnik w ciągu  tych 30 dni. Przyjmij, że cena 1 kWh energii wynosi 32 gr.  ROZWIĄZANIE t=30dni*15min=450min=7,5h P=1600W k=0,32zł/kWh K=? W=P*t=1600W*7,5h=12000Wh=12kWh K=k*W=0,32zł/kWh*12kWh=3,84zł

Jak zaoszczędzić na rachunkach? Gdy myjesz zęby, golisz się - zakręcaj kran! Gdy wychodzisz z domu, przykręć kaloryfery! Segreguj śmieci! Wyłączaj światło w pomieszczeniach, w których nie przebywasz! Podczas gotowania przykrywaj garnek nakrywką! Używaj żarówek energooszczędnych! Regularnie rozmrażaj lodówkę! Wykorzystaj naładowanie akumulatorów do końca! Zamiast kąpieli w wannie bierz prysznic!

PRAWO OHMA

Pierwsze prawo Ohma Natężenie prądu stałego I jest proporcjonalne do całkowitej siły elektromotorycznej w obwodzie zamkniętym lub do różnicy potencjałów (napięcia elektrycznego U) między końcami części obwodu nie zawierającej źródeł siły elektromotorycznej.

Współczynnik proporcjonalności oznaczamy : Współczynnik proporcjonalności w tej relacji nazywany jest konduktancją, oznaczaną przez G. Prawo Ohma określa opór elektryczny przewodnika:

Drugie prawo Ohma Opór odcinka przewodnika o stałym przekroju poprzecznym jest proporcjonalny do długości tego odcinka i odwrotnie proporcjonalny do pola powierzchni przekroju.

Prawo to można wyprowadzić z pierwszego prawa Ohma Prawo to można wyprowadzić z pierwszego prawa Ohma. Niech odcinek przewodnika o długości l ma ustalone pole powierzchni przekroju poprzecznego, wynoszące S. Jeśli do końców tego odcinka przyłożone zostanie napięcie U, to pole elektryczne wewnątrz przewodnika wyniesie: Korzystając z pierwszego prawa Ohma, oraz jeśli oznaczymy opór elektryczny właściwy jako:

Natężenie prądu w przewodniku zależy od napięcia elektrycznego Natężenie prądu w przewodniku zależy od napięcia elektrycznego. Odwrotność konduktancji nazywa się rezystancją (lub oporem elektrycznym) przewodnika i oznaczana jest wielką literą R:

Prawa Kirchhoffa I prawo Kirchhoffa II prawo Kichhoffa  Prawa dotyczące przepływu prądu w rozgałęzieniach obwodu elektrycznego. Prawo to wynika z zasady zachowania ładunku czyli równania ciągłości. Wraz z drugim prawem Kirchhoffa umożliwia określenie wartości i kierunków prądów w obwodach elektrycznych. I prawo Kirchhoffa II prawo Kichhoffa

I prawo Kirchhoffa Suma natężeń prądów wpływających do węzła jest równa sumie natężeń prądów wypływających z tego węzła. WPŁYWAJĄCE WYPŁYWAJĄCE

II prawo Kichhoffa W zamkniętym obwodzie suma spadków napięć na oporach równa jest sumie sił elektromotorycznych występujących w tym obwodzie. Jeśli napięcie na źródle oznaczymy UE , a napięcia na opornikach odpowiednio U1  i U2 , to prawdziwy będzie związek:

SZEREGOWE RÓWNOLEGŁE ZADANIA ŁĄCZENIE OPORNIKÓW SZEREGOWE RÓWNOLEGŁE ZADANIA

SZEREGOWE Natężenie prądu ma więc taką samą wartość dla wszystkich elementów w połączeniu szeregowym.

RÓWNOLEGŁE W łączeniu szeregowym opór zastępczy jest równy sumie oporów składowych, a w łączeniu równoległym odwrotność oporu zastępczego jest równa sumie odwrotności oporów składowych.

ZADANIE 1 ZADANIE 2 ZADANIE 3 ZADANIE 4 ZADANIA ZADANIE 1 ZADANIE 2 ZADANIE 3 ZADANIE 4

Dwa oporniki o oporze 2W i 3W połączono równolegle Dwa oporniki o oporze 2W i 3W połączono równolegle. Oblicz, ile będzie wynosił całkowity opór układu tych oporników. ROZWIĄZANIE 1,2W

Jak należy połączyć cztery oporniki, każdy o wartości 3 Ω, aby opór zastępczy był taki sam, jak pojedynczego opornika? ROZWIĄZANIE 1/Rz1=1/R1+1/R2  1/Rz1=1/3+1/3  1/Rz1=2/3  Rz1=3/2 Ω  1/Rz2=1/R3+1/R4  1/Rz2=1/3+1/3  1/Rz2=2/3  Rz2=3/2 Ω  Ru=Rz1+Rz2  Ru=3/2+3/2  Ru=3 Ω  R1=3 Ω  R3=3 Ω  R2=3 Ω  Ru - opór układu (całości)  Rz1 - opór równoległy (R1 i R2)  Rz2 - opór równoległy (R2+R3) 

Trzy oporniki o oporach R1= 3Ω , R2=4Ω , R3=5Ω połączono szeregowo i podłączono do źródła napięcia o wartości U=18 V. Ile będzie wynosić całkowity opór układu oporników ? ROZWIĄZANIE R1=3[Ω] R2=4[Ω] R3=5[Ω] Rz=R1+R2+R3 Rz=3+4+5=12[Ω]

Dwa oporniki o oporach R1 i R2 połączono szeregowo i włączono do źródła napięcia o wartości U=60 V . Napięcie na oporniku R1 wynosiło U1 =36 V , zaś natężenie w obwodzie było równe I =3A Jakie były wartości R1 i R2 oporników?? U=60[V] I=3[A] U1=36[V] R1=U1÷I R1=36÷3=12[Ω] U2=U-U1=60-36=24[V] R2=U2÷I R2=24÷3=8[Ω] ROZWIĄZANIE

SPOSOBY WYTWARZANIA ENERGII ELEKTRYCZNEJ ŹRÓDŁA NIEODNAWIALNE ŹRÓDŁA ODNAWIALNE

W Polsce do produkcji energii elektrycznej wykorzystywane są takie źródła surowców mineralnych jak: węgiel kamienny, węgiel brunatny, ropa naftowa, gaz ziemny, woda.

Produkcja energii elektrycznej na świecie oparta jest w większości na paliwach mineralnych (węglu kamiennym i brunatnym, ropie naftowej i gazie ziemnym). Są one spalane w elektrowniach cieplnych, które w roku 2001 dostarczyły 64,5% ogółu wytworzonej na świecie energii elektrycznej. Na drugim miejscu znalazły się elektrownie jądrowe (atomowe), dostarczające 17,1% światowej produkcji energii elektrycznej. W elektrowniach wodnych wytworzono w 2001 r. 16,6% światowej produkcji energii elektrycznej. Najmniejsze znaczenie w światowej produkcji energii elektrycznej mają elektrownie wykorzystujące alternatywne źródła energii. W 2001 r. ich udział w produkcji energii elektrycznej wynosił zaledwie 1,8%.

Produkcja energii elektrycznej na świecie

ŹRÓDŁA NIEODNAWIALNE Nieodnawialne źródła energii to wszelkie źródła energii, które nie odnawiają się w krótkim okresie. Ich wykorzystanie jest znacznie szybsze niż uzupełnianie ich zasobów.  węgiel kamienny węgiel brunatny ropa naftowa torf uran gaz ziemny

Około 35% energii na świecie pochodzi z węgla. Węgiel kamienny Około 35% energii na świecie pochodzi z węgla.

Węgiel brunatny

Około 40% wytwarzanej na świecie energii pochodzi z ropy naftowej Ropa naftowa Około 40% wytwarzanej na świecie energii pochodzi z ropy naftowej

Torf Przez wieki torf wydobywany z torfowiska był używany jako opał. Obecnie na niewielką skalę służy również jako opał w postaci torfu opałowego lub półkoksu torfowego.

Uran Głównym zastosowaniem jest użycie izotopu 235U jako materiału rozszczepialnego w bombach jądrowych oraz reaktorach jądrowych, które znalazły zastosowanie w elektrowniach atomowych oraz w napędzie łodzi podwodnych.

Gaz ziemny Jest najbardziej ekologicznym paliwem, czystym, wygodnym w przesyłaniu, dystrybucji i energetycznie efektywniejszym od węgla. Z gazu ziemnego uzyskuje się około 20% wytwarzanej na Świecie energii. 

ŹRÓDŁA ODNAWIALNE Źródła energii, których używanie nie wiąże się z długotrwałym ich deficytem – ich zasób odnawia się w krótkim czasie. Energia wodna Biopaliwo Energia fal morskich Energetyka słoneczna Energia geotermalna Energia wiatru Biomasa Biogaz

Energia wodna ELEKTROWNIA WODNA

Energia geotermalna

ENERGIA FAL MORSKICH

Energetyka słoneczna

Energia wiatru

Biopaliwo

Biomasa

Biogaz

ENERGIA JĄDROWA

ENERGIA CIEPLNA OCEANU

BUDOWA ELEKTROWNI I ICH FUNKCJONOWANIE ELEKTROWNIA WODNA ELEKTROWNIA WIATROWA ELEKTROWNIA WĘGLOWA ELEKTROWNIA ATOMOWA

ELEKTROWNIA WODNA Zakład przemysłowy zamieniający energię potencjalną wody na elektryczną. Elektrownie wodne są stosunkowo tanim źródłem energii i mogą szybko zmieniać generowaną moc w zależności od zapotrzebowania. Ich wadą jest ograniczona liczba lokalizacji, w których można je budować. Ponadto budowa zapór dla elektrowni wodnych pociąga za sobą zahamowanie naturalnego biegu rzeki i tworzenie zbiorników retencyjnych, drastycznie zmieniających środowisko.

Przepływ wody, a więc i ilość wytwarzanego prądu, reguluje się za pomocą śluz. Woda poruszając łopatki turbiny napędza generator. Ten zaś wytwarza prąd i przesyła go do publicznej sieci energetycznej.

ELEKTROWNIA WIATROWA Zespół urządzeń produkujących energię elektryczną, wykorzystujących do tego turbiny wiatrowe. Energia elektryczna uzyskana z wiatru jest uznawana za ekologicznie czystą, gdyż, wytworzenie energii nie pociąga za sobą spalania żadnego paliwa.

ELEKTROWNIA WĘGLOWA Elektrownia cieplna, w której paliwem jest węgiel brunatny lub węgiel kamienny. W Polsce znaczna większość energii elektrycznej (ponad 90%) pozyskiwana jest w elektrowniach węglowych.

ELEKTROWNIA ATOMOWA Obiekt przemysłowo-energetyczny wytwarzający energię elektryczną poprzez wykorzystanie energii pochodzącej z rozszczepienia jąder atomów, najczęściej uranu, w której ciepło konieczne do uzyskania pary wodnej, jest otrzymywane z reaktora jądrowego.

KATASTROFY JĄDROWE

W 1990 roku Międzynarodowa Agencja Energii Atomowej opracowała siedmiostopniowy system stopniowania rodzajów awarii. Tylko jedna awaria – katastrofa w Czarnobylu.

W czasie awarii może dojść do: SKUTKI AWARII W czasie awarii może dojść do: wycieku substancji radioaktywnych do środowiska (np. paliwo, chłodziwa, odpady z elektrowni jądrowych) eksplozji (chemicznej bądź nuklearnej) promieniotwórczego skażenia środowiska, ludzi, żywności itp. Najczęściej w takich przypadkach podejmuje się ewakuację ludzi wokół terenu katastrofy..

Czarnobyl 26 kwietnia 1986 roku świat obiegła dramatyczna wiadomość o katastrofie elektrowni jądrowej w Czarnobylu. Po wybuchu jednego z reaktorów Europa zawrzała na tą wiadomość wiedząc że promieniowanie, które nastąpiło dotrze do wielu państw starego kontynentu. Była to największa w historii, ujawniona awaria elektrowni jądrowej. Ludzie do dziś odczuwają straszliwe skutki promieniowania, a sam Czarnobyl stał się wymarłym miejscem. Według danych ONZ z 1995 roku, katastrofa w Czarnobylu zwiększyła o 250% liczbę powikłań i deformacji noworodków w tym regionie.

Czarnobyl, 15 maja 1986: Helikopter wojskowy rozpyla preparat, którego zadaniem miało być ograniczenie szkodliwych skutków skażenia radioaktywnego.

Czarnobyl, 5 sierpnia 1986: Prace przy zabezpieczaniu uszkodzonego reaktora

Złomowisko skażonych radioaktywnie maszyn, których używano przy usuwaniu bezpośrednich skutków awarii elektrowni. 

Widok na opuszczone osiedle w centrum Prypeci.

Tor samochodów elektrycznych porzuconego wesołego miasteczka.

Pozostałości pływalni miejskiej w Prypeci

Sypialnia opuszczonego przedszkola w Prypeci.

Zwiększenie się liczby deformacji u noworodków, to jeden z wyników promieniowania po katastrofie z 1986 roku.

Elektrownia atomowa Fukushima - japoński Czarnobyl...

Pożar, wybuchy i problemy z chłodzeniem reaktora Pożar, wybuchy i problemy z chłodzeniem reaktora. Świat wstrzymał oddech i z niepokojem patrzył na uszkodzoną przez trzęsienie ziemi elektrownię atomową Fukushima I i setki napromieniowanych osób.

Three Mile Island w Pensylwanii, USA 28 marca 1979 r. doszło do największej katastrofy w historii amerykańskiej energetyki jądrowej. W położonej w pobliżu 50-cio tysięcznego miasta Harrisburg elektrowni elektrowni atomowej Three Mile Island doszło do stopienia rdzenia. Jak ustalono, awaria powstała wskutek błędnych decyzji obsługi. 

KONIEC

MATERIAŁY POCHODZĄ : www.google.pl www.wikipedia.pl