Dane INFORMACYJNE (do uzupełnienia)

Prezentacja na temat: "Dane INFORMACYJNE (do uzupełnienia)"— Zapis prezentacji:

1

2 Dane INFORMACYJNE (do uzupełnienia)
Nazwa szkoły: Zespół Szkół Ponadgimnazjalnych w Trzebiatowie ID grupy: 97/72_MF_G1 Opiekun: Adam Kupczyk Kompetencja: matematyczno-fizyczna Temat projektowy: Gdy płynie prąd Semestr/rok szkolny: Sem. I, rok szk. 2010/11

3 Elektryczność zauważył już w V w. p. n. e
Elektryczność zauważył już w V w. p.n.e. Tales z Miletu, przeprowadził on proste doświadczenie - pocierał suknem bursztyn, który uzyskiwał w ten sposób zdolność przyciągania drobnych ciał. Później dopiero, po upływie ponad lat, angielski filozof i fizyk William Gilbert, stwierdził, że nie tylko bursztyn, ale i wiele innych ciał posiada taką właściwość. Badania i upór wielu wielkich dziś już ludzi doprowadziło do odnalezienia prądu elektrycznego... Jak to się zaczęło?

4 Ładunek elektryczny jest to elementarna cząstka atomu stanowiąca źródło pola elektrycznego (elektromagnetycznego). Wszystkie zjawiska elektryczne tłumaczy się jako przejaw obecności, ruchu i oddziaływania ładunków elektrycznych. W przyrodzie występują dwa rodzaje ładunków elektrycznych, umownie nazywanych dodatnimi i ujemnymi. Stwierdza się, że ładunki elektryczne jednoimienne (o tym samym znaku) odpychają się, a różnoimienne - przyciągają. Wielkość ładunku elektrycznego jest miarą elektryczności. Ładunek elektryczny oznacza się literą q

5 o r, znajdujących się w ośrodku o stałej elektrycznej, jest równa:
Prawo Coulomba Siła wzajemnego oddziaływania (odpychania lub przyciągania) dwóch punktowych ładunków elektrycznych q1 i q2, odległych od siebie o r, znajdujących się w ośrodku o stałej elektrycznej, jest równa:

6 q i wartości tego ładunku:
Potencjałem pola elektrycznego nazywa się iloraz energii potencjalnej punktowego ciała naelektryzowanego ładunkiem q i wartości tego ładunku: Jednostką potencjału jest 1 wolt (1 V).Pole w danym punkcie ma potencjał 1 V, jeżeli umieszczony w nim ładunek 1 C ma energię potencjalną 1 J (1 V = 1 J/1 C).

7 Napięcie elektryczne między dwoma punktami (A i B) pola jest równe różnicy potencjałów VA - VB w tych punktach: Napięcie mierzy się w voltach, [V].

8 Po przyłożeniu napięcia, na bezładny ruch elektronów nakłada się ruch uporządkowany w kierunku oddziaływania sił pola Mamy wtedy do czynienia z prądem elektrycznym. W metalach nośnikami ładunku elektrycznego są elektrony. Ten rodzaj przewodnictwa nazywa się przewodnictwem elektronowym, a ciała wykazujące takie właściwości - przewodnikami elektrycznymi. Tego rodzaju przewodniki przy przepływie prądu elektrycznego nie ulegają żadnym zmianom chemicznym. Do najbardziej znanych, powszechnie stosowanych przewodników należy miedź i aluminium.

9 W płynach natomiast powstają odpowiednio jony dodatnie i ujemne, między którymi występuje siła przyciągania elektrycznego. W ciałach stałych jony nie mogą się przemieszczać, czyli ciała te nie przewodzą. Jeżeli jednak takie ciała o strukturze jonowej zostaną rozpuszczone w odpowiedniej cieczy, stają się przewodnikami elektrycznymi (niektóre wystarczy roztopić lub ogrzać do wysokiej temperatury). Przewodnictwo tego typu nazywa się przewodnictwem jonowym i polega ono na rozszczepieniu cząsteczek na jony i przemieszczaniu się jonów dodatnich w kierunku ujemnego pola, a jonów ujemnych w kierunku przeciwnym. Przewodnictwu jonowemu towarzyszą zmiany chemiczne. Przewodniki, w których przy przepływie prądu elektrycznego zachodzą zmiany chemiczne, nazywane są powszechnie elektrolitami.

10 Prąd elektryczny jest to uporządkowany ruch (przepływ) ładunków elektrycznych. Warunkiem przepływu prądu elektrycznego w przewodniku jest istnienie pola elektrycznego, czyli istnienie na końcach przewodnika różnicy potencjałów. Z chwilą wyrównania się potencjałów na obu końcach przewodnika ustaje przenoszenie ładunku, zatem żeby zachować w przewodniku ciągły przepływ prądu, do obu jego końców musi być przyłożone źródło napięcia (źródło energii elektrycznej utrzymujące w sposób ciągły różnicę potencjałów) i musi być zapewniona zamknięta droga przepływu prądu, czyli obwód elektryczny.

11 Obwód elektryczny Obwodem elektrycznym nazywa się pewien układ, w skład którego wchodzą źródła prądu, przewody przewodzące prąd oraz inne elementy. Mogą to być: oporniki, cewki , kondensatory, diody czy wzmacniacze.

12 Obwody elektryczne ze względu na sposób połączenia dzielimy na:
- obwody nierozgałęzione - obwody rozgałęzione

13 Źródło prądu elektrycznego - jest to źródło które dostarcza zasilania prądem elektrycznym, może nim być bateria, akumulator, lub prądnica elektryczna.

14 Odbiornik - urządzenia, które zamieniają energię elektryczną na inny rodzaj energii (ciepło, światło).

15 Charakterystyczną wielkością fizyczną każdego przewodnika jest rezystancja (zwana dawniej opornością lub oporem elektrycznym), która decyduje o stopniu trudności przepływania prądu przez przewodnik. Im więcej wolnych elektronów w przewodniku (np. w przewodniku wykonanym z miedzi jest więcej wolnych elektronów niż w wykonanym z żelaza), tym większe natężenie płynącego prądu, wywołane napięciem o tej samej wartości. Opór przewodu zależy od rodzaju materiału, długości i przekroju poprzecznego :

16 Większość materiałów stosowanych w elektrotechnice to materiały krystaliczne, które ze względu na zdolność przewodzenia prądu elektrycznego można zakwalifikować do jednej z grup: izolatory, półprzewodniki i przewodniki. Izolatory praktycznie nie przewodzą prądu elektrycznego. Półprzewodniki i przewodniki przewodzą.

17 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. Do najpopularniejszych przewodników należą: woda, grafit, stal, aluminium, miedź, srebro, złoto,,.

18 Półprzewodniki - najczęściej substancje krystaliczne, których konduktywność (przewodnictwo właściwe) może być zmieniana w szerokim zakresie poprzez domieszkowanie, ogrzewanie, oświetlenie bądź inne czynniki. Przewodnictwo typowego półprzewodnika plasuje się między przewodnictwem metali i dielektryków. Wartość rezystancji półprzewodnika maleje na ogół ze wzrostem temperatury. Rozróżniamy: - półprzewodniki samoistne, - półprzewodniki domieszkowe. Choć te kolorowe grudki przypominają cukierki, to są to w istocie półprzewodniki złożone z drobnych kryształków - magnetycznych kropek kwantowych.

19 Dielektryk, izolator elektryczny – materiał, w którym bardzo słabo przewodzony jest prąd elektryczny. Może to być rezultatem niskiej koncentracji ładunków swobodnych, niskiej ich ruchliwości, lub obu tych czynników równocześnie.

20 Rodzaje prądu elektrycznego:
Prąd stały jest to prąd, którego wartość natężenia jest stała w funkcji czasu. W obwodzie elektrony poruszają się w sposób ciągły, w jednym kierunku.

21 Prąd zmienny jest to prąd, którego wartość natężenia jest zmienna w funkcji czasu. Elektrony poruszają się na przemian w jednym i drugim kierunku w przewodzie i we wszystkich elementach składowych obwodu.

22 Prąd sinusoidalny jest to prąd przemienny, którego wartość i kierunek natężenia, zmieniają się jak funkcja sinus (cosinus)

23 I- natężenie prądu [A], q – ładunek [C], t – czas [s].
Wielkością fizyczną charakteryzującą prąd elektryczny jest natężenie prądu elektrycznego. Miarą natężenia prądu jest iloraz ładunku przepływającego przez przewodnik i czasu jego przepływu: przy czym: I- natężenie prądu [A], q – ładunek [C], t – czas [s]. Natężenie prądu określa, jak wielki ładunek przepływa przez przekrój poprzeczny przewodnika w jednostce czasu. Jednostką natężenia prądu jest amper [A] - 1 A = 1 C / 1 s

24 I - natężenie prądu, U – napięcie, R - rezystancja
Zależność między wartością natężenia prądu płynącego przez przewodnik a wartością napięcia na jego końcach wyraża prawo Ohma: I = U / R przy czym: I - natężenie prądu, U – napięcie, R - rezystancja

25 Z prawa Ohma wynika, że napięcie U na rezystancji R jest równe iloczynowi prądu I, płynącego przez tę rezystancję i wartości rezystancji R D U = I x R Często określenia się to jako spadek napięcia na rezystancji i zapisuje symbolem D U. Ma to swoje uzasadnienie przy określeniu zmniejszenia napięcia wzdłuż obwodu elektrycznego o określonej rezystancji wskutek przepływu prądu

26 W = U * I * t Prawo Joule'a Lenza
Pracę wykonaną przez siły elektryczne przy przenoszeniu ładunku podczas przepływu prądu nazywamy pracą prądu elektrycznego. Jest ona równa iloczynowi napięcia, natężenia prądu i czasu jego przepływu. W = U * I * t

27 Pierwsze Prawo Kirchhoffa
Mówi o tym, że w każdym węźle obwodu elektrycznego suma algebraiczna wszystkich prądów jest równa 0. Umownie możemy przyjąć, że prądy wpływające do węzła zapisujemy ze znakiem "+" a wypływające "-". Powyższą treść wzorując się na rysunku zapisujemy wzorem: I1+I2−I3−I4=0

28 Drugie prawo Kirchhoffa
Dotyczy bilansu napięć w zamkniętej części obwodu elektrycznego. Mówi o fakcie że w dowolnym oczku obwodu elektrycznego suma algebraiczna wszystkich napięć (zarówno źródłowych jak i spadków napięcia na odbiornikach) równa jest 0. Znaczymy umowny kierunek obiegu oczka przez co wszystkie napięcia zgodne z tym zwrotem piszemy ze znakiem "+" a przeciwne z "-". Powyższą treść wzorując się na rysunku zapisujemy wzorem: E1 - U1 - U2 + E3 - U3 - E2 = 0

29 Pole magnetyczne wokół przewodnika z prądem
Przewodnik prostoliniowy, przez który płynie prąd elektryczny, wytwarza wokół siebie pole magnetyczne, którego linie tworzą okręgi leżące w płaszczyźnie prostopadłej do przewodnika o środkach leżących na przewodniku. Zjawisko indukcji elektromagnetycznej - mówi o tym, że zmienne pole magnetyczne przenikające przewodnik indukuje (wytwarza) w nim siłę elektromotoryczną (napięcie, prąd).

30 Wyładowania atmosferyczne.
Początek wyładowaniom atmosferycznym dają zakłócenia cyrkulacji atmosfery, które pojawiają się w zależności od pory roku i miejsca na kuli ziemskiej, z większą lub mniejszą częstotliwością. Ogromne rozmiary chmur burzowych, powodują szybkie skraplanie się zgromadzonej w nich pary wodnej. W tych groźnych chmurach ścierają się ze sobą prądy ciepłego i zimnego powietrza, czego oznaką są porywiste wiatry, ulewne deszcze, grzmoty, błyskawice, a nawet grad. Wiemy, że wyładowania atmosferyczne, mimo swej spektakularności oraz często niszczycielskiej siły, są również źródłem wielkiej energii.

31 W czasie burzy napięcie pomiędzy Ziemią a chmurą dochodzi do
V. Prąd płynący w błyskawicy ma natężenie w szczycie około A a czasami i więcej. Zwykła letnia burza wyzwala energię o mocy trzynastokrotnie większej niż energia bomby atomowej zrzuconej na Hiroszimę, której ładunek odpowiadał ton TNT (trotylu - trójnitrotoluenu).

32