Электрический ток. Сила электрического тока, единицы измерения.
Электрический ток — направленное движение заряженных частиц. Направление, в котором движутся положительно заряженные частицы, считается направлением тока. Вещества, в которых возможно движение зарядов, называются проводниками.
В металлах единственными носителями тока являются электроны. Направление тока противоположно направлению движения электронов.
Для существования тока необходимо: 1) наличие свободных заряженных частиц; 2) существование внешнего электрического поля; 3) наличие источника тока — источника сторонних сил.
Если в цепи устанавливается электрический ток, то это означает, что через поперечное сечение проводника все время переносится электрический заряд. Заряд, перенесенный в единицу времени, служит основной количественной характеристикой тока, называемой силой тока. Если через поперечное сечение проводника за время переносится заряд , то среднее значение силы тока равно:
Таким образом,
Эквипотенциальные поверхности. Эквипотенциальные поверхности для точечного электрического заряда.
Эквипотенциальные поверхности-поверхности, во всех точках которых потенциал «фи» имеет одно и то же значение.
Силовые линии электростатическое поля всегда перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям.
Эквипотенциальные поверхности кулоновского поля точечного заряда – концентрические сферы
Эквипотенциальные поверхности (синие линии) и силовые линии (красные линии) простых электрических полей: a – точечный заряд;
Если поле создается точечным зарядом, то его потенциал
Таким образом, эквипотенциальные поверхности в данном случае — концентрические сферы.
С одной стороны, линии напряженности в случае точечного заряда — радиальные прямые. Следовательно линии напряженности перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям.
Линии напряженности всегда нормальны к эквипотенциальным поверхностям. Все точки эквипотенциальной поверхности имеют одинаковый потенциал, поэтому работа по перемещению заряда вдоль этой поверхности равна нулю, т.е. электростатические силы,действующие на заряд,всегда направлены по нормалям к эквипотенциальным поверхностям.
Поляризация диэлектрика. Напряженность электростатического поля внутри диэлектрика.
Диэлектрики – вещества, обладающие малой электропроводностью, т.к. у них очень мало свободных заряженных частиц – электронов и ионов. Эти частицы появляются в диэлектриках только при нагреве до высоких температур. Существуют диэлектрики газообразные (газы, воздух), жидкие (масла, жидкие органические вещества) и твердые (парафин, полиэтилен, слюда, керамика и т.п.).
Поляризация диэлектрика-процесс ориентации диполей(система двух, точечных разноименных зарядов (+ и -) находящихся на расстоянии друг от друга) или появления под воздействием внешнего электрического поля ориентированных по полю диполей.
напряженность результирующего поля внутри диэлектрика равна (14,6)
Величинаназывается диэлектрической проницаемостью или относительной диэлектрической проницаемостью. Диэлектрическая проницаемость показывает во сколько раз уменьшается напряженность в диэлектрике по сравнению с напряженностью в вакууме.
Закон поглощения радиоактивного излучения.
Закон Ома для полной цепи.
Сила тока в электрической цепи будет прямо пропорциональна напряжению приложенному к этой цепи, и обратно пропорциональна сумме внутреннего сопротивления источника электропитания и общему сопротивлению всей цепи.
Период полураспада.
Период полураспада — промежуток времени, в течение которого распадается половина данного количества ядер радиоактивного изотопа (которые превращаются в другой элемент или изотоп)
Чем меньше период полураспада, тем меньше «живут» радиоактивные ядра. И тем больше активность вещества. Так, активность урана на протяжении лет заметно не меняется
откуда где — постоянная для данного радиоактивного вещества величина, называемая постоянной радиоактивного распада.
Принцип неопределенности Гейзенберга
Электроемкость конденсатора, Электроемкость плоского конденсатора.
Конденсатор — это система, состоящая из двух или более проводников.
Плоский конденсатор — две параллельные металлические пластины (обкладки), между которыми находится диэлектрик.
Под емкостью конденсатора понимается физическая величина С, равная отношению заряда q , накопленного на обкладках, к разности потенциалов между обкладками.
Используя общую формулу нахождения электроемкости, можно получить
Поле между обкладками конденсатора однородно, поэтому напряжение можно определить как
Рассчитаем емкость плоского конденсатора с площадью пластин S, поверхностной плотностью заряда σ, диэлектрической проницаемостью ε диэлектрика между пластинами, расстоянием между пластинами
.
Используя связь Δφ и Е, находим
— емкость плоского конденсатора.
Атомное ядро. Зарядовое число ядра. Массовое число ядра. Изотопы.
. Атомное ядро — центральная часть атома, в которой сосредоточена основная его масса (более 99,9 %). Ядро заряжено положительно, заряд ядра определяет химический элемент, к которому относят атом.
Зарядовое число атомного ядра (синонимы: атомный номер,
Массовое число – суммарное число протонов и нейтронов в атомном ядре (нуклонов)
Изотопы — разновидности атомов (и ядер) какого-либо химического элемента, которые имеют одинаковый атомный (порядковый) номер, но при этом разные массовые числа
Общее число нуклонов (протоны + нейтроны) называется массовым числом А.
Гипотеза де Бройля.
Гипотеза де Бройля заключалась в том, что электрон, корпускулярные свойства которого (заряд, масса) изучаются давно, имеет еще и волновые свойства, т.е. при определенных условиях ведет себя как волна.
Количественные соотношения, связывающие корпускулярные и волновые свойства частиц, такие же, как для фотонов.
Идея де Бройля состояла в том, что это соотношение имеет универсальный характер, справедливый для любых волновых процессов. Любой частице, обладающей импульсом р, соответствует волна, длина которой вычисляется по формуле де Бройля.
— волна де Бройля, p =mv— импульс частицы, h— постоянная Планка-6,625*10-34 Дж*с
Удельное сопротивление проводника, единицы измерения. Зависимость сопротивления проводника от температуры
Сопротивление R проводника зависит от его размеров и формы, а также от материала проводника.
,
где ρ — удельное сопротивление проводника — сопротивление единицы длины проводника.l — длина проводника; S — площадь поперечного сечения проводника.
Изменение удельного сопротивления, а значит и сопротивления, с температурой описывается линейным законом:
где r и r0, R и R0 — соответственно удельные сопротивления и сопротивления проводника при t и 0°С, a — температурный коэффициент сопротивления,для чистых металлов (при не очень низких температурах) близкий к 1/273 К–1. Следовательно, температурная зависимость сопротивления может быть представлена в виде
где Т — термодинамическая температура.
Дефект массы. Энергия связи атомного ядра
Массы всех ядер (кроме водорода) меньше, чем массы образующих их протонов и нейтронов в свободном состоянии. Разность масс называют дефектом масс.
Энергия связи
Согласно уравнению Эйнштейна, если есть какая-то система частиц, обладающая массой, то изменение энергии этой системы приводит к изменению ее массы
Три вида магнетиков, их особенности.
1) парамагнетики – вещества, которые слабо намагничиваются в магнитном поле, причем результирующее поле в парамагнетиках сильнее, чем в вакууме, магнитная проницаемость парамагнетиков m > 1; Такими свойствами обладают алюминий, платина, кислород и др.;Парамагнетики – вещества, молекулы, которых обладают собственным магнитным моментом
2) диамагнетики – вещества, которые слабо намагничиваются против поля, то есть поле в диамагнетиках слабее, чем в вакууме, магнитная проницаемость m < 1. К диамагнетикам относятся медь, серебро, висмут и др. ; диамагнетики выталкиваются из магнитного поля.
3) ферромагнетики – вещества, способные сильно намагничиваться в магнитном поле, . Это железо, кобальт, никель и некоторые сплавы. Главная особенность этих веществ заключается в способности сохранять намагниченность в отсутствии внешнего магнитного поля
В любом веществе, внесенном в магнитное поле, возникает суммарный магнитный момент , который складывается из сумм магнитных моментов , связанных с отдельными частицами (атомами, молекулами).
. | (7.2) |
Размерность магнитного момента в системе «СИ» − Вольт×секунда×метр [В×с×м] или Вебер×метр [Вб×м].
Одна из основных характеристик магнетиков – их намагниченность
. | (7. 3) |
Электроемкость проводника, единицы измерения. Электроемкость шара.
Электроемкость — это скалярная величина, характеризующая способность проводниканакапливать электрический заряд
Электроемкость зависит от формы проводника! Поэтому для каждого вида существует своя формула расчета электроемкости.
Электроемкость шара
Фундаментальные типы взаимодействий и их характеристики.
Тип | Взаимодей- ствующие частицы |
Сильное | адроны, ядра |
кварки, глюоны | |
Электро- магнитное | заряжен. частицы, фотон |
Слабое | лептоны, адроны |
Гравита- ционное | все частицы |
Сильное и слабое взаимодействия являются короткодействующими. Их интенсивность быстро убывает при увеличении расстояния между частицами. Такие взаимодействия проявляются на небольшом расстоянии, недоступном для восприятия органами чувств.
Гравитационное взаимодействие — универсальное фундаментальное взаимодействие между всеми материальными телами. В приближении малых скоростей и слабого гравитационного взаимодействия описывается теорией тяготения Ньютона, в общем случае описывается общей теорией относительности Эйнштейна. Гравитация является самым слабым из четырех типов фундаментальных взаимодействий.
Электромагнитное взаимодействие — одно из четырёх фундаментальных взаимодействий. Электромагнитное взаимодействие существует между частицами, обладающими электрическим зарядом[1]. С современной точки зрения электромагнитное взаимодействие между заряженными частицами осуществляется не прямо, а только посредством электромагнитного поля.
С точки зрения квантовой теории поля электромагнитное взаимодействие переносится безмассовым бозоном — фотоном (частицей, которую можно представить как квантовое возбуждение электромагнитного поля).
Сам фотон электрическим зарядом не обладает, а значит не может непосредственно взаимодействовать с другими фотонами.
Слабое взаимодействие, или слабое ядерное взаимодействие — одно из четырех фундаментальных взаимодействий в природе. Оно ответственно, в частности, за бета-распад ядра. Это взаимодействие называется слабым, поскольку два других взаимодействия, значимые для ядерной физики (сильное и электромагнитное), характеризуются значительно большей интенсивностью. Однако оно значительно сильнее четвертого из фундаментальных взаимодействий, гравитационного. Слабое взаимодействие является короткодействующим — оно проявляется на расстояниях, меньших размера атомного ядра. Стандартная модель физики элементарных частиц описывает электромагнитное взаимодействие и слабое взаимодействие как разные проявления единого электрослабого взаимодействия, теорию которого разработали около 1968 года Глэшоу, Салам и Вайнберг. За эту работу они получили Нобелевскую премию по физике за 1979 год.
Свойства
В слабом взаимодействии участвуют все фундаментальные фермионы (лептоны и кварки). Это единственное взаимодействие, в котором участвуют нейтрино (не считая гравитации, пренебрежимо малой в лабораторных условиях). Слабое взаимодействие позволяет лептонам, кваркам и их античастицам обмениваться энергией, массой, электрическим зарядом иквантовыми числами — то есть превращаться друг в друга.Слабое взаимодействие позволяет лептонам, кваркам и их античастицам обмениваться энергией, массой, электрическим зарядом иквантовыми числами — то есть превращаться друг в друга.
Сильное взаимодействие обеспечивает связь нуклонов в ядре и определяет ядерные силы. С его помощью ученые объяснили, почему протоны ядра атома не разлетаются под действием электромагнитных сил отталкивания. Хорошо известно, что ядра состоят из протонов и нейтронов. Чтобы положительно заряженные протоны не разлетелись в разные стороны, необходимо наличие сил притяжения между ними, превосходящих силы электростатического отталкивания. Именно сильное взаимодействие является ответственным за эти силы притяжения.
Тема урока: «Силы тока, напряжение. Единицы измерения». | План-конспект урока по физике (8 класс) на тему:
Тема урока: «Силы тока, напряжение. Единицы измерения».
Цель: обобщить и углубить знания учащихся об электрическом токе, ввести новые физические величины, определить количественные характеристики электрического тока, узнать обозначения силы тока, напряжения, формулы для их вычисления, единицы измерения.
Задачи урока:
1.Образовательная: развивать у учащихся потребность использовать научные методы познания (наблюдение) для формирования понятий силы тока и напряжения. 2.Развивающая: Продолжить формировать умение решать задачи.
3.Воспитательная: Усилить интерес к предмету, расширить кругозор, формировать мировоззрение.
Оборудование: мультимедиапроектор, компьютер, интерактивная доска.
План урока:
1.Организационный момент
2.Актуализация знаний.
3.Изучение нового материала.
4.Решение задач.
5. Самостоятельная работа
6. Взаимопроверка с/р.
6.Домашнее задание.
7. Итог урока.
1. Организационный момент.
В начале урока обеспечивается рабочая обстановка, организация внимания учеников. Объявляется тема и цель урока.
2. Актуализация знаний.
Каковы условия возникновения и существования электрического тока?
Необходимые условия:
- Наличие свободных электронов в проводнике.
- Наличие внешнего электрического поля для проводника.
- Наличие источника тока.
Согласно электронной теории в телах имеются свободные электроны, которые совершают хаотическое движение, подобные движению молекул газа. (слайд)
Если к проводнику приложено внешнее электрическое поле, то на беспорядочное движение свободных электронов накладывается направленное движение под действием сил электрического поля, что и обуславливает электрический ток.
Дадим строгое определение тому, что называют электрическим током.
(Электрическим током называется направленное движение заряженных частиц).
Чтобы электрический ток в проводнике существовал длительное время, что необходимо?
(Необходимо все это время поддерживать в нем электрическое поле).
Чем может поддерживаться электрическое поле?
(Электрическое поле может поддерживаться источниками электрического тока).
Какие источники тока вы знаете?
Нарисуйте простейшую схему электрической цепи, состоящую из элементов: источника тока, лампы накаливания и ключа.
Что происходит в источнике тока?
(Происходит разделение положительно и отрицательно заряженных частиц за счет сил неэлектрического происхождения).
3.Изучение нового материала.
Чтобы начать говорить о характеристиках электрического тока, давайте посмотрим следующие изображения
(слайд ).
Чем отличаются эти два потока? (скоростью течения)
А одинаковая ли сила движет этими частицами воды? И как зависит скорость течения от этой силы?
(Сила различная. Чем сила больше, тем скорость течения больше.)
Аналогично и с током.
Электрическое поле действует с определенной силой на заряженные частицы.
Чем больше величина этой силы, тем больше будет скорость направленного движения заряженных частиц. Это означает, что через поперечное сечение проводника пройдет в единицу времени большее число заряженных частиц и будет перенесен больший электрический заряд, т.е. пройдет больший ток.
Вот мы и определили основную количественную характеристику тока.
Она называется СИЛОЙ ТОКА.
Сила тока равна количеству электрического заряда, прошедшему через поперечное сечение проводника в единицу времени.
I= q/t
Измеряется в Амперах, названа так в честь французского учёного Анри Ампера .
(слайд ).
Ампер Андре Мари (1775-1836) — французский физик и математик. Он создал первую теорию, которая выражала связь электрических и магнитных явлений Амперу принадлежит гипотеза о природе магнетизма, он ввел в физику понятие «электрический ток».
Сила тока равна 1 амперу, если через поперечное сечение проводника за время равное
1 секунде протекает заряд, равный 1 Кл:
1А=1Кл/1с.
Для измерения слабых токов используется 1мА и 1мкА, а сильных – 1кА.
Работа на интерактивной доске.
Пользуясь таблицей кратных единиц определите:
1мА=0,001А=10-3А
1мкА=0,000001А=10-6А
1кА=1000А=103А
2000мА=
100мА=
1000000мкА=
3кА=
0,2кА=
(слайд ).
Силу тока измеряют специальными приборами – амперметрами. Амперметр включают в цепь последовательно с тем прибором, в котором надо измерить силу тока, »+» к »+» источника, »-» к »-» источника тока.
Действующее в цепи электрическое поле характеризуется особой величиной, называемой напряжением.
Напряжение показывает, какую работу совершат электрическое поле по перемещению единицы заряда на данном участке цепи.
U=A /q
Измеряется в Вольтах.
Напряжение измеряют специальными приборами – вольтметром. Вольтметр включают в цепь параллельно с тем прибором, в котором надо измерить напряжение, »+» к »+» источника, »-» к »-» источника тока.
Внимание!!!
Ток от 0,05А до 0,1 А является опасным для жизни человека.
Напряжение:
-в осветительной сети 127 и 220 В.
между облаками во время грозы до 100 000 000В.
Безопасное электрическое напряжение в сыром помещении-12 В.
Безопасное электрическое напряжение в сухом помещении -36 В.
4. Решение задач:
1.Через поперечное сечение проводника в 1 с. проходит заряд 2 Кл. Какова сила тока в проводнике?
2. Какая работа совершается электрическим полем при перемещении заряда в 4,5 Кл через поперечное сечение нити накала лампы, если напряжение на лампе равно 3 В?
3. Сколько времени продолжается перенос 7,7 Кл при силе тока 0,5 А?
4. Какова сила тока в лампочке велосипедного фонарика, если при напряжении 4 В, в ней за 1 с расходуется 0,8 Дж электроэнергии?
5. Определите напряжение на участке цепи, если при прохождении по нему заряда в 15 Кл током была совершена работы в 6 кДж. (400 В)
6.При переносе 60 Кл электричества из одной точки электрической цепи в другую за 10 мин совершена работа 900 Дж. Определите напряжение и силу тока в цепи?
(0,1 А; 15 В)
5. Самостоятельная работа
Вариант 1 | Вариант 2 |
1. Что принято за направление движения электрического тока? | 1. Что происходит с электронами металла при возникновении в нем электрического поля |
2. Назовите условия появления электрического тока (2 условия) | 2. Из каких частей состоит электрическая цепь (2 условия) |
3. Как выражается сила тока через электрический заряд и время (Формула) | 3. Как выражается напряжение через электрический заряд и работу тока (Формула) |
4. Как называют прибор для измерения напряжения | 4. Как называют прибор для измерения силы тока |
5. Назовите правила включения в цепь прибора для измерения силы тока (3 правила) | 5. Назовите правила включения в цепь прибора для измерения напряжения (2 правила) |
6. Что такое электрическое напряжение? | 6. Что такое сила тока? |
7. 35,2 А=… мА | 7. 2,5 В=… мВ |
8. Напряжение на участке цепи равно 50В, какая была совершена работа тока, если прошедший заряд равен 10Кл? (Верный ответ, указаны единицы измерения, отсутствие ошибок оформления) | 8. Сила тока на участке цепи равна 2А, какой заряд прошел через проводник за 20 секунд? (Верный ответ, указаны единицы измерения, отсутствие ошибок оформления) |
6. Взаимопроверка.
(метод самопроверки или взаимопроверки).
(слайд)-ответы.
7. Домашнее задание.
8. Итог урока.
http://profistart.ru/ps/blog/29378.html- сайт профистарта
Единица электрического тока «ампер»
Единица измерения электрического тока Ампер (А), названная в честь французского физика Андре-Мари Ампера (1775 — 1836), является одной из семи традиционных основных единиц Международной системы измерения силы тока. Единицы (СИ).
В историческом развитии СИ с 1948 года ампер определялся силовым действием между двумя проводниками, по которым течет ток. Это «классическое» определение, основанное на электромагнетизме, неявно установило значение магнитной постоянной μ 0 = 4 π . 10 -7 Н . м -1 = 4π . 10 -7 м . кг . с -2 . А -2 . Прямые практические реализации ампера в соответствии с этим определением SI были основаны на сложных электромеханических устройствах, таких как, например, «текущий баланс». Точность таких реализаций ограничивалась несколькими десятимиллионными долями, что недостаточно для требований современной метрологии.
В соответствии с рекомендациями CIPM ( International Comité des Poids et Mesures ), с 1990 года все калибровки электрического напряжения и сопротивления были связаны с электрическими квантовыми стандартами для электрического напряжения, т. е. эффекта Джозефсона, и для электрического сопротивления , то есть квантовый эффект Холла. Точно фиксированные числовые значения постоянной Джозефсона, связанные с эффектом Джозефсона ( К Дж-90 = 483 597,9 ГГц/В 90 ) и для константы фон-Клитцинга, связанной с квантовым эффектом Холла ( R K-90 = 25 812,807 Ом 90 ).
Использование этих «обычных» эталонных значений для констант фон Клитцинга и Джозефсона имело значительные практические преимущества с точки зрения обслуживания и распространения электрических единиц. Это позволило воспроизвести электрические единицы со значительно улучшенной точностью до одной миллиардной. Однако это также означало, что электрические агрегаты, производные от «обычных» агрегатов V 90 и Ω 90 больше не соответствовали действующей Международной системе единиц (СИ).
20 мая 2019 г. вступила в силу редакция СИ, согласно которой значения СИ для постоянной Джозефсона К Дж = 2 е / ч и для постоянной фон-Клитцинга Р K = ч / e 2 с использованием точно определенных значений элементарного заряда e и постоянной Планка ч . Таким образом, реализация ома и вольта в рамках СИ теперь возможна за счет использования соответствующих квантовых эффектов. Используя соотношение I = U / R или 1 А = 1 В/Ом, соответственно (т. е. «закон Ома»), электрический ток или единицу ампера можно проследить до двух электрических квантовых эффектов для вольт и ом косвенно, но в полном соответствии с СИ.
Редакция SI 2019 года в принципе предлагает еще одну возможность прямого определения ампера, которая основана на точном значении элементарного заряда и . При этом используется определение тока I как количества заряда Δ Q , переносимого через проводник в единицу времени Δ t , т.е. Понимая под переносимым зарядом число Н носителей заряда с зарядом е (например, электронов), получаем 1 = Н ∙ е /Δ t = 90 Н