Что такое электродвижущая сила (ЭДС)

Неотъемлемым элементом любой самодостаточной электрической цепи является источник (генератор) тока. Он разделяет электрические заряды, благодаря чему напряжение поддерживается в приемлемом диапазоне значений. Без этого электрический ток с точно заданными характеристиками в цепи существовать не может. Если мы поставим в цепь, например, конденсатор (пусть даже очень ёмкий), ток в ней возникнет, но через некоторое, как правило, очень непродолжительное время, он закончится. Электрическое поле переместит все имеющиеся свободные заряды, и конденсатор разрядится.

Электродвижущая сила

Определение

Электродвижущей силой источника тока называют силы не электростатического происхождения, действующие внутри указанных устройств и перемещающие электрические заряды против электростатического поля, которое создаёт необходимую разность потенциалов.

Природа у электродвижущих сил может быть самой разной. В гальванических источниках электрического тока они возникают благодаря энергии, высвобождающейся в химических реакциях между веществом электродов и электролитов. В генераторах постоянного тока они создаются энергией магнитного поля и механической энергией вращения якоря.

Формула расчета ЭДС в электрических цепях, состоящих из замкнутых контуров

Работа электростатических сил равна нулю, ведь заряды (электроны) приходят практически в то же место откуда вышли. Не равна нулю только результирующая работа электродвижущих сил цепи. 

Её величина определяется формулой электродвижущей силы:

Формула

Формула ЭДС:

\[\varepsilon=\frac{A}{q}\].

Именно этому равна электродвижущая сила. A – работа сторонних сил, т. е. ЭДС.

Обратите внимание, направлением ЭДС считается направление, в котором внутри источника перемещаются именно положительные заряды. Часто оно противоположно направлению перемещения реальных носителей заряда, в качестве которых в подавляющем большинстве случаев выполняют электроны.

Если источник тока только один, то направление ЭДС в цепи такое же, как у него.

Размерность электродвижущей силы не равна размерности силы или работы. В системе СИ величина ЭДС измеряется в вольтах. Это мера разности потенциалов, которая создаётся на зажимах при разомкнутом генераторе.

Электродвижущая сила цепи и напряжение

Представим электрическое поле. Рассмотрим в нём произвольную кривую, соединяющую между собой точки A и B. Для дальнейшего объяснения на выбранной линии следует указать положительное направление.

Напряжение на этой кривой будет равняться:

\[U=\int_{l} E d l\]

Под напряжённостью поля, как известно, понимают силу, действующую на помещённый в него единичный положительный заряд. Интеграл в данном случае – работа по перемещению заряда по кривой.

Значение напряжения станет равно разности потенциалов на концах нашей линии: U = φ1 – φ2.

Какую форму имеет кривая, совершенно безразлично. Важны лишь её начальные и конечные точки.

Давайте подробнее изучим циркуляцию вектора напряжённости по замкнутому контуру L.

Выделим на указанном контуре точки A и B. Они разделят его на два криволинейных незамкнутых отрезка. {B} E d l=\varphi 1-\varphi 2=\varphi 2-\varphi 1=0\]

Из этого легко сделать вывод, что циркуляция вектора напряжённости по контуру, если он замкнут, равняется нулю. E и dl – векторные величины.

Определение

Электродвижущей силой в теории электричества принято считать циркуляцию вектора напряжённости по произвольному замкнутому контуру.

\[\varepsilon=\oint_{L} E d l=0\]

Если поле электростатическое, то ЭДС замкнутого контура (каким бы он ни был) равна нулю.

Закон Ома для участка цепи с электродвижущей силой тока

Рассмотрим один из самых простых случаев – электрическую цепь с химическим источником ЭДС, элементом Вольта. Он состоит из двух электродов (медного и цинкового), погружённых в раствор кислоты.

Электродвижущая сила в этом случае создаётся следующим образом: цинк при растворении в кислоте теряет положительно заряженные атомы, приобретая тем самым отрицательный потенциал, а медь становится положительно заряженной. В результате возникает сторонняя ЭДС. Находится она в очень тонком слое, отделяющем электролит от цинкового и медного электродов. Когда цепь замыкают, на сопротивлениях двух частей цепи (внешней и внутренней) возникает разность потенциалов и начинает течь ток I.

Для простоты расчётов будем исходить из того, что сопротивления на всех участках цепи распределены равномерно по всему контуру L.

Из закона сохранения энергии следует, что работа, совершаемая электрическим полем при движении заряда q по внешней цепи и в электролите будет равняться

A_q = (φ1 – φ2)*q + (φ3 – φ4)*q 

Общую работу сторонних сил можно записать как

 Ɛ_q= A_st = (φ3 – φ2)*q + (φ1 – φ4)*q

Приравняв обе части двух предыдущих выражений, получим

A_q= A_st

Формула явно указывает на то, что работа сторонних сил и работа электрического поля равны между собой.

Из закона Ома следует, что

φ1 – φ2 = I*R, а φ3 – φ4 = I*r 

От сюда следующий вид закона Ома с электродвижущей силой.

Ɛ = I*(R + r)

Справедлив он только для замкнутой цепи.

О втором правиле Кирхгофа

Полученная формула говорит, что электродвижущая сила равна сложенным друг с другом произведениям силы тока на все сопротивления, составляющих замкнутую цепь.

Ɛ = I*R + I*r

Это очень важное утверждение. Часто его именуют Вторым правилом Кирхгофа. Оно относится ко всем замкнутым цепям, какими бы они ни были.

Важно

По-другому это правило можно сформулировать так – в любом электрическом замкнутом контуре алгебраическая сумма произведений сил токов на сопротивления, через которые они протекают равняется ЭДС в указанном контуре.

Сопротивления могут считаться не только положительными, но и отрицательными. Если направление тока совпадает с выбранным направлением обхода контура, то сопротивление признают положительным. Если не совпадает – отрицательным.

Электродвижущая сила тока считается положительной, в том случае, если в его источнике произошёл переход от отрицательного полюса к положительному. {N} I m R m\].

N – число участков, на которые мы разбили контур.

Данная формула позволяет очень легко рассчитывать достаточно сложные цепи, т. к. получаем систему независимых уравнений, легко решаемую с математической точки зрения. То что самостоятельно, на листе бумаги расчёты будут громоздкими – не проблема. Даже простейший не очень мощный компьютер с вычислениями может справиться весьма быстро.

Формула

Количество независимых контуров определяется по формуле:

\[n2 = p – m + 1\].

p – общее количество ветвей в цепи, m – общее количество узлов в цепи.

«ЭДС.Закон Ома для полной цепи»

 

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И МОЛОДЕЖНОЙ ПОЛИТИКИ СТАВРОПОЛЬСКОГО КРАЯ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«КУРСАВСКИЙ РЕГИОНАЛЬНЫЙ КОЛЛЕДЖ «ИНТЕГРАЛ

 

 

 

 

 

 

 

МЕТОДИЧЕСККАЯ РАЗРАБОТКА

УРОКА ФИЗИКИ

по теме: «ЭДС. ЗАКОН ОМА ДЛЯ ПОЛНОЙ ЦЕПИ»

1 курс, специальность:

270802 Строительство и эксплуатация зданий и сооружений

 

 

 

 

 

 

 

 

с.Курсавка

2014г.

Методическая разработка предназначена для проведения комбинированного  занятия по физике, с элементами самостоятельной и практической работы с использованием ТСО. Может проводиться со студентами 1 курса  в рамках изучения раздела «Законы постоянного тока».

 

Организация-разработчик: ГБОУ СПО «Курсавский региональный колледж «Интеграл»

Разработчик: преподаватель Кошельникова Е.В.

 

 

Рассмотрены, утверждены и рекомендованы к применению на заседании методического Совета  ГБОУ СПО КРК «Интеграл».

 

Протокол №_____ от  «___» февраля 2014 г.

 

Председатель                                           О.В. Сологубова

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

357070 Ставропольский край,

Андроповский район,

с. Курсавка, ул. Титова, 15

тел.: 8(86556)6-39-82, 6-39-83

факс:6-39-79

[email protected]

 

Содержание

Пояснительная записка. 4

Методика проведения урока. 5

Цели изадачи урока. 8

Структура урока. 11

Учебно-методическое обеспечение. 12

Приложения. 13

 

 

 

 

Пояснительная записка

Методическая разработка предназначена для проведения занятия со студентами 1 курса по теме «ЭДС. Закон Ома для полной цепи». В соответствии с требованиями  федерального образовательного стандарта нового поколения, при проведении урока использован  деятельностно-целевой подход к образованию. Большое внимание уделяется формированию универсальных учебных действий, таких как:  умение учиться и познавать мир, сотрудничать, коммуникатировать, организовывать совместную деятельность, исследовать проблемные ситуации – ставить и решать задачи.

Для формирования проектных, коммуникативных умений, активизации познавательной деятельности на уроке, в план урока, наряду с  классической формой изучения нового материала включено выполнения мини проектов.

Систематическое выполнение учащимися подобных проектов способствует более осознанному и конкретному восприятию изучаемого на уроке материала, повышает интерес к физике, развивает любознательность, прививает ценные практические умения и навыки. Задания такого рода  являются эффективным средством повышения самостоятельности и инициативы учащихся, что благоприятно сказывается на всей их учебной деятельности. Таким образом, при выполнении небольших исследовательских проектов учащиеся  вплотную подходят к творческому поиску. Такой подход к проведению уроков     позволяет проверять не знания, а умения учащихся  применить знания в незнакомой ситуации, решать проблемы, выражать мысли, работать с информацией, делать выводы.  

 

МЕТОДИКА Проведения урока

Уроки физики в современных условиях требуют активного вовлечения учащихся в процесс обучения.

Современные исследования показывают, что  человек запоминает 10% того, что читает, 20% того, что слышит,  30% того, что видит, 50-70% запоминается при участии в групповых дискуссиях, 80% при самостоятельном обнаружении и формулировании проблем. И лишь, участие обучающегося в реальной деятельности, в самостоятельной постановке проблем, выработке и принятии, решения, формулировке выводов и прогнозов ведет к тому, что  он запоминает и усваивает материал на 90%.

При подготовке и  проведении урока необходимо добиться максимальной самостоятельности учащихся при освоении нового материала, изменить формат отношений учитель – обучающийся.

Особенностью преподавания физики в колледже, является то, что средний уровень  подготовки учащихся 1-го курса достаточно низок. А объем изучаемого материала – сложен. В связи с этим, большое внимание на начальном этапе урока необходимо уделить повторению ранее изученного материала. В ходе урока, для поддержания внимания и интереса учащихся, необходимо осуществлять смену видов деятельности: просмотр видеофильма, беседа, дискуссия, самостоятельный эксперимент, решение задач, творческая практическая работа… Необходимо максимально доступно изложить новый материал, опираясь на  уже имеющиеся знания учащихся и на знания, полученные в ходе самостоятельных исследований и размышлений.

На подготовительном этапе — определяются цели и задачи урока, составляется план — конспект урока. Обучающиеся делятся на три микрогруппы и получают опережающее индивидуальное задание:  подготовить демонстрации
1) Вольтов столб
2) Корона сосудов

3)Фруктовое электричество

Основной этап — организация и проведение урока. Учащиеся проводят фронтальный эксперимент по определению ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока, самостоятельно выводят формулы и дают определения таким понятиям как короткое замыкание, идеальный источник тока, разомкнутая цепь…

На заключительный этапе подводятся итоги урока.

Возможные риски:

1.Теоретический материал достаточно сложен,  и учащиеся могут не справиться с поставленными перед ними задачами по выводу формул. Необходимо предусмотреть возможность помощи со стороны преподавателя.

2. Неисправность или выход из строя приборов, используемых в ходе эксперимента. (Предусмотреть дополнительный комплект приборов.

)

3. Модели альтернативных источников тока, представляемые учащимися могут оказаться не достаточно мощными.  В идеале ЭДС должна оказаться достаточной, для работы светодиода или лампы от карманного фонарика.  В случае неудачи – использовать мультиметр для определения ЭДС.

Ожидаемые результаты:

Оптимальное сочетание наглядно-образных, словесно-логических способов предъявления учебного материала, а  также сочетание самостоятельных фронтальных и групповых форм работы позволяет ожидать максимального выполнения всех поставленных целей и задач, повышения интереса учащихся к изучению предмета, создания положительного эмоционального настроя и проявления дальнейшей активности и самостоятельности учащихся при подготовке и проведении последующих занятий курса.

 

 

Цели изадачи урока

Тема: «ЭДС.Закон Ома для полной цепи»

Цель занятия: Ввести понятие электродвижущей силы, разъяснить содержание закона Ома для полной замкнутой цепи.

Задачи:
Образовательные: Ввести понятия электродвижущей силы; сформулировать закон Ома для полной цепи; сформировать у учащихся представление о различии между ЭДС, напряжением и разностью потенциалов.

Развивающие: Развивать навыки работы с приборами,  умение самостоятельно мыслить, выражать собственную точку зрения, умение размышлять и делать выводы, проводить связь с жизнью.
Воспитательные: вовлекать учащихся в работу  в коллективе, воспитывать чувство коллективизма, личной ответственности за выполнение поставленной задачи,  следовать основным нормам поведения, выполнять правила техники безопасности на уроке, формирование социальной роли ученика, положительного отношения к учению.
Методические: совершенствовать методику проведения уроков физики, в соответствии с  федеральным Государственным Образовательным стандартом нового поколения, совершенствование деятельностного подхода к обучению,

реализация идеи сотрудничества преподавателя и студентов.
Здоровьесберегающие:  способствоватьукреплению физического и психологического здоровья студентов,путем создания положительного настроя, ситуации «Успеха»; совершенствовать навыки безопасной работы с электроприборами и лабораторным оборудованием.

Формируемые компетенции:

•         ценностно-смысловая компетенция (чёткое представление учеником, что и как он изучает и каким образом он сможет использовать полученные знания в последующей жизни)

 

•         общекультурная компетенция (знание духовно-нравственных основ жизни человечества, связь полученных науроке знаний и исторических фактов из жизни ученых-физиков)

 

•         учебно-познавательная компетенция (способность учиться , самостоятельно получать знания и использовать их в своей деятельности)

 

•         информационная компетенция (владение информационными технологиями, умение осуществлять сбор и обработку необходимой информации)

 

•         коммуникативная компетенция (умение общаться, работать в группах и микрогруппах, уважать, слышать и слушать друг друга)

 

•         компетенция личностного самосовершенствования (способность учиться, получать новые знания, овладевать умениями, необходимыми для дольнейшей жизни)

Тип урока: Комбинированный урок.

Форма проведения:  изучение нового материала, практическая работа, исследовательская работа.

Методы проведения: сочетание объяснительно иллюстративных методов обучения с частично – поисковым и исследовательским методами обучения

Средства обучения и оборудование:

1) Подготовленные учащимися демонстрации: вольтов столб, картофельное электричество, «корона сосудов», батарейка из яблока.

2) Демонстрация на магнитной доске: Гальванический элемент – 2 штуки, электрическая лампа,  цифровой измеритель силы тока, мультиметр для измерения напряжения, соединительные провода, ключ .

3) Комплекты приборов  для учащихся : Провода, гальванический элемент, лампочка, ключ, соединительные провода, амперметр, вольтметр.

4) Компьютерная презентация

5) Видеофильм «Алессандро Вольта и батарея»

 

Продолжительность занятия – 80 минут

 

 

Структура урока

1.     Оргмомент. Формируются 3 рабочие группы. (3 минуты)

2.     Актуализация: повторение ключевых вопросов раздела «Постоянный ток». Работа со схемами. Решение задачи на закон Ома для участка цепи.(7 минут)

3.     Исторический аспект. Просмотр видеофильма: «Алессандро Вольта и батарея»
Обсуждение увиденного (15минут)

4.     Теоретический аспект. Рассматриваются особенности движения заряда по полной электрической цепи, в частности перемещение заряда внутри источника тока. Вводятся понятия: сторонние силы, ЭДС, внутренние сопротивление, формулируется закон Ома для полной цепи.
Учащиеся делают записи в тетради. (15 минут)

5.     Самостоятельная работа по изучению нового материала. (Работа в парах и группах)
Учащимся предлагается самостоятельно рассмотреть явления, выразить соответствующие формулы  и затем объяснить полученные результаты.
1 группа: Короткое замыкание. (Получить формулу для расчета силы тока при КЗ)
2 группа: Идеальный источник тока (Сравнить ЭДС и напряжение в цепи с идеальным источником тока)
3 группа:  Разомкнутая цепь. (Доказать, что при разомкнутой цепи напряжение и ЭДС равны друг другу)
(Подробный план действий расписан на карточках) (10минут)

6.     Практическая работа: «Определение ЭДС и внутреннего сопротивление источника тока».
Работа выполняется параллельно в группах с предложенными приборами и на доске с демонстрационным комплектом приборов. (7-10 минут)

7.     Выполнение творческих заданий. Учащиеся собирают и демонстрируют подготовленные «альтернативные» источники тока, измеряют ЭДС или демонстрируют свечение светодиода:
1 группа: вольтов столб
2 группа: корона сосудов
3 группа: фруктовое электричество(15минут)

8.     Резервное задание: Решение задач.

9.     Рефлексия. Подведение итогов урока. Выставление оценок.(5 минут)

 

 учебно-методическое обеспечение

 

1. Мякишев Г.Я. Физика.10 класс:учеб. для общеобразоват. учреждений: базовый и профил. уровни/Г.Я. Мякишев, Б.Б.Буховцев,  С. С.Сотский; под ред. В.И.Николаева, Н.А. Парфентьевой. – 19-е изд. — М.: «Просвещение», 2010.-366с.

2. Рымкевич А.П. Физика.Задачник.10-11 класс: пособие для общеобразовательных учреждений/А.П.Рымкевич. – 10-е изд., стереотип. — Дрофа, 2010. – 188с.

3. Волков В.А. Универсальные поурочные разработки по физике:10класс. /М: «ВАКО»,2008.-400с

4.Маркина,Г. Поурочные планы (по учебнику Г.Я.Мякишева, Б.Б.Буховцева)/Волгоград:Учитель,2008.-176с.

5. http://ru.wikipedia.org/wiki/%DD%EB%E5%EA%F2%F0%EE%E4%E2%E8%E6%F3%F9%E0%FF_%F1%E8%EB%E0 (Дата обращения 16.01.2014)

6. http://limonniy.ru/batarejka-iz-limona/(Дата обращения 16.01.2014)

7. http://sch793nk.do.am/news/voltov_stolb/2011-06-01-48(Дата обращения 16.01.2014)

8. http://sam0delka.ru/topic/6537/(Дата обращения 16.01.2014)

9. Видеофрагмент «Алессандро Вольта и батарея» http://www.youtube.com/watch?v=M7Ur2zwQTfo(Дата обращения 16.01.2014)

 

 

 

 

Приложения

Приложение 1.

Живет природа по своим законам.

Мы изучаем их, стремясь понять,

И очень важно знать и понимать основы,

Чтоб эти знания в жизни применять!

 

1 этап. Актуализация.

Мы продолжаем изучать постоянный ток. 

Мы уже много знаем про постоянный ток. Давайте вспомним:

1.                 Что такое постоянный ток?

2.                 Назовите основные характеристики тока

3.                

Соотнесите физические величины, формулы и единицы измерения.

4.                  Сформулируйте закон Ома для участка цепи.

5.                 Работа со схемами

6.                 Решение задач на закон Ома. (Устно)
а)Определите силу тока в электрической лампе, если сопротивление нити накала лампы равно 4 Ом. (2А)

б) Определите напряжение на клеммах резистора.  Сопротивление резистора 15 Ом (9В)

 

 

7.                 Назовите основные элементы  электрической цепи.  Как называется устройство, которое обеспечивает наличие тока и напряжения в сети?

8.                 До сегодняшнего дня, при изучении законов постоянного тока мы говорили об участке цепи. Сегодня мы будем рассматривать Полную цепь…
Чем полная цепь отличается от участка? (Наличием источника тока)

Т.О. тема сегодняшнего урока : «ЭДС. Закон Ома для полной цепи.»

Урок мы посвятим одной очень хорошо известной всем нам вещи: обыкновенной батарейке – источнику тока!  Мы, казалось бы, знакомы с ней с самого детства. Прекрасно знаем, как она выглядит, для чего применяется и как правильно используется. Но так ли это?

Я предлагаю вам сегодня рассмотреть этот вопрос  в разных аспектах:
историческом,  теоретическом  и  практическом.

2этап: Исторический.

Учащимся предлагается посмотреть сюжет, в котором рассказывается об истории изобретения источника тока.

Просмотр видеофильма «Алессандро Вольта и батарея»

Вопросы к сюжету:

1.                 Как назывался прибор, изобретенный Алессандро Вольта, способный создавать достаточно большое электрическое поле.

2.                 Кто открыл «животное электричество» . Существует ли оно на самом деле?

3.                 Как объяснил Алессандро Вольта проявление «животного электричества». Чем заменил лягушачьи лапки в своих опытах.

4.                 Как называется главное изобретение Алессандро Вольта

3 этап: теоретический.

1)                До сих пор при изучении электрического тока мы рассматривали направленное движение свободных зарядов во внешней цепи, то есть в проводниках, подсоединённых к клеммам источника тока.

Рассмотрим движение положительного заряда  q (Схема нарисована на магнитной доске, в качестве заряженных частиц используем цветные магниты):
— уходит во внешнюю цепь с положительной клеммы источника;
— перемещается во внешней цепи под действием стационарного электрического поля, создаваемого другими движущимися зарядами;
— приходит на отрицательную клемму источника, завершая свой путь во внешней цепи.

Теперь нашему положительному заряду q нужно замкнуть свою траекторию и вернуться на положительную клемму. Для этого ему требуется преодолеть заключительный отрезок пути — внутри источника тока от отрицательной клеммы к положительной. Но вдумайтесь: идти туда ему совсем не хочется! Отрицательная клемма притягивает его к себе, положительная клемма его от себя отталкивает, и в результате на наш заряд внутри источника действует электрическая сила — Fэл,  направленная против движения заряда (т. е. против направления тока).

Тем не менее, ток по цепи идёт; стало быть, имеется сила, «протаскивающая» заряд сквозь источник вопреки противодействию электрического поля клемм. Эти силы носят название – сторонние силы,

(Определения записываются в тетрадь)

Сторонние силы –  перемещают заряд внутри источника тока.

-механические (электрофорная машина)

-химические (аккумулятор, батарейка)

-Магнитные (генератора)

Т.Е . – любые силы, за исключением кулоновских!
? Почему «за исключением кулоновских?» (Т. к. внутри источника положительный заряд смещается к плюсу, а отрицательный к минусу. В электрическом поле притягиваются разноименные заряды)

 

2) ЭДС(Электродвижущая сила) – энергетическая характеристика источника тока (Слайд)

? На батарейке написано 3В – значит ли это, что батарейка создает во внешней цепи напряжение 3В?
Экспериментальная проверка:  (К источнику тока 3В подключаем лампу и измеряем напряжение на лампе: 1,4В)

? Как вы думаете: почему напряжение в цепи меньше чем 3В?  (Источник тока тоже обладает сопротивлением и часть энергии тратится на преодоление сопротивления источника.)

 

3) Внутреннее сопротивление – сопротивление источника тока. (r – обычно имеет очень маленькое значение)

Полная цепь – состоит из источника тока, обладающего внутренним сопротивлением и нагрузки – внешнего сопротивления

4) Закон Ома для полной цепи.
I= ε/(R+r)
Сила тока пропорциональна ЭДС и обратно пропорциональна сумме внутреннего и внешнего сопротивления

 

5) Задание: Выразить из формулы ξ и доказать что ЭДС всегда больше напряжения.
ε=I(R+r)=IR+Ir=U+Ir

4 этап: самостоятельная работа по изучению нового материала: (Работа в парах и группах)

1 группа

Короткое замыкание.

Если соединить клеммы источника проводом пренебрежимо малого сопротивления (R = 0), то получится короткое замыкание. Через источник при этом потечёт максимальный ток — ток короткого замыкания.

 (Воспользуйтесь законом Ома для полной цепи и получите формулу  для расчета силы тока короткого замыкания, считая R=0)

? Что происходит с силой тока при КЗ?

? Почему опасно КЗ?

 

2 группа

Идеальный источник тока

Идеальный источник тока — так называется источник с нулевым внутренним сопротивлением.

(Воспользуйтесь формулой закона Ома для полной цепи. Выразите из неё ЭДС, подставьте внутренне сопротивление r=0. Сделайте вывод о том, как связаны между собой ЭДС и напряжение в цепи с идеальным источником тока.)
Существуют ли идеальные источники тока?

 

3 группа

Разомкнутая цепь.

В случае разомкнутой электрической цепи мы можем считать, что внешнее сопротивление бесконечно велико.  R→∞

1)                Выразите ЭДС из формулы закона Ома для полной цепи

2)                Сравните значение величин: R и R+r

3)                Сравните значения ЭДС и напряжения
Каким образом можно измерить ЭДС источника тока?

5 этап: практический.

 

Задача: Собрать цепь, состоящую из источника тока, лампочки, ключа, амперметра, вольтметра. Определить ЭДС источника тока и его внутреннее сопротивление.
Работа выполняется фронтально на доске и параллельно в группах, с предложенными приборами.
1) Собрать цепь.
2) Измерить ЭДС источника тока. (При разомкнутой цепи)
3) Замкнуть цепь, измерить напряжение и силу тока. Определить внутреннее сопротивление источника тока.
4)Сделать вывод.

Творческое задание: Собрать альтернативный источник тока, измерить ЭДС.
1 группа – вольтов столб
2 группа – Корона сосудов
3 группа —  Фруктовое электричество

 

 

 

 

6 этап: рефлексия

1)                Перечислите основные новые понятия и законы, о которых мы говорили на уроке.

2)                Знания, приобретенные сегодня, в дальнейшем я смогу применить для …

7 этап: Подведение итогов урока.

Приложение 2.

Рабочая карта.

1.                          Соотнесите  обозначения, формулы  единицы измерения. Соедините соответствующие элементы линиями

 

2.                           Закон Ома для участка цепи:

 

3.                          Сторонние силы — _______________________
________________________________________________________
________________________________________________________

4.                          Электродвижущая сила — _________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________

5.                          Внутреннее сопротивление — _____________________________
________________________________________________________

6.                          Закон Ома для полной цепи: _____________________________
________________________________________________________
________________________________________________________
________________________________________________________

7.                          Короткое замыкание: ____________________________________

8.                           Идеальный источник тока: _______________________________

9.                          Разомкнутая цепь:_______________________________________

 

 

Практическая работа

Определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока

Цельработы: Определить ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока.
Оборудование: амперметр, вольтметр, ключ, соединительные провода, лампа накаливания на подставке, источник тока.

Ход работы:
1) Начертить схему электрической цепи:
2)Измерить ЭДС источника тока, не
замыкая цепь.
3) Замкнуть цепь и измерить силу тока и
напряжение в цепи.
4) Оформить вычисление в виде задачи:
Дано:              Решение:

ε=

U=

I=

r-?

 

 

 

Вывод: _________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________

 

 

Приложение 3.

Карточка – задание для группы №1

Короткое замыкание:

Если соединить клеммы источника проводом пренебрежимо малого сопротивления (R = 0), то получится короткое замыкание. Через источник при этом потечёт максимальный ток — ток короткого замыкания.

Задание:
— Запишите формулу закона Ома для полной цепи.
— Подставьте значение внешнего сопротивления R=0.
— Получите формулу для расчета силы тока короткого замыкания.
Ответьте на вопросы:

1) Что происходит с силой тока при КЗ?

2) Почему опасно КЗ?

 

 

 

Карточка – задание для группы №2
Идеальный источник тока — так называется источник с нулевым внутренним сопротивлением.

Задание:

-Запишите закон Ома для полной цепи.

-Выразите из неё ЭДС,

-подставьте в полученную форомулу внутренне сопротивление r=0

-Сделайте вывод о том, как связаны между собой ЭДС и напряжение в цепи с идеальным источником тока.
Существуют ли идеальные источники тока?

 

 

 

 

Карточка – задание для группы №3

Разомкнутая цепь.

В случае разомкнутой электрической цепи мы можем считать, что внешнее сопротивление бесконечно велико.  R→∞

— Запишите закон Ома для полной цепи и закон Ома для участка цепи

— Выразите ЭДС из формулы закона Ома для полной цепи и напряжение из закона Ома для участка цепи.
— Сравните значение величин: R и R+r

— Сравните значения ЭДС и напряжения
Каким образом можно измерить ЭДС источника тока?

 

Электромагнитная индукция – IB Physics Stuff

11.2.1 Описать создание ЭДС индукции при относительном движении между проводником и магнитным полем (ЭДС индуцирования движения).

Когда проводник перемещается в магнитном поле, в проводнике индуцируется электрический ток. Что имеет смысл, прежде чем мы обсудили, как движущийся электрический заряд испытывает силу из-за магнитного поля, двигая проводник, мы перемещаем заряды… Фарадей обнаружил, что сила ЭДС индукции был пропорционален:

1. Скорость движения
2. Сила магнитного поля
3. Количество витков на катушке
4. Площадь катушки.

11.2.2 Выведите формулу для Э.Д.С. индуцируется в прямолинейном проводнике, движущемся в магнитном поле

Сила, действующая на электроны в проводе из-за магнитного поля:

(1)

\begin{align} F = qvB \sin \theta \end{align}

Таким образом, мы можем сказать, что разность потенциалов (э.д.с. индуцирования) между двумя концами проводника длины l равна и определяется как:

(2)

\begin{align} \epsilon = \frac{E_p}{q} = \frac{work}{q} = \frac{F \dot d}{q} \end{align}

(3)

\begin{align} \epsilon = \frac{qvB \sin \theta \dot l}{q} = Blv \sin \theta \end{align}

Если угол между проводником и магнитным полем равен 90 ° тогда формула упрощается до:

(4)

\begin{align} \epsilon = Blv \end{align}

Это последнее уравнение находится в вашем справочнике формул IB.

11.2.3 Дайте определение магнитному потоку и потокосцеплению.

11.2.4 Описать возникновение ЭДС индукции. который создается изменяющимся во времени магнитным потоком

11.2.5 Государственный закон Фарадея.

11.2.6 Объясните, как ЭДС, индуцированная движением, можно приравнять к скорости изменения магнитного потока.

Магнитный поток определяется как произведение напряженности магнитного поля на площадь, заметаемую проводником. Или, проще говоря, это можно представить как количество силовых линий магнитного поля (которых на самом деле не существует…), проходящих через область. Математически мы определяем магнитный поток как:

(5)

\begin{align} \Phi = AB \cos \theta \end{align}

Где A — заметаемая площадь, B — напряженность магнитного поля, а θ — угол между направлением движения и магнитным полем линии. Единицей магнитного потока является Вебер, Вб.

Площадь, заметаемая движущимся прямым проводником (проводом):

(6)

\begin{align} A = l \Delta x \end{align}

Где l — длина провода, а $\Delta x$ — расстояние, на которое перемещается провод, подставляя в уравнение магнитного потока:

(7)

\begin{align} \Phi = l \Delta x B \cos \theta \end{align}

Следовательно, изменение магнитного потока за время равно нулю:

(8)

\begin{align} \frac{\Delta \Phi}{\Delta t} = \frac{l \Delta x B \cos \theta}{\Delta t} = Blv \end{align}

Что мы можно распознать сверху как ЭДС индукции.

(9)

\begin{align} \epsilon = -\frac{\Delta \Phi}{\Delta t} \end{align}

Это последнее уравнение называется законом Фарадея.

Потокосцепление определяется как количество витков (N), умноженное на индуцированную ЭДС. Если через магнитное поле проходит N проводов, то мы можем записать ЭДС индукции: как:

Это последнее уравнение находится в вашем справочнике формул IB.

11.2.7 Закон штата Ленца.

ЭДС, индуцированная в электрической цепи, всегда действует в таком направлении, что ток, который она движет по цепи, противодействует изменению магнитного потока, который создает ЭДС.

Если провести проводник через магнитное поле, будет генерироваться небольшой ток. Ток будет создавать магнитное поле, ток всегда будет в том направлении, чтобы генерировать силу в направлении, противоположном движению. Почти как инерция.

---

Хотите добавить или прокомментировать эти заметки? Сделайте это ниже.

Электродвижущая сила и внутреннее сопротивление

A. Электродвижущая сила

Когда заряд проходит через источник питания, он получает электрическую энергию. Говорят, что источник питания имеет электродвижущую силу или ЭДС. Электродвижущая сила измеряется в вольтах. Электродвижущая сила не является силой. Вместо этого это энергия, полученная зарядом, полученным из химической энергии батареи. В форме уравнения

B. Внутреннее сопротивление

Все источники питания имеют некоторое сопротивление между клеммами, называемое внутренним сопротивлением. Следовательно, часть заряда, циркулирующего в цепи, рассеивает часть энергии в самом источнике питания. Из-за тока, подаваемого блоком питания, он становится теплым.

Рассмотрим Рисунок 1 , приведенный ниже. Источник питания имеет ЭДС (E) и внутреннее сопротивление (r). Внешний резистор (R) (также называемый нагрузкой) подключен последовательно. По цепи протекает ток (I). Напряжение на резисторе (R) равно VR, а напряжение на внутреннем сопротивлении (r) равно Vr. 9Рис. 1. Схема, показывающая электродвижущую силу и внутреннее сопротивление элемента

Разность потенциалов на клеммах — это разность потенциалов на клеммах источника питания при подаче тока.

Можно отметить, что разность потенциалов на клеммах меньше, чем электродвижущая сила источника питания при протекании тока. Это связано с потерей потенциала на внутреннем сопротивлении. Потенциал на внутреннем резисторе называется потерянным вольтом.

Электродвижущая сила представляет собой конечную разность потенциалов, когда ячейка находится в разомкнутой цепи (ток не течет). ЭДС можно измерить, подключив высокоомный вольтметр к клеммам элементов, как показано на рис. 2 .

Рисунок 2: Измерение ЭДС элемента

Эту схему можно использовать, чтобы показать, что чем больше ток, подаваемый источником питания, тем ниже разность потенциалов на его клеммах. Чем больше ламп подключено к ячейке, тем больше ток. Потерянные вольты равны

Потеря напряжения также увеличивается с увеличением тока. Следовательно, конечная разность потенциалов уменьшается.

В соответствии с Рисунок 1 ЭДС может быть записана как:

Из приведенного выше уравнения можно отметить, что источник питания обеспечивает максимальный ток, когда он подключен к нагрузке с пренебрежимо малым сопротивлением (R=0 ). В этом случае конечная разность потенциалов равна нулю, поскольку разность потенциалов на внутреннем сопротивлении равна ЭДС ячейки.

C. Влияние внутреннего сопротивления на мощность, подаваемую от батареи

Мощность, подаваемая батареей на резистор переменной нагрузки, определяется приведенной ниже схемой.

Рисунок 3: Схема для определения мощности, отдаваемой на нагрузку

Значения тока и напряжения снимаются с амперметра и вольтметра соответственно для различных значений сопротивления. Сопротивление получается по уравнению

. Мощность рассчитывается по уравнению На рисунке ниже показано изменение рассеиваемой мощности в зависимости от сопротивления нагрузки.

Этот график показывает, что максимальная мощность выдается при одном значении нагрузки. Это значение является внутренним сопротивлением ячейки.

Рисунок 3: Изменение мощности в зависимости от сопротивления нагрузки

Батарея обеспечивает максимальную мощность в цепи, когда сопротивление нагрузки равно внутреннему сопротивлению батареи.

D. Резюме:

• Электродвижущая сила источника измеряет электрическую энергию, получаемую на единицу заряда, проходящего через источник.
• Напряжение на клеммах источника питания всегда меньше, чем ЭДС источника, когда источник выдает ток, из-за потерь вольт на внутреннем сопротивлении.
• Для источника ЭДС E, с внутренним сопротивлением r , E=I(r+R), , где R — сопротивление внешней цепи, а I — ток в источнике питания.