Задание 14 ЕГЭ по физике

Электричество. Закон сохранения электрического заряда,

закон Кулона, конденсатор, сила тока,

закон Ома для участка цепи, последовательное и параллельное соединение

проводников, работа и мощность тока,

закон Джоуля – Ленца

В. З. Шапиро

     В задании 14 проверяются знания по теме «Постоянный электрический ток». Это задание базовому уровня. Задачи носят, в основном, расчетный характер. Их решение основывается на знаниях законов и закономерностей постоянного электрического тока, умении «читать» электрические схемы, работать с графическими зависимостями.

1. На графике показана зависимость силы тока I в проводнике от времени t. Определите заряд, прошедший через проводник за Δt = 60 с с момента начала отсчёта времени.

Ответ: _____________________ Кл.

Необходимая теория: Постоянный электрический ток

Используя зависимость силы тока от времени, электрический заряд можно определить как площадь геометрической фигуры под графиком. В данной задаче требуется рассчитать площадь трапеции Применяя геометрическую формулу площади трапеции  и подставляя значения физических величин, получим  (Кл).

Ответ: 180 Кл.

Секрет решения. Подобный прием нахождения значения физической величины через площадь под графиком применяется во многих разделах физики: в «Механике», «МКТ и термодинамике», «Электродинамике». Здесь важно правильно выделить геометрическую фигуру, так как иногда требуется найти площадь не всей фигуры, а только ее части. Как всегда, в расчетах требует особого внимания система единиц (СИ).  Пренебрежение одним из перечисленных моментов приведет к потере «легкого» балла.

2. Пять одинаковых резисторов с сопротивлением 3 Ом соединены в электрическую цепь, через которую течёт ток I (см. рисунок). Идеальный вольтметр показывает напряжение 9 В. Чему равна сила тока I?

Ответ: __________________________ А.

Необходимая теория: Соединения проводников

Резисторы, подключенные к вольтметру, соединены между собой последовательно. Отсюда следует, что сумма напряжений на каждом резисторе равна значению напряжения, которое показывает вольтметр. Запишем это в виде формулы   Используя закон Ома, выразим значения напряжений  и

Здесь учтено, что в указанной точке (см. схему) ток I разделяется на две равные части из-за равенства сопротивлений в разветвленных частях цепи.

Деление силы тока на две равные части

Таким образом,

Подставляя численные значения, получим

Ответ: 2А.

Секреты решения. В задачах со схемами необходимо уметь выделять виды соединения проводников. После этого можно использовать известные закономерности для силы тока, напряжения и сопротивления. Ввиду того, что в задачах может быть большое количество проводников, решение в общем виде бывает громоздким, что может привести к математической ошибке. Поэтому лучше подставлять численные значения на ранних этапах решения.

3. На плавком предохранителе счётчика электроэнергии указано: «15 А, 380 В». Какова максимальная суммарная мощность электрических приборов, которые можно одновременно включать в сеть, чтобы предохранитель не расплавился?

Ответ: _________________________Вт.

Необходимая теория: Работа и мощность тока

Формулы для расчета мощности электрического тока имеют вид:

В зависимости от условия задачи, надо применять ту или иную формулу. Так как в задаче дается сила тока и напряжения, необходимо воспользоваться формулой

Подставляя численные значения, проведем расчет:

(Вт).

Ответ: 5700 Вт.

    Секреты решения.

Формулы для расчета мощности лучше изучать как следствия формул для расчета работы тока или количества теплоты, выделяющейся в проводнике с током.

При делении этих формул на время t получим формулы для расчета мощности.

Открытый урок физики в 8-м классе по теме «Сила тока»

Тема урока: «Сила тока»

Тип урока: комбинированный (урок объяснения нового материала)

Цели урока:

• Образовательная: ввести новую физическую величину-силу тока, систематизировать знания через различные виды деятельности;
• Развивающая: учащиеся устанавливают, что сила тока в различных участках последовательной цепи одинакова, способствовать развитию познавательной деятельности с помощью различных упражнений;
• Воспитательная: учащиеся убеждаются в необходимости научиться измерять силу тока, способствовать развития мышления, памяти, внимания, культуры письменной и устной речи.

Задачи урока:

• Образовательная: Выявить имеющиеся знания по данной теме.
• Воспитательная: Подчеркнуть взаимосвязь силы тока и электрического заряда в электрической цепи.
• Развивающая: Продолжить работу по развитию внимания и умения логически и творчески мыслить. Продолжить формировать умение решать задачи

Оборудование:

• мультимедийная приставка,
• компьютер,
• две лампы,
• источник тока,
• ключ,
• соединительные провода,
• раздаточный материал.

Демонстрации:

взаимодействие параллельных проводников при замыкании цепи

ХОД УРОКА

I.  Мотивационный-ориентировочный этап

1. Организационный момент

В начале урока обеспечивается рабочая обстановка, организация внимания учеников. Объявляется тема и цель урока.

2. Создание ситуации успеха (проверка домашнего задания)

а) Индивидуальные задания для учащихся

Ученик 1 (работает у доски) Упр. 13(2) Начертить схему цепи, содержащей один гальванический элемент и два звонка, каждый из которых можно включать отдельно

Дополнительное задание: покажите направление тока в данной цепи при замыкании ключа.

Ученик 2 (работает у доски) Упр. 13(5) Нарисуйте схему цепи карманного фонаря (рис. 51 учебника) и назовите части этой цепи. Какие элементы фонаря отмечены цифрами 1-3? Дополнительное задание: Покажите направление упорядоченного движения свободных электронов при замыкании цепи.

Ученики 3, 4. 5 выполняют самостоятельную работу по раздаточному материалу (карточки  1, 2, 3)

Карточка 1

1. Каково направление кратковременного тока, возникающего в проводнике, которым соединены заряженные электроскопы?

______________ О______________
                                                    

2. Как надо поступить, чтобы изменить направление тока в гальванометре?

Карточка 2

1. Назовите, что изображено на схеме? Укажите направление электрического тока на электрической схеме.

1                 2

Карточка 3

Ученик  6 выполняет практическую работу (демонстрационный стол). Собрать электрическую цель по схеме, изображенной на доске.

Дополнительное задание: Как изменить направление тока в цепи?

б) Фронтальный опрос. (Вопросы проектируются на экран с помощью мультимедиа)

Вопросы для проверки:

– Опишите характер движения свободных электронов металле.
– Что представляет собой электрический ток в металлах?
– Проведите сравнение электрического тока с течением воды в водопроводе.
– Какое направление условно приняли за направление электрического тока в проводнике

в) Проверка выполнения индивидуальных заданий.

Учащиеся 3, 4, 5 сдают работы учителю на проверку.

Ученик 1. Схема цепи изображена на доске, показано направление тока. За направление тока принято направление от положительного полюса источника к отрицательному. Поэтому при замыкании цепи направление тока будет таким, как показано стрелками.

Преподаватель: Что произойдет, если один ключ замкнуть, а второй оставить разомкнутым?

Ученик: ‘Га лампа, которая включена последовательно с замкнутым ключом, будет гореть, а вторая нет.

Дополнительные вопросы задают учащиеся.

Ученик  2. Схема цепи карманного фонаря изображена на доске. Упорядоченное движение свободных электронов направлено от отрицательного полюса источника к положительному. Оно указано на чертеже стрелками для случая, когда цепь замкнута. Цифрами 1 обозначены батареи гальванических элементов, 2 –  лампа, 3 –  ключ. Дополнительные вопросы задают учащиеся.

Ученик 6. Цепь состоит из батареи гальванических элементов, двух ламп и ключа. Все приборы соединены последовательно. Чтобы изменить направление электрического тока необходимо поменять провода на клеммах источника тока.

Учащиеся в тетрадях записывают число и изображают схему цепи.

Ученик замыкает цепь.

II. Исполнительский этап

1. Групповая самостоятельная работа

Учащиеся работают с текстом учебника А.В.Перышкин «Физика» 8 кл.

Дискретный подход

Вопросы к ДЭЗ

От чего зависит интенсивность действия электрического тока?

Что такое сила тока?

Как выражается сила тока через электрический заряд и время?

Формула силы тока

Что принимают за единицу силы тока?

Как называется эта единица в СИ?

Какие дольные и кратные амперу единицы силы тока вы знаете?

Получите наименование единицы силы тока

Получите обозначение единицы силы тока

Выведите формулу для вычисления электрического заряда (количества электричества)

 

	ДЭЗ (доминирующий элемент знаний)	Источник знаний	Вопросы к ДЭЗ
I	Интенсивность (степень действия) электрического тока зависит от заряда, прошедшего по цепи в 1с.	Стр. 84	От чего зависит интенсивность действия электрического тока?
2	Электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника в 1с, определяет силу тока в цепи	Стр. 85	Что такое сила тока?
3	Сила тока равна отношению электрического заряда q, прошедшего через поперечное сечение проводника, ко времени его прохождения t.	Стр. 85	Как выражается сила тока через электрический заряд и время?
4	I = q/t	Стр. 85	Формула силы тока
5	За единицы силы тока принимают силу тока, при которой отрезки таких параллельных проводников длиной 1 м взаимодействуют с силой 2*10 Н (0,0000002 Н)	Стр. 8б	Что принимают за единицу силы тока?
6	В Международной системе (СИ) эту единицу силы тока называют ампером	Стр. 86	Как называется эта единица в СИ?
7	Миллиампер (1мА = 0,001А) микроампер (1 мкА = 0,000001А) килоампер (1 кА =  1000А)	Стр. 86	Какие дольные и кратные амперу единицы силы тока вы знаете?
8	[1] = 1л]/|т] = заряд/время	Стр. 86	Получите наименование единицы силы тока
9	[I] = [q]/[t] = A c =  Кл	Стр. 86	Получите обозначение единицы силы тока
10	Q = lt	Стр. 87	Выведите формулу для вычисления электрического заряда (количества электричества)

2. Взаимообучение

ДЭЗ (доминирующий элемент знаний)

Интенсивность (степень действия) электрического тока зависит от заряда, прошедшего по цепи в 1с.

Электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника в 1с, определяет силу тока цепи

Сила тока равна отношению электрического заряда q, прошедшего через поперечное сечение проводника, ко времени его прохождения t.

I = q/t

За единицы силы тока принимают силу тока, при которой отрезки таких параллельных проводников длиной 1 м взаимодействуют с силой 2*10 Н (0,0000002 Н)

В Международной системе (СИ) эту единицу силы тока называют ампером Миллиампер (1мА = 0,001А) микроампер (1 мкА = 0,000001 А) килоампер (1 кА =  1000А)

[I] = [ q]/[I] = заряд/время

[I] = [q]/ [ t] = A c  =  Кл

Q = I t

 

Обозначение (и назначение) физической величины	Формула для вычисления физической величины	Единицы физической величины	Формула в обобщенном математическом виде
Силатока[I]	[I] =  [q]/ [t]	А	C = А/В
Электрический заряд [q]	[q]  = [I] [t]	Кл	А = ВС
Время [t]	[t] = [q]/[I]	с	В = А/С

Учащиеся выбирают задание, делятся на группы. (Учащиеся работают с текстом учебника А.В.Перышкин «Физика» 8 кл.)

I Группа выясняет, как обозначается сила тока, находит формулу для ее вычисления

II Группа выясняет, что принято за единицу измерения силы тока

III Группа выясняет как измеряют силу тока. От группы выступает 1 ученик.

Первая группа: Т.к. сила тока характеризует электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника за единицу времени, то для вычисления силы тока необходимо заряд, проходящий через поперечное сечение проводника за промежуток времени t, поделить на этот промежуток времени.
(Обозначение и формула фиксируется на доске и в тетрадях)

Вторая группа: На Международной конференции по мерам и весам в 1948 г. было решено в основу определения единицы силы тока положить явление взаимодействия двух проводников с током. (Рисунок 59 учебника появляется на экране. ) Гибкие проводники при прохождении электрического тока могут притягиваться и отталкиваться. Сила притяжения между проводниками зависит от длины проводников, расстояния между ними, среды в которой они находятся и от силы тока.
За единицу силы тока принимают силу тока, при которой отрезки параллельных проводников длиной 1 м на расстоянии 1 м в вакууме взаимодействуют с силой 2*10″7 Н. Эту единицу называют
ампером, в честь французского физика и математика Андре Мари Ампера. (Его портрет появляется на экране) Обозначение: 1А.

П: Велик ли ток в 1 ампер? Посмотрите на таблицу, вы видите данные технического справочника (изображение на экране).

Сила тока

• в электрической бритве 0,08 А
• в карманном радиоприемнике 0,1 А
• в фонарике 0,3 А
• в велосипедном генераторе 0,3 А
• в электрической плитке 3-4 А
• в двигателе троллейбуса 160-200 А

Системно-функциональный подход (физические величины)

Обозначение (и назначение) физической величины	Формула для вычисления физической величины	Единицы физической величины	Формула в обобщенном математическом виде
Сила тока[1]	[I] =  [q]/ [t]	А	С = А/В
Электрический заряд [q]	[q] =  [I] [t]	Кл	А = ВС
Время [t]	[t] = [q]/[I]	с	В = А/С

 

Обязательные знания о физической величине	Физическая величина сила тока
1. Формула	1 =  g/t, где  I – сила тока, g – электрический заряд, t – время, прохождение заряда через поперечное сечение проводника
2. Словесная I формулировка	1 =  g/t, силой тока называется физическая величина, равная отношению электрического заряда, прошедшая через поперечное сечение проводника ко времени его прохождения
3. Физический смысл	1 =  g/t, сила тока показывает какой электрический заряд, прошедший через поперечное сечение проводника за единицу времени
4. Единица физической величины	1 =  g/t – за единицу силы тока принимают силу тока, при которой отрезки таких параметров проводников длиной 1 м взаимодействие с силой 2–10–3
5. Единица физической величины в СИ	1 =  g/t, за единицу силы тока в СИ принята такая сила тока, при котором тело за одну секунду проходит электрический заряд один Кулон
6. Наименование единицы в СИ	[I] =  [g] / [t] =  Кулон/секунду.  =  Кл/с – наименование единицы скорости в СИ кулон в секунду обозначение единиц силы тока – Кл/с

Сила тока, проходящая через тело человека, считающая безопасной 1 мА(0,001 А)
Сила тока, приводящая к серьезным поражениям организма – 100 мА (0,1 А).
Через единицу силы тока определяется единица электрического заряда – 1 Кл.

1 кулон – это электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника, при силе тока 1 ампер за время 1 секунд

III. Рефлексивно-оценочный этап

– Что же нового вы узнали на уроке?

У: Обозначение силы тока, формулу для ее вычисления, единицы измерения

П: А для чего нужно уметь это делать?

У: В повседневной жизни нас окружают электрические приборы, а мы пользуемся ими, значит необходимо знать, какой должна быть сила тока в электрической цепи, чтобы эти приборы работали в нормальном режиме.

П: На цоколе лампы карманного фонаря написано 0,28 А, что это значит?

У: Это значит, что лампа рассчитана на силу тока не более 0,28 А. ! I:

IV. Объяснение нового домашнего задания: § 37, Упр. 14 (1, 2, 3)

V. Подведение итогов урока

Оценки за урок выставляются учащимся в группах, комментируются. Учитель объявляет оценки за индивидуальную работу по карточкам.

20.1 Ток – Колледж физики

Глава 20 Электрический ток, сопротивление и закон Ома

Резюме

• Определение электрического тока, силы тока и скорости дрейфа
• Опишите направление потока заряда в обычном токе.
• Использовать скорость дрейфа для расчета тока и наоборот.

Электрический ток определяется как скорость, с которой течет заряд. Большой ток, например, используемый для запуска двигателя грузовика, перемещает большое количество заряда за короткое время, в то время как слабый ток, например, используемый для работы ручного калькулятора, перемещает небольшое количество заряда в течение короткого времени. длительный период времени. В форме уравнения электрический ток [латекс]{I}[/латекс] определяется как

[латекс] {I =} [/ латекс] [латекс] {\ гидроразрыва {\ Delta Q} {\ Delta t}} [/ латекс]

, где [латекс]{\Delta Q}[/латекс] — количество заряда, проходящего через данную область за время [латекс]{\Delta t}[/латекс]. (Как и в предыдущих главах, начальное время часто принимается равным нулю, и в этом случае [латекс] {\ дельта t = t} [/латекс].) (См. рис. 1.) Единица СИ для тока — ампер . (A), названный в честь французского физика Андре-Мари Ампера (1775–1836). Поскольку [latex]{I = \Delta Q / \Delta t}[/latex], мы видим, что ампер равен одному кулону в секунду:

[латекс]{1 \;\text{A} = 1 \;\text{C} / \text{s}}[/latex]

В амперах (или амперах) указаны не только предохранители и автоматические выключатели, но и многие электроприборы.

Рисунок 1. Скорость потока заряда текущая. Ампер — это поток в один кулон через площадь за одну секунду.

Пример 1: Расчет токов: ток в аккумуляторной батарее грузовика и портативном калькуляторе

(a) Какой ток возникает, когда аккумуляторная батарея грузового автомобиля приводится в движение с зарядом 720 Кл за 4,00 с при запуске двигателя? б) Сколько времени потребуется заряду 1,00 Кл, чтобы пройти через карманный калькулятор, если через него протекает ток 0,300 мА?

Стратегия

Мы можем использовать определение тока в уравнении [латекс]{I = \Delta Q / \Delta t}[/латекс], чтобы найти ток в части (а), так как заряд и время данный. В части (b) мы меняем определение тока и используем заданные значения заряда и тока, чтобы найти требуемое время.

Решение для (a)

Ввод заданных значений заряда и времени в определение тока дает

[латекс]\begin{array}{r @{{}={}} l} {I} \;= & {\frac{\Delta Q}{\Delta t} = \frac{720 \;\text{C}}{4,00 \;\text{s}} = 180 \;\text{C} / \text{s}} \\[1em]= & {180 \;\text{A}}. \end{массив}[/латекс]

Обсуждение для (a)

Это большое значение тока иллюстрирует тот факт, что большой заряд перемещается за небольшой промежуток времени. Токи в этих «стартерах» довольно велики, поскольку при приведении чего-либо в движение необходимо преодолевать большие силы трения.

Решение для (b)

Решение соотношения [латекс]{I = \Delta Q / \Delta t}[/latex] для времени [латекс]{\Delta t}[/латекс] и ввод известные значения заряда и тока дают 93 \;\текст{ы}}. \end{array}[/latex]

Обсуждение для (b)

Это время чуть меньше часа. Небольшой ток, используемый ручным калькулятором, требует гораздо больше времени для перемещения меньшего заряда, чем большой ток стартера грузовика. Так почему же мы можем работать с нашими калькуляторами всего через несколько секунд после их включения? Это потому, что калькуляторы требуют очень мало энергии. Такие малые требования к току и энергии позволяют портативным калькуляторам работать от солнечных батарей или работать много часов от небольших батарей. Помните, что в калькуляторах нет движущихся частей, как в двигателе грузовика с цилиндрами и поршнями, поэтому технология требует меньших токов.

На рис. 2 показана простая схема и стандартное схематическое представление батареи, проводящего пути и нагрузки (резистора). Схемы очень полезны для визуализации основных особенностей схемы. Одна схема может отображать множество ситуаций. Схема на рис. 2(b), например, может представлять что угодно: от аккумулятора грузовика, подключенного к фаре, освещающей улицу перед грузовиком, до небольшой батареи, подключенной к фонарику-ручке, освещающему замочную скважину в двери. Такие схемы полезны, потому что анализ одинаков для самых разных ситуаций. Нам нужно понять несколько схем, чтобы применить концепции и анализ ко многим другим ситуациям.

Рис. 2. (а) Простая электрическая цепь. Замкнутый путь для протекания тока обеспечивается проводящими проводами, соединяющими нагрузку с клеммами батареи. (b) На этой схеме батарея представлена ​​двумя параллельными красными линиями, проводники показаны прямыми линиями, а зигзаг представляет собой нагрузку. Схема представляет большое разнообразие подобных схем.

Обратите внимание, что направление тока на рис. 2 — от положительного к отрицательному. Направление обычного тока — это направление, в котором будет течь положительный заряд . В зависимости от ситуации могут перемещаться положительные заряды, отрицательные заряды или и то, и другое. В металлических проводах, например, ток переносится электронами, то есть движутся отрицательные заряды. В ионных растворах, таких как соленая вода, движутся как положительные, так и отрицательные заряды. Это верно и для нервных клеток. Генератор Ван де Граафа, используемый для ядерных исследований, может производить ток чисто положительных зарядов, таких как протоны. Рисунок 3 иллюстрирует движение заряженных частиц, составляющих ток. Тот факт, что обычный ток считается направленным в сторону положительного заряда, можно проследить до американского политика и ученого Бенджамина Франклина в 1700-х годах. Он назвал тип заряда, связанного с электронами, отрицательным задолго до того, как стало известно, что они несут ток во многих ситуациях. Франклин, по сути, совершенно не знал о мелкомасштабной структуре электричества.

Важно понимать, что в проводниках, ответственных за производство тока, существует электрическое поле, как показано на рисунке 3. В отличие от статического электричества, когда проводник, находящийся в равновесии, не может иметь в себе электрического поля, проводники, по которым течет ток, имеют электрическое поле. поле и не находятся в статическом равновесии. Электрическое поле необходимо для подачи энергии для перемещения зарядов.

Установление связей: домашнее исследование — иллюстрация электрического тока

Найдите соломинку и горошины, которые могут свободно перемещаться в соломе. Положите соломинку на стол и наполните ее горошком. Когда вы вставляете одну горошину с одного конца, другая горошина должна выскочить с другого конца. Эта демонстрация представляет собой аналогию электрического тока. Определите, что сравнивается с электронами и что сравнивается с запасом энергии. Какие еще аналогии вы можете найти для электрического тока?

Обратите внимание, что движение гороха основано на физическом столкновении горошин друг с другом; электроны текут за счет взаимно отталкивающих электростатических сил.

Рис. 3. Ток I — это скорость, с которой заряд проходит через площадь A , такую ​​как поперечное сечение провода. Условный ток определен для движения в направлении электрического поля. (а) Положительные заряды движутся в направлении электрического поля и в том же направлении, что и обычный ток. б) Отрицательные заряды движутся в направлении, противоположном электрическому полю. Обычный ток направлен в сторону, противоположную движению отрицательного заряда. Поток электронов иногда называют электронным потоком.

Пример 2: Расчет количества электронов, проходящих через калькулятор

Если ток 0,300 мА через калькулятор, упомянутый в примере 1, переносится электронами, сколько электронов в секунду проходит через него?

Стратегия

Ток, рассчитанный в предыдущем примере, был определен для потока положительного заряда. Для электронов величина такая же, но знак противоположный,

[латекс]{I_{\text{электроны}} = -0,300 \times 10^{-3} \;\text{C} / \text {s}}[/латекс]. {-19-}{\textbf{s}}} \end{array}[/latex]

Дискуссия

Заряженных частиц, движущихся даже в малых течениях, так много, что отдельные заряды не замечаются, как отдельные воды молекулы не замечаются в потоке воды. Еще более удивительно то, что они не всегда продолжают двигаться вперед, как солдаты на параде. Скорее они похожи на толпу людей с движением в разных направлениях, но общей тенденцией двигаться вперед. В металлической проволоке происходит множество столкновений с атомами и, конечно же, с другими электронами. 9{-4} \;\text{m} / \text{s}}[/latex]. Как нам согласовать эти две скорости и что это говорит нам о стандартных проводниках?

Высокая скорость электрических сигналов обусловлена ​​тем, что сила между зарядами быстро действует на расстоянии. Таким образом, когда свободный заряд попадает в провод, как на рис. 4, входящий заряд отталкивает другие заряды впереди себя, которые, в свою очередь, отталкивают заряды дальше по линии. Плотность заряда в системе нельзя легко увеличить, поэтому сигнал передается быстро. Возникающая в результате ударная волна электрического тока движется по системе почти со скоростью света. Точнее, этот быстро движущийся сигнал или ударная волна представляет собой быстро распространяющееся изменение электрического поля.0005 Рисунок 4. Когда заряженные частицы попадают в этот объем проводника, такое же количество быстро вынуждено покинуть его. Отталкивание между одноименными зарядами затрудняет увеличение количества зарядов в объеме. Таким образом, как только входит один заряд, другой почти сразу уходит, быстро перенося сигнал вперед.

Хорошие проводники имеют большое количество свободных зарядов. В металлах свободными зарядами являются свободные электроны. На рис. 5 показано, как свободные электроны движутся по обычному проводнику. Расстояние, которое может пройти отдельный электрон между столкновениями с атомами или другими электронами, весьма мало. Таким образом, траектории электронов кажутся почти случайными, как движение атомов в газе. Но в проводнике есть электрическое поле, которое заставляет электроны дрейфовать в указанном направлении (противоположном полю, поскольку они отрицательны). скорость дрейфа [латекс]{v_d}[/латекс] — средняя скорость свободных зарядов. Скорость дрейфа довольно мала, поскольку так много свободных зарядов. Если у нас есть оценка плотности свободных электронов в проводнике, мы можем рассчитать скорость дрейфа для данного тока. Чем больше плотность, тем ниже скорость, необходимая для данного тока.

Рис. 5. Свободные электроны, движущиеся в проводнике, совершают много столкновений с другими электронами и атомами. Показан путь одного электрона. Средняя скорость свободных зарядов называется скоростью дрейфа v _d , а для электронов — в направлении, противоположном электрическому полю. Столкновения обычно передают энергию проводнику, что требует постоянной подачи энергии для поддержания постоянного тока.

Проводимость электричества и тепла

Хорошие электрические проводники часто также являются хорошими проводниками тепла. Это связано с тем, что большое количество свободных электронов может переносить электрический ток и переносить тепловую энергию.

Столкновения свободных электронов передают энергию атомам проводника. Электрическое поле выполняет работу по перемещению электронов на расстояние, но эта работа не увеличивает кинетическую энергию (и, следовательно, скорость) электронов. Работа передается атомам проводника, возможно повышая температуру. Таким образом, для поддержания протекания тока требуется непрерывная потребляемая мощность. Исключение, конечно, составляют сверхпроводники по причинам, которые мы рассмотрим в одной из последующих глав. Сверхпроводники могут иметь постоянный ток без постоянного источника энергии — большая экономия энергии. Напротив, подача энергии может быть полезной, например, в нити накала лампочки. Подача энергии необходима для повышения температуры вольфрамовой нити, чтобы нить накала светилась.

Установление связей: домашнее расследование — Наблюдение за нитью

Найдите лампочку с нитью накала. Посмотрите внимательно на нить и опишите ее строение. К каким точкам присоединяется нить?

Мы можем получить выражение для зависимости между током и скоростью дрейфа, рассмотрев количество свободных зарядов в отрезке провода, как показано на рисунке 6. {-19} \;\text{C}}[/latex].) Ток – это заряд, перемещаемый в единицу времени; таким образом, если все первоначальные заряды перемещаются из этого сегмента за время [латекс] {\ дельта t} [/латекс], ток равен

[латекс] {I =} [/ латекс] [латекс] {\ гидроразрыва {\ Delta Q} {\ Delta t}} [/ латекс] [латекс] {=} [/ латекс] [латекс] {\ гидроразрыва { qnAx}{\Delta t}}.[/latex]

Обратите внимание, что [latex]{x / \Delta t}[/latex] представляет собой величину скорости дрейфа, [latex]{v_{\textbf{d}}}[/latex], поскольку заряды перемещаются на среднее расстояние [латекс]{х}[/латекс] за время [латекс]{\Delta t}[/латекс]. Перестановка терминов дает

[латекс] {I = nqAv _ {\ textbf {d}}} [/латекс],

где [латекс]{I}[/латекс] — ток через провод с поперечным сечением [латекс]{А}[/латекс], изготовленный из материала с плотностью свободного заряда [латекс]{n}[/ латекс]. Каждый из носителей тока имеет заряд [латекс]{q}[/латекс] и движется с дрейфовой скоростью величины [латекс]{v_{\textbf{d}}}[/латекс].

Рис. 6. Все заряды в заштрихованном объеме этой проволоки удаляются за время t , имея скорость дрейфа величиной v _d = x/t . См. текст для дальнейшего обсуждения.

Обратите внимание, что простая скорость дрейфа — это еще не все. Скорость электрона намного больше скорости его дрейфа. Кроме того, не все электроны в проводнике могут двигаться свободно, а те, которые могут двигаться, могут двигаться несколько быстрее или медленнее скорости дрейфа. Так что же мы подразумеваем под свободными электронами? Атомы в металлическом проводнике упакованы в виде решетчатой ​​структуры. Некоторые электроны находятся достаточно далеко от ядер атомов, поэтому они не испытывают притяжения ядер так сильно, как внутренние электроны. Это свободные электроны. Они не связаны ни с одним атомом, а вместо этого могут свободно перемещаться среди атомов в «море» электронов. Эти свободные электроны реагируют ускорением при приложении электрического поля. Конечно, когда они движутся, они сталкиваются с атомами в решетке и другими электронами, выделяя тепловую энергию, и проводник нагревается. В изоляторе организация атомов и структура не допускают таких свободных электронов. 98 \;\text{m} / \text{s}}[/latex]), чем несущие его заряды.

• Электрический ток [латекс]{I}[/латекс] – это скорость, с которой течет заряд, определяемая выражением

  [латекс] {I = \frac{\Delta Q}{\Delta t}},[/latex]

  , где [latex]{\Delta Q}[/latex] — количество заряда, проходящего через площадь во времени [latex]{\Delta t}[/latex].

• Направление обычного тока принимается за направление, в котором движется положительный заряд.
• Единицей силы тока в СИ является ампер (А), где [латекс]{1 \;\text{A} = 1 \;\text{C} / \text{s}}[/latex].
• Ток — это поток свободных зарядов, таких как электроны и ионы.
• Скорость дрейфа [латекс]{v_{\textbf{d}}}[/латекс] — это средняя скорость, с которой движутся эти заряды.
• Текущий [латекс]{I}[/латекс] пропорционален скорости дрейфа [латекс]{v_{\textbf{d}}}[/латекс], что выражается соотношением [латекс]{I = nqAv_{\textbf {d}}}[/латекс]. Здесь [латекс]{I}[/латекс] — ток через провод с площадью поперечного сечения [латекс]{А}[/латекс]. Материал проволоки имеет плотность свободного заряда [латекс]{n}[/латекс], а каждый носитель имеет заряд [латекс]{q}[/латекс] и скорость дрейфа [латекс]{v _{\textbf{d} }}[/латекс]. 9{12}}[/latex] раз больше дрейфовой скорости свободных электронов.

Задачи и упражнения

1: Какова сила тока в миллиамперах, создаваемая солнечными элементами карманного калькулятора, через который проходит заряд 4,00 Кл за 4,00 ч?

2: Всего через фонарь проходит заряд 600 Кл за 0,500 ч. Какой средний ток?

3: Какова сила тока, когда типичный статический заряд [латекс]{0,250 \;\mu \text{C}}[/latex] перемещается с вашего пальца на металлическую дверную ручку в [латексе]{1,00 \ ;\mu \text{s}}[/латекс]?

4: Найдите силу тока, когда 2,00 нКл прыгает между расческой и волосами за интервал времени 0,500 – [латекс]\мю\текст{с}[/латекс]. 2 R}[/латекс].)

Рисунок 7. Конденсатор в дефибрилляторе пропускает ток через сердце пациента

8: Во время операции на открытом сердце дефибриллятор может быть использован для выведения пациента из состояния остановки сердца. Сопротивление пути составляет [латекс]{500 \;\Омега}[/латекс], и необходим ток 10,0 мА. Какое напряжение должно быть подано?

9: (а) Дефибриллятор пропускает ток силой 12,0 А через туловище человека за 0,0100 с. Сколько заряда перемещается? б) Сколько электронов проходит по проводам, подсоединенным к пациенту? (См. рисунок две проблемы выше.) 9{++}}[/latex] ядра поражают цель?

14: Повторите приведенный выше пример на Примере 3, но для проволоки из серебра и данного на один атом серебра приходится один свободный электрон.

15: Используя результаты приведенного выше примера на Примере 3, найти скорость дрейфа в медной проволоке двойного диаметра и несущей ток 20,0 А.

16: 1,628 мм. Ток какой величины протекает при скорости дрейфа 1,00 мм/с? (Полезную информацию см. выше в примере 3.)

17: SPEAR, накопительное кольцо диаметром около 72,0 м в Стэнфордском линейном ускорителе (закрыто в 2009 г.), имеет циркулирующий пучок электронов силой 20,0 А, которые движутся почти со скоростью света. (См. рис. 8.) Сколько электронов находится в пучке?

Рис. 8. Электроны, циркулирующие в накопительном кольце SPEAR, образуют ток силой 20,0 А. Поскольку они движутся со скоростью, близкой к скорости света, каждый электрон совершает множество оборотов в секунду.

электрический ток

скорость, с которой течет заряд, I = Δ Q / Δ t

ампер

(ампер) единица силы тока в СИ; 1 А = 1 Кл/с

скорость дрейфа

средняя скорость, с которой свободные заряды текут в ответ на электрическое поле

 

Электрический ток с учетом заряда и времени Калькулятор

✖Заряд — это фундаментальное свойство форм материи, проявляющих электростатическое притяжение или отталкивание в присутствии другой материи. ⓘ Заряд [q]		AbcoulombAmpere-HourAmpere-MinuteAmpere-SecondCoulombElementary ChargeEMU of ChargeESU of ChargeFaradayFranklinKilocoulombMegacoulombMicrocoulombMilliampere-HourMillicoulombNanocoulombPicocoulombStatcoulomb	+10% -10%
✖Total Time Taken is the total time taken by the body to cover that space.ⓘ Total Time Taken [T Total ]		AttosecondBillion YearsCentisecondCenturyCycle of 60 Hz ACCycle of ACDayDecadeDecasecondDecisecondExasecondFemtosecondGigasecondHectosecondHourKilosecondMegasecondMicrosecondMilleniumMillion YearsMillisecondMinuteMonthNanosecondPetasecondPicosecondSecondSvedbergTerasecondThousand YearsWeekYearYoctosecondYottasecondZeptosecondZettasecond	+10% -10%

✖Электрический ток — это временная скорость прохождения заряда через площадь поперечного сечения. ⓘ Электрический ток при заданном заряде и времени [i]

AbampereAmpereAttoampereBiotCentiampereCGS EMCGS ES unitDeciampereDekaampereEMU CurrentESU of CurrentExaampereFemtoampereGigaampereGilbert HectoampereKiloamperMegaampereMicroampereMilliampernanoamperePetaamperePicoamperStatampereTeraampere0Zetoampere9ZetoampereYoctoampere

⎘ Копировать

👎

Формула

Перезагрузить

👍

Электрический ток с данным зарядом и временем Решение

ШАГ 0: Сводка предварительного расчета

ШАГ 1: Преобразование входных данных в базовые единицы

Заряд: 0,3 кулона —> 0,3 кулона Преобразование не требуется
Общее затраченное время: 80 секунд —> 80 секунд Преобразование не требуется

ШАГ 2: Вычисление формулы

ШАГ 3: Преобразование результата в единицу измерения

0,00375 Ампер —> Преобразование не требуется

< 10+ текущих калькуляторов электроэнергии

Электрический ток с данным зарядом и формулой времени

Электрический ток = заряд/общее время
i = кв/т _Итого

Как рассчитывается электрический ток?

Электрический ток рассчитывается по формуле i = dq/dt. Направление тока соответствует направлению потока положительного заряда или противоположно направлению отрицательного заряда. Но ток — скалярная величина. Где i — мгновенный ток, dq — текущий ток, а dt — временной интервал. Его единицей измерения в системе СИ является Ампер.

Как рассчитать электрический ток с учетом заряда и времени?

Калькулятор электрического тока с учетом заряда и времени использует Электрический ток = заряд/общее время, затраченное на , для расчета электрического тока. Электрический ток с учетом заряда и времени представляет собой временную скорость потока заряда через площадь поперечного сечения. Электрический ток обозначается символом i .

Как рассчитать электрический ток с учетом заряда и времени с помощью этого онлайн-калькулятора? Чтобы использовать этот онлайн-калькулятор для электрического тока с учетом заряда и времени, введите Charge (q) и общее время (T _Всего ) и нажмите кнопку расчета. Вот как можно объяснить расчет электрического тока с заданным зарядом и временем с заданными входными значениями -> 0,00375 = 0,3/80 .

Вопросы-Ответы

Что такое электрический ток с учетом заряда и времени?

Электрический ток с учетом заряда и времени представляет собой временную скорость прохождения заряда через площадь поперечного сечения и представлен как i = q/T _Всего или Электрический ток = заряд/общее время . Заряд — это фундаментальное свойство форм материи, которые проявляют электростатическое притяжение или отталкивание в присутствии другой материи, а общее время, затрачиваемое телом, — это общее время, затрачиваемое телом на покрытие этого пространства.

Как рассчитать электрический ток с учетом заряда и времени?

Электрический ток с заданным зарядом и временем представляет собой временную скорость прохождения заряда через площадь поперечного сечения, рассчитанную с использованием Электрический ток = заряд/общее время .