Электрические цепи постоянного тока
презентация к уроку

Слайд 1

Слайд 2

СОДЕРЖАНИЕ Электрический ток Электрическое сопротивление и проводимость Закон Ома Электрическая цепь Соединение резисторов II закон Кирхгофа Потеря напряжения в проводах

Слайд 3

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК Полный ток – направленное движение носителей заряда, сопровождаемое магнитным полем. Состоит из трех токов: 1.Ток проводимости – направленное движение свободных носителей зарядов под действием электрического поля. В металлах – электроны; В электролитах – ионы; В газах – электроны и ионы. 2. Ток переноса - направленное движение заряженных частиц в вакууме (наблюдается в электронных лампах, диодах). 3.Ток смещения - направленное движение связанных носителей (наблюдается в диэлектриках). За направление электрического тока принято считать направление движения положительных зарядов от (+) к (-). Упорядоченное движение электронов в металлическом проводнике. S – площадь поперечного сечения проводника, U – электрическое поле.

Слайд 4

Количественной характеристикой электрического тока является сила тока - количество электричества, проходящего через поперечное сечение проводника за одну секунду. Единица измерения А (Ампер) 1 кА = 10 3 А 1МА = 10 6 А I = Q \ t (А) 1 мкА = 10 -6 А 1 млА =10 -3 А Q – заряд, Кл ( Кулон); t – время, сек. Это скалярная величина. Ток в цепи измеряют амперметром, который включают последовательно с нагрузкой, чтобы через нее проходил полный ток. Плотность тока – векторная величина – количество электричества, проходящего за 1 секунду через единицу перпендикулярного току сечения . J = I \ S А\ мм 2

Слайд 5

Задача 1 Через поперечное сечение проводника 2,5 мм 2 за время 0,04 сек. Прошел заряд 20*10 -3 Кл. Определить плотность тока в проводнике. I = Q \ t = 20*10 -3 \ 0,04 =500*10 -3 А J = I \ S = 500*10 -3 \ 2,5 =0,2 А \ мм 2 Задача 2 Сила тока в цепи равна 10А. Найти заряд, прошедший в этой цепи за 5 с. Дано: I=10 А t=5c q - ? q=I*t q=10A*5 с=50А* с= 50Кл Задача 3 Сила тока в цепи электрической плитки равна 1,4А. Какой электрический заряд проходит через поперечное сечение ее спирали за 20 минут? Дано: I=1,4 А t=20 мин. q - ? q=I*t q=1.4 А*1200с=1680А*с=1680Кл

Слайд 6

Задача 4 Сила тока в цепи электрической лампы равна 0,3А. Сколько электронов проходит через поперечное сечение спирали за 5 минут? Дано: I=0,3А t=5 мин. q e =1,6*10 -19 Кл e - ? q=I*t q=0,3 А*300с=90Кл e=90 Кл/1,6*10 -19 Кл=56,25/10 -19 Кл=5,625*10 20

Слайд 7

Ток, неизменный во времени по направлению и величине называется постоянным. График постоянного тока На практике значения силы тока: Опасен для жизни – 0,05 А Смертелен – 0,1 А В лампах накаливания – 0,2 – 1 А В утюгах – 5-8 А В электродвигателях трамваев – свыше 100 А В телефонном аппарате – сотые доли А

Слайд 8

Для поддержания тока в проводнике необходимо электрическое поле или разность потенциалов. Напряжение (падение напряжения) – разность потенциалов между двумя точками электрической цепи. Потенциал обозначается буквой φ и измеряется в Вольтах. Напряжение обозначается U и измеряется в Вольтах. U а b = φ a – φ b ( В)

Слайд 9

Электрический ток наблюдать нельзя, а только можно о нем судить по действиям, которые он производит: Тепловое – проводник нагревается Тепловое действие электрического тока подчиняется закону Джоуля – Ленца: Количество выделенного тепла Q равно произведению квадрата силы тока I 2 , сопротивления проводника R и времени t прохождения тока через проводник: Q = I 2 Rt Дж. где I – сила тока в А R- сопротивление в Омах T – время в с ПОЧЕМУ проводник нагревается? При прохождении электрического тока по проводнику электроны сталкиваются с атомами проводника, их скорость падает до нуля, а энергия соударений превращается в тепло.

Слайд 10

магнитное – электрический ток, проходя по проводнику, создает магнитное поле Пример: Магнитные носители информации: кассеты содержат катушки из магнитной ленты. Видео и звуковая информация кодируется на магнитном покрытии на ленте. Некоторые электрические двигатели (так же, как громкоговорители) основываются на комбинации электромагнита и постоянного магнита.

Слайд 11

Химическое – ток, проходя через электролиты разлагает их на составные части. Электролит – водный раствор солей, кислот и щелочей. Это проводники второго рода. Электролитическая диссоциация – распад электролита на ионы при растворении его в воде. Пример: Электролиз: Если в сосуд налить электролит (медный купорос),опустить в него два угольных электрода и пропустить через раствор постоянный ток, то на одном электроде (катоде) выделится медь, а на другом (аноде) – сернокислотный остаток.

Слайд 12

Задача. В цепь включены два амперметра. Амперметр А1 показывает силу тока 0,5 А. Какое количество электричества протекает через лампу за 10 с? Задача. Плитка включена в осветительную сеть. Какое количество электричества протекает через нее за 10 мин, если сила тока в подводящем шнуре равна 5 А? Задача. Какое количество электричества протекает через катушку гальванометра, включенного в цепь на 2 мин, если сила тока в цепи 12 мА?

Слайд 13

Электрическое сопротивление и проводимость Сопротивление - свойство проводника препятствовать прохождению тока . Зависит от геометрических размеров (длины и сечения) и материала проводника. где L -длина проводника, м S – сечение , мм2 Удельное сопротивление проводника

Слайд 14

Специально созданные устройства, обладающие электрическим сопротивлением: Резисторы - предназначены для ограничения тока в цепи. Реоста т предназначен для изменения тока в цепи. реостат резистор

Слайд 15

Величина, обратная сопротивлению – проводимость. Это свойство проводника проводить электрический ток. Обозначается G , измеряется в См (сименс) Чем больше сопротивление (меньше проводимость), тем сильнее нагревается проводник при прохождении тока. Удельная проводимость – величина, обратная удельному сопротивлению.

Слайд 16

Самостоятельно нарисуйте схему замещения для электрической цепи, используя УГО. Электрическая цепь

Слайд 17

ЗАДАЧА 1. Определите удельное сопротивление провода и материал, из которого он изготовлен, если длина провода 69,79 м, сопротивление 6 Ом и площадь поперечного сечения 5 мм ² . Дано: L = 69,79 м R = 6 Ом S = 5 мм ² Найти: ρ -? Материал провода? ρ= R∙ S \ l ρ = 6 ∙ 5 /69,79 =0,42 Ом ∙ мм ² /м Материал провода Удельное сопротивление серебро 0,016 медь 0,0175 алюминий 0,03 железо 0,13 Никелин (сплав меди, никеля и алюминия 0,42

Слайд 18

Задача 1. Длина алюминиевого провода 500 м, площадь его поперечного сечения 4 мм 2 , Чему равно сопротивление провода? Задача 2. Медный провод с площадью поперечного сечения 0,85 мм 2 обладает сопротивлением 4 Ом. Какова длина провода?

Слайд 19

Задача 3. Длина серебряного провода 0,6 м, а сопротивление 0,015 Ом. Определите площадь поперечного сечения провода. Задача 4. Шнур, употребляемый для подводки тока к телефону, для гибкости делают из многих тонких медных проволок. Рассчитайте сопротивление такого провода длиной 3 м, состоящего из 20 проволок площадью поперечного сечения 0,05 мм 2 каждая.

Слайд 20

Закон Ома Немецкий физик Георг Симон Ом (1787—1854) открыл основной закон электрической цепи. Закон Ома для участка цепи: Cила тока I на участке электрической цепи прямо пропорциональна напряжению U на концах участка и обратно пропорциональна его сопротивлению R. I — сила тока (в системе СИ измеряется — Ампер )

Слайд 21

U — напряжение (в системе СИ измеряется — Вольт ) Падение напряжения на участке проводника равно произведению силы тока в проводнике на сопротивление этого участка. R — электрическое сопротивление, Ом.

Слайд 22

Для полной цепи: Сила тока в цепи прямо пропорциональна ЭДС источника и обратно пропорциональна сопротивлению всей цепи. где E - ЭДС источника, В r - сопротивление источника, Ом R– сопротивление нагрузки, Ом. Полное сопротивление цепи равно сумме сопротивлений внешней цепи R (нагрузки) и внутреннего r (источника). Напряжение в цепи будет равно: U= E- Iˑr Если цепь разомкнута, то Е = U

Слайд 23

Ответьте на вопросы. 1 Как можно удвоить силу тока в цепи? Ответ: Увеличить напряжение в 2 раза или уменьшить в 2 раза сопротивление. 2 Напряжение на реостате увеличили в 2 раза, а сопротивление реостата уменьшили в 3 раза. Как изменился ток в реостате? Ответ: Увеличился в 6 раз. Устно решите задачи

Слайд 24

Задача 1. Какова сила тока в резисторе, если его сопротивление 12 Ом, а напряжение на нем 120 В? Задача 2.Определите сопротивление проводника, если при напряжении 110 В сила тока в нем 2 А.

Слайд 25

Работа и мощность электрического тока Кулоновские и сторонние электрические силы совершают работу А при перемещении зарядов вдоль электрической цепи. Если электрический ток постоянен, а образующие цепь проводники неподвижны, то энергия W , которая необратимо преобразуется за время t в объеме проводника, равна совершенной работе: W = А = IUt , Дж где I - сила тока, А; U - падение напряжения , В. t – время, сек. Работа тока на участке цепи равна произведению силы тока, напряжения и времени, в течение которого совершалась работа. Мощность электрического тока – скорость совершения работы (преобразования энергии) где А - работа, которая совершается током за время; I - сила тока, U - падение напряжения на участке цепи. Единица мощности электрического тока - ватт, Р = 1Дж / 1сек = 1Вт Измеряется ваттметром.

Слайд 26

В таблице указаны значения мощности некоторых потребителей электрического тока: БАЛАНС МОЩНОСТИ ΣР ист. = Σр потр ΣЕ· I = Σ I 2 ·R

Слайд 27

Задача 1 .Электроплитка имеет спираль сопротивлением 24 Ом и потребляет ток 5 А. Определить мощность. Решение Р = I 2 ·R = 25 · 24 = 0, 6 кВт Задача 2. Определить мощность, потребляемую электродвигателем, если ток в цепи 8 А и двигатель включен в сеть 220 В. РЕШЕНИЕ P = U·I = 8·220 = 1 , 76 Вт

Слайд 28

Задача 3. Мощность двигателя 3 кВт. Чему равен ток в обмотке, если напряжение сети равно 120 В. РЕШЕНИЕ I = P / U = 3000/120 =25 A

Слайд 29

Электрическая цепь (ЭЦ). ЭЦ – совокупность электротехнических устройств, образующих путь для прохождения тока ( совокупность генерирующих, приемных и вспомогательных устройств, соединенных между собой электрическими проводами). При изучении, описании и анализе ЭЦ ее отдельные элементы представляются в виде условно-графического обозначения (УГО). Используя УГО, можно любую реальную электрическую цепь представить в виде схемы, которая называется схемой электрической цепи. Провода изображаются отрезками линий.

Слайд 30

Нарисуйте схему замещения для электрической цепи. Электрическая цепь.

Слайд 31

Простая ЭЦ состоит : Источники электрической энергии (г енерирующие устройства) - преобразуют другие виды энергии в электрическую. а) преобразующие механическую энергию в электрическую (генераторы); б) преобразующие химическую энергию в электрическую (аккумулятор); 2. Потребители – преобразуют электрическую энергию в другие виды: Двигатели Лампы

Слайд 32

3. Вспомогательные элементы

Слайд 33

Все элементы ЭЦ, имеющие ЭДС называются активными. При размыкании цепи U ≠ 0 . Источники) Остальные элементы ЭЦ называются пассивными . При размыкании цепи на них U =0. (Потребители0. Любая ЭЦ делится на: Внутреннюю часть – источник. Ток протекает от (-) к (+). Внешнюю – потребитель, провода и т.д. Ток протекает от (+) к (-). Условия протекания тока в цепи. Цепь замкнута. Е ≠ 0. Сторонние силы.

Слайд 34

Любая ЭЦ имеет: 1). Ветвь - участок электрической цепи, по которому протекает один и тот же ток. 2) Узел - место соединения трех и более ветвей.

Слайд 35

3). Контур - замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям. Сложная ЭЦ. Простая цепь В чем разница между простой цепью и сложной?

Слайд 36

РЕЖИМЫ РАБОТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ. При изменении нагрузки от 0 до ∞ изменяется U. I. P . Отсюда пять режимов ЭЦ. Режим холостого хода (ХХ) - соответствует разомкнутой цепи. I =0. R = ∞. U=E . Режим короткого замыкания (КЗ) – аварийный. R = 0. Ток ограничен только сопротивлением источника, которое мало, поэтому ток увеличивается в 100-1000 раз. Короткое замыкание – соединение двух проводов с нарушенной изоляцией, образующих малое сопротивление.

Слайд 37

3 .Номинальный режим характеризуется значениями напряжения, тока и мощности, на которые рассчитана цепь. Отклонения от этого режима нежелательно, к.п.д. цепи уменьшается. 4.Рабочий – отклонение от номинального в допустимых пределах. 5.Согласованный характеризуется максимально возможной мощностью, которая передается от источника к нагрузке (потребителю). Условие R 0 = R н R 0 –сопротивление источника R н - сопротивление потребителя Применяется в измерительных цепях.

Слайд 38

Соединение резисторов 1)Последовательное соединение. Это соединение, при котором потребители соединены один за другим без разветвления и поэтому имеют один и тот же ток. Падение напряжения на каждом участке равно:

Слайд 39

Задача 2. Мощность, потребляемая тремя последовательно соединенными резисторами равна Р = 25 Вт при токе в цепи 0,2 А. На участке, где включены резисторы R 1 и R 2 напряжение равно U 1-2 = 55 В. Сопротивление R 1 = 130 Ом. Определить сопротивление R 2 и R 3 , напряжение на входе цепи и составить баланс мощности. РЕШЕНИЕ. Определяем сопротивление R 1-2 = U 1-2 \ I = 55 \0,2 = 275 Ом R 2 = 275 – 130 =145 Ом Р = I 2 ∙ R общ. . отсюда R общ. = Р\ I 2 =25\0,2 2 = 625 Ом R 3 = R общ - R 1-2 = 625 – 275 =350 Ом. Р = U общ. ∙ I , ОТСЮДА U общ = Р \ I = 25 \0,2 = 125 В Составляем баланс мощности: Р ист . = Р потр . U общ . ∙ I = I 1 2 ∙ R 1 + I 2 2 ∙ R 2 + I 3 2 ∙ R 3 125∙0,2= 0,2 2 ∙ 130+0,2 2 ∙ 145 +0,2 2 ∙ 350 25 Вт = 5,2+5,8 +14 = 25 Вт

Слайд 40

Задача 3. Сопротивления R1=2 Ом и R2=3 Ом соединены последовательно. Ток, проходящий через R1 равен 2 А. Найти общее сопротивление и напряжение цепи. цепи. Решение Задача 4. Напряжение на контактах батарейки Uобщ=15В, R1=2 Ом, R2=3 Ом. Вычислить силу тока цепи.

Слайд 41

2) Параллельное соединение Соединение, при котором несколько ветвей присоединены к одной паре узлов. Сопротивление двух резисторов равно С одинаковыми сопротивлениями находится по формуле: где n – количество резисто ров Так как 1\ R = G – проводимость (единица измерения Сименс), можно записать G общ. = G 1 + G 2 + G 3

Слайд 42

Пример. Дано: R1 = 8 Ом R2 = 4 Ом R3 = 2 Ом R общ. - ? 1/ R общ = 1/ R 1 + 1/ R 2 + 1/ R 3 1/ R общ = 1/8 + 1/4 + 1/2 = 1+2+4/8 = 7/8 (1 \Ом) R общ = 8/7 = 1,14 Ом Дано: G 1 = 4∙ 10 -3 См G 2 = 12∙ 10 -3 См G 3 = 7∙ 10 -3 См R общ . - ? РЕШЕНИЕ. G общ. = G 1 + G 2 + G 3 = 4∙ 10 -3 +12∙ 10 -3 +7∙ 10 -3 = 23∙10 -3 См R общ . = 1 \ 23∙10 -3 = 43,5 Ом Два проводника сопротивлением 200 Ом и 300 Ом соединены параллельно. Определить полное сопротивление участка цепи.

Слайд 43

Алгебраическая сумма токов для любого узла электрической цепи равна нулю (токи входящие в узел равны токам, исходящим из узла) - 1 закон Кирхгофа. ∑ I = 0 Узел А. I - I 1 - I 2 – I 3 =0 Токи, входящие в узел берем со знаком (+), выходящие из узла – со знаком (-). Или можно записать: I = I 1 +I 2 +I 3 ЗАДАЧА 1 . Для узловой точки составить уравнение по 1 закону Кирхгофа.

Слайд 44

ЗАДАЧА 2. Для узловой точки составить уравнение по 1 закону Кирхгофа. i 1 –i 2 +i 3 =0 ЗАДАЧА 3 . Для узловой точки составить уравнение по 1 закону Кирхгофа. I 1 +I 3 -I 2 -I 4 =0 или I 1 +I 3 =I 2 +I 4 ЗАДАЧА 4. Для узловой точки составить уравнение по 1 закону Кирхгофа.

Слайд 45

Смешанное соединение Есть участки параллельного и последовательного соединения. R = R 1,2 + R 3 = 4 + 2 = 6 .

Слайд 46

Пример

Слайд 47

Решить самостоятельно

Слайд 48

Второй закон Кирхгофа В любом замкнутом контуре цепи алгебраическая сумма ЭДС равна алгебраической сумме падений напряжений в сопротивлениях этого контура. Σ Е = Σ I ·R Условно задаются направлениями токов в различных участках цепи. Намечают контуры, направление обхода этих контуров и приступают к составлению уравнений. Если направление обхода не совпадает с направлениями Э.Д.С. или с направлениями токов на отдельных участках контура, то величины Э.Д.С. и падения напряжения I ∙ R входят в уравнения со знаком «минус».

Слайд 49

Задача 1 : составить уравнение по 2 закону Кирхгофа Е 1 -Е 2 -Е 3 = I 1 ×R 1 +I 2 ×R 2 +I 3 ×R 3 Задача 2 : составить уравнение по 2 закону Кирхгофа Е 1 -Е 3 -Е 4 = I 1 ×R 1 -I 2 ×R 2 +I 3 ×R 3

Слайд 50

Заполнить таблицу Наименование Определение Обозначение Единицы измерения Расчетная формула Прибор для измерения и схема включения ЭДС Напряжение Сила тока Сопротивление Проводимость Мощность