Audytor.ru

Теплоснабжение "Аудитор"
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Тепловое действие электрического тока в жидкостях

Тепловое действие электрического тока в жидкостях

Электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц. Для того чтобы в проводнике существовал электрический ток, необходимы два условия: 1) наличие свободных заряженных частиц, 2) электрическое поле, которое создаёт их направленное движение. Проходя по цепи, происходит действие электрического тока (тепловое, магнитное, химическое).

При существовании тока в разных средах: в металлах, жидкостях, газах — электрический заряд переносится разными частицами. В металлах этими частицами являются электроны, в жидкостях заряд переносится ионами, в газах — электронами, положительными и отрицательными ионами.

Дистиллированная вода не проводит электрический ток, поскольку она не содержит свободных зарядов. Если в воду добавить поваренную соль или медный купорос, то в ней появятся свободные заряды, и она станет проводником электрического тока.

Газы в обычных условиях тоже не проводят электрический ток, так как в них нет свободных зарядов. Однако если в воздушный промежуток между двумя металлическими пластинами, соединёнными с источником тока, внести зажжённую спичку или спиртовку, то газ станет проводником и гальванометр зафиксирует протекание тока по цепи.

Постоянный электрический ток

Постоянный электрический ток — это электрический ток, который с течением времени не изменяется по величине и направлению. Постоянный ток является разновидностью однонаправленного тока (англ. direct current), т.е. тока, не изменяющий своего направления. Часто можно встретить сокращения DC от первых букв англ. слов, или символом по ГОСТ 2.721-74.

Постоянный электрический ток

На рисунке красным цветом изображён график постоянного тока. По горизонтальной оси отложен масштаб времени t, а по вертикальной — масштаб тока I или электрического напряжения U. Как видно, график постоянного тока представляет собой прямую линию, параллельную горизонтальной оси (оси времени).

При постоянном токе через каждое поперечное сечение проводника в единицу времени протекает одинаковое количество электричества (электрических зарядов). Постоянный электрический ток — это постоянное направленное движение заряженных частиц в электрическом поле.

Источник тока

Направленное движение зарядов обеспечивается электрическим полем. Электрическое поле в проводниках создаётся и поддерживается источником тока. В источнике тока совершается работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц. Эти частицы накапливаются на полюсах источника тока. Один полюс источника заряжается положительно, другой — отрицательно. Между полюсами источника образуется электрическое поле, под действием которого заряженные частицы начинают двигаться упорядоченно.

В источнике тока совершается работа при разделении заряженных частиц. При этом различные виды энергии превращаются в электрическую энергию. В электрофорной машине в электрическую энергию превращается механическая энергия, в гальваническом элементе — химическая.

электрический ток

Действие электрического тока

Электрический ток, проходя по цепи, производит различные действия. Тепловое действие электрического тока заключается в том, что при его прохождении по проводнику в нём выделяется некоторое количество теплоты. Пример применения теплового действия тока — электронагревательные элементы чайников, электроплит, утюгов и пр. В ряде случаев температура проводника нагревается настолько сильно, что можно наблюдать его свечение. Это происходит в электрических лампочках накаливания.

Действие электрического тока

Магнитное действие электрического тока проявляется в том, что вокруг проводника с током возникает магнитное поле, которое, действуя на магнитную стрелку, расположенную рядом с проводником, заставляет её поворачиваться. Благодаря магнитному действию тока можно превратить железный гвоздь в электромагнит, намотав на него провод, соединённый с источником тока. При пропускании по проводу электрического тока гвоздь будет притягивать железные предметы.

Химическое действие электрического тока проявляется в том, что при его прохождении в жидкости на электроде выделяется вещество. Если в стакан с раствором медного купороса поместить угольные электроды и присоединить их к источнику тока, то, вынув через некоторое время эти электроды из раствора, можно обнаружить на электроде, присоединённом к отрицательному полюсу источника (на катоде), слой чистой меди.

Читайте так же:
Преобразование электрического тока в тепловую энергию

Некоторые источники утверждают, что существует также механическое действие (например, рамка, по которой течет ток, поворачивается, если её поместить между полюсами магнитов) и световое (светодиоды).

Конспект по по физике в 8 классе: «Постоянный электрический ток. Действие электрического тока».

Проверь себя

Что называют электрическим током?

Какие условия необходимы для того чтобы возник электрический ток?

Что называют электродвижущей силой?

Какие величины являются количественными характеристиками электрического тока?

Какие частицы являются носителями тока в проводниках, жидкостях, газах?

Дайте определение силы тока для постоянного тока и запишите формулу.

Дайте определение плотности тока.

Запишите закон Ома в дифференциальной форме.

Дайте определение удельной тепловой мощности тока.

Запишите закон Джоуля-Ленца.

Ионная проводимость

В металлах, как вы помните, имеется лишь один тип свободных зарядов — это свободные электроны. В электролитах ситуация иная: здесь возникают свободные заряды двух типов.

1. Положительные ионы, образовавшиеся из атомов металлов или водорода.

2. Отрицательные ионы — атомные или молекулярные кислотные остатки (например, или ), а также гидроксильная группа .

Второе отличие от металлов заключается в том, что носители свободных зарядов в электролите могут иметь заряд, равный по модулю как элементарному заряду , так и целому числу элементарных зарядов . Здесь — валентность атома или группы атомов; например, при растворении медного купороса имеем .

Если внешнего электрического поля нет, то свободные заряды электролита совершают лишь хаотическое тепловое движение наряду с окружающими молекулами. Но при наложении внешнего поля положительные и отрицательные ионы начинают упорядоченное движение.

Поместим в сосуд с электролитом два электрода; один из электродов присоединим к положительной клемме источника тока, а другой — к отрицательной (рис. 5 ). Когда речь идёт о прохождении тока через электролиты, положительный электрод называют анодом, а отрицательный — катодом (Имеется народная мудрость для запоминания знаков анода и катода: Андрей — парень положительный, Катька — девка отрицательная ;-)).

Рис. 5. Ионная проводимость электролита

В электрическом поле, возникшем между электродами, положительные ионы электролита устремляются к «минусу» катода, а отрицательные ионы — к «плюсу» анода. Таким образом, электрический ток в электролите образуется в результате встречного движения ионов: положительных — к катоду, отрицательных — к аноду. Поэтому проводимость электролитов называется ионной (в отличие от электронной проводимости металллов).

На положительном аноде имеется недостаток электронов. Отрицательные ионы, достигнув анода, отдают ему свои лишние электроны; эти электроны отправляются по цепи к «плюсу» источника.

Наоборот, на отрицательном катоде — избыток электронов. Положительные ионы, придя на катод, забирают у него электроны, и это количество ушедших электронов немедленно восполняется их доставкой на катод с «минуса» источника.

Таким образом, в той части цепи, которая состоит из источника тока и металлических проводников, возникает циркуляция электронов по маршруту «анод источник катод».

Цепь замыкается электролитом, где электрический ток обеспечивается двусторонним движением ионов.

Подписи к слайдам:

Урок 32 Электрический ток в различных средах

Главные вопросы В каких средах может протекать электрический ток? Какими частицами создается? Где применяется (встречается)?

Читайте так же:
Сверхпроводники тепловое действие тока 1

Повторение Что называют электрическим током? Без чего не может возникнуть ток? Какие действия оказывает ток? Приведите примеры(природа, техника, быт), когда мы имеем дело с током.

В каких средах может протекать ток?

В какой среде протекает ток? Какие частицы создают ток Где встречается, где применяется Металл Газ (газовый разряд) Жидкость (электролиз) Полупроводники Вакуум В каких средах может протекать ток? (начертите таблицу в тетради, ее надо заполнить, просматривая презентацию)

Ток в металлах. Прочитать параграф 34 учебника и заполнить строку таблицы.

Ток в газах Полярное сияние

Ток в газах Рекламные трубки – свечение инертных газов в стеклянных трубках, покрытых изнутри слоем люминофора (люминесцентные лампы дневного света)

Ток в газах Особенно красиво, когда огни святого Эльма возникают на концах мачт и рей парусного судна. Для образования этих таинственных огней не нужны грозовые облака, их чаще можно увидеть в горах, а также во время пыльных бурь и метелей.

Ток в газах Происходит нагревание до температуры свыше 10 000 К. Сила тока в канале молнии достигает 10 000—20 000 А, длительность импульса тока составляет несколько десятков микросекунд.

Ток в газах Ток в газах возникает при ионизации нейтральных атомов или молекул. Сильное электрическое поле ускоряет электроны, которые «разбивают» нейтральные атомы и получившиеся ионы в электрическом поле начинают двигаться направленно.

Ток в жидкостях Электролиз – протекание тока в растворах кислот, солей, щелочей и расплавах металлов, при этом происходит выделение чистого металла на одном из электродов.

Ток в жидкостях Диссоциация – распад нейтральных молекул на ионы

Ток в полупроводниках Диоды, транзисторы, фоторезисторы, светодиоды Изготавливают из кремния, индия, мышьяка, висмута и др.

Ток в полупроводниках Ток в полупроводниках создают электроны (-) и вакансии (дырки) (+)

Ток в вакууме – электронно-лучевая трубка Электроны, испускаемые нагретым катодом, можно с помощью электрических полей разгонять до высоких скоростей.

Ток в вакууме Э лектронно-лучевая трубка является важным элементом телевизора, осциллографа, радиолокатора и других приборов. Пучки электронов, формируют картинку на экране, вызывая свечение люминофора.

Ток в вакууме Если электронный пучок попадает на тела, то они нагреваются, что используется для электронного плавления и сварки материалов в вакууме и обеспечивает их сверхвысокую чистоту.

Ток в вакууме Звездный ветер. Потоки заряженных частиц (электронов, протонов, ионов) исходящие от солнца — солнечный ветер.

Что мы сегодня узнали по теме Электрический ток в различных средах Проверим, как заполнена таблица

Электрический ток в различных средах В какой среде протекает ток? Какие частицы создают ток (носители заряда) Где встречается, где применяется? Металл Ток в осветительных проводах, в нагревательных элементах, в резисторах. Газ (газовый разряд)

Электрический ток в различных средах В какой среде протекает ток? Какие частицы создают ток (носители заряда) Где встречается, где применяется? Жидкость (электролиз) Ионы («+» и «-») Полу-проводники Диоды, транзисторы, фоторезисторы, светодиоды, полупроводниковые лазеры.

Э лектрический ток в различных средах В какой среде протекает ток? Какие частицы создают ток (носители заряда) Где встречается, где применяется? Вакуум Электроны Солнечный ветер или точнее звездный ветер от Солнца, вызывающий магнитные бури.

В каких средах может протекать электрический ток? В твердых телах ( в металлах, в полупроводниках) В газах В жидкостях В вакууме

Какими частицами создается ток В металлах – электронами В газах – ионами (+ и -) и электронами В жидкостях (электролитах) – ионами В полупроводниках – электронами и дырками В вакууме – потоками заряженных частиц (протоны, электроны, альфа-частицами и пр.)

Читайте так же:
Ток базы равен тепловому току

Проверь себя: 1 . Что быстрее движется в металлическом проводнике: свободные электроны или электрическое поле? А. Свободные электроны. Б. Электрическое поле.

Проверь себя: 2 . Какими частицами создаётся ток в газах? Выберите правильное утверждение. А. Электронами и ионами обоих знаков. Б. Ионами обоих знаков. В. Электронами и отрицательными ионами. Г. Электронами и положительными ионами.

Проверь себя: 3. Чистая вода является диэлектриком. Почему водный раствор NaCl является проводником? А. При растворении соли вода нагревается и ионизируется. Б. После растворения соли молекулы NaCl переносят заряды. В. В растворе от молекулы NaCl отрываются электроны и переносят заряд. Г. Соль в воде распадается на ионы Na + и Cl — .

Проверь себя: 4. В полупроводниках ток ослабевает с понижением температуры. Это объясняется тем, что: А. Уменьшается расстояние между атомами. Б. Усиливается тепловое движение атомов. В. Уменьшается число электронов, оторвавшихся от атома.

Проверь себя: 5. Током в вакууме является: А. Поток заряженных частиц, испускаемых любой звездой. Б. Свечение мачт кораблей. В. Молния.

Ионы и ионная связь

Ион – это часть молекулы, число электронов в которой не равно числу протонов в ядрах его атомов, и, таким образом, ион всегда имеет некоторый заряд.

Ионы образуются за счет того, что существуют энергетически устойчивые конфигурации электронных оболочек в атомах, число электронов в которых имеет определенные значения – чаще всего, 0, 2 или 8 электронов.

Атому, число внешних электронов у которого близко к этим цифрам, «энергетически выгодно» изменить число электронов так, чтобы число электронов во внешней оболочке стало устойчивым, даже несмотря на приобретение электрического заряда.

Во внешней электронной оболочке натрия имеется один электрон, поэтому натрий очень легко теряет его, превращаясь в положительный ион. Во внешней электронной оболочке хлора имеется семь электронов, поэтому хлор легко включает один свободный электрон в оболочку, становясь отрицательным ионом. Эти два процесса могут быть объединены – натрий передает электрон хлору, в результате образуются два противоположно заряженных иона, которые сразу же притягиваются друг к другу. Поэтому натрий горит в хлоре, образуя белый дым, состоящий из мельчайших кристалликов обычной поваренной соли $NaCl$.

Рис. 2. Горение натрия в хлоре.

Химическая связь, возникающая за счет образования ионов, называется ионной. Такая связь имеется практически во всех кислотах, солях и щелочах.

Презентация на тему «Тепловое действие тока» по физике. Состоит из 18 слайдов. Размер файла 1.04 Мб. Каталог презентаций в формате powerpoint. Можно бесплатно скачать материал к себе на компьютер или смотреть его онлайн с анимацией.

Презентация: Тепловое действие тока

Презентация на тему:

Выполнила работу: Хамедова Хасиба 10 класса «А» «Тепловое действие тока»

Слайд 2

Электрический ток.

Электрический ток нагревает проводник. Объясняется оно тем, что свободные электроны в металлах, перемещаясь под действием электрического поля, взаимодействуют с ионами или атомами вещества проводника и передают им свою энергию. В результате работы электрического тока увеличивается скорость колебаний ионов и атомов и внутренняя энергия проводника увеличивается. Опыты показывают, что в неподвижных металлических проводниках вся работа тока идет на увеличение их внутренней энергии. Нагретый проводник отдает полученную энергию окружающим телам, но уже путем теплопередачи. Значит, количество теплоты, выделяемое проводником, по которому течет ток, равно работе тока. Мы знаем, что работу тока рассчитывают по формуле: А = U·I·t. Электрический ток в проводнике

Читайте так же:
Коэффициент теплового расцепителя автоматического выключателя

Слайд 3

Закон Ома.

Обозначим количество теплоты буквой Q. Согласно сказанному выше Q = A, или Q = U·I·t. Пользуясь законом Ома, можно количество теплоты, выделяемое проводником с током, выразить через силу тока, сопротивление участка цепи и время. Зная, что U = IR, получим: Q = I·R·I·t, т. е. Q=I ·R·t Количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени. К этому же выводу, но на основании опытов впервые пришли независимо друг от друга английский ученый Джоуль и русский ученый Ленц. Поэтому сформулированный выше вывод называется законом Джоуля — Ленца. Закон Ома для участка цепи

Слайд 4

Задача на закон Ома для участка цепи.

Слайд 5
Слайд 6
Слайд 7
Слайд 8

Устройство лампы накаливания.

Рассмотрим устройство лампы накаливания. Нагреваемым элементом в ней является свернутая в спираль тонкая вольфрамовая нить 1. Вольфрам для изготовления нити выбран потому, что он тугоплавок и имеет достаточно большое удельное сопротивление. Спираль с помощью специальных держателей 2 укрепляется внутри стеклянного баллона, наполненного инертным газом, в присутствии которого вольфрам не окисляется. Баллон крепится к цоколю 3, к которому припаян один конец токоведущего провода в точке 4. Второй конец провода через изолирующую прокладку 5 припаян к нижнему контакту. Лампа ввертывается в патрон. Он представляет собой пластмассовый корпус А, в котором имеется металлическая гильза Б с резьбой; к ней присоединен один из проводов сети. Патрон контактирует с цоколем 3. Второй провод от сети присоединен к контакту В, который касается нижнего контакта лампы. Лампы накаливания удобны, просты и надежны, но экономически они невыгодны. Так, например, в лампе мощностью 100 Вт лишь небольшая часть электроэнергии (4 Вт) преобразуется в энергию видимого света, а остальная энергия преобразуется в невидимое инфракрасное излучение и в форме тепла передается окружающей среде.

Слайд 9

Коэффициент полезного действия (КПД).

Для оценки эффективности того или иного устройства в технике введена специальная величина — коэффициент полезного действия (КПД). Коэффициентом полезного действия называют отношение энергии, полезно преобразованной (работы или мощности), ко всей потребленной энергии, или затраченной (работе или мощности):

Слайд 10

Часто КПД выражают в процентах (%). Вычислим КПД электрической лампы накаливания по данным, приведенным выше: h=4/100=0.04=4%; Для сравнения укажем, что КПД лампы дневного света примерно 15%, а у натриевых ламп наружного освещения около 25%. Схема питания лампы дневного света

Слайд 11

Существует большое число электрических нагревательных приборов, например электрические плиты, утюги, самовары, кипятильники, обогреватели, электрические одеяла, фены для сушки волос, в которых используется тепловое действие тока. Основным нагревательным элементом является спираль из материала с большим удельным сопротивлением. Она помещается в керамические изоляторы с хорошей теплопроводностью, которые изготовлены в виде своеобразных бус. В приборах, предназначенных для нагревания жидкостей, изолированная спираль помещается в трубки из нержавеющей стали. Ее выводы тоже тщательно изолируются от металлических частей приборов. Температура спирали при работе нагревательного прибора остается постоянной. Объясняется это тем, что очень быстро устанавливается баланс между потребляемой из сети электроэнергией и количеством теплоты, отдаваемым путём теплообмена окружающей среде.

Слайд 12

Электрическая дуга.

Очень эффективным преобразователем электрической энергии, дающим много тепла и света, является электрическая дуга. Ее широко используют для электрической сварки металлов, а также в качестве мощного источника света. Для наблюдения электрической дуги надо два угольных стержня с присоединенными к ним проводами закрепить в хорошо изолирующих держателях, а затем подключить стержни к источнику тока, дающему невысокое напряжение (от 20 до 36 В) и рассчитанному на большие силы тока (до 20 А). Последовательно стержням обязательно надо включить реостат. Ни в коем случае нельзя подключать угли в городскую сеть (220 или 127 В), так как это приведет к сгоранию проводов и к пожару. Коснувшись углями друг друга, можно заметить, что в месте соприкосновения они сильно раскалились. Если в этот момент угли раздвинуть, между ними возникает яркое слепящее пламя, имеющее форму дуги. Это пламя вредно для зрения. Пламя электрической дуги имеет высокую температуру, при которой плавятся самые тугоплавкие материалы, поэтому электрическая дуга используется в дуговых электрических печах для плавки металлов. Пламя дуги является очень ярким источником света, поэтому его часто используют в прожекторах, стационарных кинопроекторах и т. д.

Читайте так же:
Электрический ток тепловое движение электронов в проводнике

Слайд 13

Электрические цепи.

Электрические цепи всегда рассчитаны на определенную силу тока. Если по той или иной причине сила тока в цепи становится больше допустимой, то провода могут значительно нагреться, а покрывающая их изоляция — воспламениться. Причиной значительного увеличения силы тока в сети может быть или одновременное включение мощных потребителей тока, например электрических плиток, или короткое замыкание. Коротким замыканием называют соединение концов участка цепи проводником, сопротивление которого очень мало по сравнению с сопротивлением участка цепи. Короткое замыкание может возникнуть, например, при ремонте проводки под током или при случайном соприкосновении оголенных проводов. Сопротивление цепи при коротком замыкании незначительно, поэтому в цепи возникает большая сила тока, провода при этом могут сильно накалиться и стать причиной пожара. Чтобы избежать этого, в сеть включают предохранители. Назначение предохранителей — сразу отключить линию, если сила тока вдруг окажется больше допустимой нормы.

Слайд 14

Рассмотрим устройство предохранителей, применяемых в квартирной проводке. Главная часть предохранителя, изображенного на рисунке проволока С из легкоплавкого металла (например, из свинца), проходящая внутри фарфоровой пробки П. Пробка имеет винтовую нарезку Р и центральный контакт К. Нарезка соединена с центральным контактом свинцовой проволокой. Пробку ввинчивают в патрон, находящийся внутри фарфоровой коробки Свинцовая проволока представляет, таким образом часть общей цепи. Толщина свинцовых проволок рассчитана так, что они выдерживают определенную силу тока, например 5, 10 А и т.д. Если сила тока превысит допустимое значение, то свинцовая проволока расплавится и цепь окажется разомкнутой. Предохранители с плавящимся проводником называют плавкими предохранителями.

Слайд 15

Вопросы.

Какие изменения вызывает ток в теле человека? Ответ. Почему во время грозы стоять в толпе? Ответ. Почему птицы слетают с провода высокого напряжения, когда включают ток? Ответ.

Слайд 16

Ток, проходя через тело человека, воздействует на центральную и периферическую нервные системы, вызывая нарушение работы сердце и дыхания.

Слайд 17

Во время грозы опасно стоять в толпе потому, что пары выделяющиеся при дыхании людей увеличивают электропроводность воздуха.

Слайд 18

При включении высокого напряжения на перьях птицы возникает статический заряд, из-за наличия которого перья птицы расходятся кисти бумажного султана, соединенного с электростатической

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector