Электрический ток и его законы

Слайд 1. Электрический ток и его законы

Основы электродинамики: от силы тока до закона Джоуля–Ленца

Слайд 2. Что такое электрический ток?

Электрический ток — это упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц. Для его существования необходимы два условия: наличие свободных электрических зарядов (электронов в металлах или ионов в электролитах) и наличие электрического поля, создаваемого источником тока. Направление тока условно принято считать от положительного полюса источника к отрицательному.

Слайд 3. Действия электрического тока

Тепловое — проводник нагревается при прохождении тока (плитка, утюг).

Химическое — ток меняет состав вещества, выделяя его на электродах (гальваника).

Магнитное — вокруг любого проводника с током возникает магнитное поле.

Световое — прохождение тока через газы или нити накала вызывает свечение.

Слайд 4. Электрическая цепь

Электрическая цепь — это совокупность устройств, по которым течёт ток. Простейшая цепь включает: источник тока (гальванический элемент), потребитель (лампочка, резистор), замыкающее устройство (ключ) и соединительные провода. Ток течёт только в замкнутой цепи.

Слайд 5. Характеристики тока и напряжения

Физическая величина, равная отношению заряда $q$, прошедшего через сечение проводника, ко времени $t$. Формула: $I=\frac{q}{t}$. Измеряется в Амперах (А). Прибор: амперметр (включается последовательно).

Работа электрического поля по перемещению единичного заряда: $U=\frac{A}{q}$. Характеризует энергетическое состояние поля. Измеряется в Вольтах (В). Прибор: вольтметр (включается параллельно).

Слайд 6. Электрическое сопротивление

Сопротивление ($R$) — свойство проводника ограничивать силу тока в цепи. Оно возникает из-за взаимодействия свободных электронов с ионами кристаллической решётки металла. Единица измерения — Ом. Сопротивление зависит от материала проводника, его длины $l$ и площади поперечного сечения $S$: $R=\rho \frac{l}{S}$, где $\rho$ — удельное сопротивление вещества.

Слайд 7. Закон Ома для участка цепи

Слайд 8. Сводная таблица величин

Слайд 9. Соединения проводников

Слайд 10. Виды соединений

Проводники идут один за другим. Сила тока везде одинакова: $I=I_1=I_2$. Общее напряжение: $U=U_1+U_2$. Общее сопротивление: $R=R_1+R_2$. При поломке одного элемента ток прекращается во всей цепи.

Начало и концы проводников соединены в узлах. Напряжение одинаково: $U=U_1=U_2$. Общая сила тока: $I=I_1+I_2$. Общее сопротивление: $\frac{1}{R}=\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}$. Используется в бытовой сети.

Слайд 11. Вольт-амперная характеристика

Зависимость силы тока от напряжения называется вольт-амперной характеристикой (ВАХ). Для большинства проводников она линейна: чем больше напряжение, тем выше сила тока. Крутизна наклона графика зависит от сопротивления: чем больше сопротивление $R$, тем меньше угол наклона прямой к оси напряжений.

Слайд 12. Работа и мощность тока

Работа тока ($A$) — энергия, превращаемая в другие виды: $A=UIt$. Единица: Джоуль (Дж).

Мощность тока ($P$) — работа, совершаемая за единицу времени: $P=UI=I^{2}R=\frac{U^2}{R}$. Единица: Ватт (Вт).

Электрический счетчик измеряет работу тока в киловатт-часах (кВт·ч).

1 кВт·ч = $3,6\cdot 10^6$ Дж.

Слайд 13. Количество теплоты, выделяемое проводником с током, прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока.

— Закон Джоуля–Ленца: $Q=I^{2}Rt$

Слайд 14. Электробезопасность

Никогда не касайтесь оголенных проводов под напряжением.

Не пользуйтесь электроприборами рядом с водой или мокрыми руками.

Не включайте в одну розетку слишком много мощных приборов одновременно.

Используйте приборы с заземлением для предотвращения удара током от корпуса.

Слайд 15. Итоги темы

Электрический ток — направленное движение зарядов.

Основные величины: $I$ (А), $U$ (В), $R$ (Ом).

Закон Ома: $I=U/R$ — фундамент электротехники.

Соединения: последовательное (делит $U$) и параллельное (делит $I$).

Ток совершает работу $A$ и выделяет теплоту $Q$ по закону Джоуля-Ленца.