Электричество физика 8 класс кратко
Обновлено: 07.07.2024
Физика 8 класс. Конспект. Сила тока
Физика 8 класс. Электрический ток. Сила тока. Единицы силы тока. Измерение силы тока
Электрическим током называют упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц.
Чтобы получить электрический ток в проводнике, надо создать в нем электрическое поле. Электрическое поле в проводниках создается и может длительное время поддерживаться источниками электрического поля.
Источники тока бывают различные, но во всяком из них совершается работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц. Разделенные частицы накапливаются на полюсах источника тока. Так называют места, к которым с помощью клемм или зажимов подсоединяются проводники.
Один полюс источника тока заряжается положительно, а другой – отрицательно. Если полюсы источника соединить проводником, то под действием электрического поля свободные заряженные частицы в проводнике начнут двигаться в определенном направлении, возникнет электрический ток.
В источниках тока в процессе работы происходит превращение механической, внутренней или какой-либо другой энергии в электрическую.
Примеры источников тока:
гальванический элемент, аккумулятор
Электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника в 1 секунду, определяет силу тока в цепи.
Сила тока равна отношению электрического заряда q, прошедшего через поперечное сечение проводника, ко времени его прохождения t:
где I – сила тока.
За единицу силы тока принимают силу тока, при которой отрезки параллельных проводников длиной 1 м взаимодействуют с силой 2 · 10 -7 Н. Эту единицу силы тока называют ампером (А) .
Применяют также единицы миллиампер (мА), микроампер (мкА) и килоампер (кА).
1 мА = 0,001 А 1мкА = 0,000001 А 1 кА = 1 000 А
Силу тока в цепи измеряют прибором, называемым амперметром.
При измерении силы тока амперметр включают в цепь последовательно с тем прибором, силу тока в котором измеряют.
1. Что такое электрический ток?
Электрическим током называется упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц.
2 Что нужно создать в проводнике, чтобы в нём возник и существовал ток?
Для получения электрического тока в проводнике необходимо создать электрическое поле.
Для создания электрического поля в проводнике используются источники электрического тока.
3. Какие превращения энергии происходят внутри источника тока?
В источниках электрического тока происходит превращение механической, внутренней или других видов энергии в электрическую энергию.
В любом из них совершается работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц.
Разделенные частицы накапливаются на полюсах источника тока.
4. Как устроен сухой гальванический элемент?
Гальванический элемент состоит из цинкового сосуда, в который вставлен угольный стержень.
Стержень помещен в полотняный мешочек, наполненный смесью оксида марганца с углем.
В этом элементе используют густой клейстер из муки на растворе нашатыря.
В ходе химической реакции цинка с хлоридом аммония цинковый сосуд заряжается отрицательно, а стержень — положительно.
5. Что происходит внутри гальванического элемента?
В гальваническом элементе происходят химические реакции.
Внутренняя энергия, выделяющаяся при этих реакциях, превращается в электрическую.
5. Что является положительным и отрицательным полюсами батареи?
В результате химической реакции:
- от цинка отделяются положительные ионы, и цинковый сосуд становится отрицательно заряженным.
- угольный стержень становится положительно заряженным.
Между заряженными угольным стержнем и цинковым сосудом, которые называются электродами, возникает электрическое поле.
6. Что такое электрическая батарея?
Из нескольких гальванических элементов можно составить батарею для увеличения мощности источника тока.
Положительные и отрицательные электроды гальванических элементов соединяют между собой.
Здесь угольный стержень первого элемента соединен с цинковым сосудом второго, а угольный стержень второго - с сосудом третьего элемента и т.д.
7. Что такое электрический аккумулятор?
Электрический аккумулятор - это источник тока, аналогичный электрической батарее, но который можно многократно перезаряжать.
Сначала, чтобы аккумулятор стал источником тока, его надо зарядить.
Для этого через него пропускают постоянный электрический ток от какого-нибудь источника тока.
8. Как устроен аккумулятор?
Аккумулятор — это устройство, состоящее из двух электродов (металлических пластин), опущенных в раствор кислоты либо щелочи.
9. С какими полюсами источника тока соединяют полюсы аккумулятора при его зарядке?
При зарядке аккумулятора:
его положительный полюс соединяют с положительным полюсом источника тока,
а его отрицательный полюс- с отрицательным полюсом источника тока.
10. Где применяются аккумуляторы?
Аккумуляторы применяются в автомобилях, железнодорожных вагонах, на подводных лодках, на искусственных спутниках Земли, в мобильных телефонах, плеерах, ноутбуках,и многих других современных устройствах.
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.
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.
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.
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.
Некоторые источники утверждают, что существует также механическое действие (например, рамка, по которой течет ток, поворачивается, если её поместить между полюсами магнитов) и световое (светодиоды).
На дворе — XVI век. Важная фигура медицины того времени, британский врач Уильям Гильберт, впечатленный эффектом намагниченного железа на организм при приеме оного внутрь, отложил в долгий ящик свое увлечение химией и решил усиленно приняться за изучение явления магнетизма. Как говорится: и тут понеслось…
Стоило ее им в полной мере осознать, как на человечество хлынул поток невероятных открытий, что впоследствии привело нас к атомным электростанциям, холодильникам, электро-отверткам и поющим открыткам на день рождения.
Знакомьтесь, Уильям Гильберт. Первопроходец электростатических явлений.
К вопросу о том, как выглядит кусочек янтаря.
Так в чем же прогадал Гильберт?
Электрическая проводимость
Электропроводность — способность тела пропускать через себя электрический ток. Высокая электропроводность означает, что предмет минимально препятствует прохождению через него электрического заряда.
Внутри атома углерода располагается шесть электронов, внутри же атома серебра находится целых сорок семь. Но дело здесь не в количестве электронов, а в качестве их расположения. Давайте вспомним, что в упрощенной модели атома считается, что электроны заполняют собой пространство электронной оболочки, образуя при этом уровни. Вообще, атомарные уровни можно представить в виде этакого браслета, на который крепятся бусинки. Бесконечно вдевать бусинки не выйдет — у браслета есть предел вместимости.
Справка. Номер периода
Количество энергетических уровней соответствует номеру периода в периодической системе. К примеру, у атомов элементов, принадлежащих к первому периоду, один электронный уровень. У атомов элементов четвертого периода — четыре уровня, и так далее.
Перед вами — фрагмент периодической системы. Стрелка, идущая вниз, отсчитывает периоды, в порядке возрастания. Атом водорода (H) располагается в первом периоде. Атом магния (Mg) — в третьем периоде. Атом кальция (Ca) — в четвертом периоде.
где $e_$ — максимальное количество электронов, $n$ — номер уровня.
Раз у нас есть информация о том, сколько уровней имеет и углерод (два), и серебро (пять), мы можем на основе формулы подсчитать максимальную вместимость каждого уровня. Воспользуемся формулой и рассчитаем завершенность энергетических уровней для наших элементов.
| Элемент | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Углерод | 2 | 8 | — | — | — |
| Серебро | 2 | 8 | 18 | 32 | 50 |
Число максимальной вместимости не означает, что уровень обязательно завершен. К слову, на крайнем уровне атома в нейтральном состоянии редко бывает вообще больше восьми электронов, и это при огромной вместимости, к примеру, как у серебра — при пятидесяти посадочных местах на самом деле занято только одно.
Валентные уровни
Совсем другое дело, когда энергетический уровень заполнен частично. А еще интереснее, когда такой частично заполненный уровень расположен как можно дальше от ядра.
Логично будет определить электроны, обитающие на подобном уровне:
Валентные электроны — электроны, располагающиеся на внешней оболочке атома.
Справка. Номер группы
Количество валентных электронов соответствует номеру группы, в которой располагается элемент. Например, элементы первой группы имеют по одному валентному электрону на внешнем уровне; элементы второй группы имеют по два валентных электрона, элементы 13-ой группы по три, 14-ой группы — по четыре, 15-ой — по пять, и так далее.
Вновь перед вами — фрагмент периодической системы. Только на этот раз нам нужна стрелка, проведенная горизонтально, не вертикально, как это было в случае с номером периода. Отсчет также ведется в порядке возрастания — от меньшего к большему. В общем-то в переводе на язык таблиц, группы — это столбцы. Соответственно, периоды — это строки. К примеру, атом магния (Mg) располагается во второй группе: у него два валентных электрона.
⚠️ У многих в голове, скорее всего, возник естественный вопрос: куда делись группы с третьей по двенадцатую в объяснении?
Теперь сведем все воедино. У нас есть количество электронов для каждого элемента, информация о том, сколькими уровнями они обладают и вдобавок сколько максимально на каждом уровне разместится электронов. Для справки, в серебре — один валентный электрон. Заполнение уровней, следовательно, выглядит следующим образом:
| Элемент | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Углерод (6 электронов) | 2 | 4 | — | — | — |
| Серебро (47 электронов) | 2 | 8 | 18 | 18 | 1 |
Что мы видим интересного:
С другой стороны имеем углерод, кардинально отличающийся по формации от серебра. Если провести аналогию с транспортными средствами, серебро, выходит, — это полупустой двухэтажный огромный автобус, в то время как углерод — компактный электромобиль-купе.
Изоляторы в электростатике
Технически, при должной внимательности и понимании вышеизложенной теории электропроводимости вы могли только что самостоятельно догадаться, каким образом предположительно рождается явление статического электричества.
Вывод номер один сейчас : серебро намного лучше справится с потоком электронов, чем углерод. Следовательно, серебро обладает большей электропроводимостью.
Поэтому серебро, ровно так же, как и алюминий, медь, золото, железо, принято называть проводниками — веществами, хорошо проводящими электрический заряд. Вещества наподобие углерода — например, сера или кислород, — называют изоляторами, поскольку последние плохо справляются с задачей проведения электрического заряда. Подробнее о том, какие существуют типы веществ и что за импликации это несет, вы узнаете чуть позже.
Еще один классический эксперимент на электрификацию трением. Стеклянная палочка, натертая кусочком шелка, получит положительный заряд. Кусочек шелка — отрицательный.
Выводы
Как мы выяснили ранее, обитать статично заряд может только на поверхности тел, которые обладают низкой электропроводимостью. Говоря в целом, скопление заряда на телах с изолирующими свойствами обусловлено инертным поведением электронов в оболочках атомов. Валентные уровни изоляторов близки к ядру и к тому же хотя бы наполовину, но заполнены.
Читайте также: