ГАПОУ НСО «Барабинский медицинский колледж»
Тема:
« ЭДС. Законы Ома. Сопротивление проводника. Зависимость сопротивления от температуры. Сверхпроводимость »
Преподаватель: Вашурина Т. В. Барабинск, 2018
Цели учебного занятия:
- сформировать представления о роли и месте физики в современной научной картине мира; способствовать формированию умения владеть основополагающими физическими понятиями, уверенно пользоваться физической терминологией и символикой.
- развивать коммуникативные способности; формировать умение работать в коллективе и команде.
- способствовать формированию умения решать физические задачи.
Фронтальный опрос Что называют электрическим током? Направление движения каких частиц выбрано за положительное? Дайте определение постоянного электрического тока.
Фронтальный опрос Сформулируйте законы постоянного тока.
Фронтальный опрос Перечислите условия, необходимые для существования тока.
Фронтальный опрос Назовите основные понятия, связанные с электрическим током.
Фронтальный опрос Какие виды соединения проводников вам известны?
Фронтальный опрос Перечислите законы последовательного соединения.
Фронтальный опрос Перечислите законы параллельного соединения.
Фронтальный опрос Что называют смешанным соединением? Изобразите схему такого соединения.
Тема занятия:
«ЭДС. Законы Ома. Сопротивление проводника. Зависимость сопротивления от температуры. Сверхпроводимость»
Любой источник тока характеризуется электродвижущей силой (ЭДС). Так, на круглой батарейке для карманного фонарика написано: 1,5 В. Что это значит?
Соединим проводником два металлических шарика, несущих заряды противоположных знаков.
Под влиянием электрического поля этих зарядов в проводнике возникает электрический ток.
Но этот ток будет очень кратковременным.
Заряды быстро нейтрализуются, потенциалы шариков станут одинаковыми, и электрическое поле исчезнет.
Сторонние силы
Для того чтобы ток был постоянным, надо поддерживать постоянное напряжение между шариками.
Для этого необходимо устройство (источник тока), которое перемещало бы заряды от одного шарика к другому в направлении, противоположном направлению сил, действующих на эти заряды со стороны электрического поля шариков.
В таком устройстве на заряды, кроме электрических сил, должны действовать силы неэлектрического происхождения.
Одно лишь электрическое поле заряженных частиц (кулоновское поле) не способно поддерживать постоянный ток в цепи.
Сторонние силы приводят в движение заряженные частицы внутри всех источников тока: в генераторах на электростанциях,
в гальванических элементах,
аккумуляторах и т.д.
Генератор переменного тока, Россия
Аккумулятор
Гальванические элементы, СССР
При замыкании цепи создаётся электрическое поле во всех проводниках цепи.
Внутри источника тока заряды движутся под действием сторонних сил против кулоновских сил (электроны от положительного заряженного электрода к отрицательному), а во всей остальной цепи их приводит в движение электрическое поле.
Природа сторонних сил
Источники тока
Сторонняя сила
Генератор электростанции
Сила, действующая со стороны магнитного поля на электроны в движущимся проводнике
Гальванический элемент
(элемент Вольта)
Химические силы, растворяющие цинк в растворе серной кислоты
Электродвижущая сила
Действие сторонних сил характеризуется важной физической величиной, называемой электродвижущей силой (сокращённо ЭДС ).
Электродвижущая сила в замкнутом контуре представляет собой отношение работы сторонних сил при перемещении заряда вдоль контура к заряду:
ЭДС выражают в вольтах: [Ɛ] = Дж/Кл = В
Рассмотрим простейшую полную (замкнутую) цепь, состоящую из источника тока и резистора сопротивлением R .
Ɛ – ЭДС источника тока,
r – внутреннее сопротивление источника тока,
R – внешнее сопротивление цепи,
R + r – полное сопротивление цепи.
Закон Ома для замкнутой цепи связывает силу тока в цепи, ЭДС и полное сопротивление R + r цепи.
Установим эту связь теоретически пользуясь законами сохранения энергии и Джоуля – Ленца.
Пусть за время через поперечное сечение проводника пройдёт электрический заряд.
При совершении этой работы на внутреннем и внешнем участках цепи выделяется количество теплоты, равное согласно закону Джоуля – Ленца:
Q = I²∙R∙∆t + I²∙r∙∆t
C ила тока в полной цепи равна отношению ЭДС цепи к её полному сопротивлению .
0. Для данной цепи: Ɛ = Ɛ ₁ - Ɛ ₂ + Ɛ ₃ и R п = R + r₁ + r₂ + r₃ Если Ɛ 0 , то I 0 → направление тока совпадает с направлением обхода контура. " width="640"
Если цепь содержит несколько последовательно соединённых элементов с ЭДС Ɛ ₁ , Ɛ ₂ , Ɛ ₃ и т.д., то полная ЭДС цепи равна алгебраической сумме ЭДС отдельных элементов.
Для определения знака ЭДС выберем положительное направление обхода контура.
Если при обходе цепи переходят от «-» полюса к «+», то ЭДС Ɛ 0.
Для данной цепи: Ɛ = Ɛ ₁ - Ɛ ₂ + Ɛ ₃ и R п = R + r₁ + r₂ + r₃
Если Ɛ 0 , то I 0 →
направление тока совпадает с направлением обхода контура.
Сверхпроводи́мость — свойство некоторых материалов обладать строго нулевым электрическим сопротивлением при достижении ими температуры ниже определённого значения (критическая температура). Известны уже несколько сотен соединений, чистых элементов, сплавов и керамик, переходящих в сверхпроводящее состояние.
В 1911 году голландский физик Камерлинг - Оннес обнаружил, что при охлаждении ртути в жидком гелии её сопротивление сначала меняется постепенно, а затем при температуре 4,2 К резко падает до нуля.
Однако нулевое сопротивление — не единственная отличительная черта сверхпроводимости. Ещё из теории Друде известно, что проводимость металлов увеличивается с понижением температуры, то есть электрическое сопротивление стремится к нулю.
В дальнейшем было выяснено, что более 25 химических элементов — металлов при очень низких температурах становятся сверхпроводниками. Сверхпроводимость наблюдается не только у чистых металлов, но и у многих химических соединений и сплавов. При этом сами элементы, входящие в состав сверхпроводящего соединения, могут и не являться сверхпроводниками. Например, NiBi, Au2Bi, PdTe, PtSb и другие.
До 1986 г. были известны сверхпроводники, обладающие этим свойством при очень низких температурах — ниже –259 °С. В 1986-1987 годах были обнаружены материалы с температурой перехода в сверхпроводящее состояние около –173 °С. Это явление получило название высокотемпературной сверхпроводимости, и для его наблюдения можно использовать вместо жидкого гелия жидкий азот.
- Свойством сверхпроводимости обладают около половины металлов и несколько сотен сплавов.
- Сверхпроводящие свойства зависят от типа кристаллической структуры . Изменение её может перевести вещество из обычного в сверхпроводящее состояние.
- Критические температуры изотопов элементов, переходящих в сверхпроводящее состояние, связаны с массами изотопов соотношением:
Т э (М э ) 1/2 = const (изотопический эффект)
- Сильное магнитное поле разрушает эффект сверхпроводимости. Следовательно, при помещении в магнитное поле свойство сверхпроводимости может исчезнуть.
Применение сверхпроводников
Маломощная электроника
Силовые применение
- быстродействующие вычислительные устройства
- детекторы магнитного поля и излучений
- оборудование для связи в микроволновом диапазоне
- кабели
- токоограничители,
- магниты
- моторы
- генераторы
- накопители энергии
В силовых применениях сверхпроводники позволяют снизить энергопотери и сократить массогабаритные показатели оборудования.
Инженеры давно уже задумывались о том, как можно было бы использовать огромные магнитные поля, создаваемые с помощью сверхпроводников, для магнитной подвески поезда (магнитной левитации). За счет сил взаимного отталкивания между движущимся магнитом и током, индуцируемым в направляющем проводнике, поезд двигался бы плавно, без шума и трения и был бы способен развивать очень большую скорость. Единственная в мире действующая пассажирская магнитно-левитационная (но не сверхпроводящая) железнодорожная линия протяженностью 30,5 км расположена в Китае.
В перспективе возможны проекты совместной прокладки криотрубопроводов и железных дорог. Возможность ускорения макроскопических объектов электромагнитным полем найдет свое применение также на аэродромах и космодромах, где СП-магниты будут обеспечивать взлет/посадку воздушным судам и космическим кораблям.
Решение задач
- Разноуровневые самостоятельные и контрольные работы А. Кирик стр.131 начальный уровень №1-6, стр. 132 средний уровень №1-4 письменно.
Самостоятельная работа
Время выполнения: 15 минут
Критерии оценки:
- «5» баллов – 5 верно выполненных заданий
- «4» балла – 4 верно выполненных задания
- «3» балла – 3 верно выполненных задания
Взаимопроверка Критерии оценки: «5» баллов – 5 верно выполненных заданий «4» балла – 4 верно выполненных задания «3» балла – 3 верно выполненных задания
Номер задания
Ответы
1
2
Б
3
А
4
Г
В
5
Б
ЗАДАНИЕ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ ВНЕАУДИТОРНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ
- Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Соцкий, Физика. 10 класс. Учебник для общеобразовательных учреждений (с приложением на электронном носителе). Базовый и профильный уровни - М.: Просвещение, 2011 г. Параграфы 109-114 прочитать, конспект выучить. Подготовить доклад или сообщение по теме: «Георг Ом», «Сверхпроводимость».
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!
Список использованных источников
- Зависимость сопротивления проводника от температуры. Сверхпроводимость «Класс!ная физика» [Электронный ресурс]/ class-fizika// Режим доступа: http://class-fizika.ru/10_a151.html
- Конденсатор. Электроемкость. [Электронный ресурс]/ nsportal // Режим доступа: https:// nsportal . ru / shkola / fizika / library /2017/01/04/ kondensator - elektroemkost
- Конденсатор. Энергия заряженного конденсатора. [Электронный ресурс]/ fb// Режим доступа: http://fb.ru/article/150132/kondensator-energiya-zaryajennogo-kondensatora
- Постоянный ток. Законы постоянного тока. Сила тока. [Электронный ресурс]/ videouroki// Режим доступа: https://videouroki.net/razrabotki/postoyannyy-tok-zakony-postoyannogo-toka-sila-toka.html
- Физика. 10 класс: Учебник для общеобразоват. учреждений с приложением на электронном носителе: базовый и профильный уровни :[Текст]/ Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н.Н. Соцкий.-11-е изд. - М. : Просвещение, 2011. – 336 с.