Презентация "Электрический ток и сила тока" по учебнику Касьянов В.А. профильный уровень

Электрический ток Сила тока.

Физика 11 класс

Под ред. В.А. Касьянова

Движение зарядов в проводнике

Проводник  — железнодорожный служащий, сопровождающий пассажирский вагон в пути и обслуживающий пассажиров. 

Но это не тема нашего урока!

Проводник  (электричество) — вещество, проводящее электрический ток, или элемент электрической цепи, изготовленный из такого вещества.

Движение зарядов в проводнике

Для существования электрического тока необходимы свободные заряды – носители заряда, например заряженные частицы: положительные и отрицательные ионы, электроны.

Количество протонов меньше количества электронов – отрицательный ион

Количество протонов равно количеству электронов – нейтральный атом.

Количество протонов больше количества электронов – положительны ион

Свободный электрон -это электрон, потерявший связь со своим атомом и поэтому может перемещаться по всему проводнику.

Движение зарядов в проводнике

Электрический ток – упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц.

Условия существования постоянного электрического тока

Из просмотренного видеофрагмента можно выделить два условия возникновения и существования электрического тока:

• Наличиее свободных зарядов.
• Постоянное во времени электрическое поле (разность потенциалов)

Электрический ток

В проводнике помещенном в электрическое поле происходит наложение упорядоченного движения зарядов на хаотическое.

Аналогия:

Листовки сброшенные с самолета. Каждая из них летит хаотично, но все вместе они двигаются к земле.

За направление тока принимают направление упорядоченного движения положительно заряженных частиц. (от «+» к «-»)

Сила тока

Одно из действий тока: тепловое.

Сила тока

Чем больше зарядов (количество электричества) проходит через поперечное сечение проводника за 1 сек, тем ярче проявляется действие тока (нагрев, магнит т.д.). Тем больше сила тока .

Сила тока в данный момент времени – скалярная физическая величина, равная пределу отношения электрического заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника, к промежутку времени его прохождения:

Используем при решении задач

Строгое определение

Сила тока

Из строгого определения силы тока следует, что сила тока это производная от заряда

Единица силы тока – ампер (А):

1 А= 1 Кл/с

Андре Мари (22.1.1775, Лион, — 10.6.1836, Марсель), французский физик и математик, один из основоположников электродинамики

Как-то раз он шел по парижской улице и производил сложные подсчеты в голове. Вдруг перед Ампером оказалась черная доска, точно такая, как в университетской аудитории!  Профессор достал из кармана кусок мела и стал писать формулы. Доска сдвинулась с места, Ампер пошел за ней, продолжая свои вычисления. Доска начала набирать скорость; профессор побежал за ней, спеша окончить расчет... Наконец, Ампера отвлек веселый смех прохожих, раздававшийся со всех сторон. Он остановился, а доска унеслась за угол! Оказалось, что ученый писал свои формулы... на задней стенке черной кареты

Связь силы тока со скоростью упорядоченного движения

Рассмотрим, как зависит сила тока от скорости упорядоченного движения свободных зарядов.

Выделим участок проводника площадью сечения S и длиной Δl (рис. 1). Заряд каждой частицы q 0

Введем обозначения:

v – скорость упорядоченного движения (скорость с которой все заряды двигаются от одного полюса к другому)

S – площадь сечения проводника.

– расстояние которое проходят заряды со скоростью v за время

n – концентрация зарядов (количество зарядов в 1 м 3 )

Тогда получается, что заряд который пройдет через сечение 2 за время :

Связь силы тока со скоростью упорядоченного движения

Если скорость упорядоченного движения не меняется, то не меняется и сила тока

Постоянный электрический ток – ток, сила тока и направление которого не изменяется со временем.

Зависимость силы тока от времени I(t) для постоянного тока

I

t

Площадь под графиком зависимости силы тока от времени равна заряду, протекающему через сечение проводника

Задачи

Задача 1.

Какой заряд пройдет через поперечное сечение проводника за 1 мин если сила тока в проводнике 2 А?

Задачи

Задача 1.

Какой заряд пройдет через поперечное сечение проводника за 1 мин если сила тока в проводнике 2 А?

Дано:

Сила тока

t=60 c

I=2 А

q -?

- заряд

, но пусть будет…

Задачи

Задача 2.

Задачи

Задача 2.

Для решения задачи нужно вспомнить правило дискретности заряда

Дано:

e- заряд электрона = 1,6*10 -19 Кл,

N-количество электронов

t=1 c

I=1,6 А

Сила тока

N -?

- заряд

, но пусть …..

Задачи

Задача 3.

Сила тока, протекающего по проводнику в течении года, равна 1 А, найдите массу электронов, проходящих за этот промежуток времени сквозь поперечное сечение проводника. Отношение заряда электрона к его массе e/m e =1,76*10 11 Кл/кг.

Задачи

Задача 3.

Сила тока, протекающего по проводнику в течении года, равна 1 А, найдите массу электронов, проходящих за этот промежуток времени сквозь поперечное сечение проводника. Отношение заряда электрона к его массе e/m e =1,76*10 11 Кл/кг.

Дано:

Дано:

t=1 год

=31,536*10 6 c

Масса всех электронов

I=1 А

N – количество всех электронов, прошедших за год по проводнику. Возьмем из предыдущей задачи.

m -?

, но интереснее …..

За весь год всего 18 г электронов…..

Задачи

Задача 4.

В проводнике, площадь поперечного сечения которого 1 мм 2 , сила тока 1,6 А. Концентрация электронов в проводнике 10 28 м -3 при температуре 20˚С. Найдите среднюю скорость направленного движения электронов и сравните ее с тепловой скоростью.

Задачи

Задача 4.

В проводнике, площадь поперечного сечения которого 1 мм 2 , сила тока 1,6 А. Концентрация электронов в проводнике 10 28 м -3 при температуре 20˚С. Найдите среднюю скорость направленного движения электронов и сравните ее с тепловой скоростью.

Дано:

Дано:

S=1 мм 2

=1*10 -6 м 2

I=1,6 А

n=10 28 м -3

=293 K

T= 20˚С

=1 мм/с

v д -?

v-?

=11,5*10 4 м/с

Задачи

Задача 5.

За 4 с сила тока в проводнике линейно возросла с 1 до 5 А. Постройте график зависимости силы тока от времени. Какой заряд прошел через поперечное сечение проводника за это время?

Задачи

Задача 5.

За 4 с сила тока в проводнике линейно возросла с 1 до 5 А. Постройте график зависимости силы тока от времени. Какой заряд прошел через поперечное сечение проводника за это время?

I,A

5

1

t,c

4

Площадь синей трапеции и есть заряд прошедший через сечение проводника.