Електричний струм. Джерела електричного струму.

Мета. Ввести поняття електричного струму. Ознайомити з будовою та принципом дії різних джерел електричного струму. Розвивати фізичну компетентність, логічне мислення, спостережливість. Виховувати культуру наукового мовлення.

Тип уроку. Урок засвоєння нових знань.

Дидактичні матеріали:

• Підручник. Фізика 8 клас, Бар'яхтар В. Г. Довгий С. О., видавництво "Ранок"  
• Демонстрація. Теплова дія струму (нікеліновий дріт, вимикач, штативи, джерело струму).
• Демонстрація. Світлова дія струму (настільна лампа з вольфрамовою ниткою розжарення).
• Демонстрація. Магнітна дія струму (батарейка, мідний дріт, гвіздок, гумова стрічка, дрібні металеві предмети).
• Демонстрація. Хімічна дія (склянка з дистильованою водою, дрібка мідного купоросу, з’єднувальні провідники, електроди, джерело струму).
• Демонстрація. Механічна дія струму (електродвигун, джерело живлення, з’єднувальні провідники).

План

1. Організаційний момент. Аналіз контрольної роботи.
2. Електричний струм. Джерела електричного струму.
3. Запитання до уроку.
4. Домашнє завдання.
5. Перевір себе.
6. Для допитливих.

Хід уроку

1. Організаційний момент. Аналіз контрольної роботи.

Короткий аналіз контрольної роботи.

2. Електричний струм. Джерела електричного струму.

Електричний струм. Електричний струм - це впорядкований рух заряджених частинок в електричному полі. Під дією електричного  поля вільні заряджені частинки рухаються в напрямку прикладених до них електричних сил.

В 1746 році французький фізик і, за сумісництвом, священик Жан-Антуан Нолле досліджував природу електричного струму. Вчений вирішив дізнатися, яка швидкість електричного струму. Ось тільки як це зробити в умовах монастиря…

Фізик запросив на експеримент 200 ченців, поєднав їх з допомогою залізних дротів і розрядив у бідолах батарею з недавно винайдених лейденських банок (вони є першими конденсаторами). Всі ченці відреагували на удар одночасно, і це дало зрозуміти, що швидкість струму надзвичайно висока.

Електрони рухаються по колу з відносно невеликою швидкістю (порядку 10-2 м/с), однак сигнал (зміна електричного струму в провіднику) поширюється майже зі швидкістю світла.

Джерела електричного струму. Джерелами електричного струму називають пристрої, у яких відбувається перетворення енергії певного виду на електричну енергію.

Для характеристики джерела струму визначальною є робота сторонніх сил, яка потрібна для розділення різнойменних зарядів.

Джерела електричного струму за видом перетворюваної енергії поділяють на:

• хімічні (гальванічні елементи, акумулятори);

         У гальванічних елементах відбуваються хімічні реакції, завдяки яким виконується робота з розподілу різнойменних зарядів, тобто хімічна енергія перетворюється в електричну. Перше найпростіше хімічне джерело струму («вольтів стовп»), яке не втратило свого практичного значення й дотепер, створив у 1799 році італійський фізик Алессандро Вольта і назвав на честь засновника вчення про електрику Луїджі Гальвані.

Рис. 1. Гальванічний елемент італійського фізика Алессандра Вольта.

У гальванічних елементах у розчини певних речовин, наприклад кислот, опускають дві пластинки з різних речовин, що по-різному взаємодіють з розчином. Внаслідок хімічних реакцій ці пластинки (електроди) заряджаються різнойменно і можуть створювати струм протягом тривалого часу.

Наприклад, у склянку з водою опустимо цинкову та мідну пластини, з’єднаємо їх із гальванометром. Стрілка приладу не відхилиться. У воду видавимо сік з лимону. Стрілка гальванометра відхилиться, з’явиться електричний струм.

Візьмемо два різнорідних металевих провідника і вставимо їх у лимон. У такому вигляді, лимон є вже не фруктом, а гальванічним елементом. Такий же дослід можна проробити і з картоплиною, яблуком, бананом…

Гальванічні елементи можуть базуватися не лише на кислотах. Прикладом такого елемента є вуглецева батарейка. Вона складається з цинкової посудини (ц), заповненої желеподібною сумішшю хімічних речовин (к), виготовлену з борошна на розчині нашатирю. У суміш встановлено вугільний стержень (в), який вміщується у полотняний мішечок (п), наповнений сумішшю оксиду марганцю з вугіллям. Зверху посудину залито шаром смоли (с). Кілька гальванічних елементів можна з’єднати в батарею.

Відео. Будова сухого гальванічного елемента (батарейки)

Акумулятор - це хімічне джерело, у якому електрична енергія нагромаджується внаслідок пропускання електричного струму крізь кислотний або лужний розчин.

В акумуляторі (від слова акумуле — нагромаджує) у розчин кислоти, опускають два однакові електроди. Але такий акумулятор струму не дає, його попередньо потрібно зарядити, пропускаючи через розчин струм певного напрямку. При цьому на електродах відбуваються різні хімічні реакції і вони набувають різних властивостей. Тепер акумулятор працюватиме як звичайний гальванічний елемент. Акумулятори можуть давати струм значної сили і використовуватися багато разів.

Розрізняють кислотні (свинцеві) і лужні акумулятори. Лужні акумулятори мають ряд переваг перед кислотними: вони міцніші, не бояться перевантажень, добре працюють в широкому інтервалі температур, невибагливі до виробничих умов. Основні їх недоліки: низький ККД (до 60 %).

Акумулятори широко застосовують для освітлення залізничних вагонів, автомобілів, для запуску автомобільного двигуна, для живлення електроенергією підводних човнів, наукової апаратури на штучних супутниках Землі.

Електричний струм можна отримати, якщо взяти алюмінієву посудину від калориметра, налити в неї води, приєднати до гальванометра мідним провідником (мал. а) чи взяти два кухлі залізний та алюмінієвий, в один з кухлів налити розчин кухонної солі і приєднати їх до гальванометра (мал. б).

а) б)

• світлові (фотоелементи, сонячні батареї);

 При освітленні деяких напівпровідників, світлова енергія перетворюється в електричну. Фотоелементом є сонячна батарея.

• теплові (термоелементи);

Якщо спаяти дві дротини, виготовлені з різних матеріалів, та нагріти місце спаювання, то в дротинах виникне електричний струм. В джерелі струму, який називається термоелементом, внутрішня енергія нагрівника перетворюється на електричну енергію. Особливо ефективним у термоелементах є поєднання металевих провідників і напівпровідників.

• механічні (електрофорна машина, генератори електричного струму різного роду).

Відео “Електричний струм. Джерела електричного струму”

3. Запитання до уроку.

Запитання 37.1. Що таке електричний струм?

Запитання 37.2. Що є причиною руху заряджених частинок?

Запитання 37.3. Скільки часу проходить від моменту включення лампи розжарення до моменту, коли вона починає світитися?

Запитання 37.4. Що називається джерелом електричного струму?

Запитання 37.5. Які джерела електричного струму ви знаєте?

Запитання 37.6. Хто першим створив гальванічний елемент?

Запитання 37.7. Яка енергія перетворюється на електричну в сонячних батареях? Термоелементах?

Запитання 37.8. Наведіть приклади застосування різноманітних джерел струму?

Запитання 37.9. Чим відрізняється акумулятор від гальванічного елемента?

4. Домашнє завдання.

Підручник: §23-24.

Усне опитування по запитаннях до уроку.

Вправа 37.1. Джерела електричного струму.

5. Перевір себе.

Тести онлайн. Електричний струм. Джерела електричного струму. 

Версія для друку     Відповіді учнів 

6. Для допитливих.

Розширюємо кругозір. Історія одного винаходу. Відкриття найперших джерел струму відбулося в кінці 17 сторіччя, коли італійський учений Луїджі Гальвані абсолютно випадково виявив електричні явища при проведенні дослідів з фізіології. Під час своїх експериментів він виявив, що коли до м’яза і нерва жаби прикладаються дві пластини різних металів, то м’яз починає імпульсивно скорочуватися. Намагаючись пояснити механізм отриманого відкриття, Гальвані робить помилкове припущення, що електрика виробляється м’язами і називає її «природною електрикою». Коли вчений поділився результатами спостережень зі своїм другом, відомим італійським фізиком Алессандро Вольта (його ім’ям і названа одиниця вимірювання напруги), той поставив кілька власних дослідів і зрозумів, що Гальвані був неправий. Він зробив висновок, що електричний струм з’являється в результаті хімічної реакції, яка відбувається між двома металами. Для доказу своєї правоти Вольта зібрав пристрій, що складається з двох металевих пластинок з цинку і з міді, і занурив їх у ємність з соляним розчином. Така нехитра конструкція і стала першим в світі хімічним джерелом струму. Незважаючи на помилкове пояснення вченим – батарейки назвали гальванічними елементами, а сам процес отримання електроенергії за допомогою хімічних реакцій – гальванізм. Після двох століть основоположні принципи роботи гальванічних елементів і сьогодні залишаються колишніми, і ніяких нових принципових змін в цьому механізмі в найближчому майбутньому не передбачається. Найнесподіванішим результатом вивчення механізму отримання електрики хімічним шляхом є наступний висновок – електричний струм являє собою всього лише побічний продукт окислювально-відновних реакцій, в ході яких іони кисню переходять від молекул однієї речовини до молекул іншої.