Тема: Кола постійного струму: паралельне, послідовне та змішане з'єднання елементів. Закон Ома для повного кола. Закон Кіргофа.
Мета: Розглянути залежність сили струму від напруги на ділянці кола, сформувати основні закони послідовного та паралельного з’єднання провідників та закони Кірхгофа.
Обладнання: презентація, роздатковий матеріал, інтерактивна дошка, підручник
Структура уроку
І Організаційний момент.
ІІ Актуалізація опорних знань
1. Що називається електричним опором?
2. Від чого залежить електричний опір?
3. Яка формула залежності електричного опору від температури?
ІІІ Пояснення нового матеріалу.
Електричний струм. Із курсу фізики 7 класу відомо, що електричним струмом називається напрямлений рух заряджених частинок.
Електричний струм має певний напрям. За напрям електричного струму приймається напрям руху позитивно заряджених частинок.
Безпосередньо рух частинок у провіднику ми побачити не можемо. Про наявність електричного струму можна робити висновок на підставі тих дій або явищ, які його супроводжують (теплові, магнітні, хімічні).
Сила струму. Якщо в колі протікає електричний струм, то це означає, що через поперечний переріз провідника весь час переноситься електричний заряд. Заряд перенесений за одиницю часу служить основною кількісною характеристикою струму, що носить назву сила струму.
Силою струму називається скалярна величина, яка чисельно дорівнює кількості електрики, що проходить за одиницю часу через площу поперечного перерізу провідника:
Для того, щоб розрахувати силу струму, знайдемо заряд ?q, який протікає через поперечний переріз провідника за час ?t. За цей час через переріз провідника пройдуть тільки ті заряди, які рухаються із швидкістю, співнапрямленою з напруженістю зовнішнього електричного поля і містяться усередині циліндра перерізом S із твірною  . Знаючи концентрацію п заряджених частинок, можна знайти число заряджених частинок у цьому об'ємі  і визначити їх заряд:
де q0 — заряд однієї частинки.
Тоді сила струму:
Якщо середня швидкість руху зарядів не залежить від часу, тобто  = const, то сила струму І = const.
Постійним струмом називається електричний струм, сила й напрям якого не змінюються з часом.
Густина струму — векторна величина, модуль якої дорівнює відношенню сили струму до площі перерізу провідника, через який проходить електричний струм:
Вектор густини струму збігається з напрямом сили струму в провіднику.
У Міжнародній системі одиниць силу струму виражають в амперах (А). Цю одиницю встановлюють на основі магнітної взаємодії струмів.
3. Джерела струму. Для наявності струму в провіднику необхідно, щоб у ньому існувало електричне поле, яке характеризується різницею потенціалів на кінцях провідника. У цьому випадку вільні заряди, які є в ньому, беруть участь у напрямленому русі. Проте переміщення зарядів досить швидко приводить до вирівнювання потенціалів. Для тривалого існування струму треба підтримувати сталою різницю потенціалів на кінцях провідника. Це й роблять так звані джерела струму.
Розглянемо найпростіше електричне коло:
Тут 1 і 2 — полюси джерела струму та потенціали полюсів відповідно 1 і 2.
Для того щоб струм був постійним, необхідно, щоб потенціали не змінювалися з часом, не дивлячись на те, що кожної секунди певне число електронів йде з полюса 2 і стільки ж приходить на полюс 1. Очевидно, усередині джерела повинні діяти сили, які б за секунду переносили всі електрони, що прийшли на полюс 1, назад, на полюс 2. Причому, цим силам доведеться долати тяжіння електронів до полюса 1 і — відштовхування їх від полюса 2, тобто ці сили повинні діяти проти сил електричного поля, створюваного зарядами полюсів. Звідси ясно, що природа цих сил повинна бути не електростатичною. Тому назвемо ці сили сторонніми.
Тепер стає зрозумілою роль сторонньої сили в електричному колі: напрямляти електричні заряди проти електростатичних сил, відділяти негативні заряди від позитивних і приєднувати їх до негативних.
Сторонні сили своєю роботою замикають коло й забезпечують постійність струму. Ці сили в різних джерелах мають неоднакове походження. Наприклад, у гальванічних елементах це сили, що виникають у результаті хімічних процесів; в електрофорній машині — це сили пружності м'язів руки, що обертає диски машини, тощо.
3. ЕРС та її фізичний зміст. Кожне джерело струму характеризується роботою діючих у ньому сторонніх сил із переміщення одиниці позитивного заряду, тобто певною електрорушійною силою (ЕРС).
ЕРС в замкнутому колі називають фізичну величину, яка чисельно дорівнює роботі сторонніх сил із переміщення одиничного позитивного заряду по всьому замкнутому колу:
У системі CI 
Будь-яке джерело струму по суті є перетворювачем енергії: в ньому і один який-небудь вид енергії перетворюється на електричний.
Закон Ома для ділянки кола: сила струму на ділянці кола прямо пропорційна напрузі та обернено пропорційна опору цієї ділянки:
Послідовним з’єднанням провідників називається таке з’єднання резисторів, коли кінець першого резистора з’єднується з початком другого, кінець другого – з початком третього і т.д.
Паралельним з’єднанням провідників називається таке з’єднання резисторів, коли початки резисторів з’єднуються між собою, а кінці – між собою.
Правила Кірхгофа.
Якщо в ланцюзі довільним чином (послідовно чи паралельно) включено кілька ЕРС і кілька резисторів, то для підрахунку повної ЕРС, що діє в колі, і значення сили струму на окремих ділянках варто скористатися сформульованими Г. Кірхгофом правилами. За прийнятою згодою струм вважається позитивним, якщо його напрямок відповідає напрямку руху позитивних зарядів. Друга умова: струм завжди спрямований від точки с більшим потенціалом до точки з меншим потенціалом.
Якщо в колі є більше одного контуру (тобто є елементи, включені паралельно), то можна визначити поняття вузла – точки сполучення декількох провідників.
Правило 1. Сума струмів, що входять у будь-який вузол кола, дорівнює сумі струмів, що виходять з цього вузла.
Правило 2. Сума спадів напруги на кожному елементі будь-якого замкнутого контуру в колі дорівнює нулю.
ІV Закріплення вивченого матеріалу.
1. Сформулювати закон Ома для ділянки кола.
2. Як змінюється сила струму з підвищенням напруги на ділянці кола.
3. Як змінюється сила струму із збільшенням опору?
4. Що називається послідовним з’єднанням провідників та записати його закони?
5. Що називається паралельним з’єднанням провідників та записати його закони?
6. Сформулювати закони Кірхгофа.
№1. Три споживачі електричної енергії опором 12 Ом, 9 Ом і 3 Ом сполучені послідовно. Напруга на кінцях кола 120 В. Знайти струм у колі та напругу на кожному споживачі.
№2. Електрична лампа опором 430 Ом увімкнута в мережу напругою 220 В. Опір підвідних проводів 10 Ом. Визначити спад напруги на лампі і на проводах.
V Домашнє завдання
Повторити конспект записаний у зошиті.
|