Электрический ток - Электрические явления

Цели: выяснить физическую природу электрического тока; закрепить знания учащихся об условиях возникновения и существования электрического тока.

Демонстрации: действие электрического тока в проводнике на магнитную стрелку; источники тока: гальванические элементы, аккумуляторы, термопара, фотоэлементы.

Ход урока

I. Проверка знаний

С целью проверки знаний по изученной теме можно в течение первых 10 минут урока провести самостоятельную работу. Для самостоятельной работы можно предложить следующие задания:

Уровень 1

1. Существует ли электрическое поле вокруг электрона?

2. Как можно обнаружить электрическое поле вблизи заряженного тела?

Уровень 2

1. Существует ли электрическое поле возле палочки? Определите знак зарядов у шарика и листочков электроскопа (рис. 15)?

2. Как доказать, что электрическое поле материально?

Уровень 3

1. Можно ли объяснить электризацию тел перемещением атомов и молекул? Почему?

2. Если заряженной эбонитовой палочкой коснуться руки человека, то утратит ли палочка весь имеющийся на ней заряд? А если коснуться руки заряженной медной палочкой?

Уровень 4

1. Почему стрелка электроскопа отклоняется, если к нему поднести заряженный предмет, не прикасаясь к электроскопу?

2. Если к заряженному электроскопу поднести горящую спичку, он довольно быстро разряжается. Объясните этот опыт.

II. Изучение нового материала

План изложения нового материала:

1. Электрический ток.

2. Условия существования электрического тока.

3. Источники электрического тока.

1. Согласно электронной теории, в телах имеются свободные электроны, движением которых объясняются различные электрические явления. Эти электроны совершают хаотическое движение, подобное движению молекул газа.

Эксперимент 1

Заряжаем один электрометр, добиваясь максимального отклонения стрелки. Соединяем проводником с другим электрометром. Наблюдаем уменьшение показаний первого и увеличение показаний второго.

Объяснение. Под действием электрического поля электроны проводимости перемещаются по проводнику.

Далее уточняется характер движения электронов проводимости, которые, совершая орбитальное движение вокруг ядер (ионов), движутся еще и под действием электрического поля в направлении против поля.

Движение направленных электронов проводимости в металлических проводниках под действием поля называют электрическим током.

В других проводниках (электролитах, газах) под действием поля могут двигаться любые заряженные частицы ионы, электроны.

- Почему ток был кратковременным? (Ослабело электрическое поле, при этом прекратилось движение заряженных частиц.)

2. Для существования электрического тока необходимы следующие условия:

а) наличие свободных электронов в проводнике;

б) наличие внешнего электрического поля для проводника.

Электрический ток прекращается, если электрическое поле, создающее

движение зарядов, исчезает.

Чтобы электрический ток в проводнике существовал длительное время, необходимо все это время поддерживать в нем электрическое поле. Электрическое поле в проводниках создается и может длительное время поддерживаться источниками электрического тока.

3. Источники тока бывают различными, но во всяком из них совершается работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц. Работа эта совершается так называемыми сторонними силами. Такие силы не могут иметь электрическое происхождение. В источниках тока в процессе работы по разделению заряженных частиц происходит превращение механической, внутренней или какой-нибудь другой энергии в электрическую.

Источники тока, у которых разделение зарядов происходит за счет энергии химических процессов, получили название гальванических.

В электрофорной машине в электрическую энергию превращается механическая энергия.

Можно осуществить и превращение внутренней энергии в электрическую. Если две проволоки, изготовленные из разных металлов, спаять, а затем нагреть место спая, то в проволоках возникнет электрический ток. Такой источник тока называется термоэлементом.

При освещении некоторых веществ световая энергия непосредственно превращается в электрическую энергию - это явление фотоэффекта. На нем основано устройство и действие фотоэлементов.

В источниках тока за счет сил неэлектрического происхождения происходит разделение заряженных частиц, в результате чего полюса источника оказываются заряженными разноименно.

Источники тока, у которых разделение зарядов происходит за счет энергии химических процессов, получили название гальванических. Такое название было предложено итальянским ученым А. Вольта в 1796 г. в честь ученого Гальвани.

Затем рассматриваем принцип действия аккумулятора. Следует подчеркнуть, что аккумулятор нужно еще зарядить, то есть пропустить через него ток. При прохождении тока между пластинами и кислотой происходит химическая реакция. Его «заряжают», пропуская через него ток. Только после этой процедуры он становится источником тока.

Эксперимент 2

К клеммам гальванометра демонстрационного амперметра присоедините медные провода. К концу одного из них прикрепите исследуемый провод или гвоздь. Воткните медный провод и гвоздь в картофелину - стрелка гальванометра отклонится. Почему?

(Ответ: раствор минеральных солей, содержащихся в картофеле, и разнородные проволоки образуют гальванический элемент.)

III. Закрепление изученного

С целью закрепления материала учитель может в конце урока провести опрос-беседу по изученной теме:

- Как можно получить электрический ток в металлическом проводнике?

- Что происходит в источниках тока?

- Что является положительным и отрицательным полюсами источника тока?

- Какие источники тока вы знаете?

- Возникает ли электрический ток при заземлении заряженного металлического шарика?

- Движутся ли заряженные частицы в проводнике, когда по нему идет ток?

- Если к шарам разноименно заряженных электроскопов одновременно прикоснуться металлическим стержнем, то в них возникает электрический ток. Чем эта установка принципиально отличается от устройств, которые принято называть источниками тока?

Домашнее задание

1. § 32 учебника; вопросы и задания к параграфу.

2. Желающие могут подготовить доклады о применении аккумуляторов в быту и технике.

3. Сборник задач В. И. Лукашика, Е. В. Ивановой, № 1233, 1235, 1236, 1239.

Дополнительный материал

Италия. Болонья. 1780 год. Профессор анатомии Луиджи Гальвани с двумя ассистентами препарируют лягушек. На столе в некотором отдалении стоит электрическая машина. Исследования по электричеству проводятся в научном мире весьма интенсивно. Уже описан электрический скат. Уже Б. Франклин извлек «электрический флюид» из туч с помощью воздушного змея, зарядил электроскоп и доказал идентичность атмосферного электричества тому, что образуется при натирании стекла. Еще не разделяют электрический заряд и электрический ток, но уже зреет мысль о единой природе всех видов электричества (до открытия электрона остается еще более 100 лет).

Один из ассистентов обращает внимание профессора: при касании скальпелем еще влажной мышцы она время от времени дергается, сокращается. Другой ассистент, работавший с электрической машиной, подметил, что мышца дергается всякий раз, когда в машине проскакивает электрическая искра.

Однажды влажные лапки лягушки были развешаны на медных крючках на железной решетке, окружавшей висящий садик дома Гальвани. Ясная погода, легкий ветерок колышет влажные лапки. Ни молний, ни заземления. А мышцы сокращались, когда касались свободным концом железной решетки! По слухам, это заметила супруга Гальвани, о чем и уведомила ученого криком.

Гальвани понял: электричество в атмосфере не было главным; все дело во влажной мышце и в металлах. И опыты продолжались на столе в лаборатории. Перебрав множество металлов, Гальвани выяснил, что наиболее сильные сокращения мышц происходят при контакте мышцы с медью и серебром.

Но здесь мысль Гальвани пошла по ложному пути: «Я полагаю с достаточным основанием заключить, что животным присуще электричество».

Алессандро Вольта, профессор физики нз Павии (Италия), с недоверием относился к «животному» электричеству.

«... Что хорошего можно сделать с вещами, не приведенными к степени и мере, особенно в физике? Как можно определить причину, если не определить не только качество, но и количество и интенсивность явлений?» Итак, нужно измерять, оценивать интенсивность явления.

Главная мысль Вольта: мышца лягушки не источник электричества, а всего лишь весьма чувствительный прибор для регистрации тока. А источником являются металлы - медь и серебро. Вольта заменяет лапку лягушки другим измерителем тока... собственным языком! При протекании тока язык ощущает кислый привкус, это Вольта установил из опытов с электрической машиной. Чем больше ток, тем сильнее ощущение кислоты. Четыре года Вольта исследует различные пары металлов, добиваясь наибольшего эффекта. Позднее язык он заменил специальным электроскопом.

Вот он, простейший и первый источник тока, созданный Вольта!

Но эффект слаб. Как его усилить? Казалось бы, что проще: соединить такие пары металлов последовательно, да побольше, подобно тому, как в карету впрягают несколько лошадей. Не тут-то было! Контакты металлов оказываются при этом обращенными и компенсируют действие друг друга. Вольта догадался разделить пары влажными кусочками ткани, играющими роль проводов.

А что же лапка лягушки - только измеритель тока? Уже после Вольта обнаружили, что если два металла (Сu и Zn) опустить в раствор кислоты, то получается источник тока более мощный, чем вольтов столб! В этом источнике играет роль не столько контакт металлов, сколько контакт каждого из металлов с раствором кислоты. И это уже совсем другой источник тока, чем вольтов, и более сильный! Так что напрасно Вольта решительно отказался от изучения роли мышцы. Содержащаяся в мышцах влага с растворенными солями, кислотами, щелочами указывала путь к еще одному источнику тока, который в честь Гальвани назвали гальваническим элементом.

Наука получила в свое распоряжение источник тока в 1799 году, о чем Вольта уведомил Королевское общество: «Мне удалось сделать два таких цилиндра из 20 металлических пар, они мне служат хорошо уже несколько недель и, надо думать, послужат еще несколько месяцев...

Искренне Ваш А. Вольта».