Меню

Какие действия тока наблюдаются в данной анимации лампочка

Урок физики для 8 класса «Действия электрического тока»

Выбранный для просмотра документ Действие эл тока на организм человека.docx

Действие электрического тока на организм человека

Тело человека является проводником. Проходя через организм человека, электроток производит термическое, электролитическое, механическое и биологическое действия.

Термическое действие тока проявляется ожогами отдельных участков тела,, нагревом до высокой температуры органов, расположенных на пути тока, вызывая в них значительные функциональные расстройства. Электролитическое действие тока выражается в разложении органической жидкости, в том числе и крови, в нарушении ее физико-химического состава.

Механическое действие тока приводит к расслоению, разрыву тканей организма в результате электродинамического эффекта, а также мгновенного взрывоподобного образования пара из тканевой жидкости и крови. Биологическое действие тока проявляется раздражением и возбуждением живых тканей организма, а также нарушением внутренних биологических процессов.

Электротравмы могут привести к судорогам, остановке дыхания и сердечной деятельности. Остановка сердца связана с фибрилляцией, или хаотическим сокращением отдельных волокон сердечной мышцы, к ожогам, металлизации кожи, механическим повреждения. Металлизацию кожи связывают с проникновением в нее мельчайших частиц металла при его расплавлении под влиянием электрического тока.

Исход поражения человека электротоком зависит от силы тока и времени его прохождения через организм; характеристики тока, который может быть постоянным или переменным; пути тока в теле человека.

На сопротивление организма воздействию электрического тока оказывает влияние физическое и психическое состояние человека. Так, нездоровье, утомление, голод, опьянение, эмоциональное возбуждение приводят к снижению сопротивления.

Из возможных путей протекания тока через тело человека наиболее опасен тот, при котором поражается головной мозг (голова — руки, голова — ноги). Повышенная температура и влажность воздуха (неблагоприятный микроклимат) увеличивают опасность поражения током, так как влага, в том числе и пот, понижает сопротивление кожных покровов.

Лейденский профессор Питер Мушенбрек (1692-1761), описал один из своих экспериментов так: «Хочу сообщить вам новый и страшный опыт, который никак не советую повторять. Я делал некоторые исследования над электрической силой и для этой цели повесил на двух шнурах из голубого шелка железный стержень, получавший через сообщение электричество от стеклянного шара, который приводился в быстрое вращение и натирался прикосновениями рук. На другом конце свободно висела медная проволока, конец которой был погружен в круглый стеклянный сосуд, отчасти наполненный водой, который я держал в правой руке, другой же рукой я пробовал извлечь искры из наэлектризованного стержня. Вдруг моя правая рука была поражена с такой силой, что все тело содрогнулось, как от удара молнии. Рука и все тело поражаются столь страшным образом, что и сказать не могу, одним словом, я думал, что пришел конец. ».

Действие электрического тока на организм человека

Тело человека является проводником. Проходя через организм человека, электроток производит термическое, электролитическое, механическое и биологическое действия.

Термическое действие тока проявляется ожогами отдельных участков тела,, нагревом до высокой температуры органов, расположенных на пути тока, вызывая в них значительные функциональные расстройства. Электролитическое действие тока выражается в разложении органической жидкости, в том числе и крови, в нарушении ее физико-химического состава.

Механическое действие тока приводит к расслоению, разрыву тканей организма в результате электродинамического эффекта, а также мгновенного взрывоподобного образования пара из тканевой жидкости и крови. Биологическое действие тока проявляется раздражением и возбуждением живых тканей организма, а также нарушением внутренних биологических процессов.

Электротравмы могут привести к судорогам, остановке дыхания и сердечной деятельности. Остановка сердца связана с фибрилляцией, или хаотическим сокращением отдельных волокон сердечной мышцы, к ожогам, металлизации кожи, механическим повреждения. Металлизацию кожи связывают с проникновением в нее мельчайших частиц металла при его расплавлении под влиянием электрического тока.

Исход поражения человека электротоком зависит от силы тока и времени его прохождения через организм; характеристики тока, который может быть постоянным или переменным; пути тока в теле человека.

На сопротивление организма воздействию электрического тока оказывает влияние физическое и психическое состояние человека. Так, нездоровье, утомление, голод, опьянение, эмоциональное возбуждение приводят к снижению сопротивления.

Из возможных путей протекания тока через тело человека наиболее опасен тот, при котором поражается головной мозг (голова — руки, голова — ноги). Повышенная температура и влажность воздуха (неблагоприятный микроклимат) увеличивают опасность поражения током, так как влага, в том числе и пот, понижает сопротивление кожных покровов.

Лейденский профессор Питер Мушенбрек (1692-1761), описал один из своих экспериментов так: «Хочу сообщить вам новый и страшный опыт, который никак не советую повторять. Я делал некоторые исследования над электрической силой и для этой цели повесил на двух шнурах из голубого шелка железный стержень, получавший через сообщение электричество от стеклянного шара, который приводился в быстрое вращение и натирался прикосновениями рук. На другом конце свободно висела медная проволока, конец которой был погружен в круглый стеклянный сосуд, отчасти наполненный водой, который я держал в правой руке, другой же рукой я пробовал извлечь искры из наэлектризованного стержня. Вдруг моя правая рука была поражена с такой силой, что все тело содрогнулось, как от удара молнии. Рука и все тело поражаются столь страшным образом, что и сказать не могу, одним словом, я думал, что пришел конец. ».

Источник

Действия электрического тока

Мы не обладаем возможностью увидеть электроны, бегущие по проводнику. Как же тогда можно обнаружить ток в проводнике? Наличие электрического тока можно обнаружить по косвенным признакам. Так как, ток, протекая по проводнику, оказывает воздействие на него.

Вот некоторые из признаков:

  1. тепловой;
  2. химический;
  3. магнитный.

Тепловое действие тока

Благодаря такому действию тока мы можем освещать помещения с помощью ламп накаливания. А, так же, используем различные нагревательные электроприборы – конвекторы, электроплиты, утюги (рис. 1).

Используя метровый кусок никелиновой проволоки (рис. 2), можно продемонстрировать нагревание проводника при протекании по нему электрического тока. Для заметного провисания нагретой проволоки из-за теплового увеличения длины и наблюдения красноватого ее свечения будет достаточно тока в 2 — 3 Ампера.

Кусок провода нагревается, когда по нему протекает электрический ток. Чем больше ток в проводнике, тем больше он нагреется. Длина нагретого проводника увеличивается.

Подробнее о выделившемся количестве теплоты можно прочитать в статье о законе Джоуля-Ленца (ссылка).

Примечание: Нихром, никелин, константан – сплавы металлов, обладающие большим удельным сопротивлением (ссылка). Проволоки, изготовленные из таких сплавов, используются в различных нагревательных электроприборах.

Химическое действие тока

Электрический ток, проходя через растворы некоторых кислот, щелочей или солей, вызывает выделение из них вещества. Это вещество осаждается на электродах – пластинках, опущенных в раствор и подключенных к источнику тока.

Такое действие тока используют в гальванопластике – покрытии металлом некоторых поверхностей. Применяют никелирование, омеднение, хромирование, а, так же, серебрение и золочение поверхностей.

С помощью раствора медного купороса можно продемонстрировать выделение вещества под действием тока. Водный раствор этой соли имеет голубоватый оттенок. Пропуская электрический ток (ссылка) через раствор, можно обнаружить выделение меди на одном из электродов (рис. 3).

На каком электроде будет выделяться медь

Медь в растворе купороса присутствует в виде положительных ионов. Тела, имеющие разноименные заряды, притягиваются. Поэтому, ионы меди будут притягиваться к пластинке, имеющей заряд со знаком «минус». То есть, пластинке, подключенной к отрицательному выводу источника тока. Такую пластинку называют отрицательным электродом, или катодом.

Вторую пластинку, подключенную к положительному выводу батареи, называют анодом.

Примечание: Медный купорос можно найти в хозяйственном магазине. Его химическая формула \(\large CuSO_<4>\). Он используется в сельском хозяйстве для опрыскивания листвы плодовых деревьев, кустарников и овощных культур – к примеру, томатов, картофеля. Входит в составы различных растворов, применяемых в борьбе с болезнями растений и насекомыми-вредителями.

Применение химического действия тока в медицине

Химическое действие тока применяют не только в гальванопластике.

Пропускание электрического тока через растворы вызывает в них движение заряженных частиц вещества – положительных и отрицательных ионов. Человеческое тело содержит жидкости, в которых растворены некоторые вещества. А значит, в таких жидкостях присутствуют ионы.

Прикладывая специальные электроды, смоченные растворами лекарств на отдельные участки тела, и пропуская через них маленькие токи, можно вводить в организм некоторые лекарственные препараты (рис. 4).

Читайте также:  Маркировка электродов для ручной дуговой переменного тока

Химическое действие тока применяют в медицине

Такое введение лекарств называют электрофорезом и используется в физиопроцедурных кабинетах поликлиник и санаториев.

Магнитное действие тока

Медь сама по себе не притягивается к магниту. В этом можно убедиться с помощью небольшого магнита и кусочка медного провода (рис. 5а).

На рисунке 5 кусок медного провода подвешен к двум штативам с помощью тонких нитей, не проводящих электрический ток.

Однако, во время протекания электрического тока, медный проводник начинает взаимодействовать с магнитом — притягиваться, или отталкиваться от него (рис. 5б).

С магнитом взаимодействует не сам медный проводник, а ток, протекающий по этому проводнику.

Почему проводок с током взаимодействует с магнитом

Электрический ток — это большое количество электронов, бегущих по проводку от одного его края к другому краю. Электроны обладают зарядом.

Вокруг движущихся зарядов возникает магнитное поле. Благодаря этому проводок с током превращается в маленький магнитик. И начинает взаимодействовать с магнитом, притягиваясь к нему, или отталкиваясь от него.

При этом, проводок, как более легкий предмет, будет двигаться. А магнит продолжит оставаться на месте. Из-за того, что его масса значительно больше массы кусочка провода.

Направление движения проводка зависит от полярности его подключения к батарейке и, от того, как располагаются полюса магнита.

На магнитном действии тока основано действие электромагнита.

Самодельный электромагнит

Его легко изготовить из куска гибкой изолированной медной проволоки и железного гвоздя.

Гвоздь нужно обернуть кусочком бумаги – гильзой (рис. 6). Затем на гильзу нужно намотать 200 – 300 витков тонкого медного провода в изоляции. К выводам полученной катушки нужно подключить батарейку от карманного электрического фонаря.

Во время протекания тока, к гвоздю притягиваются различные мелкие железные предметы – скрепки, кнопки, гвоздики, железные стружки, опилки и т. п.

Отсоединив батарейку, увидим, что как только ток прекращается, гвоздь перестает притягивать к себе железные предметы.

Рамка с током и подковообразный магнит

Провод, обладающий достаточной жесткостью, можно изогнуть в виде плоской фигуры – прямоугольника, квадрата, окружности. Эластичные же провода навивают на жесткий каркас, изготовленный из подходящего материала – фанеры, картона, пластмассы и т. д. Такой изогнутый провод образует рамку. Проволочную рамку часто называют контуром.

Проволочная рамка, по которой течет электрический ток, может ориентироваться в магнитном поле.

Чтобы убедиться в этом, проведем такой эксперимент. Используем для него подковообразный магнит и проводник, изогнутый в виде прямоугольной рамки. Подвесим рамку к лапке штатива с помощью нити. Размеры рамки нужно выбрать так, чтобы она поместилась между полюсами магнита.

Сначала используем только подвешенную рамку (рис. 7а), без магнита. Подключим к рамке источник тока. Можно убедиться, что после подключения тока рамка продолжает висеть неподвижно. Отключим источник тока.

Теперь поместим магнит так, чтобы рамка находилась между его полюсами (рис. 7б) и, пропустим по цепи электрический ток. Легко заметить, что во время протекания тока рамка поворачивается и ориентируется по магнитному полю. А когда цепь размыкается, рамка возвращается в первоначальное положение.

Примечание: Если изменить полярность подключения источника к рамке, то она будет поворачиваться в противоположную сторону.

Замечательное свойство рамки с током поворачиваться в магнитном поле, используют в различных измерительных приборах. Один из таких приборов – гальванометр.

Устройство гальванометра

Гальванометром прибор назвали в честь итальянского физика и врача Луиджи Гальвани. Этот прибор способен измерять маленькие электрические токи (постоянные).

На схемах прибор обозначают кружком, внутри которого расположена большая латинская буква G. На некоторых схемах внутри круга находится стрелка, направленная вертикально вверх.

  • подковообразный магнит и
  • находящуюся внутри него рамку, содержащую витки тонкого медного провода (рис. 8).

Подвижная рамка находится на оси и может вокруг нее поворачиваться.

К рамке прикреплена стрелка. Она указывает, на какой угол рамка повернулась во время протекания в ней электрического тока.

Угол поворота отмечают по делениям шкалы.

Кто такой Луиджи Гальвани

Гальвани был одним из основателей учения об электричестве.

Обнаружил, что в местах контакта различных видов металлов возникает электрическое напряжение.

Проводил опыты с использованием железного ключа и серебряной монеты.

Изучал сокращения мышц под воздействием электричества и пришел к выводу, что мышцы управляются электрическими импульсами, поступающими по нервным волокнам из мозга.

В итальянском городе Болонья неподалеку от здания Болонского университета находится памятник Гальвани. Он находится на площади Piazza Luigi Galvani, носящей имя ученого.

В его честь, так же, назвали один из кратеров на обратной стороне Луны.

А Болонский лицей назван именем Гальвани еще с 1860-го года.

О приборах магнитоэлектрической системы

Такие приборы, содержащие проводящую рамку и небольшой магнит, называют приборами магнитоэлектрической системы. Они получили широкое распространение из-за своего сравнительно простого устройства.

Шкалы приборов можно градуировать в различных единицах измерения, в зависимости от измеряемых физических величин. На основе таких приборов изготавливают вольтметры, амперметры, омметры и т. п.

Источник

Урок физики в 8-м классе. Тема: «Действия электрического тока»

Разделы: Физика

Тип урока: Изучение нового материала.

Вид урока: Урок-исследование.

Цели урока:

  • изучение действий электрического тока экспериментальным путём;
  • формирование исследовательских навыков;
  • создание активной познавательной среды, необходимой для диалога учителя с обучающимися, эвристической беседы;
  • формирование навыков работы в группе;
  • познакомить учащихся с причинами поражения током и правилами техники безопасности при работе с электричеством;
  • познакомить с действием электрического тока на организм человека.

Оборудование: Мультимедиапроектор. Презентация (приложение 1). CD Физика 7 – 11 классы. Практикум. Диск 2. С.М.Козел, В.А.Орлов и др.

Лабораторное: источники питания, ключи, резистор (спираль), железный гвоздь, металлические опилки, рамка из провода, дугообразный магнит, лампочка на подставке, электроды, дистиллированная вода, раствор соли (медного купороса).

Ход урока

Учитель: Ребята, вы верите в чудеса.

Может быть вы слышали такие слова (приложение 1. Слайд 1):

…Пора чудес прошла, и нам
Подыскивать приходится причины
Всему, что совершается на свете.

А кто сказал эти слова? (Уильям Шекспир)

Вспомните, пожалуйста, какую тему мы сейчас изучаем? (Электрический ток)

Электричество кругом,
Полон им завод и дом.
Везде заряды: там и тут,
В любом атоме «живут».

А если вдруг они бегут,
То тут же токи создают.
Нам токи очень помогают,
Жизнь кардинально облегчают!

«Аукцион»

На обсуждение выставляется лот «электрический ток». Задача обучающихся: как можно больше сообщить информации об электрическом токе логически законченными высказываниями об электрическом токе.

Примерные высказывания обучающихся:

  • Электрический ток течет по проводам.
  • Электрический ток может быть постоянным, может быть переменным.
  • Электрический ток существует в природе.
  • Электрический ток – это упорядоченное движение заряженных частиц.
  • Электрический ток опасен для жизни человека.
  • Электрический ток приносит пользу человеку.
  • Силу электрического тока можно измерить. И т. д .

Изучение нового.

Сегодня мы с вами продолжим изучение электрического тока.

Объявление темы и постановка целей урока совместно с обучающимися.

Действия электрического тока – это явления, которые наблюдаются при наличии электрического тока в цепи. (приложение 1. Слайды 2,3).

Изучить действия электрического тока нам помогут уже имеющиеся у вас знания об электрическом токе.

Воспроизведение опорных знаний (приложение 1. Слайды 4 — 7)

  1. Дайте определение электрического тока.
  2. На какие виды делятся все вещества по проводимости?
  3. Приведите примеры проводников и диэлектриков.
  4. Как образуются положительные и отрицательные ионы?
  5. Каково строение металлов в твёрдом состоянии?
  6. Что находится в узлах кристаллической решётки?
  7. Что происходит со свободными электронами в металле при помещении его в электрическое поле?
  8. Что представляет собой электрический ток в металлах?
  9. Проводят ли жидкости электрический ток?
    Электролиты — растворы солей, щелочей или кислот способных проводить электрический ток.
    Электрический ток в электролите – это направленное движение ионов в электрическом поле.
  10. Является ли электрическим током молния?

Учитель: Электроны увидеть нельзя, но их упорядоченное движение проявляется очень наглядно и полезно.

Судить о том протекает электрический ток по цепи или нет, можно по его действиям.

Без сомнения, всё наше знание начинается с опыта. (Кант Иммануил немецкий философ, 1724 — 1804 г.г.) (приложение 1. Слайд 8)

Вместе со мной сегодня вы будете физиками – экспериментаторами, исследователями. Нам ведь известно, что учёные сначала выдвигают теоретические гипотезы, а затем проверяют их путём проведения многочисленных опытов. Наблюдая, сравнивая, анализируя, они либо подтверждают, либо опровергают выдвинутую гипотезу.

Читайте также:  Как заземлить человека при поражении электрическим током

Перед проведением опытов нам необходимо вспомнить технику безопасности. А каковы же правила техники безопасности при работе с электрическими цепями в кабинете физики?

Работа в группах (общее задание на слайде 9. приложение 1.).

Выберите на демонстрационном столе оборудование для опыта в соответствии с рисунком.

Начертите схему цепи.

Сформулируйте гипотезу о предполагаемом действии тока.

Приведите примеры применения данного действия

Оборудование: источник тока, резистор или проволока, ключ, соединительные провода. (Рис. 1).

(приложение 1. Слайд 10 – после примеров обучающихся).

Оборудование: источник тока, ключ, провода, лампочка на подставке, электроды, дистиллированная вода, раствор соли (медного купороса) (Рис. 2). (приложение 1. Слайд 11).

Демонстрация видеофрагментов (CD): 3.12 «Электролиты», 3.13»Электролиз».

Оборудование: источник тока, медный провод, ключ, провода, железный гвоздь, металлические опилки. (Рис. 3).

Демонстрация видеофрагментов(CD): 3.6 «Опыт Эрстеда», 3.17 «Электромагниты».

Учитель демонстрирует опыт по Рис. 4 (приложение 1. Слайд 12).

Примером применения данного действия является прибор гальванометр. Учитель рассказывает его устройство и принцип действия.

Демонстрация действия гальванометра – подключение солнечной батареи с целью показа тока разных направлений.

Минутка отдыха (приложение 1. Слайд 13).

Учитель: Ребята, однажды великого мыслителя Сократа спросили о том, что, по его мнению, легче всего в жизни? Он ответил, что легче всего – поучать других, а труднее – познать самого себя.

На уроках физики мы говорим о познании природы. Но сегодня давайте познаем себя. Как мы воспринимаем окружающий мир? Как «художники» или как «мыслители»?

  • Встаньте, поднимите руки вверх, потянитесь.
  • Переплетите пальцы рук.
  • Посмотрите какой палец левой или правой руки оказался у вас вверху? Результат запомните «Л» или «П»
  • Скрестите руки на груди («поза Наполеона»). Какая рука сверху?
  • Поаплодируйте. Какая рука сверху?

У кого получился результат «ЛЛЛ» — «художники», а «ППП» — «мыслители».

У кого получились разные буквы – гармонично развитые личности, которым свойственно, как логическое, так и образное мышление.

Закрепление изученного.

Учитель: Русская пословица гласит — не стыдно не знать, стыдно не учиться. Сейчас мы будем учиться решать задачи, применяя полученные знания о действиях электрического тока.

«Порешаем». (Задачи на слайдах 14-16, каждой группе по 3 задачи)

  • С каким действием электрического тока мы сталкиваемся, когда при грозовых разрядах в воздухе образуется озон?
  • Как по химическому действию тока можно судить о количестве прошедшего электричества?
  • Какое действие тока используется в электрическом паяльнике?
  • Почему компас дает неправильные показания, если неподалеку от него находится провод с электрическим током?
  • На каком действии электрического тока основано получение химически чистых металлов?
  • Какие действия электрического тока проявляются в вашей квартире? А химическое?
  • Открытие физика Араго в 1820 г. заключалось в следующем: когда тонкая медная проволока, соединенная с источником тока, погружалась в железные опилки, то они приставали к ней. Объясните это явление.
  • Годность батарейки для карманного фонаря можно проверить, прикоснувшись кончиком языка одновременно к обоим полюсам: если ощущается кисловатый вкус, то батарейка хорошая. Какое действие тока используется при этом?
  • Какое действие оказывает ток, проходя по волоску электрической лампочки?

Вам нужно сделать точный слепок с некоторого деревянного рельефа. Не поможет ли в этом электрический ток?

Как изготовить посеребрённые или позолоченные ювелирные изделия?

Что является источником магнитного поля Земли?

Итог урока:

I. Отчет — рассказ о полученных результатах исследований по плану (приложение 1. Слайд 18).

  1. Электрический ток представляет собой упорядоченное движение … частиц, в металлах это … , в растворах солей …
  2. Чтобы по цепи протекал электрический ток, цепь должна…
  3. Чистая соль и дистиллированная вода не проводят электрический ток, т. к. …
  4. Раствор соли проводит электрический ток, т.к. …
  5. О наличии электрического тока можно судить по … электрического тока.
  6. Мы узнали о 3 действиях электрического тока: … .

Какое действие электрического тока используется для получения чистых металлов?

Какие действия электрического тока наблюдаются при пропускании тока через металлический проводник?

А) тепловое, химическое и магнитное действия;
Б) химическое и магнитное действия, теплового действия нет;
В) тепловое и магнитное действия, химического действия нет;
Г) тепловое и химическое действия, магнитного действия нет.

Учитель: А сейчас познакомимся с некоторыми подробностями, касающимися опасности, которую может представлять электрический ток.

Сообщение обучающегося “Действие электрического тока на организм человека”.

Тело человека является проводником. Электрический ток, проходя через организм человека, раздражает и возбуждает живые ткани организма. Действие электрического тока на живую ткань носит разносторонний характер. Проходя через организм человека, электрический ток производит термическое, электролитическое, механическое, биологическое и световое действия.

При термическом действии происходит перегрев и функциональное расстройство органов по пути прохождения тока. Электролитическое (химическое) действие тока выражается в электролизе жидкости в тканях организма, в том числе крови, и нарушении её физико-химического состава. Механическое действие приводит к разрыву тканей, расслоению, ударному действию испарения жидкости из тканей организма. Механическое действие связано с сильным сокращением мышц, вплоть до их разрыва. Биологическое действие тока выражается в раздражении и перевозбуждении нервной системы. Световое действие приводит к поражению глаз.

Тяжесть поражения током зависит от силы тока, прошедшего через человека, характера тока (является он постоянным или переменным, т.е. изменяющимся по величине и направлению), продолжительности его действия, а также по какому пути внутри человека он шел. Наибольшую опасность представляет прохождение тока через мозг и те нервные центры, которые контролируют дыхание и сердце человека.)

Работающим с электрическими цепями надо знать как действие электрического тока на организм человека зависит от его силы и соблюдать технику безопасности (приложение 1. Слайд 20).

Действие тока на организм человека

Источник

Действия и мощность тока

Как можно узнать – есть ли в проводнике электрический ток? Заглянуть внутрь проводника невозможно, но, оказывается, это и не нужно. Прохождение тока по проводнику всегда сопровождается хотя бы одним из особых явлений – действий тока. Всего в физике и технике известно три действия тока: магнитное, химическое и тепловое. Рассмотрим их.

_?_

Слева вы видите опыт, иллюстрирующий магнитное действие тока. К источнику электроэнергии двумя проводами подключим катушку с проволокой и стальным стержнем внутри. При включении тока катушка станет магнитом и начнёт притягивать стальные предметы, например гвозди.

Магнитное действие тока наблюдается вокруг любых проводников: толстых или тонких, прямых или свитых в спираль, горячих или холодных, твёрдых, жидких или газообразных.

На этом рисунке показан опыт, иллюстрирующий химическое действие тока. В стакан с раствором сульфата меди CuSO4 опустим два угольных стержня. Через несколько минут на стержне, подключённом к «–», образуется тонкий слой ярко-красного цвета. Это чистая медь, выделившаяся из раствора. В опыте наблюдалась химическая реакция, вызванная электрическим током, в результате которой одно вещество (сульфат меди) превратилось в другое (чистую медь).

Химическое действие тока, как правило, наблюдается в жидких проводниках и сравнительно реже – в газообразных. В твёрдых проводниках химические реакции протекать не могут, так как в них отсутствуют подвижные ионы, являющиеся «носителями» химических свойств вещества.

_?_

Тепловое действие тока встречается, например, в утюгах, электрокаминах и лампах. Утюг горяч настолько, что нельзя притронуться рукой; спирали камина нагреты ещё сильнее: до «красного каления», а спираль лампочки – даже до «белого каления». Жидкие и газообразные проводники также нагреваются при прохождении через них тока.

Почему же проводники нагреваются? Рассмотрим металлический проводник. Ток в нём – это направленное движение электронов, которым приходится «течь» между ионами, постоянно наталкиваясь на них. При этом часть кинетической энергии электронов передаётся ионам, заставляя их колебаться сильнее, с большим размахом. А это и означает, что проводник нагревается. В жидких и газообразных проводниках движущиеся электроны и/или ионы наталкиваются на молекулы и/или атомы, «расшатывают» их, увеличивают их кинетическую энергию, что и означает возрастание температуры (см. § 7-в).

Итак, при наличии в проводнике тока происходит превращение электрической энергии (энергии зарядов в электрическом поле) в другие виды энергии, например внутреннюю. И скорость превращения электроэнергии можно выразить количественно. Для этого служит физическая величина мощность тока. О том, какими приборами её измеряют, мы поговорим в следующей теме, а пока приведём примеры токов различной мощности.

Возьмём три лампы с надписями: 40 Вт, 60 Вт и 75 Вт. Вкрутив их в люстру, мы обнаружим, что 75-ваттная лампа в каждый момент времени даёт явно больше тепла и света, чем лампа мощностью 40 Вт или 60 Вт. Другими словами, скорость превращения электроэнергии в тепловую и световую энергию в этих лампах различна.

Итак, мощность электротока – физическая величина, показывающая скорость превращения электроэнергии в другие виды энергии.

Вспомним, что 1 Вт = 1 Дж/с (см. § 5-в). Это значит, что при мощности тока 1 Вт энергия превращается со скоростью 1 джоуль в секунду. Тогда для тока мощностью 100 Вт это равно 100 Дж/с. Другими словами, лампа мощностью 75 Вт ежесекундно тратит 75 Дж электроэнергии и превращает их в тепло и свет.

Источник



Действия электрического тока: тепловое, химическое, магнитное, световое и механическое

Действия электрического тока: тепловое, химическое, магнитное, световое и механическоеЭлектрический ток в цепи всегда проявляется каким-нибудь своим действием. Это может быть как работа в определенной нагрузке, так и сопутствующее действие тока. Таким образом, по действию тока можно судить о его наличии или отсутствии в данной цепи: если нагрузка работает — ток есть. Если типичное сопутствующее току явление наблюдается — ток в цепи есть, и т. д.

Вообще, электрический ток способен вызывать различные действия: тепловое, химическое, магнитное (электромагнитное), световое или механическое, причем разного рода действия тока зачастую проявляются одновременно. Об этих явлениях и действиях тока и пойдет речь в данной статье.

Тепловое действие электрического тока

При прохождении постоянного или переменного электрического тока по проводнику, проводник нагревается. Такими нагревающимися проводниками в разных условиях и приложениях могут выступать: металлы, электролиты, плазма, расплавы металлов, полупроводники, полуметаллы.

Электрообогреватель

Сварочная дуга

В простейшем случае, если, скажем, через нихромовую проволоку пропустить электрический ток, то она нагреется. Данное явление используется в нагревательных приборах: в электрочайниках, в кипятильниках, в обогревателях, электроплитках и т. д. В электродуговой сварке температура электрической дуги вообще доходит до 7000°С, и металл легко плавится, — это тоже тепловое действие тока.

Закон Джоуля-Ленца

Джеймс Джоуль и Эмилий Ленц

Выделяемое на участке цепи количество теплоты зависит от приложенного к этому участку напряжения, значения протекающего тока и от времени его протекания (Закон Джоуля — Ленца).

Преобразовав закон Ома для участка цепи, можно для вычисления количества теплоты использовать либо напряжение, либо силу тока, но тогда обязательно необходимо знать и сопротивление цепи, ведь именно оно ограничивает ток, и вызывает, по сути, нагрев. Или, зная ток и напряжение в цепи, можно так же легко найти количество выделяемой теплоты.

Химическое действие электрического тока

Электролиты, содержащие ионы, под действием постоянного электрического тока подвергаются электролизу — это и есть химическое действие тока. К положительному электроду (аноду) в процессе электролиза притягиваются отрицательные ионы (анионы), а к отрицательному электроду (катоду) — положительные ионы (катионы). То есть вещества, содержащиеся в электролите, в процессе электролиза выделяются на электродах источника тока.

Например, в раствор определенной кислоты, щелочи или соли погружают пару электродов, и при пропускании электрического тока по цепи на одном электроде создается положительный заряд, на другом — отрицательный. Ионы содержащиеся в растворе начинают откладываться на электроде с противоположным зарядом.

Скажем, при электролизе медного купороса (CuSO4), катионы меди Cu2+ с положительным зарядом движутся к отрицательно заряженному катоду, где они получают недостающий заряд, и становятся нейтральными атомами меди, оседая на поверхности электрода. Гидроксильная группа -OH отдаст электроны на аноде, и в результате выделится кислород. Положительно заряженные катионы водорода H+ и отрицательно заряженные анионы SO42- останутся в растворе.

Химическое действие электрического тока используется в промышленности, например, для разложения воды на составляющие ее части (водород и кислород). Также электролиз позволяет получать некоторые металлы в чистом виде. С помощью электролиза покрывают тонким слоем определенного металла (никеля, хрома) поверхности — это нанесение гальванических покрытий и т.д.

В 1832 году Майкл Фарадей установил, что масса m вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна электрическому заряду q, прошедшему через электролит. Если через электролит пропускается в течение времени t постоянный ток I, то справедлив первый закон электролиза Фарадея:

Здесь коэффициент пропорциональности k называется электрохимическим эквивалентом вещества. Он численно равен массе вещества, выделившегося при прохождении через электролит единичного электрического заряда, и зависит от химической природы вещества.

Магнитное действие электрического тока

При наличии электрического тока в любом проводнике (в твердом, жидком или газообразном) наблюдается магнитное поле вокруг проводника, то есть проводник с током приобретает магнитные свойства.

Так, если к проводнику, по которому течет ток, поднести магнит, например в виде магнитной стрелки компаса, то стрелка повернется перпендикулярно проводнику, а если намотать проводник на железный сердечник, и пропустить по проводнику постоянный ток, то сердечник станет электромагнитом.

В 1820 году Эрстед открыл магнитное действие тока на магнитную стрелку, а Ампер установил количественные закономерности магнитного взаимодействия проводников с током.

Магнитное действие электрического тока

Магнитное поле всегда порождается током, то есть движущимися электрическими зарядами, в частности — заряженными частицами (электронами, ионами). Противоположно направленные токи взаимно отталкиваются, однонаправленные токи взаимно притягиваются.

Такое механическое взаимодействие происходит благодаря взаимодействию магнитных полей токов, то есть это, в первую очередь, — магнитное взаимодействие, а уж потом — механическое. Таким образом, магнитное взаимодействие токов первично.

ЭДС пропорциональна скорости изменения магнитного потока

В 1831 году, Фарадей установил, что изменяющееся магнитное поле от одного контура порождает ток в другом контуре: генерируемая ЭДС пропорциональна скорости изменения магнитного потока. Логично, что именно магнитное действие токов используется по сей день и во всех трансформаторах, а не только в электромагнитах ( например, в промышленных).

Световое действие электрического тока

В простейшем виде световое действие электрического тока можно наблюдать в лампе накаливания, спираль которой разогревается проходящим через нее током до белого каления и излучает свет.

Для лампы накаливания на световую энергию приходится около 5% от подведенной электроэнергии, остальные 95% которой преобразуется в тепло.

Люминесцентные лампы более эффективно преобразуют энергию тока в свет — до 20% электроэнергии преобразуется в видимый свет благодаря люминофору, принимающему ультрафиолетовое излучение от электрического разряда в парах ртути или в инертном газе типа неона.

Световое действие электрического тока

Более эффективно световое действие электрического тока реализуется в светодиодах. При пропускании электрического тока через p-n переход в прямом направлении, носители заряда — электроны и дырки — рекомбинируют с излучением фотонов (из-за перехода электронов с одного энергетического уровня на другой).

Лучшие излучатели света относятся к прямозонным полупроводникам (то есть к таким, в которых разрешены прямые оптические переходы зона-зона), например GaAs, InP, ZnSe или CdTe. Варьируя состав полупроводников, можно создавать светодиоды для всевозможных длин волн от ультрафиолета (GaN) до среднего инфракрасного диапазона (PbS). КПД светодиода как источника света доходит в среднем до 50%.

Механическое действие электрического тока

Как было отмечено выше, каждый проводник, по которому течет электрический ток, образует вокруг себя магнитное поле. Магнитные действия превращаются в движение, например, в электродвигателях, в магнитных подъемных устройствах, в магнитных вентилях, в реле и т. д.

Механическое действие электрического тока

Механическое действие одного тока на другой описывает закон Ампера. Впервые этот закон был установлен Андре Мари Ампером в 1820 для постоянного тока. Из закона Ампера следует, что параллельные проводники с электрическими токами, текущими в одном направлении, притягиваются, а в противоположных — отталкиваются.

Законом Ампера называется также закон, определяющий силу, с которой магнитное поле действует на малый отрезок проводника с током. Сила, с которой магнитное поле действует на элемент проводника с током, находящегося в магнитном поле, прямо пропорциональна току в проводнике и векторному произведению элемента длины проводника на магнитную индукцию.

На этом принципе основана работа электродвигателей, где ротор играет роль рамки с током, ориентирующейся во внешнем магнитном поле статора вращающим моментом M.

Источник