9) uses the concept of electric voltage as a quantity that determines the amount of energy needed to transfer a unit charge in a circuit; uses a voltage unit.
Electric current is an orderly movement of charges.
Question: How can the movement of charges be ordered?
You have to force them somehow. You remember that the like charges repel each other, and unlike charges attract. If a negative charge accumulates at one end of the conductor and at the other end positive, electrons will move from the end where the negative charge has accumulated to the end with an excess of positive charge (negative deficiency).
[Illustration 1]
However, charging the ends of the conductor is not enough, because the incoming electrons would neutralize charges and the force would stop working. We need to maintain this state somehow.
Source of electric current is used for this.
It has two poles or clamps to which the wires are connected. It causes the separation of the charges - it performs work to separate the charges and keep them in such a state.
Separated charges act on the electrons in the conductors connected to the source. These forces set them in motion and the current flows. The collision with atoms constantly spoils this orderly movement of charges, but the electric forces restore the order.
Hydrostatic analogy of the source of electric current.
The current flowcurrent flowcurrent flow is similar.
- Instead of reservoirs we have a conductor or a current receiver (for example an iron), pipes with which water flows are wires, and the pump is a source of electric current.
- The pump is designed to provide water with energy that constantly changes as a result of friction (changes into heat). The source of electric current has a similar task. It provides energy to the electric circuit. The energy is converted into heat as a result of collisions between electrons and atoms.
- Why can the source of electric current supply energy? Because it has its own resources. What is this energy? It depends on what kind of source of electric current we are dealing with.
Examples of sources of electric current:
- bicycle dynamo - this source works thanks to mechanical energy,
- battery, accumulator - this source works thanks to chemical energy,
- photocell - this source works thanks to light energy.
The difference in levels between reservoirs resembles some important physical quantity - electric voltage.
The electric voltage between the ends of the conductor is numerically equal to the amount of work that electric forces perform when moving the charge of one coulomb inside the conductor.
- The constant voltage (DC) sources are cells, batteries or accumulators that convert the energy of chemical reactions into electricity. One of the first sources of chemical energy was the Volta’s cell, constructed in 1800.
- The electric voltage U is numerically equal to the amount of work to be done to transfer the unit charge (1 C) in the conductor from one point to another.
- The voltage unit in the SI system is volt (V). One volt (1 V) corresponds numerically to the amount of work of one joule (1 J), which is needed to transfer the charge of one coulomb (1 C) between two points of the conductor.
- The voltmeter is a device used to measure the voltage between two points.
Selected words and expressions used in the lesson plan
Różnica poziomów między zbiornikami sprawia, że woda spada na niższy poziom. Dlaczego spada? Bo działa siła grawitacji. Siła ta, działając na porcję wody, wykonuje pewną pracę. Pracę liczymy, mnożąc siłę przez przesunięcie spowodowane nią. Mamy tu siłę i mamy przesunięcie, więc siła grawitacji wykonuje pracę nad porcją wody. Podobnie jest w przypadku prądu. Na elektrony w przewodniku działa siła elektryczna. Siła ta przesuwa ładunki w przewodniku. Zatem siła ta wykonuje pewną pracę.
Między nimi może przepływać woda. Zastanówmy się, kiedy będzie przepływać. Wtedy, gdy będzie różnica poziomów między zbiornikami. Będzie przepływać, ale w trakcie przepływu w jednym zbiorniku poziom się będzie obniżał, a w drugim wzrastał i w końcu się wyrównają. Przepływ się skończy.
Jak zmusić wodę, by znów zaczęła płynąć? Należy wytworzyć różnicę poziomów. Jak to zrobić? Należy podłączyć pompę i przepompowywać nieustannie wodę z jednego zbiornika do drugiego. Wytworzy to różnicę poziomów wody między zbiornikami, a już siła grawitacji zmusi wodę do płynięcia od wyższego do niższego poziomu.
m7836dbda54c3acb6_1528449000663_0
Napięcie elektryczne
m7836dbda54c3acb6_1528449084556_0
Drugi
m7836dbda54c3acb6_1528449076687_0
VI. Elektryczność. Uczeń:
9) posługuje się pojęciem napięcia elektrycznego jako wielkości określającej ilość energii potrzebnej do przeniesienia jednostkowego ładunku w obwodzie; stosuje jednostkę napięcia.
m7836dbda54c3acb6_1528449068082_0
45 minut
m7836dbda54c3acb6_1528449523725_0
Zdefiniowanie pojęcia napięcia elektrycznego.
m7836dbda54c3acb6_1528449552113_0
1. Zapoznanie uczniów z pojęciem napięcia elektrycznego.
2. Prezentacja źródeł napięcia elektrycznego.
3. Wykonanie pomiaru napięcia elektrycznego i natężenia prądu elektrycznego.
m7836dbda54c3acb6_1528450430307_0
Uczeń:
- zna i stosuje pojęcie napięcia elektrycznego,
- potrafi zmierzyć napięcie elektryczne oraz natężenie prądu elektrycznego.
m7836dbda54c3acb6_1528449534267_0
1. Pogadanka przedstawiająca nowe wiadomości.
2. Wytwarzanie sytuacji problemowej.
m7836dbda54c3acb6_1528449514617_0
1. Indywidualna lub grupowa.
2. Współpraca z nauczycielem podczas pogadanki.
m7836dbda54c3acb6_1528450127855_0
Proszę przygotuj odpowiedzi na następujące pytania wprowadzające do lekcji:
1. Co to jest prąd elektryczny?
2. Jaka wielkość charakteryzuje wielkość przepływającego prądu?
3. Zdefiniuj pojęcie natężenia prądu.
4. W jakich jednostkach mierzymy natężenie płynącego prądu?
5. Jak nazywa się przyrząd mierzący natężenie płynącego prądu?
m7836dbda54c3acb6_1528446435040_0
Prąd to uporządkowany ruch ładunków.
Pytanie: Jak można ruch ładunków uporządkować?
Trzeba je jakoś do tego zmusić. Pamiętasz, że ładunki jednoimienne się odpychają, a różnoimienne przyciągają. Jeśli na jednym końcu przewodnika zgromadzi się ładunek ujemny a na drugim dodatni, to elektrony będą poruszać się od końca, na którym zgromadził się ładunek ujemny do końca z nadmiarem ładunku dodatniego (niedoborem ujemnego).
[Ilustracja 1]
Elektryzowanie końców przewodnika nie zda się jednak na wiele, bo dopływające elektrony zobojętniałyby ładunki i siła przestałaby działać. Trzeba więc ten stan jakoś podtrzymywać.
Do tego służy źródło prądu.
Ma ono dwa bieguny albo inaczej zaciski do których podłącza się przewody. Ono powoduje separację ładunku – wykonuje pracę, by rozdzielić ładunki i je w takim stanie utrzymywać.
Rozdzielone ładunki działają siłami na elektrony znajdujące się w przewodnikach podłączonych do źródła. Siły te wprawiają je w ruch i prąd płynie. Zderzenia z atomami psują nieustannie ten uporządkowany ruch ładunków, ale siły elektryczne na powrót porządek przywracają.
Hydrostatyczna analogia źródła prądu.
Wyobraź sobie dwa zbiorniki wodne.
[Ilustracja 2]
Między nimi może przepływać woda. Zastanówmy się, kiedy będzie przepływać. Wtedy, gdy będzie różnica poziomów między zbiornikami. Będzie przepływać, ale w trakcie przepływu w jednym zbiorniku poziom się będzie obniżał, a w drugim wzrastał i w końcu się wyrównają. Przepływ się skończy.
Jak zmusić wodę, by znów zaczęła płynąć? Należy wytworzyć różnicę poziomów. Jak to zrobić? Należy podłączyć pompę i przepompowywać nieustannie wodę z jednego zbiornika do drugiego. Wytworzy to różnicę poziomów wody między zbiornikami, a już siła grawitacji zmusi wodę do płynięcia od wyższego do niższego poziomu.
W przepływie prądu jest podobnie.
- Zamiast zbiorników mamy przewodnik lub odbiornik prądu (na przykład żelazko), rury, którymi płynie woda to przewody, a pompa to źródło prądu.
- Pompa ma za zadanie dostarczać wodzie energii, która nieustannie ulega zmianie w wyniku tarcia (zmienia się w ciepło). Źródło prądu ma podobne zadanie. Ma uzupełniać zasób energii w obwodzie elektrycznym. Jest ona zamieniana w ciepło w wyniku zderzeń elektronów z atomami.
- Dlaczego źródło prądu może dostarczać prądowi energii? Bo ma jej własne zasoby. Jaka to jest energia? To zależy, z jakim źródłem prądu mamy do czynienia.
Przykładowe źródło prądu:
- dynamo rowerowe - to źródło działa dzięki energii mechanicznej,
- bateria, akumulator - to źródło działa dzięki energii chemicznej,
- fotoogniwo - to źródło działa dzięki energii świetlnej.
Różnica poziomów między zbiornikami przypomina pewną ważną wielkość fizyczną – napięcie.
Co to jest napięcie?
Różnica poziomów między zbiornikami sprawia, że woda spada na niższy poziom. Dlaczego spada? Bo działa siła grawitacji. Siła ta, działając na porcję wody, wykonuje pewną pracę. Pracę liczymy, mnożąc siłę przez przesunięcie spowodowane nią. Mamy tu siłę i mamy przesunięcie, więc siła grawitacji wykonuje pracę nad porcją wody. Podobnie jest w przypadku prądu. Na elektrony w przewodniku działa siła elektryczna. Siła ta przesuwa ładunki w przewodniku. Zatem siła ta wykonuje pewną pracę.
Definicja napięcia:
Napięcie elektryczne między końcami przewodnika jest równe liczbowo pracy, jaką wykonują siły elektryczne przy przesunięciu wewnątrz przewodnika ładunku jednego kulomba.
Definicja napięcia w postaci wzoru:
Jednostką napięcia jest wolt (skrót V):
Do pomiaru napięcia służy woltomierz.
[Slideshow]
Doświadczenie:
Zbuduj układ elektryczny podobny do przedstawionego na ilustracji.
[Grafika interaktywna]
1. Zmierz napięcie panujące na każdej z żaróweczek oraz na źródle napięcia.
2. Do układu dołącz amperomierz i zmierz natężenie prądu płynącego przez układ.
3. Odłącz jedną z żaróweczek.
4. Zmierz jak zmieni się napięcie na żaróweczce a jak na źródle prądu.
5. Zmierz jak zmieniło się natężenie prądu płynącego przez układ.
m7836dbda54c3acb6_1528450119332_0
- Źródłami napięcia stałego są ogniwa, baterie lub akumulatory, które zamieniają energię reakcji chemicznych na energię elektryczną. Jednym z pierwszych źródeł energii chemicznej było ogniwo Volty, skonstruowane w 1800 r.
- Napięcie elektryczne U jest równe liczbowo pracy, jaką należy wykonać, aby przenieść ładunek jednostkowy (1 C) z jednego punktu przewodnika do drugiego.
- Jednostką napięcia elektrycznego w układzie SI jest wolt (V). Wolt (1 V) odpowiada liczbowo pracy jednego dżula (1 J), która potrzebna jest do przeniesienia ładunku jednego kulomba (1 C) między dwoma punktami przewodnika.
- Woltomierz jest przyrządem służącym do pomiaru napięcia elektrycznego między dwoma punktami.