Temat

Prąd elektryczny i jego natężenie

Etap edukacyjny

Drugi

Podstawa programowa

VI. Elektryczność. Uczeń:

7) opisuje przepływ prądu w obwodach jako ruch elektronów swobodnych albo jonów w przewodnikach;

8) posługuje się pojęciem natężenia prądu wraz z jego jednostką.

Czas

45 minut

Ogólny cel kształcenia

Wyjaśnienie zjawiska prądu elektrycznego oraz zdefiniowanie natężenia prądu elektrycznego.

Kształtowane kompetencje kluczowe

1. Wyjaśnienie istoty przepływu prądu przez przewodnik.

2. Zdefiniowanie pojęcia natężenia prądu elektrycznego.

3. Prezentacja amperomierza jako przyrządu służącego do pomiaru natężenia prądu elektrycznego.

Cele (szczegółowe) operacyjne

Uczeń:

- wyjaśnia przepływ prądu przez przewodnik metaliczny,

- definiuje pojęcie natężenia prądu elektrycznego i jego jednostkę.

Metody kształcenia

1. Pogadanka przedstawiająca nowe wiadomości.

2. Wytwarzanie sytuacji problemowej.

Formy pracy

1. Indywidualna lub grupowa.

2. Współpraca z nauczycielem podczas pogadanki.

Etapy lekcji

Wprowadzenie do lekcji

Przygotuj odpowiedzi do pytań wprowadzających do lekcji:

1. Co to jest izolator?

2. Co to jest przewodnik?

3. Wskaż podstawowe różnice w budowie izolatora i przewodnika.

4. Dlaczego tylko przez przewodnik może przepływać prąd elektryczny?

Realizacja lekcji

1. Co to jest prąd elektryczny?

We wnętrzu ciał, które jako całość są elektrycznie obojętne, znajdują się ładunki obydwu znaków. Wiemy też, że istnieją ciała zwane przewodnikami, gdzie niektóre z tych ładunków (elektronów lub jonów) mają swobodę ruchu. Ruch tych nośników ładunku jest chaotyczny. Jeżeli jednak jakiś czynnik zewnętrzny uporządkuje ruch ładunków, mamy do czynienia z prądem elektrycznym.

1. Co to jest ruch uporządkowany?

Przykłady ruchu uporządkowanego.

- W jeziorze woda jakoś się porusza, ale w różnych miejscach robi to w różnym kierunku. W rzece woda porusza się w jednym kierunku. To jest właśnie ruch uporządkowany. Mówi się czasem nurt rzeczny albo nawet prąd rzeczny.

- Albo jeszcze jedno porównanie. Wyobraź sobie, że jesteś w hiszpańskim mieście na ulicy. Trwa festyn. Ludzie chodzą chaotycznie z miejsca na miejsce, potrącając się wzajemnie. Wreszcie następuje główna atrakcja dnia: wypuszczono byki. Tłum zaczyna się poruszać w jedną stronę, byle dalej od byków biegnących ulicą. Zanim puszczono byki, ulica przypominała przewodnik, w którym nie płynie prąd. Ludzie to swobodne nośniki ładunku. Byki wymuszają uporządkowany ruch tłumu. Z takim uporządkowanym ruchem ładunków mamy do czynienia w czasie przepływu prądu przez przewodnik.

- Trzeba podkreślić, że podczas przepływu prądu ładunki nie poruszają się aż tak porządnie jak wojsko na defiladzie, ale raczej jak popędzany, biegnący tłum. Jest to na dodatek bieg z przeszkodami, bo przecież na drodze elektronom stoją nieruchome dodatnie jony metalu.

[Ilustracja 1]

3. Jaki jest kierunek prądu elektrycznego?

Kierunek prądu określa się umownie jako kierunek ruchu ładunków dodatnich. Jeśli nośnikami prądu są ładunki ujemne, to kierunek prądu jest przeciwny do kierunku ruchu ładunków. Tak ludzie umówili się, by określać kierunek przepływu prądu.

4. Jaka wielkość fizyczna opisuje ilościowo przepływ prądu elektrycznego?

Tą wielkością jest natężenie prądu. Często gdy rozważamy intensywność jakiegoś zjawiska, mówimy o natężeniu, np. o natężeniu ruchu ulicznego. Natężenie ruchu ulicznego jest tym większe, im więcej samochodów przejedzie ulicą w jednostce czasu. Podobnie jest z natężeniem prądu. Jeśli w ciągu sekundy przez przewodnik przepłynie duży ładunek, mówimy, że w przewodniku jest duże natężenie prądu. Jeśli zaś w ciągu jednostki czasu przepłynie niewielki ładunek, to i natężenie prądu jest nieduże.

Możemy więc powiedzieć, że natężenie prądu to ładunek elektryczny, przepływający przez przewodnik w jednostce czasu.

5. Jak obliczyć natężenie prądu?

Jeżeli na przykład w czasie t = 7 s przepłynie ładunek 14 kulombów, to na jedną sekundę przypadają 2 kulomby. By dowiedzieć się, ile kulombów przypada na jednostkę czasu, należy ładunek, który przepłynął, podzielić przez czas przepływu.

Zatem natężenie prądu to stosunek przepływającego ładunku do czasu jego przepłynięcia. Ta sama definicja w postaci wzoru:

Jednostką natężenia prądu jest amper. Prąd ma natężenie jednego ampera, gdy ładunek jednego kulomba przepływa przez przewodnik w czasie jednej sekundy:

Natężenie prądu mierzy się za pomocą przyrządu zwanego amperomierzem.

[Slideshow]

Podsumowanie lekcji

Prądem elektrycznym nazywamy uporządkowany ruch swobodnych ładunków elektrycznych.

Swobodnymi ładunkami – nośnikami prądu elektrycznego – mogą być zarówno ładunki ujemne, jak i dodatnie. W metalach są to elektrony, w cieczach i gazach jony.
Przyjęto umownie, że kierunek prądu jest zgodny z ruchem ładunków dodatnich, czyli od „plusa” do „minusa”.

Natężeniem prądu nazywamy iloraz ładunku przepływającego przez poprzeczny przekrój przewodnika do czasu, w którym ten ładunek przepłynął:

Jednostką natężenia prądu jest 1 A (amper). Natężenie prądu jest równe 1 A, gdy przez poprzeczny przekrój przewodnika przepływa w ciągu 1 s ładunek 1 C.

Natężenie prądu elektrycznego mierzymy przy użyciu amperomierza.