8 класс
Электрический ток в металлах. Действия
электрического тока. Направление тока
Цели урока:
Создать условия для усвоения нового
учебного материала, используя элементы технологии проблемного обучения, соблюдения
техники безопасности при работе с электрическими приборами, научить учащихся,
работая в группах, достигать общую цель.
Ход урока
1. Организационный
момент
Каждый современный человек должен иметь представление об электрических явлениях, уметь
правильно пользоваться электрическими приборами, а для этого необходимо знать
законы для электрического тока.
2. Экспресс-опрос
по пройденному материалу
1.
Что такое электрический ток?
2.
Перечислите условия существования электрического тока.
3.
Какие заряженные частицы могут участвовать в возникновении
электрического тока?
4.
Что создает и поддерживает длительное время электрическое поле в
цепи?
5.
Что такое источник тока?
6.
Каково его назначение?
7.
Какие виды источников тока вам знакомы?
3. Основной
материал.
На предыдущих уроках мы изучили
практически все понятия, связанные с возникновением электрического
тока: электрические заряды, электрическое поле, источники тока, простейшие
электрические цепи и электрические схемы. Теперь нам предстоит выяснить,
как течёт электрический ток в металлах, какие действия оказывает электрический
ток, а также направление тока.
Металлы, как мы выяснили из экспериментов
на предыдущих уроках, хорошо проводят электрический ток. Для того
чтобы пояснить этот факт, зададимся вопросом: а что же такое металлы?
Металлы, как правило, – это поликристаллические
вещества (состоящие из множества кристаллов)
Движение электронов в металлах до
появления электрического поля. Рассматривая металлы, мы имеем дело
с упорядоченной структурой атомов: каждый атом находится на своём
конкретном месте.
Как мы уже знаем, вокруг ядра
атомов движутся электроны. Электроны, находящиеся на самых удалённых
от ядра орбитах, довольно слабо связаны с ядром. Поэтому они могут довольно
легко переходить от одного атома к другому. Такое беспорядочное движение
электронов часто называют электронным газом. Если внутри металла нет
электрического поля, то движение этих свободных электронов беспорядочное
и чем-то напоминает движение поднятого в воздух роя мошкары в летний
день.
Рис. 1. Движение электронов внутри
металлического проводника
Движение электронов в металлах после
появления электрического поля.
Всё изменяется, когда внутри
металла появляется электрическое поле. Электрическое поле заставляет
двигаться заряженные частицы. Ядра атомов остаются на месте, а электроны
начинают упорядоченно двигаться.
Электрический ток в металлах
Электроны, перескакивая от
одного атома к другому, движутся в том направлении, куда им указывает
электрическое поле. Это движение и называется электрическим
током в металлах.
Мы знаем, что электрический
ток – это направленное, упорядоченное движение заряженных частиц.
В металлах в роли движущихся заряженных частиц выступают электроны. В других
веществах это могут быть ионы или ионы и электроны.
Движение заряженных частиц
(в металлах – электронов) происходит очень медленно (доли миллиметров
в секунду). Возникает вопрос: почему же, когда мы нажимаем на выключатель,
лампочка загорается практически мгновенно?
Дело в том, что внутри проводников
с огромной скоростью (со скоростью света – приблизительно 300 000 километров
в секунду) распространяется электрическое поле.
При замыкании цепи поле распространяется
практически мгновенно. А уже вслед за полем начинают медленно двигаться
электроны, причём сразу по всей цепи. Эту ситуацию можно сравнить с движением
воды в водопроводе. Воду заставляет двигаться давление в трубах, которое
при открытии крана распространяется практически мгновенно, заставляя
«ближайшую» к крану воду выливаться. При этом по трубам движется вся
вода под этим самым давлением. Получается, что давление – это аналог
электрического поля, а вода – аналог электронов. Как только прекращается
действие электрического поля, сразу прекращается упорядоченное движение
электрических зарядов.
Опыт Рикке
Возникает логичный вопрос:
а не изменяется ли проводник из-за того, что из него «ушли» электроны?
Опыт по подтверждению того, что все электроны одинаковые, был проведён
немецким учёным Рикке (Рис. 2) тогда, когда на трамвайных линиях использовали
три разных проводника: алюминиевый и два медных.
Рис. 2. Карл Виктор Рикке
Рикке в течение года наблюдал
за последовательным соединением трёх проводников: медь + алюминий
+ медь. Поскольку ток в трамвайных линиях течёт довольно большой, то
эксперимент позволял дать однозначный ответ: одинаковы ли электроны,
которые являются носителями отрицательного заряда в разных проводниках.
За год масса проводников не
изменилась, диффузии не произошло, то есть структура проводников
осталась неизменной. Из этого следовал вывод, что электроны могут переходить
из одного проводника в другой, но структура их при этом не изменится
Действия тока
Поговорим теперь о том,
какое действие оказывает электрический ток. За счёт чего он получил
такое широкое применение в быту и технике?
Можно выделить три основных
действия электрического тока (демонстрации).
1. Тепловое. При прохождении тока проводник
нагревается. Это одно из самых главных действий тока, которое используется
человеком. Самый простой пример – некоторые бытовые обогреватели
2. Химическое. При помощи электрического тока
добывают некоторые металлы в чистом виде, выделяя их из различных
соединений. Например, получение алюминия.
3. Магнитное. Если по проводнику течёт ток, то
магнитная стрелка вблизи такого проводника изменит своё положение.
Направление тока
Теперь поговорим о направлении электрического
тока.
За направление электрического
тока принимается направление движения положительных электрических
зарядов.
Но только что мы говорили о
том, что ток в металлах создают движущиеся электроны, которые имеют
отрицательный заряд. Почему же возникает такое противоречие?
Когда возник вопрос о направлении
электрического тока, ещё никто не знал о существовании электронов.
Было решено считать, что ток движется в направлении движения положительных
зарядов. Прошло время, учёные выяснили, что в металлах, в частности,
движутся электроны, но было решено оставить всё в прежнем виде. Это связано
с тем, что знак заряда нас практически не интересует, гораздо больше
нас интересует само действие тока.
Домашнее задание: § 34–36
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.