Підручник Фізика 8 клас - П.Ф. Пістун - Богдан 2016 рік

Розділ ІІ ЕЛЕКТРИЧНІ ЯВИЩА. ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ

ЕЛЕКТРИЧНИМ СТРУМ

§28. Джерела струму

✓ Які види енергії вам відомі?

1. Нагадаємо, що для існування електричного струму в провіднику необхідно створити і підтримувати в ньому електричне поле. Електричне поле в провідниках створюється і може підтримуватися джерелами електричного струму.

У джерелі струму здійснюється робота з розділення позитивно і негативно заряджених частинок. Ці частинки накопичуються на полюсах джерела струму. Один полюс заряджається позитивно, інший — негативно.

Між полюсами джерела струму утворюється електричне поле, і якщо з’єднати їх провідником, то поле виникне і в провіднику. Вишні заряджені частинки в провіднику (електрони) почнуть рухатися впорядковано під дією цього поля, тобто у провіднику виникне електричний струм.

2. У будь-якому джерелі струму, як уже вказувалося, здійснюється робота з розділення заряджених частинок. При цьому різні види енергії (механічна, хімічна, внутрішня) перетворюються в електричну.

Наприклад, перетворення механічної енергії в електричну відбувається в електрофорній машині (рис. 85).

При обертанні рукоятки машини приходять у рух її пластмасові диски, що розміщуються на невеликій відстані один від одного. На кожному диску наклеєні на рівних відстанях пластинки з тонкої металевої фольги.

При обертанні дисків в протилежні сторони пластинки фольги електризуються. Частина зарядів яка при цьому утворюється використовується для підсилення заряду провідника. Пластинки з фольги, нанесені на диски, дотикаються до металевих щіток електрофорної машини, які й передають заряд на кулі. Відбувається неперервне розділення зарядів, унаслідок якого одна з куль електрофорної машини заряджається позитивно, інша — негативно. Якщо їх з’єднати провідником, то в ньому потече електричний струм.

Рис. 85

3. Перетворення внутрішньої енергії в електричну можна спостерігати під час наступного досліду. Якщо нагріти місце з’єднання двох провідників, виготовлених з різних металів (рис. 86), то прилад зафіксує електричний струм. Таке джерело струму називають термоелементом.

4. У гальванічному елементі (батарейці) (рис. 87) заряди розділяються при хімічних реакціях, і внутрішня енергія, що виділяється під час цих реакцій, перетворюється в електричну.

Гальванічний елемент і акумулятор є одними з перших джерел струму та використовуються і в наш час.

Рис. 86

Рис. 87

Луїджі Гальвані (1737-1798) —італійський медик і фізик. Досліди, описані ним, лягли в основу створення хімічного джерела струму

Свою назву ці джерела струму отримали на честь італійського медика, професора анатомії Луїджі Гальвані (1737 - 1798).

Історія фізики знає чимало відкриттів, що виникли випадково. Яскравим прикладом подібного відкриття є вже відомий вам дослід Гальвані. Вчений досліджував нервову систему жаби. Зовсім випадково торкнувшись вістрям скальпеля нервів препарованої жаби, він виявив скорочення м’язів її лапки. Явище було настільки незвичайним і несподіваним, а причини — настільки незрозумілими, що, як писав Гальвані, він «загорівся неймовірною завзятістю і пристрасним бажанням досліджувати це явище і винести на світло те, що було в ньому прихованого».

Учений провів величезну кількість різних експериментів, висував найрізноманітніші гіпотези. Зокрема, Гальвані встановив, що для спостереження цього незвичайного явища потрібні метали, і показав, що різні метали дають різну ступінь ефекту. Однак, будучи фізіологом, а не фізиком, Гальвані вирішив, що в тілі жаби існує особлива «тваринна електрика».

Італійський фізик Алессандро Вольта (1745 — 1827), вивчаючи досліди Гальвані, прийшов до іншого висновку. Причиною скорочення м’язів е не «тваринна електрика», а електричний струм, що виникає внаслідок дотику металу до вологого тіла м’язів жаби, яка лежить на металевій поверхні. Саме контакт двох різнорідних металів став своєрідним джерелом струму.

Алессандро Джузеппе Вольта (1745—1827) — італійський фізик. Сконструював перше хімічне джерело постійного електричного струму.

Розглянемо детальніше будову гальванічного елемента.

Найпростіший гальванічний елемент — елемент Вольта — складається з двох металевих пластин, мідної та цинкової, опущених у водний розчин сульфатної кислоти (H24) (рис. 88). В результаті взаємодії металів з кислотою мідна пластина стає позитивно зарядженою, а цинкова — негативно зарядженою.

Між цими зарядженими пластинами, які називають електродами, виникає електричне поле. Якщо з’єднати електроди провідником, то в ньому виникне електричний струм.

Рис. 88

6. На практиці застосовують сухі гальванічні елементи. Будь-яка побутова електрична батарейка — це сухий гальванічний елемент або батарея таких елементів.

Зображений на рисунку 89 сухий гальванічний елемент складається з цинкової посудини 1, в яку вставлено вугільний стержень 2. Стержень міститься в полотняному мішечку 3, наповненому сумішшю перекису марганцю з вугіллям. У сухому гальванічному елементі замість рідини використовують густий клейстер з борошна і розчину нашатирю 4. Усяцинкова посудина помішена в коробку з пластмаси і залита зверху шаром смоли 5. Клема на вугільному стержні є позитивним полюсом елемента, а цинкова посудина — негативним полюсом.

Батарея кишенькового ліхтаря складається з декількох гальванічних елементів, з єднаних один з одним.

Відмінною особливістю всіх гальванічних елементів є те, що при їхній роботі витрачається речовина електродів і розчину. Тому через деякий час вони приходять в непридатність, і їх необхідно замінювати новими. З цією особливістю електричних батарейок ви напевно стикалися у своїй практиці.

Рис. 89

7. Акумулятори — інший тип джерела струму. Однією з переваг акумулятора є те, що в них речовина електродів не витрачаються.

Найпростіший акумулятор складається з двох цинкових пластин, поміщених у розчин сірчаної кислоти. Для того, щоб акумулятор став джерелом струму, його спочатку треба зарядити. Для зарядки акумулятора через нього пропускають струм від якого-небудь іншого джерела струму. Після того, як акумулятор зарядиться, його можна використовувати як самостійне джерело струму.

У процесі зарядки електричний струм в акумуляторі здійснює роботу, в результаті якої електрична енергія перетворюється в хімічну енергію акумулятора. При розрядці акумулятора ця енергія перетворюється в електричну.

Акумулятори бувають різних видів: свинцеві (або кислотні), залізо-нікелеві (або лужні). Але принцип роботи у них однаковий — вони акумулюють (накопичують) енергію, перш ніж стати самостійним джерелом струму.

З роботою акумуляторів ви часто зустрічаєтеся в повсякденному житті. Наприклад, в будь-якому автомобілі він служить для запуску двигуна. Акумулятори використовуються і для освітлення в тих випадках, коли неможливо або незручно використовувати електричний струм, що надходить по дротах від електростанцій, — в підводних човнах, космічних кораблях і т. д. Зараз акумулятори все ширше використовуються для живлення різної електронної апаратури (радіоприймачів, магнітофонів, телефонів та ін.).

8. Як джерела струму все частіше використовують сонячні батареї, в яких енергія випромінювання Сонця перетворюється в електричну енергію. Поверхні сонячних батарей покривають напівпровідниковою речовиною.

Під дією світла в напівпровіднику виникає електричний струм, який потім акумулюється в сонячних батареях. Такі джерела струму використовуються, наприклад, в калькуляторах. Усі енергетичні установки орбітальних станцій, в тому числі і МКС (Міжнародна космічна станція), яка працює з 1998 р. (рис. 90), приводяться в дію від сонячних батарей.

Рис. 90

Запитання для самоперевірки

1. Яке основне призначення джерела струму? Наведіть приклади відомих вам джерел струму.

2. Яка енергія може перетворюватися в джерелі струму в електричну?

3. Який принцип роботи гальванічного елемента?

4. Що собою являє елемент Вольта?

5. Що спільного в пристрої елемента Вольта і сухого гальванічного елемента? Чим вони відрізняються один від одного?

6. У чому полягає принципова відмінність гальванічного елемента від акумулятора? Що між ними спільного?

7. Наведіть приклади використання гальванічних елементів і акумуляторів у побуті й техніці.

Завдання 28

1. Виготовте вдома джерело струму. Для цього візьміть лимон (або будь-який інший цитрусовий фрукт) і два куски металу: мідний дріт і тонку цинкову пластинку. Якщо не знайдете вдома кусків дроту, замініть їх будь-якою мідною монетою і оцинкованим цвяхом. Розріжте лимон і вставте в нього ці шматочки металу так, щоб вони були досить близько, але не торкалися один одного (рис. 91). Величина струму, щоправда, буде досить слабкою, і якщо з’єднати його полюси провідником з лампочкою, вона не засвітиться. Але переконатися в тому, що струм є, можна: доторкніться язиком до провідників, з’єднаних з полюсами джерела струму (не бійтеся, це безпечно). Ви відчуєте легке поколювання, пощипування, схоже з відчуттям, що виникає, коли куштуєш щось кисле. Яка енергія перетворюється в електричну у вашому джерелі струму?

2. Як ви думаєте, що станеться, якщо в елементі Вольта цинкову пластинку замінити другою мідною?

3. Одна з найактуальніших проблем сучасного автомобілебудування — створення автомобілів з електродвигунами, які замінили б екологічно «брудні» машини з двигунами внутрішнього згоряння. Використання акумуляторів в електромобілях створює безліч проблем, які до цього часу ще до кінця не вирішені. Подумайте і вкажіть, у чому полягають ці проблеми, а також запропонуйте деякі шляхи їх вирішення.

Рис. 91

4. Заповніть таблицю.

Джерела струму

Спосіб розділення зарядів

Приклад джерел струму

Застосування

Механічні

Хімічні

Теплові

Світлові

Робота за комп’ютером

Вивчіть матеріал уроку і виконайте запропоноване в електронному додатку завдання.






Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити

Віртуальна читальня освітніх матеріалів для студентів, вчителів, учнів та батьків.

Наш сайт не претендує на авторство розміщених матеріалів. Ми тільки конвертуємо у зручний формат матеріали з мережі Інтернет які знаходяться у відкритому доступі та надіслані нашими відвідувачами.

Всі матеріали на сайті доступні за ліцензією Creative Commons Attribution-Sharealike 3.0 Unported CC BY-SA 3.0 та GNU Free Documentation License (GFDL)

Якщо ви являєтесь володарем авторського права на будь-який розміщений у нас матеріал і маєте намір видалити його зверніться для узгодження до адміністратора сайту.

Дозволяється копіювати матеріали з обов'язковим гіпертекстовим посиланням на сайт, будьте вдячними ми приклали багато зусиль щоб привести інформацію у зручний вигляд.

© 2007-2019 Всі права на дизайн сайту належать С.Є.А.