Главная / Другое / Урок по электротехнике "Электропроводимость"

Урок по электротехнике "Электропроводимость"

hello_html_1e5eded1.gifhello_html_1e5eded1.gifhello_html_m2fe34bfc.gifhello_html_m2fe34bfc.gifhello_html_m2fe34bfc.gifhello_html_m2fe34bfc.gifhello_html_m2a7690f7.gifhello_html_m2a7690f7.gifhello_html_m2a7690f7.gifhello_html_m1c00300c.gifhello_html_m2a7690f7.gifhello_html_m2a7690f7.gifhello_html_m2a7690f7.gifhello_html_m2a7690f7.gifhello_html_m2a7690f7.gifhello_html_m2a7690f7.gifhello_html_m2a7690f7.gifhello_html_m2a7690f7.gifhello_html_m2a7690f7.gifhello_html_m2a7690f7.gifhello_html_1ea465c9.gifhello_html_m2a7690f7.gifhello_html_m2a7690f7.gifhello_html_47a8a0dd.gifhello_html_m2a7690f7.gifhello_html_m2a7690f7.gifhello_html_m2a7690f7.gifhello_html_m2a7690f7.gifhello_html_m2a7690f7.gifhello_html_m48f4b2b0.gifhello_html_m2a7690f7.gifhello_html_m2a7690f7.gifhello_html_m2a7690f7.gifhello_html_18c2206f.gifhello_html_m2a7690f7.gifhello_html_5339d92c.gifhello_html_m2a7690f7.gifhello_html_m2a7690f7.gifhello_html_m2a7690f7.gifтема Электропроводимость веществ.

Цель урока: разъяснить физическую природу электрической проводимости веществ с точки зрения электронной теории; привить интерес к науке физике: история открытий, классические опыты и учёные-физики; воспитывать самостоятельность, ответственное отношение к учёбе, стремление к самообразованию.


План урока:


  1. Объяснение нового материала по опорному конспекту.

  2. Сообщение об авторах открытий, описание опытов.

  3. Продолжение лекции.

  4. Работа у доски с логической цепочкой, вписывание формул.

  5. Объяснение графиков с ВАХ двух металлов: различия, вывод.

  6. Разбор и решение задачи по предложенному алгоритму.

  7. Оценки.

  8. Домашнее задание.


Материалы и оборудование: раздаточный материал с опорным конспектом и алгоритмом решения задачи, компьютер, доска.

Ход урока:


  1. Объяснение нового материала (лекция):


  1. Электрическая проводимость представляет собой способность веществ проводить электрический ток под действием внешнего электрического поля. Обозначается σ=1/ρ. Единица измерения (Ом*м)-1.

По физической природе зарядов – носителей электрического тока электропроводность подразделяют на:

а) электронную (чисто электронную, чисто дырочную и электронно-дырочную);

б) ионную (катионную, анионную, смешанную анионную и катионную);

в) смешанную (электронно-ионную).


  1. Для каждого вещества при заданных условиях характерна определённая зависимость силы тока от разности потенциалов (ВАХ).


  1. По удельному сопротивлению вещества принято делить на:

а) проводники ( ρ <10-6 Ом*м),

б) диэлектрики ( ρ >108 Ом*м),

в) полупроводники ( 108 Ом*м > ρ > 10-6 Ом*м).

Однако такое деление условно, так как под воздействием ряда факторов (нагревание, облучение, примеси) удельное сопротивление веществ и их вольт-амперная характеристика изменяются, и иногда очень существенно.


4) Поговорим подробнее о проводимости металлов.

1: опыт К.Рикке (1901 год):

Три предварительно взвешенных цилиндра (два медных и один алюминиевый) Рикке сложил отшлифованными торцами так, что алюминиевый оказался между медными. Затем цилиндры были включены в цепь постоянного тока: через них в течение года проходил большой ток (ток, питавший городскую трамвайную сеть). За это время через цилиндры прошёл электрический заряд, равный приблизительно 3,5 млн Кл. Вторичное взвешивание цилиндров, показало, что масса цилиндров в результате опыта не изменилась. При исследовании соприкасавшихся торцов под микроскопом было установлено, что имеются лишь незначительные следы проникновения металлов, которые не превышают результатов обычной диффузии атомов в твёрдых телах. Результаты опыта свидетельствовали о том, что в переносе зарядов в металлах ионы не участвуют.

2: опыты Мандельштама Л.И. и Папалекси Н.Д. (1913 год – Советский Союз) и Т.Стюарт и Р.Толмен (1916 год - США):

Суть опытов сводится к тому, что на катушку наматывают проволоку, концы которой припаивают к двум металлическим дискам, изолированным друг от друга. К концам дисков при помощи скользящих контактов присоединяют гальванометр. Катушку приводят в быстрое движение, а затем резко останавливают. После резкой остановки катушки свободные заряженные частицы некоторое время движутся относительно проводника по инерции и, следовательно, в катушке возникает электрический ток. Ток существует незначительное время, так как из-за сопротивления проводника заряженные частицы тормозятся и упорядоченное движение частиц, образующее ток, прекращается. Направление тока говорит о том, что он создаётся движением отрицательно заряженных частиц. В этих опытах учёным удалось измерить удельный заряд частиц, создающих ток. Он оказался равным 1,8*1011 Кл/ кг. Эта величина совпадает с отношением заряда электрона к его массе е/m, найденным ранее из других опытов.

3.Ом Георг Симон (1787-1854) немецкий физик. Работал школьным учителем. Он открыл закон зависимости силы тока от напряжения для участка цепи, а также закон, определяющий силу тока в замкнутой цепи. Чувствительный прибор для измерения силы тока он изготовил сам. В качестве источника напряжения Ом использовал термопару: два спаянных вместе проводника из различных металлов. Увеличивая разность температур спаев, Ом менял напряжение, которое пропорционально этой разности температур. Кроме того Ом нашёл зависимость сопротивления проводника от длины и площади его поперечного сечения.

(продолжение лекции):

5. Основы электронной теории электропроводности металлов.

На основе этих и других опытов П.Друде в 1900 году создал теорию электропроводности металлов, в основе которой лежат следующие допущения:

а) свободные электроны в металле ведут себя как молекулы идеального газа; «электронный газ» подчиняется законам идеального газа;

б) движение свободных электронов в металле подчиняется законам классической механики Ньютона;

в) свободные электроны в процессе их хаотического движения сталкиваются не между собой (как молекулы идеального газа), а с ионами кристаллической решётки;

г) при столкновениях электронов с ионами электроны передают ионам свою кинетическую энергию полностью.

6. Вывод закона Ома из электронной теории.

Надо сказать, что теория П.Друде – весьма упрощённое представление об электронной проводимости в металле как об идеальном электронном газе, потому что она:

во-первых, не раскрывает природу зависимости электрического сопротивления от абсолютной температуры,

во-вторых, классическая механика Ньютона также не может здесь применяться, иначе по закону сохранения энергии (m*v2/2=3*k*T/2) мы получим температуру порядка 105 – 106 К. Такая температура существует внутри звёзд, а движение электронов в металле подчиняется законам квантовой механики.

Тем не менее, используя эту теорию, можно теоретически получить основной закон, связывающий силу тока в металлическом проводнике с напряжением на его концах.

Электроны под влиянием постоянной силы, действующей на них со стороны электрического поля, приобретают определённую скорость упорядоченного движения. Эта скорость в дальнейшем со временем не увеличивается, так как со стороны ионов кристаллической решётки на электроны действует некоторая тормозящая сила. В результате получаем такую логическую цепочку взаимосвязанных физических величин:


I= U / R

~



I ~ v ~ F ~ E ~ U

I=q0*n*v*S ; F=m*(v-v0)/t; F=q*E; E=U/d;












Таким образом, сила тока пропорциональна разности потенциалов на концах проводника







I~U. В этом состоит качественное объяснение закона Ома на основе электронной теории проводимости металлов.

7. Вольт-амперная характеристика металлов.

1

Вольт-амперная характеристика металлов выглядит как прямая линия, исходящая из начала координат с определённым углом наклона к оси напряжений, зависящим от сопротивления проводника:

I

R1

ctg α = U/ I = R.

α

2

R2

0

U

R2>R1.



















3.Закрепление знаний, умений, навыков.

Решение задачи:

Катушка намотана из медного провода массой 1 кг и сечением 0,1 мм2. Разность потенциалов на её концах 110 В. Определите скорость дрейфа электронов проводимости и среднюю силу, с которой электрическое поле действует на один электрон. Сравните скорость дрейфа электронов со скоростью распространения электромагнитного взаимодействия в вакууме.


Решение:

  1. формула для силы тока, определяемой электрическим зарядом, переносимым через поперечное сечение проводника за единицу времени :I=…

  2. по закону Ома сила тока I=…

  3. формула для сопротивления проводника, выраженного через удельное сопротивление и геометрические размеры проводника R=…



Алгоритм решения задачи:


СИ:

m(Cu)= 1,06*10-25 кг

Дано:


m=1 кг

S= 0,1 мм2

U=110 B

ρус=1,7*10-2 Ом*мм2

4) формула для расчёта длины проводника, выраженной через объём и площадь поперечного сечения проводника l=…

5) формула для расчёта объёма проводника, выраженного через массу и плотность меди V=…

6)формула для расчёта концентрации электронов n=….,

где N – число электронов в указанной массе медного провода (считаем медь одновалентной), N=…

7) подставляя в формулу для v все перечисленные данные, получаем v=…

8)сравним v со скоростью с.

9) сила, действующая на заряд со стороны электрического поля с напряжённостью Е, равна F=

m(Cu)=64 а.е.м.

|е|=1,6*10-19 Кл

с=3*108м/с

NA=6,02*1023 моль-1

ρпл= 8,9*103 кг/м3


v=?

F=?































Приложение. Опорный конспект по теме: «Электрическая проводимость различных веществ».



Проводники

металлы

жидкие

полупроводники

газы

1.Свободные носители элект-рического заряда

электроны

ионы

Электроны+дырки

Ионы+электроны

2. Вольт-амперная характеристика

I



U

I



U


I


0 U

I




U

3.Прохождение электрического тока по проводнику

Не сопровождается переносом вещества

Сопровождается переносом вещества

Не сопровождается переносом вещества

Сопровождается переносом вещества.

4.Удельное сопротивление вещества

ρ<10-6 Ом* м

.

10-6<ρ< 108Ом*м

В обычных усло-виях газы – диэ-лектрики с ρ>108 Ом*м

5.Зависимость сопротивления от температуры

ρ


ρ0

0 T

ρ



0 T

ρ



0 T

ρ



0 T



Урок по электротехнике "Электропроводимость"
  • Другое
Описание:

тема Электропроводимость веществ.

Цель урока: разъяснить физическую природу электрической проводимости веществ с точки зрения электронной теории; привить интерес к науке физике: история открытий, классические опыты и учёные-физики; воспитывать самостоятельность, ответственное отношение к учёбе, стремление к самообразованию.

План урока:

  1. Объяснение нового материала по опорному конспекту.
  2. Сообщение об авторах открытий, описание опытов.
  3. Продолжение лекции.
  4. Работа у доски с логической цепочкой, вписывание формул.
  5. Объяснение графиков с ВАХ двух металлов: различия, вывод.
  6. Разбор и решение задачи по предложенному алгоритму.
  7. Оценки.
  8. Домашнее задание.

Материалы и оборудование: раздаточный материал с опорным конспектом и алгоритмом решения задачи, компьютер, доска.

Автор Бутеев Мурат Султанович
Дата добавления 24.01.2016
Раздел Другое
Подраздел Конспекты
Просмотров 465
Номер материала MA-064093
Скачать свидетельство о публикации

Оставьте свой комментарий:

Введите символы, которые изображены на картинке:

Получить новый код
* Обязательные для заполнения.


Комментарии:

↓ Показать еще коментарии ↓