Электр тогы. Электр қозғаушы күш. Тұйық тiзбек үшiн Ом заңы Ток көзiнiң ЭҚК-i және оның iшкi кедергiсi

885

 

Сабақтың тақырыбы:            Электр тогы. Электр қозғаушы күш. Тұйық тiзбек үшiн Ом заңы

Ток көзiнiң ЭҚК-i және оның iшкi кедергiсi

 

 Сабақтың мақсаты:

1.Білімділік                              Электр тізбегі ұғымын қалыптастыруды жалғастыру, өткізгіштерді                   

                                                   тізбектей, параллель қосу заңдылықтары туралы  түсінік беру.

  1. Дамытушылық    Оқушыларды өз бетімен ғылыми ой қорытындыларын жасай білуге  

                                                  дағдыландыру.

3.Тәрбиелік                             Ғылыми дүниетанымын қалыптастыру, жауапкершілікке,  

                                                 еңбекқорлыққа тәрбиелеу.

Сабақтың түрі:                     Іскерлік пен дағдыны қалыптастыру сабағының  құрылымы

(тәжірибелік жұмыс)

 

Сабақтың әдіс-тәсілдері:     сұрақ-жауап, салыстыру, көрнекілік, тәжірибелік

Сабақтың көрнекілігі:         интерактивті тақта, слайд, электрондық оқулық,

                                                 электр санауыш, физикалық құралдар

Пәнаралық байланыс:       математика,психология

Сабақтың барысы:

 

                                                                                                                                                                                     

1.Сабақты ұйымдастыру                                                                                                2 мин.

            -оқушылармен амандасу

-оқушыларды түгелдей,аудитория дайындығын тексеру.

 

2.Әңгімелесу әдісі арқылы берілген  білімінің өзектілігін айту                              3 мин.

 

Оқушылар біз физиканың Электродинамика,яғни электр өрісінің заңдылықтарын және қасиеттерін зерттейін  бөлімін қарастырып жатырмыз,жалпы «электр» сөзі қайдан пайда болды?

— Ежелгі гректер янтарьды теріге ысқанда немесе жүнге үйкегенде ,ол біраз уақыт бойы шашты,жапырақты,астықтың сабағын  өзіне тарту қасиетін аңғарған.Ал, «янтарь» —  «электрон» деген грек сөзі. «Электрон» сөзінен электр деген термин шықты.

Сұрақтары:

А) Интерактивті тақтада оқушыларға  жалпы сұрақтар қойыладыы:

  1. Электр тогы дегеніміз не?

— Еркін электр зарядтарын тасымалдаушылардың реттелген қозғалысы

  1. Ток күші деп нені айтады және формуласы қандай?

— Өткізгіштің көлденең қимасы арқылы қандай да бір уақыт аралығында тасымалданатын электр мөлшерінің сол уақыт аралығына қатынасы

  1. Электр кернеуі деп нені айтады және формуласы қандай?

Тізбектің берілген бөлігінде заряд орын ауыстырғанда, электр өрісінің атқарған жұмысының осы зарядқа қатынасы

 

  1. Өткізгіш ұштарындағы кернеуді қандай құралмен өлшейді және ол тізбекке қалай қосылады?

— Вольтметр.                      Ол тізбекке параллель қосылады.

 

  1. Жаңа сабақ:                                    25 мин

Электр тогы деп электр зарядтарының реттелген қозғалысын айтады.

Өткiзгiштегi оң зарядталған бөлшектердiң қозғалыс бағыты электр тогының бағыты ретiнде алынады.

 

Ток күшi деп аталатын скалярлық шама I электр тогының сандық сипаттамасы болады. Өткiзгiштiң көлденең қимасы арқылы бiр уақыт аралығында тасымалданатын заряд мөлшерiн ток күшi дейдi. Егер өткiзгiштiң көлденең қимасы арқылы Δt уақыт аралығында Δq заряды тасымалданса, ток күшi

(5.1)

тең болады.

Халықаралық бiрлiктер жүйесiнде СИ ток күшi ампермен (1 А) өлшенедi. Ол француз ғалымы Андре Мари Ампердiң атымен аталады.

 

 

Ампер-Андре Мари 1775 — 1836

Андре-Мари Ампер – электромагнетизм саласында бiрнеше жаңалық ашқан, Француз ғалымы. Ампер 1775 жылы 20 қаңтарда Лион маңындағы Полимьеде дүниеге келген. Оның әкесi ауқатты адам болғандықтан, баласына жан-жақты бiлiм алуға жағдай жасайтындай мүмкiндiгi болды.

1802 жылы оны Бурго қаласындағы Орталық мектепке физика және химиядан профессорлыққа шақырды. Бұнда ол өзiнiң алғашқы “Математикалық теория ойыны» атты iрi еңбегiн жазып, жарыққа шығарды. 1809 жылы Ампер Политехникалық мектепте математика профессоры болды. Ампер өзiнiң дифференциалдық теңдеулер бойынша жеке туындылар еңбегi үшiн 1814 жылы Ұлттық ғылым академиясына сайланды. Физика саласында Ампер жарық дифракциясымен шұғылданып, бұл тақырыпта бiрнеше еңбектерiн жарыққа шығарды. 1820 жылы қыркүйектiң аяғында ол екi параллель ток өткiзгiшi арасындағы тартылу күшi бар екендiгiн паш еттi. Бұл еңбектерiн жалғастыра отырып, катушка (тогымен) тұрақты магниттiк әсер туғызатынын тапты (кейiннен бұл саланы жалғастырып, Майкл Фарадей электромагниттiк индукция құбылысын ашты). Ампер iлiнген инеден тұратын құрылғыны ойлап тапты, ол ине катушка арқылы берiлген токтың әсерiнен ауытқиды, ток күшi көп болған сайын ауытқуда жоғары болады. Бұл құрылғы жетiлдiрiлiп, гальванометр — атты өлшеуiш құрылғы пайда болды. Ампердiң электр және магнетизм саласы бойынша өте маңызды мақалаласы 1827 жылы жарық көрген “Электродинамика құбылыстарының математикалық теориясы туралы мемуар» – болып табылады. Былайша айтқанда, онда өткiзгiштегi ток күшi мен магниттiк индукцияны байланыстыратын Ампер заңының формуласы жазылған. Ампер бұл iргелi еңбегiнде келтiрiлген идеяларымен ол электромагнетизм сияқты ғылымның кең саласына есiк ашты.

Ампер 1826 жылдан Сорбонна университетiнiң физика кафедрасының меңгерушiсi болып бекiтiлдi, бұл қызметте өмiрiнiң аяғына дейiн iстедi. Ол 1827 жылы ағылшын Корольдiгiнiң мүшесi болып сайланды (бұндай құрмет шетел ғалымдарына өте сирек берiлетiн). Оның беделi европа физиктерiнiң арасында зор болатын. Ампер әрi керемет экспериментатор да, теоретик те болатын. Ампер-Андре Мари есiмi өшпестей болып Айдағы таулардың бiрiне берiлген және ток күшiнiң өлшем бiрлiгi аталады.

Өткiзгiштегi ток күшiнiң ток тасушылар концентрациясына n, олардың бағытталған қозғалысының жылдамдығына v, өткiзгiштiң қимасының ауданына S және әрбiр ток тасушының тасымалдаған зарядына q тәуелдiлiгi мынадай болады:

I = qnvS. (5.2)

Немiс физигi Георг Ом ток күшi тiзбектiң бөлiгiндегi кернеуге тура пропорционал екенiн тапты:

I~U .

Ом, Георг Симон
1787-1854

Ом, Георг Симон, немiс физигi 1787 ж. 16 наурызда Эрлангемде туылды. 1805-1806 жылдары Эрланген университетiнде оқыды. Әр түрлi гимназияларда математика мен физикадан сабақ бердi .Эрланген университетiнде докторлық диссертациясын қорғады. Бамбергте, Кельнде, Берлинде сабақ берумен айналысты. Нюрнбергтегi Политехникалық   мектептiң, Мюнхен университетiнiң профессоры болды.

1826 ж. эксперименттер арқылы ток күшiн, кернеу және кедергiнiң бiр-бiрiмен байланысын өрнектейтiн электр тiзбегiнiң негiзгi заңын ашты. Математикалық түрде Ом заңы V=I*R қарапайым формуламен өрнектеледi. Мұндағы V – тармақталмаған тұрақты ток тiзбегiнiң бөлiгiндегi өткiзгiш ұштарындағы потенциал айырымы, I – ток күшi, R — өткiзгiш кедергiсi. Ом кедергiнiң өткiзгiш материалына тәуелдiлiгiн, оның ұзындығына тура пропорционал және көлденең қиманың ауданына керi пропорционал екенiн көрсеттi. 1827 ж. электр мен жылудың таралуының сәйкестiгiне сүйенiп теория негiздерiнен заңдылықты табуға әрекет жасады. Ол электр ток заңын Фурье тұжырымдаған жылу ағынының заңымен салыстырды. Температуралар айырымына ұқсастығы арқылы “электр кернеулерiнiң түсуi» деген ұғым енгiздi. “Электр қозғаушы күш»(ЭҚК), “өткiзгiштiк» деген ұғымдарды да ол енгiзген. 1830 ж. Ом алғаш рет ток көзiнiң электр қозғаушы күшiн өлшедi.

Омның кейiнгi еңбектерi акустикаға, соның iшiнде дыбыстың күрделi құрамын (обертондардың бар болуын) зерттеуге арналған. 1841 ж. ғалым Копли медалiмен марапатталды, 1842 ж. Королдық қоғамының мүшесi болды. Ом 1854 ж. 7 шiлдесiнде Мюнхенде қайтыс болды.

Ол өткiзгiштi басқа өткiзгiшпен ауыстырғанда тiзбектегi кернеу дәл сондай, ал ток күшi өзгеше болатынын байқады. Демек, әр түрлi өткiзгiштер тiзбектегi ток күшiн әр түрлi шектейдi. Тәжiрибелер нәтижелерiн математикаша былай жазуға болады:

немесе , (5.3)

мұндағы -пропорционал коэффициентi, ол өткiзгiштердiң қасиетiне тәуелдi. Өткiзгiштiң тiзбектегi ток күшiн шектеу қасиетiн сипаттайтын шама кедергi деп аталады. Еркiн электрондардың кристалл торының иондарымен соқтығысуы өткiзгiш кедергiсiне себеп болады.

(5.3) өрнегi бойынша, ток күшi тiзбек бөлшегiндегi кернеуге тура пропорционал және сол бөлшектiң кедергiсiне керi пропорционал болады (5.1 сурет):

 
5.1-сурет

(5.3) формула тiзбектiң бөлiгi үшiн Ом заңын өрнектейдi [Видеоматериал].

Ом заңы бойынша өткiзгiш кедергiсi өткiзгiштiң ұштарындағы кернеудiң ток күшiне қатынасына тең:

. (5.4)

Халықаралық бiрлiктер жүйесiнде СИ кедергi оммен (1 Ом) өлшенедi:

.

Электр қозғаушы күш. Тұйық тiзбек үшiн Ом заңы

Қарама-қарсы таңбалы зарядтар тасыйтын екi ток өткiзетiн денелердi алайық. Егер осы денелердi өткiзгiш арқылы қоссақ, сол зарядтардың электр өрiсiнiң әсерiнен өткiзгiште электр тогы пайда болады (5.5 сурет). Бiрақ бұл ток өте қысқа уақыт болады. Екi дене арасындағы электр өрiсi әлсiзденедi де, ақыр аяғында денелердiң потенциалдары теңесуiнiң нәтижесiнде жоқ болады.

 
5.5-сурет

Ток тұрақты болуы үшiн өткiзгiштiң ұштарындағы потенциалдардың айырымы тұрақты болуы қажет, яғни өткiзгiште өзгермейтiн электр өрiсi болуы керек. Ол үшiн денелердiң зарядтарға әсер ететiн электростатикалық күшiнiң бағытына қарама-қарсы бағытта зарядтарды бiр денеден екiншi денеге тасымалдайтын ерекше құрылғы – ток көзi керек. Мұндай құрылғыда зарядтарға, электр күштерден басқа тегi электрлiк емес күштер әсер ету тиiс (5.5 сурет). Мұндай күштердi бөгде күштер дейдi.

 
5.6-сурет

Тұйық контурдағы электр қозғаушы күш (қысқаша ЭҚК) зарядты контурдың бойымен орын ауыстыруындағы бөгде күштердiң жұмысының сол зарядқа қатынасын анықтайды:

. (5.13)

Толық тiзбек үшiн Ом заңы. ЭҚК-i ε, кедергiсi r (iшкi кедергi) ток көзiнен кедергiсi R болатын сыртқы тiзбек бөлiгiнен тұратын тұйық тiзбектек үшiн Ом заңы

(5.14)

формуласымен өрнектеледi (5.6 сурет). Тұйық тiзбектегi ток күшi ток көзiнiң ЭҚК-нiң, тiзбектiң сыртқы және iшкi кедергiлер қосындысына қатынасына тең.

Ток көзiнiң ЭҚК-i және оның iшкi кедергiсi

Егер көздiң полюстарын көздiң iшкi кедергiсiмен салыстарғанда өте аз кедергiсi бар өткiзгiпен жалғастырса, қысқаша тұйықталу жағдайы болады. Егер сыртқы тiзбектiң сыртқы кедергiсi R=0 болса, қысқаша тұйықталудың ток күшiнiң максимал шамасы

(5.15)

болатыны Ом заңынан шығады. Осыдан қысқаша тұйықталудың ток күшi көздiң ЭҚК-сынан басқа iшкi кедергiсiне де тәуелдi екенiн көремiз. Сондықтан қысқаша тұйықталу әр түрлi iшкi кедергiсi бар ток көздерi үшiн әр түрлi қауып келтiредi.

 

Ток көзiнiң iшкi кедергiсi зарядтар қозғалатын ток көзiнiң iшiндегi ортаны сипаттайды.

 
5.7-сурет

Ток көзiнiң iшкi кедергiсi оның табиғи қасиеттерiне тәуелдi. Үлкен iшкi кедергiсi бар көз қысқаша тұйықталғанда ток күшi көп болмайды, демек сондай ток оларға қауып емес. Iшкi кедергiсi аз көз қысқаша тұйықталғанда ток күшi көп болады, мұндай ток өте қауiптi. Ондай ток көздi бұзуы мүмкiн. Әсiресе қысқаша тұйықталу жарықтандыратын генераторларға қауып болады. Осындай көздердiң iшкi кедергiсi өте аз, сондықтан қысқаша тұйықталудың ток күшi мыңдаған амперге жетуi мүмкiн. Осындай жағдайда қысқаша тұйықталу сымдарды балқытуы, өрт тұғызу мүмкiн. Одан қорғану үшiн тiзбекке сақтандырғыштарды қосады. Осындай тiзбек ток күшi үшiн мүмкiн мәнiнен асса, сақтандырғыштардағы АВ жiңiшке өткiзгiш (5.7 сурет) балқиды да, тiзбектi ажыратады. Cыртқы тiзбектiң кедергiсiне R қарағанда ток көзiнiң iшкi кедергiсi r өте аз болса (яғни r <<R), толық тiзбек үшiн Ом заңы мынадай болады:

. (5.16)

  1. Білімді бекіту                                                                                                        40 мин

Оқушыларды екі топқа бөлу :

«Ток күші» , «Кернеу».

Топтарға тапсырмалар:     А) «Алма ағашы»  сұрақтарға жауап беру.

 

Ә)  Ампертр және вольтметр құнын анықтау

Б) «Адаспа» формула дұрыстығын анықтау.

В) Тізбек элементтерінің атауын табу.

Г)  Ток көзіне  жалғанған өткізгіштің ток күшін есептеу.

Д) Тест тапсырмаларын орындау.

 

  1. Өтілген материалды жүйелеу және қорытындылау            4 мин

Сөзжұмбақ.

ТОК КҮШІ

  • Ток күші сенің арқаң өмір сүргеніміз,
  • Сабақ оқу,кір жуып,кино көргеніміз.
  • Қымбат қылып бағаңды өсірсең де,
  • Қиналсақ та уақытында төлейміз біз.
  • Елімнің жетістігі сенің арқаң,
  • Бай қылдың егініңмен,қылдың дархан,
  • Түтемеген шамыңды жарқыратып,
  • Болдың ғой сен біздің шырағымыз.

 

  1. Сабақты қорытындылау және оқушылар білімін бағалау                                   4 мин

 

 

  1. 8. Үйге тапсырма.    2 мин

а)  Тақырыпты оқу

б) Есептер (Кабардин)