В термоэлементе энергия нагревателя превращается энергию

§ 32. Электрический ток. Источники электрического тока

Когда молвят об использовании электронной энергии в быту, на производстве либо транспорте, то имеют в виду работу электронного тока. Электронный ток подводят к потребителю от электростанции по проводам. Потому, когда в домах внезапно меркнут электронные лампы либо прекращается движение электропоездов, троллейбусов, молвят, что в проводах пропал ток.

Что все-таки такое электронный ток и что нужно для его появления и существования в течение подходящего нам времени?

Слово «ток» значит движение либо течение чего-то.

Что может передвигаться в проводах, соединяющих электрическую станцию с потребителями электронной энергии?

Чтобы получить электрический ток в проводнике, надо создать в нём электрическое поле. Под действием этого поля заряженные частички, которые могут свободно передвигаться в проводнике, придут в движение в направлении деяния на их электронных сил. Возникнет электронный ток.

Чтоб электронный ток в проводнике существовал долгое время, нужно всё это время поддерживать в нем электронное поле. Электронное поле в проводниках создаётся и может долгое время поддерживаться источниками электрического тока.

В источниках тока в процессе работы по разделению заряженных частиц происходит превращение механической, внутренней или какой-нибудь другой энергии в электрическую. Так, например, в электрофорной машине в электрическую энергию превращается механическая энергия.

Можно осуществить и превращение внутренней энергии в электрическую. Если две проволоки, изготовленные из разных металлов, спаять, а затем нагреть место спая, то в проволоках возникнет электрический ток Такой источник тока называется термоэлементом. В нём внутренняя энергия нагревателя превращается в электрическую энергию. При освещении некоторых веществ, например селена, оксида меди (I), кремния, наблюдается потеря отрицательного электрического заряда Это явление называется фотоэффектом. На нём основано устройство и действие фотоэлементов. Термоэлементы и фотоэлементы изучают в курсе физики старших классов.

Рассмотрим более подробно устройство и работу двух источников тока — гальванического элемента и аккумулятора, которые будем использовать в опытах по электричеству.

В гальваническом элементе (рис. 47, а) происходят химические реакции, и внутренняя энергия, выделяющаяся при этих реакциях, превращается в электрическую. Изображённый на рисунке 47, б элемент состоит из цинкового сосуда (корпуса) Ц. В корпус вставлен угольный стержень У, у которого имеется металлическая крышка М. Стержень помещён в смесь оксида марганца (IV) МпO2 и размельчённого углерода С. Пространство между цинковым корпусом и смесью оксида марганца с углеродом заполнено желеобразным раствором соли (хлорида аммония NH4Cl) Р.

В ходе химической реакции цинка Zn с хлоридом аммония NH4Cl цинковый сосуд становится отрицательно заряженным.

Оксид марганца несёт положительный заряд, а вставленный в него угольный стержень используется для передачи положительного заряда.

Между заряженными угольным стержнем и цинковым сосудом, которые называются электродами, возникает электрическое поле. Если угольный стержень и цинковый сосуд соединить проводником, то по всей длине под действием электрического поля свободные электроны придут в упорядоченное движение. Возникнет электрический ток.

термоэлемент, энергия

Гальванические элементы — самые распространённые в мире источники постоянного тока. Их достоинством является удобство и безопасность в использовании.

В быту часто применяют батарейки, которые можно подзаряжать многократно, — аккумуляторы (от лат. аккумуляторе — накоплять). Простейший аккумулятор состоит из двух свинцовых пластин (электродов), помещённых в раствор серной кислоты.

Чтобы аккумулятор стал источником тока, его надо зарядить. Для зарядки через аккумулятор пропускают постоянный ток от какого-нибудь источника. В процессе зарядки в результате химических реакций один электрод становится положительно заряженным, а другой — отрицательно.

Когда аккумулятор зарядится, его можно использовать как самостоятельный источник тока. Полюсы аккумуляторов обозначены знаками « » и «-». При зарядке положительный полюс аккумулятора соединяют с положительным полюсом источника тока, отрицательный — с отрицательным полюсом.

Кроме свинцовых, или кислотных, аккумуляторов широко применяют железоникелевые, или щелочные, аккумуляторы. В них используется раствор щёлочи и пластины — одна из спрессованного железного порошка, вторая — из пероксида никеля. На рисунке 48 изображён современный аккумулятор.

Аккумуляторы имеют широкое и разнообразное применение. Они служат для питания сети освещения железнодорожных вагонов, автомобилей, для запуска автомобильного двигателя. Батареи аккумуляторов питают электроэнергией подводную лодку под водой. Радиопередатчики и научная аппаратура на искусственных спутниках Земли также получают электропитание от аккумуляторов, установленных на спутнике.

На электростанциях электрический ток получают с помощью генераторов (от лат. генератор — создатель, производитель). Этот электрический ток используется в промышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве.

Тепловые источники

К тепловым относят различные термоэлементы. Термоэлемент это прибор в котором, тепловая энергия, получаемая от нагревателя, превращается сначала во внутреннюю энергию вещества, а затем в электрическую энергию.

Один из таких элементов называют термопарой Термопара состоит из двух различных металлических проволок, спаянных вместе. Если нагреть место их соприкосновения, то на свободных концах проволочек можно обнаружить электрическое напряжение (ссылка).

Если свободные концы термопары присоединить к потребителю тока, то под действием тепловой энергии по замкнутой цепи побегут электроны, то есть, возникнет электрический ток.

Таким образом, эта незамысловатая конструкция преобразовывает внутреннюю энергию нагреваемых металлов в электрическую энергию.

Тепловые источники

К тепловым относят различные термоэлементы. Термоэлемент — это прибор в котором, тепловая энергия, получаемая от нагревателя, превращается сначала во внутреннюю энергию вещества, а затем — в электрическую энергию.

Один из таких элементов называют термопарой Термопара состоит из двух различных металлических проволок, спаянных вместе. Если нагреть место их соприкосновения, то на свободных концах проволочек можно обнаружить электрическое напряжение (ссылка).

Если свободные концы термопары присоединить к потребителю тока, то под действием тепловой энергии по замкнутой цепи побегут электроны, то есть, возникнет электрический ток.

Таким образом, эта незамысловатая конструкция преобразовывает внутреннюю энергию нагреваемых металлов в электрическую энергию.

Как мы превращали тепло в электричество (особенности применения термогенераторов)

Вопросы получения бесплатной энергии не давали покоя человеку еще с незапамятных времен, а после череды промышленных революций, когда энергия по своей значимости стала эквивалентна воде и продуктам питания, актуальность этого вопроса лишь возросла. Но если вечный двигатель, как утверждают физики, сконструировать невозможно, то извлечь энергию из окружающей среды вполне реально не только теоретически, но и практически.

На сегодняшний день существует ряд проектов, позволяющих преобразовать в электричество свет, звук, вибрацию, трение, температуру, колебания температуры, электромагнитные волны, а также ряд других низкопотенциальных энергетических источников. К сожалению, эти решения имеют два ключевых недостатка: энергии они дают мало, и она дорогая. Если посчитать стоимость киловатт-часа, полученного с помощью этих систем, а большинство из них такое количество энергии не сгенерирует даже за весь срок своей службы, то она выйдет в лучшем случае на порядок дороже, чем самое дорогое электричество, получаемое из традиционных источников. Это значит, что системы сбора энергии окружающей среды (Energy Harvesters) пока еще остаются всего лишь забавой для небольшого количества фанатов этого направления, либо не понимающих до конца сути законов природы, либо имеющих много свободного времени и средств для подобных экспериментов.

Только время не стоит на месте, и двадцать первый век уже подарил множество новых направлений в радиоэлектронике, анализируя которые можно выделить две устойчивые тенденции. Во-первых, если есть хоть малейшая техническая возможность, то устройства стараются делать беспроводными. Во-вторых, энергопотребление современных приборов, даже передающих информацию с помощью прожорливых радиоинтеейсов, катастрофически уменьшается. Уже сейчас большинство беспроводных датчиков для охранных систем, работающих в реальном времени, способно проработать без замены батареи не меньше года, а компании, наиболее продвинутые в этом направлении, например, Ajax Systems [1], утверждают, что их оборудование может до семи лет работать от единственного химического источника тока. И это далеко не предел, ведь в правильно спроектированном устройстве количества энергии в современных литиевых батареях может хватить на 15 лет непрерывной работы [2].

Однако у традиционных химических источников тока есть множество недостатков, главным из которых является ограниченная (или конечная) емкость рано или поздно полезные химические процессы в источнике прекратятся, и его придется менять. Да и забрать от него расчетное количество энергии не всегда получается. Так, например, при проектировании оборудования, рассчитанного на работу от литиевых батареек, необходимо учитывать эффект пассивации электродов, иначе оно начнет сбоить уже через несколько лет работы [2]. А если произойдет нарушение условий эксплуатации химического элемента, и он подвергнется воздействию аномально высоких или низких значений температур или влажности, то предвидеть дальнейшее поведение системы будет уже крайне сложно.

Только к чему поднимать из-за этого панику, ведь все неприятности в конечном итоге сводятся к простой замене батареек, которые никогда не были особо дорогими? Однако практика показывает, что там, где нет возможности установить электрическую розетку, чаще всего не так просто добраться и до батарейки. Например, компоненты систем мониторинга окружающей среды датчики температуры, давления, влажности, концентрации углекислого газа и прочих вредных веществ могут устанавливаться далеко не в самых легкодоступных местах, например, на крышах зданий или верхушках дымовых труб. Это же справедливо и для элементов систем безопасности датчиков дыма, вибрации, движения, присутствия или открытия двери, например, чердачного люка. Еще сложнее ситуация с измерителями смещения различных инженерных конструкций, например, стен зданий или опор мостов, куда, скорее всего, придется добираться на спецтехнике, например, на моторных лодках. Вот и получается, что в подобных системах стоимость замены батарейки может намного превышать стоимость самой батарейки. Да и в относительно простых, но масштабных, системах для замены, например, 1000 батареек в 1000 датчиков уже необходим небольшой коллектив специально обученных людей под началом главного бухгалтера, которые только и будут этим заниматься. А если добавить сюда еще и экологическую небезопасность всех химических источников тока, то станет понятно, что системы сбора энергии зря подверглись незаслуженному забвению и порицанию.

В этой статье описан опыт изготовления системы сбора энергии окружающей среды на основе термогенератора, превращающего в электричество перепады температур. Источником вдохновения для этой работы послужил проект теплового резонатора (Рисунок 1), созданного командой ученых и студентов из Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology MIT) [3]. Прочитав о достижениях этого коллектива, было решено, что ученые и студенты Одесской национальной академии связи им. А.С. Попова тоже могут внести посильный вклад в изучение этого процесса, а магистерская выпускная работа Кирилла Ильченко соавтора этой статьи может стать хорошим предлогом для этого исследования.

Метеостанция с тепловым резонатором, разработанная коллективом из MIT [3].

Первоначально было решено исследовать классический термогенератор на основе элемента Зеебека, позволяющий превратить в электричество перепады температур. Такое решение было принято по двум причинам. Во-первых, на повторение теплового резонатора могло потребоваться достаточно большое количество времени, которого было не так много, а, во-вторых, все-таки информации о подобных системах, а особенно об их практическом применении, крайне мало, а эти пробелы надо восполнить.

Первым удивлением при выборе термогенератора стало практически полное отсутствие в широкой продаже элементов Зеебека. Поисковые системы по данному запросу выдавали только один результат модуль SP1848-27145 с размерами 40 мм × 40 мм × 4 мм, выходным напряжением 4.8 B и максимальной мощностью 3.21 Вт, достигаемой при разности температур между горячей и холодной стороной 100 C (Таблица 1). Очевидно, что для системы сбора энергии найти среду с подобной разностью температур практически нереально, но даже при 20 C, выходная мощность модуля SP1848-27145 (0.22 Вт) намного превышает среднюю потребляемую мощность многих беспроводных датчиков. Например, этой мощности вполне достаточно для питания беспроводного инфракрасного датчика присутствия, реализованного компанией Texas Instruments в проекте TIDA-00489 [4], с током потребления в дежурном режиме всего 1.65 мкА при напряжении питания 3 В.

Тем не менее, приобрести единственный широко известный модуль Зеебека, к сожалению, нам не удалось. Большинство поставщиков, к которым мы обращались, даже несмотря на то, что на их сайтах указано, что эти элементы есть в наличии, по факту могли продать их только под заказ (то есть, их не возят, потому что никто не берет). А некоторые в качестве почти равноценной замены вместо модулей Зеебека предлагали модули Пельтье аналогичного размера, мотивируя обратимостью этих эффектов, а также тем, что последние будут намного мощнее.

Действительно, эффект Зеебека (возникновение ЭДС при наличии разности температур) является обратным эффекту Пельтье (возникновению разности температур при протекании электрического тока), однако к самим элементам это не относится, поскольку модули Зеебека и модули Пельтье при одинаковой конструкции имеют разное практическое назначение.

Элементы Пельтье предназначены для перемещения тепла; они применяются в различных системах терморегулирования, например, в системах охлаждения, поэтому их внутреннее сопротивление невелико, а мощность может достигать сотен ватт. Судя по наличию выбора и доступности, элементы Пельтье весьма востребованы на рынке, в то время как элементы Зеебека, имеющие гораздо меньшую мощность и высокое внутреннее сопротивление, пока никому не нужны. Тем не менее, в системах сбора энергии при прочих равных условиях именно элементы Зеебека должны дать большее напряжение, а значит эту энергию будет проще собрать и передать в нагрузку.

Модуль Пельтье TEC1-12706.

К сожалению, по разным причинам проверить это на практике не удалось (зато есть задача на будущее). Вместо элемента Зеебека был приобретен элемент Пельтье TEC1-12706 (Рисунок 2) с аналогичными размерами 40 мм × 40 мм × 4 мм, но достаточно сильно отличающимися электрическими характеристиками (Таблица 2).

Главным огорчением от использования этого модуля стало почти в пять раз меньшее выходное напряжение, которое при разности температур 10 С составило всего 0.2 В (Таблица 3). Здесь нужно сразу уточнить, что никто изначально не ставил целью эксплуатацию системы сбора энергии в каких-то экстремальных условиях, то есть никто не собирался один бок элемента Пельтье жарить на медленном огне какого-нибудь газового котла, а второй засовывать в морозильную камеру. Основным вопросом было: можно ли в реальных условиях окружающей среды (на улице или в помещении) с помощью данного элемента извлечь энергию в количестве, достаточном для практического применения, например, для питания устройств, описанных в [1] или [4]. То есть, 10 С это максимальная разность температур, которая может оказаться доступной в реальных помещениях или на улице.

Также изначально стало понятно, что без специализированного преобразователя напряжения не обойтись, поскольку даже в лучшем случае напряжение на выходе модуля Зеебека не превышало бы 1.0 В, что явно недостаточно для питания современного оборудования.

После анализа доступных специализированных микросхем было принято решение о выборе микросхемы LTC3108 производства Linear Technology, не так давно ставшей частью Analog Devices. Во-первых, эта микросхема специально разработана для таких задач, в ней интегрированы все необходимые узлы, и для ее работы необходим минимум внешний компонентов (Рисунок 3). Во-вторых, эта микросхема хорошо освещена в технической литературе. С момента появления ее на рынке (в конце 2010 года) уже вышло достаточно много публикаций, в том числе и в журнале РадиоЛоцман [5], где были подробно освещены все особенности ее работы. Кроме того, можно приобрести оценочную плату CJMCU-3108 с уже установленными внешними компонентами (Рисунок 4), что в рамках данной работы также является достаточно весомым аргументом.

Структурная схема микросхемы LTC3108.

И здесь снова ждал неприятный сюрприз у всех местных поставщиков электронных компонентов плату CJMCU-3108 можно было приобрести только под заказ, что означало, что кроме нас она, похоже, никому не нужна. Вторым неприятным сюрпризом, который из-за нашей невнимательности возник уже после распаковки платы, оказалось отсутствие на плате ключевого компонента трансформатора Т1. С одной стороны, производителей платы CJMCU-3108 можно понять они оставляют пользователям выбор, ведь теперь они могут поставить на плату элемент с коэффициентом трансформации 1:20, 1:50 или 1:100, в зависимости от конкретного приложения. С другой стороны, выбора особо нет, ведь количество производителей трансформаторов, которые можно установить на эту плату всего два: Coilcraft (LPR6235) и Würth Elektronik (74488540ххх), а стоимость такого трансформатора из-за его ультракомпактности в два раза больше стоимости платы. Все это создает ощущение некоторого лукавства со стороны производителей платы CJMCU-3108, хотя доказательств этому у нас, конечно же, нет, ведь все делается только с благими намерениями. К тому же, если большинство местных поставщиков электроники про плату CJMCU-3108 хотя бы слышали, то трансформаторы LPR6235 и 74488540ххх для них оказались полной неожиданностью.

Оценочная плата CJMCU-3108.

В конечном итоге, плата CJMCU-3108 и трансформатор LPR6235-752SMR с коэффициентом трансформации 1:100 были благополучно заказаны и доставлены из Китая, а система смонтирована и протестирована (Рисунок 5). Тестирование проводилось классическим для подобных систем способом: термогенератор устанавливался между двух источников с разными температурами, к выходу системы сбора энергии в качестве нагрузки подключался переменный резистор. Выходные напряжение и ток контролировались соответствующими измерительными приборами, а температура бесконтактным термометром (пирометром).

Результаты тестирования показали, что микросхема LTC3108 отлично справляется с поставленной задачей и поддерживает выходное напряжение выше 4 В при разности температур, начиная от нескольких градусов. Но это и не должно было стать большим открытием, ведь, согласно технической документации, минимальное напряжение на входе LTC3108 должно быть больше 20 мВ. В конечном итоге, подобная система должна обеспечить нагрузку напряжением в районе 3 В и выходной мощностью хотя бы 0.5 мВт. Как видно из результатов тестирования (Таблица 4), это происходит при разности температур, начиная от 30 C. При меньшем температурном напоре в системе необходимо установливать накопитель энергии аккумулятор или ионистор, поскольку 260 мкВт (при 20 С) хватит для поддержания работы беспроводных датчиков в спящем режиме, но при переходе нагрузки в активный режим с передачей данных по радиоинтеейсу этой мощности, скорее всего, будет недостаточно.

Гораздо более интересным вопросом является, где взять необходимый тепловой напор? Первым экспериментом стала установка термогенератора на радиатор отопления (Рисунок 6). При такой конфигурации система, где в качестве нагрузки и индикатора использовался светодиод, работала около получаса, после чего генерация энергии останавливалась. Это было связано с перегревом радиатора на охлаждающей стороне, в качестве которого был использован стандартный радиатор для процессоров персональных компьютеров. Такой результат был вполне предсказуем, поскольку рассчитанный на принудительное охлаждение радиатор изначально должен плохо работать в условиях естественного обдува, да и его тепловое сопротивление было бы неплохо вначале рассчитать.

Установка системы на радиаторе отопления.

Тем не менее, несмотря на явный крах этого явно непродуманного до конца эксперимента, у подобного способа применения есть реальные практические перспективы, ведь при нормальном охлаждении внешней стороны термогенератора такая система может обеспечить энергией, например, терморегуляторы (термостаты) радиаторов отопления (Рисунок 7). Поскольку на сегодняшний день одним из главных направлений развития техники является интеллектуализация всего, то неудивительно, что современные терморегуляторы имеют программное управление и могут интегрироваться в систему Умный дом. В конечном итоге, их использование, за счет внедрения гибких профилей температур и учета погоды, позволит уменьшить затраты на отопление, а это значит, что такие устройства очень скоро перестанут быть диковинкой, превратившись в объективную реальность.

Альтернативная энергия�� Электричество из дров�� Термоэлектрический генератор⚡ Элемент Пельтье��

Радиаторный термостат с программным управлением.

В этом случае в ближайшем будущем вполне вероятно появление умной радиаторной секции с интегрированными терморегулятором и подсистемой питания на основе термопреобразователя Зеебека. Работать она будет только в отопительный сезон (а больше и не надо), настраиваться со смартфона через радиоинтеейс (мощности питания хватит), и, самое главное, не будет требовать ни батареек, ни аккумуляторов. Сейчас терморегуляторы работают от батареек, которых хватает приблизительно на год, причем, когда система отопления останавливается, их тоже нужно выключать. И теперь представьте себе общее количество терморегуляторов (в идеале по одному на каждый радиатор), например, в помещении бизнес-центра, требующее ежегодного обслуживания только из-за того, что они работают от батареек.

Еще одним источником перепада температур могут стать относительно прохладные конструкционные элементы зданий: стекла окон, металлические колонны, двери или балки, а также места, где присутствуют постоянные или периодические потоки воздуха (сквозняки). Именно в таком месте и был сделан следующий шаг по изучению возможностей системы. В этом эксперименте холодная сторона термогенератора была установлена на металлической колонне одного из складов почтового отделения Новой почты (одного из крупнейших операторов почтовой связи Украины), а радиатор второй стороны (все тот же от процессора персонального компьютера) обдувался теплым воздухом сквозняка, постоянно возникающего в процессе работы из-за открытия дверей.

Результаты тестирования показали, что в процессе рабочего дня выходная мощность практически не опускалась ниже 800 мкВт (Рисунок 8). А это означает, что в этом месте можно смело устанавливать центр почти вечного питания одного, а может и нескольких беспроводных датчиков, например, контроля качества воздуха, обнаружения вредных веществ, пожарную или охранную сигнализацию или другие подобные устройства.

Выходная мощность системы в течение рабочего дня.

Дистанционные курсы для педагогов

«Взбодрись! Нейрогимнастика для успешной учёбы и комфортной жизни»

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Материал подходит для УМК

§ 32 Электрический ток. Источники электрического тока

Самые массовые международные дистанционные

33 конкурса для учеников 1–11 классов и дошкольников от проекта «Инфоурок»

«Психологические методы развития навыков эффективного общения и чтения на английском языке у младших школьников»

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Оставьте свой комментарий

Настоящий материал опубликован пользователем Фролова Ольга Павловна. Инфоурок является информационным посредником и предоставляет пользователям возможность размещать на сайте методические материалы. Всю ответственность за опубликованные материалы, содержащиеся в них сведения, а также за соблюдение авторских прав несут пользователи, загрузившие материал на сайт

Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.

Автор материала

Московский институт профессиональной переподготовки и повышения квалификации педагогов

Как называются приборы, создающие электрическое поле?

Какие превращения энергии происходят в термоэлементе?

Приведите примеры источников тока, в которых используется химическая энергия.

Чем аккумуляторы отличаются от источников тока?

На рисунках 1 и 2 представлены схематические изображения двух элементов электрической цепи. Назовите их.

Тематический контроль «Электрический ток. Источники тока»

Вытоптова Татьяна Александровна, КГКОУ «Вечерняя (сменная) общеобразовательная школа », с. Шипуново Алтайского края, учитель физики. Тематический контроль «Электрический ток. Источники тока». Физика 8 класс. Аннотация к тесту Тест служит для текущей проверки знаний учащихся по физике 8 класса. Он состоит из заданий, каждое из которых охватывает материал двух-трех уроков. В заданиях содержится от трех до десяти вопросов, расположенных в порядке нарастающей трудности. На каждый вопрос приведено от двух до пяти ответов, среди которых один (реже два) являются правильными, а остальные – неполные, неточные или неверные. К тесту прилагается контрольная карточка (см. слайд 2). При составлении теста использовалась литература: Постникова А.В. Проверка знаний учащихся по физике: 7-8 кл. Дидакт. Материал. Пособие для учителя.

СИЛА ТОКА, НАПРЯЖЕНИЕ, СОПРОТИВЛЕНИЕ 8 класс 2 1 3 4 Электрический ток. Источники тока Тест

Вариант 1 Электрическим током называют… Движение электронов по проводнику. Упорядоченное движение электронов по проводнику. Движение электрических зарядов по проводнику. Упорядоченное движение электрических зарядов по проводнику. II. Какие превращения энергии происходят в гальванических элементах? Электрическая энергия превращается в химическую. Механическая энергия превращается в электрическую. Внутренняя энергия превращается в электрическую. Химическая энергия превращается в электрическую. III. Из какого металла изготовлены электроды в элементе Вольта? Из свинца. Из угля и пероксида марганца. Из цинка и меди. Из цинка и угля. IV. Какой раствор используется в элементе Вольта? Водный раствор серной кислоты. Клейстер из муки и раствора нашатыря. Водный раствор поваренной соли.

На рисунке 1. изображён разрез сухого элемента. VI. Что обозначено цифрой 1? VII. Что обозначено цифрой 2? V. Какой электрод в элементе Вольта заряжен положительно и какой отрицательно? Цинк. положительно, медь. отрицательно. Цинк. отрицательно, медь. положительно. Уголь. положительно, цинк. отрицательно. Уголь. отрицательно, цинк. положительно. Угольный стержень. Цинковый корпус. Мешочек с углем и пероксидом марганца. Клейстер из муки и раствора нашатыря. Слой смолы. Рис.1

Вариант 2 I. Какой процесс происходит внутри источника тока при его работе? Источник тока создаёт электрические заряды, которые движутся по проводникам. Источник тока вырабатывает электрический ток. Совершает работу по разделению частиц, имеющих заряды. В результате один электрод заряжается положительно, а другой отрицательно. II. Из чего делают электроды в сухих элементах? Из свинца. Из угля и пероксида марганца. Из цинка и меди. Из цинка и угля. III. Какой раствор используется в сухих элементах? Водный раствор серной кислоты. Клейстер из муки и раствора нашатыря. Водной раствор поваренной соли.

III. Какой раствор используется в сухих элементах? Водный раствор серной кислоты. Клейстер из муки и раствора нашатыря. Водный раствор поваренной соли. IV. Какой электрод в сухом элементе положительный и какой отрицательный? Цинк – положительный, медь – отрицательный. Цинк – отрицательный, медь – положительный. Уголь – положительный, цинк – отрицательный. Уголь – отрицательный, цинк – положительный. На рисунке 1. изображён элемент Вольта. V. Определите по знакам зарядов, из каких металлов изготовлены электроды А и Б? А – цинк, Б – медь. А – уголь, Б – цинк. А – медь, Б – цинк. Рис.1

На рисунке 1. изображён элемент Вольта. VI. На каком электроде избыток электронов и на каком недостаток? А – избыток, Б – недостаток. А – недостаток, Б – избыток. VII. Если замкнуть цепь, то какие заряженные частицы и в каком направлении будут перемещаться по проводам? Электроны от А к Б. Электроны от Б к А. Ионы от А к Б. Ионы от Б к А. Рис.1

Вариант 3 Чтобы получить электрический ток в проводнике, надо … Создать в нём электрическое поле. Разделить в нём электрические заряды. Создать в нём электрические заряды. II. Какие превращения энергии происходят при зарядке аккумуляторов? Электрическая энергия превращается в механическую. Механическая энергия превращается в электрическую. Внутренняя энергия превращается в электрическую. Химическая энергия превращается в электрическую. Электрическая энергия превращается в химическую. III. Из какого металла изготавливают электроды в простейших кислотных аккумуляторах? Из цинка. Из угля и пероксида марганца. Из цинка и меди. Из цинка и угля. Из двух свинцовых пластин.

IV. Какой раствор используется в кислотных аккумуляторах? Водный раствор серной кислоты. Водный раствор поваренной соли. Клейстер из муки и раствора нашатыря. V. При зарядке аккумуляторов положительный полюс аккумулятора соединяют с … полюсом источника тока, а отрицательный – с … полюсом источника тока. Положительным … отрицательным. Отрицательным … положительным. VI. На рисунке 1. изображён разрез сухого элемента. Какой полюс имеет положительный и какой отрицательный заряд? А – положительный, Б – отрицательный. А – отрицательный, Б – положительный. VII. Чем наполняют полотняный мешочек сухого элемента? Оксидом марганца с угольным порошком. Угольным порошком. Мукой, смешанной с нашатырём. Рис.1

Вариант 4 I. В термоэлементе … энергия нагревателя превращается … энергию. II. В фотоэлементах … энергия превращается … энергию. III. Какие превращения энергии происходят при разрядке аккумуляторов? Электрическая энергия превращается в химическую. Химическая энергия превращается в другие виды энергии в процессе работы, которую совершает ток. Внутренняя энергия превращается в электрическую энергию. IV. Какие химические источники тока используются в автомобилях? Сухие элементы. Элементы Вольта. Аккумуляторы. Химическая … в электрическую. Световая … в химическую. Световая … в электрическую. Внутренняя … в электрическую.

На рисунке 1 изображён разрез сухого элемента. V. Что на этом рисунке обозначено цифрой 3? VI. Что обозначено цифрой 4? VII. Что обозначено цифрой 5? Угольный стержень. Цинковый корпус. Полотняный мешочек, наполненный оксидом марганца с углем. Клейстер из муки на растворе нашатыря. Слой смолы. Рис.1

термоэлемент, энергия

Электрические явления

В своей работе «Электрические явления» я проведу и объясню три эксперимента, описанные в учебнике Перышкина А.В. Физика. 8 класс (рис. 57, рис. 43, рис. 33).

Цель работы: расширение кругозора, повышение эрудиции, развитие интереса к экспериментальной физике, умений демонстрировать и объяснять опыты, научиться работать самостоятельно.

Опыт Магнитное действие тока

Цель опыта: доказать что вокруг катушки с током имеется магнитное поле.

Приборы и материалы: полосовой магнит, катушка на гибких проводах, штатив, источник тока, ключ, три провода.

Закреплю катушку на гибких проводах в штативе. Концы обмотки присоединю к полюсам источника тока через ключ. Замкну ключ и поднесу к катушке полосовой магнит, она будет притягиваться или отталкиваться от магнита.

Вывод из опыта : вокруг катушки с током имеется магнитное поле, она как магнитная стрелка имеет два полюса – северный и южный. Магнитное поле можно обнаружить при помощи постоянного полосового магнита. Магнитное действие тока наблюдается всегда, какой бы проводник тока ни был – твердый, жидкий или газообразный.

Явление взаимодействия катушки с током и магнита используют в устройстве прибора, называемого гальванометром.

Опыт Султаны

Цель работы: научиться работать с электрофорной машиной, доказать, что одноименно заряженные тела отталкиваются друг от друга, а разноименные – притягиваются. Тела электризуются при трении.

Приборы и материалы: электрофорная машина, два самодельных султана, 2 провода, изолирующая указка.

Два султана соединю длинными проводами с разными индукторами электрофорной машины. Один султан зарядится положительно, другой отрицательно. По легким бумажкам видно, что одноименные заряды отталкиваются. Указкой буду сближать султаны. Между собой они будут притягиваться, т. к. заряжены разными знаками.

Вывод: тела, имеющие электрические заряды одинакового знака, взаимно отталкиваются, а тела, имеющие заряды противоположного знака, взаимно притягиваются. Электризация тел происходит при их соприкосновении.

На явлении электризации тел при соприкосновении основан принцип работы ксероксов.

Способов получения главного коммунального ресурса, — электричества, становится все больше. Уже никого не удивишь его геотермальными электростанциями и ветрогенераторами и солнечными батареями. Самый новый способ до недавнего времени был только в мечтах. Российские ученые придумали, как грамотно использовать перспективы эбонитовой палочки в народном хозяйстве, разработав преобразователь, который позволит применить статическое электричество для выработки электроэнергии в промышленных масштабах.

Что такое электростатика, все знают на собственном опыте. В сухом помещении разряды электричества иногда очень досаждают. Как побороть этот эффект, известно. А вот как извлечь из него пользу, до недавнего времени сказать никто не мог. Выход нашли в НИИ электрификации сельского хозяйства.

Методом проб и ошибок с помощью новейшей электроники нашим ученым удалось сконструировать преобразователь в лабораторных условиях. Работы российского изобретения можно показать так. Для создания статического поля используется люстра Чижевского. Затем через специальный съемник энергия подается на преобразователь. В нем электростатика превращается в постоянный ток.

Из 60 киловольт статического электричества здесь удается получить 90 Вольт постоянного тока. На практике можно снять напряжение намного выше. Достаточно разместить токосъемники в таких уголках планеты, где воздух сильно заряжен. Например, на южном полюсе с его сухим климатом или в горах, где собирать энергию из воздуха не менее перспективно, чем в Антарктиде.

В горах ветер гонит облака. С одной стороны, можно ставить ветрогенераторы, с другой стороны — токоприемники, которые будут собирать статическое электричество и преобразовывать его в ток.

Опыт Термоэлемент

Цель работы: проверить работу источника тока, который называется термоэлементом.

Приборы и материалы: две проволоки изготовленные из разных металлов и спаянные в одном месте (термоэлемент), штатив, спиртовка, микроамперметр, провода.

Клеммы термоэлемента соединю проводами с микроамперметром. Поднесу спиртовку к одному спаю. Показания микроамперметра начинают увеличиваться. Поднесу спиртовку к другому спаю – показания микроамперметра начинают уменьшаться. Значит, один конец является положительным полюсом, а другой – отрицательным.

Вывод: если две проволоки, изготовленные из разных металлов, спаять, а затем нагреть место спая, то в проволоках возникнет электрический ток. Такой источник тока называется термоэлементом, в нем внутренняя энергия нагревателя превращается в электрическую.

Если спаять два разнородных проводника, получится устройство, получившее название термопары. Его создал в 1621 году немецкий физик Зеебек. Если подключить ее к гальванометру и подогреть место спая, стрелка прибора зафиксирует наличие тока в цепи. Многие ученые пытались получать с помощью термопар электроэнергию, однако из-за очень низкого КПД успехи в этой области и по сей день невелики. Но термоэлемент. так называют несколько конструктивно объединенных термопар. очень чутко реагирует на малейшее различие температур его спаев.

В 1830 году итальянские ученые Л. Нобиле и М. Мелони создали батарею из 32 миниатюрных термопар. Она заставляла отклоняться стрелку гальванометра под действием теплового излучения человека, стоящего на расстоянии десять метров от устройства. Такой прибор мог бы стать элементом системы охранной сигнализации, но новинка тогда внимания почти не привлекла. В 1869 году английский астроном лорд Росс при помощи термопары приступил к измерению температуры различных участков поверхности Юпитера. Он сконцентрировал тепловое излучение планеты на термопаре при помощи телескопа. Чувствительность его прибора значительно превышала тепловую чувствительность гремучей змеи! А всего через полвека изобретатели начали задумываться над применением термоэлемента в военных целях. В 1910 году появились патенты по созданию на его основе приборов, регистрирующих излучение людей, самолетов и кораблей. Предлагалось даже использовать термопары для самонаведения авиаторпед. Первыми, по-видимому, применили термоэлементы в военных целях немцы, создав в 1914 году в Остенде на берегу Северного моря первые теплопеленгаторы. Они обнаруживали английские корабли по тепловому излучению в темноте и в тумане на расстоянии более 10 км. А в начале 70-х годов в СССР была создана ракета «Стрела», самонаводящаяся на вертолеты по их тепловому излучению. Применялись подобные ракеты во вьетнамской войне. Сверхчувствительные термоэлементы применяются, конечно, не только в военной технике.

Электрический ток. Источники электрического тока.

Первую запись хочу посвятить электрическому току. Материал я взял из учебника по физике за 8 класс. Автор А.В. Перышкин. Издательство ДРОФА, Москва 2006.

§ 32 Электрический ток. Источники электрического тока.

Когда говорят об использовании электрической энергии в быту,на производстве или транспорте, то имеют в виду работу электрическоготока. Электрический ток подводят к потребителю от электростанциипо проводам. Поэтому, когда в домах неожиданно гаснутэлектрические лампы или прекращается движение электропоездов,троллейбусов, говорят, что в проводах исчез ток.

Что же такое электрический ток и что необходимо для его возникновенияи существования в течение нужного нам времени?

Слово «ток» означает движение или течение чего-то.

Что может перемещаться в проводах, соединяющих электростанциюс потребителями электрической энергии?

Мы уже знаем, что в телах имеются электроны, движением которыхобъясняются различные электрические явления (см. § 31).Электроны обладают отрицательным электрическим зарядом. Электрическимизарядами могут обладать и более крупные частицы вещества — ионы. Следовательно, в проводниках могут перемещаться различные заряженные частицы.

Чтобы получить электрический ток в проводнике, надо создать в нем электрическое поле. Под действием этого поля заряженные частицы, которые могут свободно перемещаться в этом проводнике, придут в движение в направлении действия на них электрических сил. Возникнет электрический ток.

Чтобы электрический ток в проводниках существовал длительное время, необходимо все это время поддерживать в нем электрическое поле. Электрическое поле в проводниках создается и может длительное время поддерживаться источниками электрического тока.

В источниках тока в процессе работы по разделению заряженных частиц происходит превращение механической, внутренней или какой-нибудь другой энергии в электрическую. Так, например, в электрофорной машине в электрическую энергию превращается механическая энергия.

Можно осуществить и превращение внутренней энергии в электрическую. Если две проволоки, изготовленные из различных металлов, спаять, а затем нагреть место спая, то в проволоках возникнет электрический ток

Такой источник тока называется термоэлементом. В нем внутренняя энергия нагревателя превращается в электрическую энергию. При освещении некоторых веществ, например селена, оксида меди (I), кремния, наблюдается потеря отрицательного электрического заряда

Это явление называется фотоэффектом. На нем основано устройство и действие фотоэлементов. Термоэлементы и фотоэлементы изучают в курсе физики старших классов.

Рассмотрим более подробно устройство и работу двух источников тока— гальванического элемента и аккумулятора, которые будем использовать в опытах по электричеству.

В гальваническом элементе происходят химические реакции и внутренняя энергия, выделяющаяся при этих реакциях, превращается в электрическую.

Изображенный па рисунке 46 элемент состоит из цинкового сосуда (корпуса) Ц. В корпус вставлен угольный стержень У, у которого имеется металлическая крышка М. Стержень помещен в смесь оксида марганца (IV) MnO2 и размельченного углерода С. Пространство между цинковым корпусом и смесью MnO2 с С заполнено желеобразным раствором соли (хлорида аммония NH4Cl) P.

В ходе химической реакции цинка Zn с хлоридом аммония NH4Cl цинковый сосуд становится отрицательно заряженным.

Оксид марганца несет положительный заряд, а вставленный в него угольный стержень используется для передачи положительного заряда.

Между заряженными угольным стержнем и цинковым сосудом, которые называются электродами, возникает электрическое поле. Если угольный стержень и цинковый сосуд соединить проводником, то по всей длине под действием электрического поля свободные электроны придут в упорядоченное движение. Возникнет электрический ток.

Гальванические элементы — самые распространенные в мире источники постоянного тока. Их достоинством является удобство и безопасность в использовании.

В быту часто применяют батарейки, которые можно подзаряжать многократно — аккумуляторы (от лат. слова аккумуляторе — накоплять). Простейший аккумулятор состоит из двух свинцовых пластин (электродов), помещенных в раствор серной кислоты.

Чтобы аккумулятор стал источником тока, его надо зарядить. Для зарядки через аккумулятор пропускают постоянный ток от какого-нибудь источника. В процессе зарядки в результате химических реакций один электрод становится положительно заряженным, а другой — отрицательно. Когда аккумулятор зарядится, его можно использовать как самостоятельный источник тока. Полюсы аккумуляторов обозначены знаками «» и «-». При зарядке положительный полюс аккумулятора соединяют с положительным полюсом источника тока, отрицательный — с отрицательным полюсом.

Кроме свинцовых, или кислотных, аккумуляторов широко применяют железоникелевые, или щелочные, аккумуляторы. В них используется раствор щелочи, а пластины состоят одна из спрессованного железного порошка, вторая — из пероксида никеля. На рисунке 47 изображена батарея из трех таких аккумуляторов.

Аккумуляторы имеют широкое и разнообразное применение. Онислужат для освещения железнодорожных вагонов, автомобилей, для запуска автомобильного двигателя. Батареи аккумуляторов питают электроэнергией подводнуюлодку под водой. Радиопередатчики и научная аппаратура на искусственных спутниках 3емли также получают электропитание от аккумуляторов, установленных на спутнике.

На электростанциях электрический ток получают с помощью генераторов (от лат. слова генератор — создатель, производитель). Этот электрический ток используется в промышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве.

2. Что нужно создать в проводнике, чтобы в нем возник и существовал ток?