Загрузка...Пример теплового источника тока
Электрический ток — ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ
Выяснить физическую природу электрического тока. Закрепить знания учащихся об условиях возникновения и существования электрического тока.
I. Новый материал
Заряженный электрометр соединим с таким же, но незаряженным.
— Что происходит? Почему второй электроскоп показывает наличие заряда? (Заряд перенесен свободными электронами, движущимися по проводнику.)
Направленное движение заряженных частиц называется электрическим током.
Условия существования электрического тока:
1. Наличие свободных заряженных частиц (электронов, положительных или отрицательных ионов);
2. Наличие электрического поля.
Под действием электрического поля движение электронов в металле принимает упорядоченный характер, т. е. появляется ток.
Увидеть электроны (ионы) в проводнике невозможно, так как же можно обнаружить электрический ток? Ток обнаруживается по действию, которое он производит.
Тепловое действие тока
Присоединим к полюсам источника тока железную или никелиновую проволоку. Проволока нагреется и, удлинившись, слегка провиснет. Ее можно раскалить докрасна.
— Приведите примеры теплового действия тока. (На этом действии основана работа таких устройств, как электрокипятильники, электрические утюги, паяльники, электрические лампы и т.д.)
Химическое действие тока
В сосуд с электролитом, в качестве которого используем CuSO4, опустим два угольных электрода и подключим их к источнику тока. При этом обнаружим, что катод постепенно покрывается красным слоем меди, а на аноде выделяются пузырьки газа.
Вывод: при прохождении тока через электролит на электродах выделяется вещество.
Магнитное действие тока
На железный гвоздь наматываем медный провод, покрытый изоляционным материалом, а концы провода соединяют с источником тока.
Гвоздь становится магнитом и притягивает небольшие железные предметы: булавки, железные опилки. С исчезновением тока в обмотке гвоздь размагничивается.
Механическое действие тока
На рамку навьем несколько витков медной проволоки. Концы обмотки присоединим к полюсам источника тока. Помещаем рамку между полюсами магнита, она начинает поворачиваться.
Физиологическое действие тока
При прохождении через живой организм ток вызывает сокращение мышц.
II. Закрепление изученного
Вопросы на закрепление:
— Что такое электрический ток?
— Что нужно создать в проводнике, чтобы в нем возник и существовал ток?
— Как можно наблюдать на опыте тепловое действие тока?
— Где используют тепловое и химическое действия тока?
— На каком опыте можно показать магнитное действие тока?
Разбираются задачи №1229, 1230, 1235 из сборника задач по физике В. И. Лукашика, Е. В. Ивановой.
2. Задачи (сборник В. И. Лукашика, Е. В. Ивановой) № 1233, 1236.
Библиотека образовательных материалов для студентов, учителей, учеников и их родителей.
Наш сайт не претендует на авторство размещенных материалов. Мы только конвертируем в удобный формат материалы из сети Интернет, которые находятся в открытом доступе и присланные нашими посетителями.
Если вы являетесь обладателем авторского права на любой размещенный у нас материал и намерены удалить его или получить ссылки на место коммерческого размещения материалов, обратитесь для согласования к администратору сайта.
Разрешается копировать материалы с обязательной гипертекстовой ссылкой на сайт, будьте благодарными мы затратили много усилий чтобы привести информацию в удобный вид.
© 2014-2021 Все права на дизайн сайта принадлежат С.Є.А.
СПОСОБ СБОРКИ ТЕПЛОВОГО ХИМИЧЕСКОГО ИСТОЧНИКА ТОКА
Изобретение относится к электротехнике, может быть использовано при производстве тепловых химических источников. Техническим результатом изобретения является стабилизация электрических характеристик источников тока в условиях воздействия механических нагрузок. Согласно изобретению опрессовку блока электрохимических элементов производят на крышке давлением в диапазоне (30-40) МПа, после чего в спрессованном состоянии измеряют высоту блока и по разнице между глубиной корпуса и высотой блока определяют зазор, который заполняют комплектом асбестовых прокладок, спрессованных тем же давлением, что и блок, при этом фактическая толщина комплекта превышает расчетную на (0,4±0,1) мм. 1 табл.
Способ сборки теплового химического источника тока путем последовательной укладки в блок таблеток электрохимических элементов и пиротехнических нагревателей, закрепление блока на крышке, опрессовки и фиксации давления, установки его в корпус, отличающийся тем, что опрессовку блока на крышке производят фиксированным давлением в диапазоне (30-40) МПа, после чего в спрессованном состоянии измеряют высоту блока и по разнице между глубиной корпуса и высотой блока определяют зазор, который заполняют комплектом асбестовых прокладок, предварительно отпрессованных тем же давлением, что и блок, при этом фактическая толщина комплекта превышает расчетную на (0,4±0,1) мм.
Изобретение относится к электротехнической промышленности, может быть использовано в производстве тепловых химических источников тока.
Известен способ сборки теплового химического источника тока [патент RU 2369944 С2, кл. Н01М 6/36, 10.06.09 г.] путем последовательной укладки электрохимических элементов и пиротехнических нагревателей в блок, поджатия блока упругим элементом и гайкой, закрепления блока на крышке и вставки его в корпус источника тока, по внутренней поверхности которого установлена тепло- и электроизоляция.
Известный источник тока обладает низкой надежностью в работе, особенно при воздействии линейных, ударных и вибрационных нагрузок. Это связано с тем, что упругие элементы при воздействии высоких температур теряют свои упругие свойства, что приводит к расслаблению блока и уменьшению теплового и электрического контакта между элементами блока, а воздействие механических нагрузок может привести к разрушению блока.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является способ сборки теплового химического источника тока [Ф.И.Кукоз и др. Тепловые химические источники тока. Изд. Ростовского университета, 1989 г., стр.51] путем последовательной укладки в блок таблеток электрохимических элементов и пиротехнических нагревателей, закрепления блока на крышке источника тока, опрессовки, фиксации давления опрессовки с помощью крепежных болтов, стяжек и пружин сжатия, вставки блока в корпус.
Зазор между основанием блока и дном корпуса заполняется теплоизоляцией.
Известный способ сборки обладает существенными недостатками, поскольку фиксация давления опрессовки с помощью крепежных болтов, стяжек и пружин сжатия не обеспечивает стабильность электрических характеристик. При высоких рабочих температурах (450-630°С) указанные металлические крепежные элементы теряют свои прочностные характеристики, а величины линейного расширения больше, чем расширение составляющих блока электрохимических элементов, из-за чего происходит ослабление электрических контактов между электрохимическими элементами. Это приводит к нестабильным электрическим характеристикам, особенно в условиях механических нагрузок, которым подвергается источник тока.
Целью настоящего изобретения является стабилизация электрических характеристик источника тока в условиях воздействия механических нагрузок.
С этой целью предлагается способ сборки теплового источника тока, согласно которому блок электрохимических элементов спрессовывают фиксированным давлением в диапазоне (30-40) МПа, после чего в спрессованном состоянии измеряют высоту блока с крышкой и по разнице между глубиной корпуса и высотой блока определяют зазор, который заполняют комплектом асбестовых прокладок, спрессованных тем же давлением, что и блок электрохимичексих элементов, при этом фактическая толщина комплекта должна превышать расчетную на (0,4±0,1) мм.
Предложенный способ сборки теплового источника тока впервые позволил совместить теплоизоляционные свойства асбестовых прокладок с их упругими характеристиками.
Экспериментально было установлено, что при давлении опрессовки (30-40) МПа асбестовые прокладки сохраняют свои упругие свойства как в процессе хранения в источнике тока, так и в процессе их функционирования, когда температура внутри источника тока находится в пределах (450-630)°С.
При этом давлении не происходит разрушения таблеток электрохимических элементов и пиротехнических нагревателей и обеспечивается надежный тепловой и электрический контакт между ними. При давлении меньше 30 МПа ухудшаются характеристики источника тока за счет уменьшения теплового и электрического контакта между электрохимическими элементами, что приводит к увеличению времени выхода на рабочий режим, а ухудшение электрических контактов приводит к увеличению внутреннего сопротивления в источнике тока и ухудшению его вольтамперных характеристик.
При давлении на блок свыше 40 МПа уменьшается скорость горения пиротехнических нагревателей из-за увеличивающегося теплоотвода в условиях неадиабатического горения, характерного для теплового источника тока, что также приводит к увеличению времени активации источника тока. Превышение фактической толщины комплекта от расчетной на (0,4±0,1) мм определено необходимостью надежного обеспечения давления на блок в интервале (30-40) МПа в процессе хранения источника тока.
Пример конкретного исполнения
В основание сборочного приспособления помещается крышка источника тока с приваренными стяжками. На крышку укладываются теплоизоляционные прокладки и плата с токовыводами и средствами активации. Путем последовательной укладки таблеток электрохимических элементов и пиротехнических нагревателей собирается блок. При завершении сборки на блок укладывается металлическое основание, на которое прикладывается давление на блок силой 35 МПа. Под давлением измеряют высоту блока с крышкой и затем приваривают стяжки к основанию. Стяжки не являются силовым элементом, фиксирующим высоту блока, и служат для возможности совершения технологических операций.
По разнице между глубиной корпуса и высотой блока определяют толщину зазора, который заполняют комплектом асбестовых прокладок. Комплект подбирается из асбестовых прокладок толщиной от 0,3 до 1,0 мм.
Асбестовые прокладки, предназначенные для установки в зазор, предварительно опрессовываются тем же давлением, что и блок электрохимических элементов. При этом определяется средняя толщина одной прокладки, исходя из которой рассчитывают количество прокладок, необходимых для укладки в зазор.
Для оценки технического эффекта были изготовлены два идентичных источника тока на электрохимической системе LiSi/KCl, LiCl/FeS2.
В таблице 1 представлены результаты разряда на нагрузку 38 Ом источника тока, один из которых был собран согласно предложенному техническому решению (образец 1), а во втором давление опрессовки фиксировалось стяжками (по прототипу), образец №2.
В таблице приняты обозначения:
τвр — время выхода на рабочий режим;
Uмакс — максимальное напряжение разряда;
τр — продолжительность работы в секундах до напряжения 23,5 В.
Как видно из таблицы 1, источник тока, изготовленный по предложенному техническому решению, имеет более высокие характеристики разряда.
Программа по физике для абитуриентов, сдающих вступительный экзамен в МФТИ в 2016 году
Механическое движение и его виды. Векторные величины. Проекции вектора на координатные оси и действия над ними. Равномерное прямолинейное движение. Графики движения. Прямолинейное равноускоренное движение. Относительность механического движения. Правило сложения скоростей. Свободное падение тел. Движение тела, брошенного под углом к горизонту. Равномерное и неравномерное движения по окружности. Связь линейной и угловой скоростей. Ускорение при движении по окружности.
2. Законы Ньютона
Взаимодействие тел в природе. Явление инерции. Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета. Сила. Второй закон Ньютона. Третий закон Ньютона. Динамика движения по окружности. Принцип относительности Галилея-Ньютона.
3. Силы в механике
Гравитационная сила. Закон всемирного тяготения. Сила тяжести. Вес тела. Сила реакции опоры. Невесомость и перегрузки. Деформация тел. Сила упругости. Закон Гука. Сила трения. Движение тела под действием нескольких сил. Движение связанных систем.
4. Законы сохранения в механике
Импульс тела. Импульс силы. Закон сохранения импульса. Реактивное движение. Механическая работа и мощность. КПД простых механизмов. Кинетическая энергия и ее изменение. Работа силы тяжести. Потенциальная энергия тела, поднятого над землей. Работа силы упругости. Потенциальная энергия деформированного тела. Закон сохранения и превращения механической энергии. Всеобщий закон сохранения энергии.
5. Элементы статики и гидростатики
Элементы статики. Момент силы. Условие равновесия твёрдого тела. Передача давления газами и жидкостями. Закон Паскаля. Сообщающиеся сосуды. Атмосферное давление. Закон Архимеда. Условия плавания тел. Воздухоплавание.
II. Молекулярная физика и термодинамика
Возникновение атомистической гипотезы строения вещества и ее экспериментальные доказательства. Основные положения МКТ. Характеристики молекул. Движение и взаимодействие молекул. Диффузия. Броуновское движение. Идеальный газ. Основное уравнение МКТ идеального газа. Абсолютная температура как мера средней кинетической энергии теплового движения частиц вещества.
2. Свойства газов, жидкостей и твердых тел
Давление газа. Уравнение состояния идеального газа. Газовые законы. Насыщенный пар. Зависимость давления насыщенного пара от температуры. Кипение. Зависимость температуры кипения от внешнего давления. Влажность воздуха. Абсолютная и относительная влажность. Точка росы. Строение и свойства кристаллических и аморфных тел.
3. Основы термодинамики
Внутренняя энергия. Внутренняя энергия одноатомного идеального газа. Работа в термодинамике. Количество теплоты, теплоёмкость. Уравнение теплового баланса. Первый закон термодинамики. Принцип действия тепловых двигателей, их КПД. Цикл Карно.
III. Электродинамика
1. Основы электростатики
Элементарный электрический заряд. Два рода электрических зарядов. Закон сохранения электрического заряда. Взаимодействие заряженных тел. Закон Кулона. Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Линии напряженности. Принцип суперпозиции полей. Проводники и диэлектрики. Однородное электростатическое поле. Поле равномерно заряженной бесконечной плоскости.
Потенциальная энергия заряженного тела в однородном электростатическом поле. Потенциал и разность потенциалов. Напряжённость поля и потенциал заряда, равномерно распределённого по сферической поверхности.
Электроемкость. Конденсатор. Соединение конденсаторов. Энергия заряженного конденсатора. Энергия электрического поля.
2. Законы постоянного тока
Электрический ток. Условия, необходимые для существования электрического тока. Сила тока. Электрическое напряжение. Зависимость силы тока от напряжения. Закон Ома для участка цепи, содержащего ЭДС. Закон Ома для полной цепи. Сопротивление. Удельное сопротивление вещества. Соединение проводников. Правила Кирхгофа для расчета электрических цепей. Амперметр, вольтметр. Работа и мощность постоянного тока. Работа источника тока. Закон Джоуля-Ленца.
3. Магнитное поле
Взаимодействие токов. Вектор магнитной индукции. Принцип суперпозиции магнитных полей. Линии магнитной индукции. Сила Ампера. Сила Лоренца. Магнитные свойства вещества.
4. Электромагнитная индукция
Открытие электромагнитной индукции. Магнитный поток. Правило Ленца. Закон электромагнитной индукции. ЭДС индукции в движущихся проводниках. Самоиндукция. Индуктивность. Энергия магнитного поля.
IV. Колебания и волны. Оптика
Свободные и вынужденные колебания. Гармонические колебания. Дифференциальное уравнение гармонических колебаний. Математический маятник. Пружинный маятник. Колебательный контур. Период их свободных колебаний. Переменный электрический ток. Активные, индуктивные и емкостные сопротивления. Закон сохранения энергии в электрических цепях. Трансформатор. Резонанс в электрической цепи.
Волновые явления. Распространение механических волн. Длина волны. Скорость волны. Волны в среде. Звуковые волны. Электромагнитные волны.
3. Геометрическая оптика
Скорость света. Закон отражения света. Показатель преломления света. Закон преломления света. Полное внутреннее отражение. Плоское зеркало. Формула тонкой линзы. Оптическая сила линзы. Увеличение линзы. Глаз, очки, лупа, фотоаппарат
3. Физическая оптика
Дисперсия света. Понятие об интерференции и дифракции света. Опыт Юнга.
V. Атомная, ядерная и квантовая физика
Фотоэффект. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта. Давление света. Строение атома. Модель атома водорода по Бору. Спектры. Строение атомного ядра. Закон радиоактивного распада, период полураспада. Энергия связи атомных ядер. Ядерные реакции.
Пример теплового источника тока
Название работы: Электрический ток в металлах. Действия электрического тока. Направление
Категория: Конспект урока
Предметная область: Педагогика и дидактика
Описание: Действия электрического тока. Что необходимо чтобы в цепи существовал электрический ток Источник тока проводники потребитель тока и все эти элементы должны быть замкнуты.
Дата добавления: 2014-05-23
Размер файла: 40 KB
Работу скачали: 7 чел.
«Электрический ток в металлах. Действия электрического тока. Направление»
Здравствуйте ребята наш урок, я хочу начать с такого четверостишья:
Как наша прожила б планета,
Как люди жили бы на ней
Без теплоты, магнита, света
И электрических лучей.
Ребята, полученные знания, всегда помогают человеку в жизни, а незнания приводит к трагическим последствиям. В моем четверостишье упоминается о электрических лучах. Как вы думаете, что это такое? ( электрический ток)
- Что называется электрическим током?
Упорядоченное направленное движение частиц.
- Что необходимо, чтобы в цепи существовал электрический ток?
Источник тока, проводники, потребитель тока, и все эти элементы должны быть замкнуты.
3) Работа со схемами.
На прошлом уроке вы изучали электрическую цепь и ее составные части. Проверим, как вы видите запомнили прошлый материал. Из каких частей состоит электрическая цепь?
Батарея элементов, лампа,ключ, провода.
Перед вами электрическая цепь.
Что входит в состав цепей?(РИс1: ключ, лампа,звонок,аккумулятор)
- Почему не горит исправная лампа при замыкании ключа? (Рис. 1)
Электрическая цепь имеет разрыв. Чтобы лампа загорелась, в цепи должен существовать электрический ток, а это возможно при замкнутой цепи, состоящей только из проводников электричества.
Учитель. Хочу вам напомнить, что при работе с электрическими цепями необходимо соблюдать правила по технике безопасности. Недопустимо касаться оголенных проводников, неисправных участков цепи и полюсов источника.
2.Изучение нового материала «Электрический ток в металлах» — 10 мин .
Слайд №1 Тема нашего урока: «Электрический ток в металлах. Действия электрического тока»
Ребята кто знает, как можно избежать действия электрического тока при случайном прикосновении к электроприбору, которое оказалось под напряжением?(защита от статического электричества)
Для этого необходимо заземление, так как земля является проводником и, благодаря своим огромным размерам, может удерживать большой заряд.
Учитель. Из каких материалов выполняется заземление?
Заземление выполняют из металла .
Учитель. Почему предпочитают именно эти вещества, мы ответим после изучения новой темы “Электрический ток в металлах”. Запишите тему урока в тетрадь.
Электрический ток может проходить через различные вещества: металлы, растворы и расплавы электролитов — это вещества, которые проводят электрический ток. Вы уже знаете, что для возникновения электрического тока в какой-либо среде необходимо, что бы в ней имелись заряженная частица, которая будет перемещаться под действием электрического поля. Этими частицами могут быть как электроны, так и ионы.
Вспомним строение металлов. Кто нибудь знает какого строение металлов в твердом состоянии? В твердом состоянии, металлы имеют кристаллическое строение. Модель металла — кристаллическая решетка, в узлах которой расположены положительные ионы, а в пространстве между ними хаотично движутся свободные электроны.
Как вам уже известно, что количество отрицательных зарядов равен количеству положительных зарядов решётки. Поэтому в обычных условиях металл электрически нейтрален.
Какие же электрические заряды движутся под действием электрического поля в металлических проводниках? Мы можем предположить, что под действием электрического поля движутся свободные электроны.
Но это наше предположение нуждается в доказательстве. Так в 1913 году физиками нашей страны Л. И. Мандельштамом и Н. Д. Папалекси, а также американскими физиками Бальфур Стюарт и Р. Толменом был проведен опыт. Ученые приводили в очень быстрое вращение многовитковую катушку вокруг ее оси. Затем, при резком торможении катушки концы ее замыкались на гальванометр, и прибор регистрировал кратковременный электрический ток. Причина возникновения, которого вызвана движением по инерции свободных заряженных частиц между узлов кристаллической решетки металла. Так как из опыта известно направление начальной скорости и направление получаемого тока, то можно найти знак заряда носителей: он оказывается отрицательным. Следовательно, свободные носители зарядов в металле — свободные электроны. По отклонению стрелки гальванометра можно судить о величине протекающего в цепи электрического заряда. Опыт подтвердил теорию.
Давайте посмотрим движение электронов на видеоролике. Повторимся, если в проводнике нет электрического поля, то электроны движутся хаотично, аналогично тому, как движутся молекулы газов или жидкостей. В каждый момент времени скорости различных электронов отличаются по модулям и по направлениям. Если в металле создать электрическое поле, то свободные электроны начнут двигаться упорядоченно в направлении действия электрических сил. То есть, возникает электрический ток. Но следует отметить, что движение электронов будет не прямолинейно, не так как это показано на видео. Траектория их движения сложная, из-за взаимодействия с другими частицами. (Пример человека идущего на толпу)
Итак, электрический ток в метталах осуществляется движением свободных электронов. Запишем.
Скорость упорядоченного движения электронов в проводнике под действием электрического поля — несколько миллиметров в секунду, а иногда и ещё меньше. Но как только в проводнике возникает электрическое поле, оно с огромной скоростью, близкой к скорости света в вакууме (3*10^8 м /с ), распространяется по всей длине проводника.
Одновременно с распространением электрического поля все электроны начинают двигаться в одном направлении по всей длине проводника.
Понять это поможет сравнение электрического тока с течением воды в водопроводе, а распространения электрического поля — с распространением давления воды. При подъёме воды в водонапорную башню очень быстро по всей водопроводной системе распространяется напор воды. Когда мы открываем кран, то вода уже находится под давлением и начинает течь. Но из крана течёт та вода, которая была в нём, а вода из башни дойдёт до крана много позднее, т.к. движение воды происходит с меньшей скоростью, чем распространение давления.
Когда говорят о скорости распространения электрического тока в проводнике, то имеют в виду скорость распространения по проводнику электрического поля.
Закончили электрический ток в металлах. Переходим к следующему блоку «Действия электрического тока»
Мы не можем видеть движущиеся в металлическом проводнике электроны. О наличии тока в цепи мы можем судить по различным явлениям, которые вызывает электрический ток. Такие явления называют действиями тока.. Некоторые из этих действий легко наблюдать на опыте. Существует три явления действия тока: тепловое, химическое, магнитное . Запишем
Тепловое действие тока. Рассмотрим привер теплового действия тока на примере приведенном в ролике. Какие вы можете привести примеры теплового действия?
Химическое действие тока. Химическое действие эл. тока впервые было открыто в 1800 г.
Вывод. Химическое действие тока состоит в том, что в некоторых растворах кислот при прохождении через них электрического тока наблюдается выделение веществ. Вещества, содержащиеся в растворе, откладываются на электродах, опущенных в этот раствор. При пропускании тока через раствор медного купороса (CuSo4) на отрицательно заряженном электроде выделится чистая медь (Сu). Это используют для получения чистых металлов.
Путем электролиза получают алюминий (это единственный промышленный способ его получения), химические чистые металлы.
Магнитное действие тока.
Использование магнитного действия тока в гальванометрах.
Гальванометр. Схематическое обозначение
Направление электрического тока
Мы знаем, что электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц в проводнике. В металлических проводниках электрический ток представляет собой упорядоченное движение свободных электронов (отрицательных зарядов). В растворах кислот, электрический ток обусловлен движением ионов обоих знаков.
Тогда какие же заряженные частицы принять за направлением тока?
Так как в большинстве случаев мы имеем дела с электрическим током в металлах, то за направление тока в цепи разумно принять направление движения электронов в электрическом поле, т. е. считать, что ток направление от отрицательного полюса к положительному. Однока вопрос о направлении тока возник в науке тогда, когда об электронах и ионах еще ничего не было известно. В то время предлагали, что во всех проводниках могут перемещаться как положительные так и отрицательные электрические заряды. За направление тока условно приняли то направлени, по которому движутся в проводнике положительные заряды, т. е. направление от положетильного полюса источника тока к отрицательному.
Запишем: условно принято считать за направлением тока движение положеительных зарядов
