Электротехника занимается техническими приборами и установками, предназначенными для производства, распределения и применения электроэнергии. Многие машины и технические установки используют для своей работы электрическую энергию, потому что ее можно без больших потерь превращать в другие формы энергии, например в тепловую энергию или в механическую энергию. Для того чтобы знать опасности при пользовании электроприборами, а также для лучшего понимания необходимости выполнять требования по безопасности (требования норм VDE) знание основ электротехники является необходимым.
Основные понятия
Цепь электротока Электрическая энергия может передаваться только в замкнутой цепи. Ее называют цепью электрического тока. Движение электрически заряженных частичек в цепи называют электрическим током. В металлических проводниках он состоит из потока электронов, в проводящих жидкостях (электролитах) и в газах (плазма) - из ионов. Из-за хорошей электропроводности в качестве материалов для проводников электрического тока применяют медь и алюминий. Металлы обладают свободными электронами, которые непрочно связаны с атомами и поэтому могут легко обмениваться между ними. Плохие проводники имеют меньше свободных электронов, непроводящие материалы (изолирующие материалы, которые называют так же диэлектриками) почти не имеют свободных электронов, например керамика или синтетические материалы.
Для понимания цепи электрического тока может служить простейшая гидравлическая цепь (рис. 1). В гидравлической сети насос создает давление; поток жидкости приводит в движение гидравлический мотор. Аналогично в цепи электрического тока генератор создает напряжение, поток электронов приводит в действие электромотор (рис. 2).
Рис. 1. Цепь гидравлического потока
Рис. 2. Цепь электрического тока
Электрическое напряжение (U) Гидравлический насос создает с одной стороны избыточное давление, а на другой стороне - пониженное давление. Разница давлений является причиной потока жидкости. В случае генератора на одном полюсе создается недостаток электронов (положительный полюс) и на другом - избыток электронов (отрицательный полюс). Возникшую разницу электронного давления называют электрическим напряжением. Электрическое напряжение измеряется в вольтах (В).
Измерительный прибор для измерения электрического напряжения называют вольтметром. Измерители напряжения показывают разницу напряжений между контактами (рис. 3).
Рис. 3. Измерение напряжения и тока
Электрический ток (I) Электрический ток может течь, если существует напряжение и цепь замкнута. Проходящее за единицу времени через проводник количество электронов называют электрическим током. Электрический ток измеряется в амперах (А). Измерительный прибор для измерения электрического тока называют амперметром. Измеритель тока должен так включаться в электрическую цепь, чтобы ток протекал как через электроприбор, так и через измерительный прибор (см. рис. 3).
Электрическое сопротивление (R) Все электрические провода и приборы создают большее или меньшее сопротивление электрическому току. Величина сопротивления и состояние проводов зависят от размеров сечения провода, а также от температуры окружения (табл. 1). Величина сопротивления измеряется в омах (Ω - омега).
Создание напряжения
Создание напряжения путем разделения электрических зарядов является основой производства электрической энергии. При этом обычно другие виды энергии превращаются в электрическую энергию.
Напряжение вследствие индукции возникает, когда электрический проводник (катушка) двигается в магнитном поле (рис. 4). Эта возможность создавать напряжение (индуцировать его) в основном используется в генераторах электростанций и в транспортных средствах (рис. 5). Создание напряжения за счет химической энергии имеет место тогда, когда различные металлы или материалы соприкасаются с токопроводящей жидкостью (электролитом). При этом получается гальванический элемент. Многие соединенные гальванические элементы называют батареей. Электроды имеющихся в продаже сухих батареек в большинстве случаев состоят из угля и цинка (рис. 6). Угольно-цинковые элементы создают напряжение в 1,5 В. При съеме электротока менее благородный полюс батареи - цинковый сосуд - разрушается.
Рис. 5. Принцип генератора
Рис. 6. Угольно-цинковый элемент
Разряженные батареи должны выниматься из устройств, работающих на этих батареях, так как они могут быть испорчены вытекающим электролитом. Это же относится к приборам, которые длительное время не эксплуатируются. Использованные батарейки должны собираться и уничтожаться.
Создание напряжения с помощью трения . Синтетические материалы в основном хорошие диэлектрики. Они могут при помощи трения о другие материалы заряжаться более высоким электрическим зарядом. Вследствие изоляции напряжения не могут уйти в землю (статические заряды). Так, например, автомобиль на сухой дороге может зарядиться до напряжения в 1000 В. Действием электростатических зарядов является, например, притягивание частичек пыли к стеклу и притягивание пленки к подложке. При разряде статического заряда может возникнуть искрение, взрыв паров растворителей или пылевоздушных смесей.
Действие электрического тока
Действие электрического тока проявляется в превращении электрической энергии в тепловую, световую, механическую и химическую энергии.
Тепловое действие Во всех проводниках поток электронов ограничивается сопротивлением проводника. При этом проводник нагревается. Тепловое действие электрического тока используется, например, в электрокипятильниках, кухонных плитах, электропаяльниках, плавких предохранителях и при дуговой электросварке (рис.7).
Рис. 7. Электрокипятильник
Световое действие В лампах накаливания электрический ток нагревает проволоку из вольфрама до белого каления, так что она излучает свет (рис. 8). Впрочем, при этом 95% электроэнергии превращается в тепловую и только 5% превращается в световую энергию. В люминесцентных лампах используются свойства определенных газов, например неона или паров ртути, светиться при прохождении через них электрического тока. Коэффициент полезного действия таких ламп составляет от 15 до 20%.
Рис. 8. Светильник
Механическое действие Каждый проводник, по которому течет электрический ток, образует вокруг себя магнитное силовое поле. Эти магнитные действия превращаются в движение, например, в электромоторах, в магнитных подъемных устройствах, в магнитных вентилях и в реле (рис. 9).
Рис. 9. Электромотор
Химическое действие Электропроводящие жидкости (электролиты) содержат ионы как носители напряжения. Если пропускать через электролит электрический ток, то к положительному полюсу будут притягиваться отрицательно заряженные ионы, а к отрицательному полюсу - положительно заряженные ионы. Это явление называют электролизом . Его используют для разложения воды на составляющие ее части, при нанесении гальванических покрытий и при получении чистых металлов (рис. 10).
Рис. 10. Гальваническое покрытие никелем
Виды тока
Среди видов электрического тока различают:
- Постоянный ток: Обозначение (-) или DC (Direct Current = постоянный ток).
- Переменный ток: Обозначение (~) или AC (Alternating Current = переменный ток).
В случае постоянного тока (-) ток течет в одном направлении (рис. 11). Постоянный ток поставляют, например, сухие батарейки, солнечные батареи и аккумуляторы для приборов с небольшим потреблением электротока. Для электролиза алюминия, при дуговой электросварке и при работе электрифицированных железных дорог требуется постоянный ток большой силы. Он создается с помощью выпрямления переменного тока или с помощью генераторов постоянного тока. В качестве технического направления тока принято, что он течет от контакта со знаком «+» к контакту со знаком «-». В случае переменного тока (~) различают однофазный переменный ток, трехфазный переменный ток и высокочастотный ток (см. рис. 11).
Рис. 11. Виды тока
При переменном токе ток постоянно изменяет свою величину и свое направление. В западноевропейской энергосети ток за секунду меняет свое направление 50 раз. Частота изменения колебаний в секунду называется частотой тока. Единица частоты - герц (Гц). Однофазный переменный ток требует наличия проводника, проводящего напряжение, и обратного проводника. Переменный ток применяется на стройплощадке и в промышленности для работы электрических машин, например ручных шлифовальных устройств, электродрелей и круговых пил, а также для освещения стройплощадок и оборудования стройплощадок.
Генераторы трехфазного переменного тока вырабатывают на каждой из своих трех намоток переменное напряжение частотой 50 Гц. Этим напряжением можно снабжать три раздельные сети и при этом использовать для прямых и обратных проводников всего шесть проводов. Если объединить обратные проводники, то можно ограничиться только четырьмя проводами (рис. 12).
Рис. 12. Генератор трехфазного переменного тока с четырехпроводной сетью
Общим обратным проводом будет нейтральный проводник (N). Как правило, он заземляется. Три другие проводника (внешние проводники) имеют краткое обозначение L1, L2, L3. В единой энергосистеме Германии напряжение между внешним проводником и нейтральным проводником, или землей, составляет 230 В. Напряжение между двумя внешними проводниками, например между L1 и L2, составляет 400 В. О высокочастотном токе говорят, когда частота колебаний значительно превышает 50 Гц (от 15 кГц до 250 МГц). С помощью высокочастотного тока можно нагревать токопроводящие материалы и даже плавить их, например металлы и некоторые синтетические материалы.
Электроприборы в сети электрического тока
Электрические машины и приборы называют потребителями. Они преобразуют электрическую энергию в другие формы энергии, например в тепловую в нагревательном устройстве или в электромоторе - в механическую энергию. Каждый потребитель имеет свое электрическое сопротивление. Сопротивление потребителя тем больше, чем длиннее проводник, чем меньше его сечение и чем хуже проводит ток материал проводника. Сопротивление проводника длиной 1 м и сечением 1 мм 2 называют удельным сопротивлением р («ро»). Его величина зависит от материала и от температуры, ее можно определить из таблиц материалов. Расчет сопротивления проводника осуществляется по следующей формуле:
где R - сопротивление в Ом; l - длина проводника в м; р 0 - удельное сопротивление в Ом*мм 2 /м; А - поперечное сечение проводника в мм 2 .
Пример Трехжильный кабель удлинителя из медной проволоки имеет длину 50 м. Сечение каждой жилы равно 1,5 мм 2 . Удельное сопротивление меди составляет 0,0178 (Ом*мм 2)/м. Рабочая длина провода составляет 100 м (прямой и обратный проводники - каждый по 50 м).
R = (100 м * 0,0178 (Ом*мм 2)/м)/1,5 мм 2 ; R = 1,2 Ом.
Зкон Ома Ток, протекающий через сопротивление, тем больше, чем меньше сопротивление и чем больше напряжение. Расчет электрического тока:
где I - ток в амперах (A); U - напряжение в вольтах (В); R - сопротивление в омах (Ом).
1 Ампер = 1 Вольт / 1 Ом; 1 А = 1 В / 1 Ом.
Пример Какой ток проходит через электроприбор с сопротивлением R = 10 Ом, который подключен к напряжению Uв 6 В и, соответственно, 230 В?
- I=U/R; I=6В/10Ом; I=0,6А.
- I=U/R; I=230В/10Ом; I=23А.
Если прибор с сопротивлением 10 Ом подключен к напряжению в 6 В, то в нем течет ток в 0,6 А. Если этот же прибор подключить к напряжению в 230 В, то ток составит 23 А. Каждый прибор может быть подключен только к тому напряжению, на которое он рассчитан. Допустимое рабочее напряжение указывается на специальной табличке на корпусе прибора (рис. 13). Если прибор предназначен для подключения к напряжению 230 В, то он при 6 В не может нормально работать, ток слишком маленький. Наоборот, предназначенный для работы при напряжении 6 В прибор при подключении к напряжению 230 В будет разрушен, так как ток слишком большой.
Электрическая мощность (Р) Электрическая мощность прибора как при постоянном, так и при переменном токе пропорциональна напряжению U и силе тока I. Мощность также указывается на табличке на корпусе прибора. В случае электромоторов это механическая мощность на валу привода (см. рис. 13).
Рис. 13. Табличка с данными об электромоторе
Электрическая мощность Р - это произведение напряжения на силу тока. Единица мощности - ватт (Вт). Расчет электрической мощности:
где Р - электрическая мощность в Вт; U - электрическое напряжение в В; I- электрический ток в А.
1 ватт = 1 вольт * 1 ампер; 1 Вт = 1 В 1 А
Пример Определить силу тока в нагревательном приборе мощностью 3 кВт, который подключен к напряжению в 230 В. I=P/U; I=3000Вт/230В; I=13,0А.
Если электрические машины или приборы подключаются через удлинитель, например через кабельный барабан, то вследствие сопротивления этого проводника возникает потеря напряжения. Потеря напряжения от счетчика до потребителя может составлять не более 1,5% от номинального напряжения в сети. При номинальном напряжении в 230 В это составляет 3,45 В. В случае электромоторов потеря напряжения в сети может составлять не более 3%. Потери напряжения в сети:
Пример Определить потери напряжения нагревательного прибора мощностью 3 кВт, если он подключен к 50-метровому удлинителю с сопротивлением R - 1,2 Ом.
U=13,0А*1,2Ом; U=15,6В.
Это напряжение недопустимо!
Нагревание кабеля удлинителя соответствует мощности
Р=15,6В*30А; Р= 202,8Вт.
Кроме того, кабель удлинителя нагревается током. Намотанный на барабан кабель удлинителя может быть поврежден теплом электротока. При подключении приборов с большими мощностями провод удлинителя должен быть размотан с барабана на всю его длину.
Электрическая мощность при индуктивных или емкостных сопротивлениях
Индуктивными сопротивлениями являются, например, обмотки электромоторов или катушки, емкостными сопротивлениями являются конденсаторы. При работе этих сопротивлений действительная мощность уменьшается. Это учитывается мощностным коэффициентом cos φ. Электрическая мощность при переменном токе:
Электрическая мощность при трехфазном переменном токе:
P =√3*U*I*cos φ.
При трехфазном переменном токе вследствие образования цепи из трех внешних проводников получается увеличение мощности по сравнению с однофазным переменным током с коэффициентом √3 = 1,172.
Электрическая работа и ее стоимость
Чем больше мощность и чем дольше время работы подключенного прибора, тем больше электрическая работа. Электрическая работа получается как произведение электрической мощности и продолжительности работы. Единицами электрической работы являются ватт * секунда и джоуль, а также крупная единица - киловатт * час.
1 кВт*ч= 3600000Вт*с = 3600000Дж.
Взятая из сети электрическая работа измеряется счетчиком в киловатт-часах (кВт*ч). Стоимость электроэнергии получается из произведения потребленной электрической работы и тарифа на электроэнергию. Наряду со стоимостью электрической работы большинством предприятий по снабжению потребителей электроэнергией рассчитаны твердые расценки. Эти расценки зависят от вида здания и объема установленных электрических мощностей. Расчет стоимости электрической работы:
где W - электрическая работа в киловатт * часах; Р - подключенная мощность в киловаттах; t - продолжительность работы (время) в часах:
1 киловатт * час = 1 киловатту - 1 час; 1 кВт ч = 1 кВт * 1 ч.
Пример Какая стоимость электрической работы получится, если нагревательный прибор с мощностью 2 кВт при тарифе на электроэнергию 0,15 Евро/кВт*ч работает в течение 6 часов?
W=P*t; W = 2кВт*чх6ч; W= 12 кВт*ч.
Стоимость работы =12 кВт*ч х 0,15 Евро / кВт*ч. Стоимость работы = 1,80 Евро.
Распределение электрической энергии
Для распределения электрической энергии применяются провода, предохранители и выключатели. Необходимые для образования замкнутой цепи проводники от места подключения к электроприбору и обратно присоединяются к общей сети с помощью изолированных проводов, называемых также жилами. Для предотвращения механических повреждений провода защищаются специальными коробами, которые содержат третью жилу, которая служит защитным проводником и не находится под током. Местные сети снабжаются электроэнергией с помощью линий высокого напряжения, выключателей и трансформаторов, подключенных к электростанциям. Подключение потребителя к местной сети происходит через кабель или воздушные провода к домашнему шкафу подключения. Этот защищенный пломбами ящик содержит предохранительное устройство для подключения к дому.
Для электрических проводов чаще всего применяют медь из-за ее хорошей электропроводности. Но и медная проволока вследствие ее сопротивления нагревается при протекании по ней тока. Слишком сильный ток может сильно нагреть проводники, повредить изоляцию и привести к пожару. Допустимый для проводника ток может быть превышен при перегрузке или при коротком замыкании. Перегрузка наступает, когда подключенные приборы вместе создают слишком большой ток в цепи. Короткое замыкание - это прямое соединение электрических проводов. При этом сопротивление проводников становится очень малым. Следствием является очень большой ток в сети.
Для того чтобы избежать перегрузки проводов и приборов, они защищаются предохранителями. Предохранителями являются приборы, которые при превышении максимального тока в цепи эту цепь прерывают. Различают плавкие предохранители (рис. 14) и предохранители-автоматы (предохранительные автоматические выключатели) (рис. 16). Плавкие предохранители содержат внутри тонкий проволочный или ленточный плавкий проводник, который при слишком большом токе в сети расплавляется и прерывает цепь (рис. 15). В зависимости от способа отключения различают быстрые, среднемедленные и медленные предохранители. Регулировочная гайка в патроне предохранителя должна воспрепятствовать, чтобы корпус предохранителя не мог быть ввинчен с недопустимо большой силой (см. рис. 15).
Регулировочные гайки и соответствующие патроны предохранителей строго стандартизованы. Регулировочная гайка имеет размер, соответствующий сечению проводника, и может заменяться только специалистами.
Рис. 14. Плавкий предохранитель
Рис. 15. Предохранители и их обозначения
Рис. 16. Предохранительный выключатель мотора с биметаллическим прерывателем
Предохранители электроприборов (тонкие предохранители) служат для защиты измерительных приборов и электроники, например управляющих приборов и приборов в автомобилях. Неисправные предохранители не должны исправляться. На предохранители нельзя ставить «жучки». Защитные выключатели моторов имеют то преимущество, что с их помощью можно включать и отключать мотор и в то же время защитить подключенный мотор от перегрузки. Биметаллическая лента нагревается при слишком большом значении силы тока и с помощью механики отключает мотор (см. рис. 16).
Сетевые предохранительные выключатели (предохранительные автоматы) после произошедшего срабатывания снова могут быть включены. Они имеют магнитный прерыватель, который, например, при коротком замыкании прерывает цепь электрического тока, и биметаллический прерыватель, который действует с задержкой при длительной перегрузке. Если предохранительный автомат отключается с помощью биметаллического прерывателя, он может быть снова включен только после остывания биметаллической полосы (рис. 17).
Рис. 17. Сетевой предохранитель-выключатель
Производственная безопасность и безопасность труда
Несчастные случаи при обращении с электрическим током в большинстве случаев происходят за счет технических недостатков, незнания, легкомыслия или невнимательности. Поэтому знание причин опасностей несчастных случаев и мероприятий по предотвращению несчастных случаев обязательно для всех, принимающих участие в происходящем на стройплощадке.
Действие электрического тока на тело человека Если электроток течет через тело человека, например при касании провода под напряжением, то при превышении определенной величины силы тока мускулатура органов дыхания может быть парализована. При невозможности отсоединения от провода под напряжением могут наступить судороги мускул, нарушения равновесия, остановка дыхания и сердца.
Токи свыше 50 мА и напряжения свыше 50 В опасны для жизни! Поэтому работы с деталями, находящимися под напряжением, строжайше запрещены.
Мероприятия первой помощи при несчастных случаях:
- разорвать цепь;
- освободить дыхательные пути;
- массаж сердца, а также искусственное дыхание;
- немедленный вызов скорой врачебной помощи.
Неисправности электрических установок При нарушениях изоляции в электрических установках может возникнуть короткое замыкание, замыкание на землю, замыкание проводов и замыкание на корпус (рис. 18).
Рис. 18. Короткое замыкание, замыкание на корпус, замыкание на землю, замыкание проводов
Короткое замыкание возникает между двумя находящимися под напряжением электрическими проводами, когда они соприкасаются без изоляции. Включенный в цепь предохранитель отключает возникающий при этом большой ток короткого замыкания. Замыкание на землю возникает при прямой связи одного из находящихся под током проводов с землей или с заземленными деталями. И в этом случае предохранитель отключает ток замыкания на землю.
Замыкание проводов возникает, например, при преступной установке «жучка» на предохранитель, когда установка не может быть отключена. Замыкание на корпус возникает, когда из-за нарушения изоляции напряжение попадает на части установки, которые не должны быть под напряжением, например корпус электрической машины. При этом вначале ток отсутствует, и предохранитель не реагирует. Таким образом, замыкание на корпус при хорошо изолированном основании установки долгое время остается нераспознанным. При соприкосновении с установкой ток течет через человека в землю (рис. 19).
Рис. 19. Опасное напряжение при соприкосновении
Величина этого тока зависит от сопротивления человеческого организма и от проводимости связи человека с землей. Если человек соприкасается с заземлением, например с водопроводными, газовыми трубами или трубами отопления, то через него может идти опасно большой ток (рис. 20).
Рис. 20. Цепь аварийного тока
Защитные мероприятия
Защитное малое напряжение . Там, где имеет место опасность, что человек может соприкасаться с проводами под током, по соображениям безопасности может использоваться только низкое напряжение не более 50 В, например в сварочных аппаратах или в светильниках при работе в резервуарах или тесных пространствах. В детских игрушках напряжение может быть не более 25 В. Во всех установках с рабочим напряжением более 25 В переменного тока или 60 В постоянного тока предписываются другие защитные мероприятия против ударов электротоком.
Защитная изоляция При защитной изоляции все металлические части, которые могут в случае аварии попасть под напряжение, должны быть изолированы с помощью особых мероприятий. Защитная изоляция часто применяется в малых машинах и бытовых электроприборах. В ручных электродрелях с защитной изоляцией, например, пластмассовая шестерня предотвращает токопроводную связь в приводе между мотором и шпинделем сверла. Провод и штекер в приборах, оборудованных защитной изоляцией, делают двухжильными или двухполюсными.
Защитные мероприятия в системе TN В системе TN нейтральный провод N трансформатора напрямую заземляется (Т от французского terre - земля). Корпус и кожух подключенных приборов соединены защитным проводом РЕ (цвет зелено-желтый) с нейтральным проводом (рис. 21). Соединение в случае проводов сечением больше 6 мм2 может осуществляться одним общим проводом PEN (PEN = проводники РЕ и N, соединенные вместе).
Рис. 21. Защита в системе TN
Переносные приборы подключаются к розеткам с помощью защитного контакта - «шуко-штекера» (рис. 22). При этом провод подключения должен быть трехжильным.
Рис. 22. Защитный контакт
Защитный разрыв При защитном разрыве между сетью и электроприбором включается разделительный трансформатор. При этом получают незаземленное напряжение (рис. 23). К разделительному трансформатору можно подключать только один прибор с рабочим током не более 16 А. Защитный разрыв применяется в строительных машинах, как, например, бетономешалки, вибраторы для бетона или машины для мокрого шлифования.
Рис. 23. Защитный разрыв
Защитный выключатель Защитные выключатели обеспечивают наибольшую безопасность для электрических машин. Поэтому многими предприятиями, поставляющими электроэнергию, предписывается применение защитных выключателей от аварийных токов. Таким образом можно контролировать как сети под током, так и отдельные приборы и при возникновении неисправности отключать их (рис. 24).
Пример для вида защиты IP: IP 44 = Защита против проникновения твердых тел диаметром более 1,0 мм. Защита от водяных брызг со всех направлений.
Электрические приборы подразделяются по классам зашиты (табл. 3). Классы защиты показывают, какие защитные мероприятия применяются при установке против прямого и непрямого воздействия на них. Различают защитные классы I, II и III.
Таблица 3. Защитные классы
Защитный класс I, например, содержит все приборы с металлическим корпусом, которые должны иметь присоединительную клемму для проводника РЕ (желто-зеленый защитный провод) с соответствующим обозначением.
Электрические установки на стройплощадках
Все машины и приборы с электрическим приводом на строительной площадке должны быть подключены к центральному электрораспределительному щиту. Центральный электрораспределительный щит должен соответствовать действующим требованиям (VDE 0612). Корпус центрального электрораспределительного щита должен быть из металла или из пластмассы, деревянный шкаф недопустим. В шкафу центрального электрораспределительного щита (шкаф AV) расположено присоединение к сети тока (рис. 25). Кроме того, он содержит счетчик, защитные выключатели F1, предохранители, а также розетки и клеммы.
Рис. 25. Шкаф центрального электрораспределительного щита
Шкаф должен запираться. Особенно важным является безупречное заземление электрораспределительного щита на стройплощадке. Оцинкованные огневым методом ленточные или стержневые заземляющие элементы должны быть соединены с клеммами заземления хорошо изолированными плетеными медными проводами сечением не менее 16 мм 2 . После оборудования стройплощадки необходимо испытать все электрические установки ответственным специалистом на правильность подключения и работы защитных мероприятий. Результаты испытания по соображениям соблюдения закона необходимо оформить в виде протокола испытаний.
На больших строительных площадках целесообразно устанавливать несколько электрораспределительных щитов, чтобы при отключении одного из предохранительных выключателей F1 не отключалась от городской сети вся стройплощадка. Для этой цели применяются также электрораспределительные щиты с несколькими цепями подключения, каждая из который оборудуется своим защитным выключателем F1. Кроме того, применяются распределительные шкафы (шкафы V) без электросчетчиков. Электрические приборы, соединительные розетки и провода должны соответствовать требованиям VDE (VDE - союз немецких электротехников) и должны нести знак о том, что они прошли испытания VDE (рис. 26).
Рис. 26. Знаки испытаний
Розетки . Розетки дня трехфазного тока должны соответствовать международному стандарту на круглые розетки по нормам СЕЕ (СЕЕ - международная комиссия по правилам и экспертизе электротехнических изделий) (рис. 27). Они позволяют применение токов большой силы и возможны в защищенном от водяных брызг и в водонепроницаемом исполнении. Кроме того, они удовлетворяют требованию безопасности, что только вилочно-розеточные системы, рассчитанные на одно напряжение, могут подходить друг к другу.
Рис. 27. Штекер трехфазного тока
На стройплощадке должен быть назначен ответственный за состояние электрических установок, а также его заместитель, которого должны знать все на стройплощадке. Ответственный имеет обязанность ежедневно проверять путем нажатия всех кнопок работу всех защитных выключателей F1, отключать электроустановку после окончания работы и запирать шкаф AV. Работающим на предприятии должны регулярно повторяться следующие правила.
- Неисправные приборы должны немедленно отключаться. Создание, изменение и ремонт электроприборов и установок могут производиться только специалистом-электриком.
- При неисправностях электроустановок или при необычных проявлениях при их работе, как, например, запах пожара, искрение или необычные звуки, установка должна быть отключена. Об этом следует известить ответственного.
- Кабели не должны чиниться, не должны протягиваться через острые края, закапываться в землю или подвергаться растяжению.
- При транспортировке электромашин штекер должен быть вынут из розетки. Переносные приборы после окончания работы должны снова отключаться от сети.
- Приборы с надписью «защищать от влаги» не должны включаться под дождем или храниться вне помещения.
- На электрических машинах и на электронагревательных приборах нельзя развешивать одежду или класть другие предметы.
Цель: познакомить учащихся с действиями электрического тока.
Планируемые результаты:
Предметные:
Учащийся научится:
В процессе урока определять действия электрического тока на проводник.
Учащийся получит возможность научиться:
Анализировать причины возникновения электротравм.
Безопасному поведению с электроприборами.
Метапредметные:
Формирование умений воспринимать, перерабатывать и предъявлять информацию в словесной, образной, символической формах
Развитие монологической речи, умения выражать свои мысли и способности выслушивать собеседника, понимать его точку зрения, признавать право другого человека на иное мнение.
Личностные:
Воспитание убежденности в возможности познания природы, в необходимости разумного использования достижений науки и технологий для дальнейшего развития человеческого общества.
Формирование ценностных отношений друг к другу; к результатам обучения.
Тип урока : урок получения новых знаний
Технология урока : развитие критического мышления
Метод : частично-поисковый
Заранее:
На столы раздаются опорные конспекты для учащихся, которые они будут заполнять, приложение
Оснащение : презентация « Действие электрического тока на проводник »
Ход урока
Этап
Время, мин
Организационный момент:
Приветствие, проверка присутствующих
Активизация познавательного процесса через постановку проблемного вопроса
4
Формулировка темы и цели урока
2
Знакомство с новым материалом
1. Выполнение фронтальной работы «Действие тока на проводник»
2. Анализ особенностей элетротравм
3. Причины действия тока на организм
4. Самостоятельная работа «Электрическая цепь»
5. Действие эл.тока на организм
28
Закрепление
Правила ТБ при работе с электроприборами
10
1
Мы живем во время бурного развития электроэнергетики. Электрические приборы делают нашу жизнь интересней, содержательней, красочней. Они окружают нас повсюду. Мы широко используем электричество в промышленности, сельском хозяйстве, на транспорте, в быту, в медицине. Они стали нашими спутниками. Мы доверяем их нашим детям. Но, несмотря на такое тесное взаимодействие, люди забывают о том, что электроприборы могут стать источником серьезных травм.
И хотя повреждения электрическим током составляет 2-2,5% прочих травм, по количеству летальных исходов и инвалидности они занимают одно из первых мест.
Кто из присутствующих хоть раз в жизни попадал под напряжение?
По какой причине это произошло?
II.
Сравните ваши причины с наиболее часто встречающимися.
Целью нашего урока станет ликвидация пробелов знаний по вопросам действия электрического тока на организм.
Слайд №2
Мы рассмотрим причины действия тока на организм, реакцию организма на прохождения тока и особое внимание уделим технике электробезопасности.
Как можно сформулировать тему нашего урока?
Слайд №3
Тема урока: действие электрического тока на проводник.
Слайд 4
III.
Электрический ток оказывает на проводник различные действия, которые мы используем на практике.Эти действия вы должны отметить у себя в опорном конспекте.
(Тепловое) Эл.ток нагревает проводник.
Слайд 5
Какое действие тока используется при работе данных приборов?
(Магнитное) Вокруг проводника с током образуется магнитное поле.
Слайд 6
Какое действие тока используется при работе данных приборов?
(Механическое) Действительно, эл. ток способен вызывать движение проводника
Слайд 7
Какое действие тока используется при работе данных приборов?
(Химическое) Действительно, под действием эл.тока протекают некоторые химические реакции; электролиз, который мы будем проходить позже
Слайд 8
Какое действие тока используется при работе данных приборов?
(биологическое) Действительно, эл.ток оказывает действие на живой организм
Слайд 9
Т.о. мы зафиксировали следующие действия тока на проводник: тепловое, магнитное, механическое, химическое, биологическое. С первой четверкой мы с вами еще встретимся на уроках физики, познакомимся с их закономерностями.
Слайд 10
Сегодня мы подробно поговорим о последнем свойстве.
Электрический ток оказывает действие на живой организм. Это действие может быть положительным и отрицательным. Из положительных примеров мы можем отметить тот факт, что ток может оказывать лечебное действие на организм, это широко используется в лечебных учреждениях (например, в физ.кабинетах).
Но есть еще другая, отрицательная сторона.
Электрический ток, как причина травм отличается рядом особенностей, незнание которых и приводит к риску получение электротравмы даже взрослыми, образованными людьми.
Возможные особенности представлены в вашем опорном конспекте. Вы должны ознакомиться с материалом и оценить его (согласиться или нет).
(Задание 1)
электрический ток незрим, не имеет ни запаха, ни цвета, действует бесшумно, а поэтому не обнаруживается органами чувств до начала его действия на организм.
невозможно без специальных приборов определить наличие напряжения в проводниках;
электрический ток может оказывать повреждающее действие не только при непосредственном соприкосновении с ним, но и через предметы, которые человек держит в руках и даже на расстоянии; разрядом через воздух и через землю;
при действии электрического тока может наблюдаться несоответствие между тяжестью поражения и длительностью его воздействия, и даже случайное точечное прикосновение к токоведущей части электрической установки за долю секунды может вызвать значительные повреждения;
источником поражения могут быть предметы, никакого отношения к электрической установке не имеющие.
Давайте проверим результаты вашей работы.
Если появятся вопросы, отметьте их у себя, спросите в конце урока (если не получите ответа в ходе урока)
Слайд 11
Почему эл.ток может действовать на организм? Потому что организм является проводником.
Наилучшую электропроводимость имеют спинномозговая жидкость, сыворотка крови, несколько меньшую - цельная кровь и мышечная ткань. Значительно меньше электропроводимость тканей внутренних органов, а также мозговой (нервной), жировой и соединительной тканей. Плохими проводниками, то есть диэлектриками, являются роговой слой кожи, связки и сухожилия и особенно костная ткань без надкостницы.
Слайд 12
Для того, чтобы ток пошел через проводник, нужно чтобы тот стал частью электрической цепи.
Вы видите на слайде возможные пути прохождения тока через организм.
Слайд 13
Выполните задание №2, используя картинки в Приложении 1, соотнесите номера примеров с буквой схемы (не все картинки имеют предложенную схему)
Проверяем
На какие группы можно разбить оставшиеся картинки?
На две (3, 5, 10 и 6)
Менее 3
4-6
7-10
11-12
«2»
«3»
«4»
«5»
Поставьте себе оценку по критериям, которые представлены в опорном конспекте.
Слайд 17
Рассмотрим действия, которые может оказывать эл. ток на организм.
Тепловое действие.
Как вы это понимаете?
Слайд 18
Действительно, ток при прохождении через организм часть своей энергии превращает в тепловую.
В результате возникают поражения кожи - знаки тока (электрометки ) - участки круглой или овальной формы, серовато-белого цвета, твердой консистенции, окаймленные возвышением, западением в центре. Иногда электрометки представляют собой ссадины, поверхностные раны с обугленными краями. Иногда - очаги разрушения, идущие в глубину наподобие огнестрельной раны, в которой ткани размозжены, оторваны. Знаки тока обнаруживаются в 70-75%. Могут быть ожоги кожных покровов всех степеней вплоть до обугливания, расплавления костной ткани.
Щелчок
Химическое действие.
Как вы это понимаете?
Слайд 19
Ткани человеческого организма более чем на половину состоят из воды, а некоторые из них (например, мозг) состоят из воды более чем на 80%. Поэтому в общем виде организм человека можно рассматривать как электролит, в котором имеется много молекул, находящихся в ионизированном состоянии.
Химическое действие тока проявляется в том, что ток, преодолев сопротивление кожных покровов, пронизывая ткани, вызывает поляризацию клетки, что меняет ее функционал.
Все это приводит к образованию новых соединений, ткани отмирают.
Например, разрушается оболочка эритроцитов. Кровь становится прозрачной, «лаковой».
Меняется плотность и вязкость крови.
Щелчок
Механическое действие.
Как вы это понимаете?
Слайд 20
Механическое действие тока может осуществляться двумя путями:
посредством прямого перехода электроэнергии в механическую. П оявляющиеся судороги мышц могут привести к разрыву тканей, сосудов, кожи.
Происходит расслоение тканей, даже отрыв частей тела, образование ран типа резаных, переломы костей, вывихи суставов, травмы черепа, сотрясения мозга и т.д.
Совместное действие тепловой и механической энергии оказывает взрывоподобный эффект, повышенное давление воздушных масс может отбросить человека в сторону.
Щелчок
Биологическое действие.
Как вы это понимаете?
Слайд 21
Биологическое действие тока заключается в его воздействии на нервную систему.
Возникают судороги скелетных и гладких мышц. Может произойти остановка дыхания и сердцебиения.
Под воздействием тока органы внутренней секреции выбрасывают в большом количестве адреналина, изменяются соматические функции: артериальное давление, частота сердцебиения уровень сахара в крови.
Щелчок
Итак, как вы видите, ток оказывает серьезное поражающее действие на организм. Для того, чтобы их не допустить человек должен избегать самой возможности ситуации, когда он может попасть под напряжение. Часть таких примеров вы уже увидели при выполнении задания.
Слайд 22
Результат действия электрического тока на организм зависит от множества факторов.
Два человека, находясь в одних и тех же условиях, попав под напряжение одного и того же прибора могут получить разные по тяжести поражения.
И наоборот, один и тот же человек, попадая в одну и ту же ситуацию, может получить разные травмы.
Слайд 23
IV.
Сейчас мы с помощью плакатов вспомним с вами некоторые правила безопасности.
Работа будет индивидуальная. По очереди называете правило и объясняете его.
Слайд 24
Слайд 25
Слайд 26
Слайд 27
Важно знать, что попасть под напряжение можно и не касаясь токоведущих частей, а только приблизившись к ним. В воздушном пространстве, между электроустановкой и телом человека, возникнет электрическая дуга и нанесет несовместимые с жизнью ожоги.
Пример. Подросток влез на металлическую опору ВЛ, чтобы палкой спугнуть с нее голубя. Приблизившись к проводу, он был смертельно поражен током.
Слайд 28
К печальным последствиям приводят игры вблизи воздушных линий электропередачи и трансформаторных подстанций.
Пример. Ребята из озорства сделали наброс тонкой проволоки на один из проводов воздушной линии электропередачи. Проволока провисла так, что ее конец оказался на высоте 1,5 метра от земли. Проходивший мимо мужчина, который вел за руку пятилетнего сына, не заметил проволоку и коснулся ее головой. И он, и ребенок погибли.
Слайд 29, 30
П ример . Юноша возвращался с рыбалки, проходя под воздушной линией электропередачи, коснулся провода удилищем и погиб.
Опасно останавливаться на отдых вблизи подстанций и воздушных линий электропередачи.
Пример. Семья отдыхала на берегу реки, поставив палатку под воздушной линией электропередачи.
От ветра дерево упало на провода, один оборвало, и он упал на землю неподалеку от 15летней девушки, которая загорала возле палатки. Девушка погибла, как и ее мать, которая пыталась приблизиться к телу дочери.
Слайд 31
Пример. Подросток близко подошел к оборванному проводу линии электропередачи, лежавшему на земле. Не коснувшись провода, он попал под «шаговое» напряжение и потерял сознание.
Нужно твердо помнить: опасно подходить к проводу, лежащему на земле, ближе чем на 8 метров.
Слайд 32, 33
Если оказались вблизи и поздно это заметили, ни в коем случае нельзя прыгать или бежать – можно попасть под действие шагового напряжения. При попадании под шаговое напряжение возникают непроизвольные судороги мышц ног, человек падает и, как следствие, бывает смертельно поражен током.
При подозрении на шаговое напряжение надо покинуть опасную зону минимальными шажками, не отрывая от земли ступни, а пятку шагающей ноги приставлять к носку опорной ноги.
Нельзя приближаться бегом или обычным шагом к лежащему проводу или пораженному током человеку.
Вода является проводником электрического тока. Она, как и металлические предметы, является мостом, через который электричество перебирается на человека. Если вы прикасаетесь к включенному электроприбору мокрыми руками, то рискуете получить удар током. Запомните: Перед тем как включать, выключать или еще что-либо делать с электроприбором, руки надо вытереть насухо!
Слайд 34, 35
Какие правила вы можете добавить?
Стоит обращать внимание на предупреждающие знаки, которые размещены на опорах воздушных линий, ограждениях и дверях электроустановок.
Слайд 36
Ну и напоследок поговорим, как правильно оказывать первую помощь человеку, который попал под напряжение.
Часто сам человек не может освободиться от проводов с током, т.к. электрический ток вызывает судорожное сокращение мышц, или пострадавший теряет сознание. Сначала надо отсоединить человека от токонесущих проводов. Для этого надо выключить ток или вывернуть предохранители, стоящие около счетчика. Если выключатель далеко, то надо деревянной палкой (непроводящим предметом) оттащить его от провода. Под ногами должен быть изолирующая поверхность: резиновый коврик, сухие доски или линолеум. Оттаскивать пострадавшего от проводов голыми руками можно только за концы сухой одежды и одной рукой. Нельзя касаться соединенных с землей. проводящих предметов!
Затем пострадавшего надо положить на спину и вызвать врача.
Слайд 37
Сегодня на уроке мы узнали, какое действие ток может оказывать на проводник, особое внимание уделили действию тока на организм. Расставили акценты в безопасном обращении с эл. приборами.
Все вы работали очень активно. Оцените свое настроение на конец урока и отметьте в опорном конспекте в колонке «рефлексия». А также оцените работу на уроке своих товарищей. Фамилии особенно активных отразите в другой колонке.
В конце урока я хочу подарить каждому памятку по ТБ.
Слайд 38, 39
Домашнее задание: §102
Дополнительная литература:
Интернет-ресурсы:
портал о безопасном электричестве
фотоальбом _электричество опасно
Ливенцев Н. М. Курс физики: Учеб. для вузов. В 2-х т. - М.: Высшая школа, 1978. - 336 с.
Ремизов А. Н. Медицинская и биологическая физика: Учеб. для мед. спец. Вузов. - М.: Высшая школа, 1999. - 616 с.
Электрический ток невидим, его невозможно дистанционно обнаружить без приборов, поэтому воздействие его на человека всегда неожиданно.
Электротравматизмпо сравнению с другими видами производственного травматизма составляет небольшой процент (2 - 3 %), однако по числу травм с тяжелым исходом занимает одно из первых мест.
Причинами поражения электрическим током обычно являются: прикосновение к токоведущим частям электроустановок, находящимся под напряжением; прикосновение к отключенным токоведущим частям, на которых напряжение может иметь место в случаях: наличия остаточного заряда; ошибочного включения электроустановки или несогласованных действий обслуживающего персонала; прикосновения к металлическим нетоковедущим частям или связанного с ними электрооборудования (корпуса, кожуха, ограждения) в случае перехода на них заряда с токоведущих частей (пробой); поражение шаговым напряжением при пребывании человека в поле растекания электрического тока в случае замыкания на землю.
Ток, проходящий через тело человека, действует на организм не только в местах контакта и путях протекания тока, но также и на кровеносную, дыхательную и сердечно - сосудистую системы.
Виды травм, связанных с воздействием электрической энергии на человека, могут быть различны по тяжести и зависят от ряда факторов, в том числе от строения организма, напряжения, рода и частоты тока, длительности действия тока и пути его протекания, схемы включения тела человека в электрическую цепь, условий окружающей среды.
Проходя через организм человека, электрический ток оказывает термическое, электролитическое, биологическое, механическое и световое действие.
Термическое действие токавызывает нагрев и ожоги участков тела.
Электролитическое действие токазаключается в электролитическом разложении жидкостей в организме человека, в том числе и крови.
Биологическое действие токапроявляется в раздражении и возбуждении живых тканей и сопровождается непроизвольным судорожным сокращением мышц легких и сердца. Это ответные реакции организма, которые обусловлены нарушением биоэлектрических процессов, протекающих в организме человека.
Механическое действиеприводит к разрыву тканей организма.
Световое действие приводит к поражению глаз.
Различают два вида поражения электрическим током: электрические травмы и электрический удар.
Электрическая травма - местное поражение тканей и органов электрическим током: ожоги, электрические знаки, электрометаллизация кожи, поражение глаз воздействием на них электрической дуги (электроофтальмия), механические повреждения.
Электрический ожог - это повреждения поверхности тела или внутренних органов под действием электрической дуги или больших токов, проходящих через тело человека.
Электрические знаки- это поражения кожи в местах соприкосновения с электродами круглой или эллиптической формы, серого или бело-желтого цвета с резко очерченными гранями диаметром 5-10 мм. Они вызываются механическим и химическим действиями тока. Иногда появляются спустя некоторое время после прохождения электрического тока. Знаки безболезненны, вокруг них не наблюдается воспалительных процессов. В месте поражения появляется припухлость. Небольшие знаки заживают благополучно, при больших размерах знаков часто происходит омертвение тела (чаще рук).
Электрометаллизация кожи - это пропитывание кожи мельчайшими частицами металла вследствие его разбрызгивания и испарения под действием тока, например при горении дуги. Поврежденный участок кожи приобретает жесткую шероховатую поверхность, а пострадавший испытывает ощущение присутствия инородного тела в месте поражения.
Электроофтальмия- это воспаление наружных оболочек глаз, возникающее под воздействием мощного потока ультрафиолетовых лучей. Такое облучение возможно при образовании электрической дуги (короткое замыкание), которая интенсивно излучает не только видимый свет, но и ультрафиолетовые и инфракрасные лучи.
Электроофтальмия обнаруживается спустя 2 - 6 часов после ультрафиолетового облучения. При этом наблюдаются покраснение и воспаление слизистых оболочек век, слезотечение, гнойные выделения из глаз, спазмы век и частичное ослепление. Пострадавший испытывает сильную головную боль и резкую боль в глазах, усиливающуюся при свете, у него возникает так называемая светобоязнь.
В тяжелых случаях воспаляется роговая оболочка глаза и нарушается ее прозрачность, расширяются сосуды роговой и слизистой оболочек, суживается зрачок. Болезнь продолжается обычно несколько дней.
Механические повреждения возникают вследствие резких непроизвольных судорожных сокращений мышц под действием тока, проходящего через тело человека. В результате могут произойти разрывы кожи, кровеносных сосудов и нервной ткани, а также вывихи суставов и даже переломы костей.
Электрический удар - это возбуждение живых тканей организма проходящим через них электрическим током, сопровождающееся непроизвольными судорожными сокращениями мышц. Степень отрицательного воздействия этих явлений на организм может быть различна.
Небольшие токи вызывают лишь неприятные ощущения. При токах, превышающих 10-15 мА, человек не способен самостоятельно освободиться от токоведущих частей и действие тока становится длительным (неотпускающий ток). При токе, равном 20-25 мА (50 Гц), человек начинает испытывать затруднение дыхания, которое усиливается с ростом тока. При действии такого тока в течение нескольких минут наступает удушье. При длительном воздействии токов величиной несколько десятков миллиампер и времени действия 15-20 секунд могут наступить паралич дыхания и смерть. Токи величиной 50-80 мА приводят к фибрилляции сердца, т.е. беспорядочному сокращению и расслаблению мышечных волокон сердца, в результате чего прекращается кровообращение и сердце останавливается. Действие тока величиной 100 мА в течение 2-3 с приводит к смерти (смертельный ток).
Световая среда
Основной задачей производственного освещения является поддержание на рабочем месте освещенности, соответствующей характеру зрительной работы. Правильно спроектированное и рационально выполненное освещение оказывает положительное психофизиологическое воздействие на работающих, способствует повышению эффективности и безопасности труда, снижению утомляемости и травматизма, сохранению высокой работоспособности.
Постоянное или систематически длительное пребывание в рабочей зоне, имеющей отклонения от нормативных показателей световой среды, оказывает вредное воздействие на здоровье и работоспособность человека.
К основным вредным факторам световой среды относятся:
Отсутствие или недостаточность естественной освещенности;
Недостаточная искусственная освещенность;
Чрезмерная яркость;
Прямой и отраженный слепящий блеск;
Пульсация освещенности;
Изменяющаяся яркость;
Наличие резких теней.
Недостаточная освещенность (как естественная, так и искусственная) является следствием несоблюдения нормативов освещенности, неподдержания на рабочих местах освещенности, соответствующей характеру зрительной работы. При напряженной зрительной работе это приводит к повышенной утомляемости, возникновению головных болей, ухудшению зрения.
Источниками меняющейся яркости света и пульсации светового потока являются мониторы, на которых резко изменяется яркость экрана. Перевод взгляда с ярко освещенной на слабо освещенную поверхность вынуждает глаз адаптироваться. Неправильно установленные мониторы, экраны которых, например, находятся на фоне освещенного солнцем окна, создают те же негативные эффекты. Некачественная или неисправная аппаратура газоразрядных ламп также инициирует пульсацию света.
Частая адаптация глаз может вызывать зрительное утомление, головные боли, гипертонию, отклонения в психике, снижение работоспособности. Длительная работа в условиях частой адаптации зрения может привести к снижению остроты зрения. Поэтому в процессе труда следует избегать резкой и частой смены яркостей и наличия в поле зрения различающихся по яркости поверхностей.
Источниками слепящей яркости света могут быть установленные в помещении светильники с необоснованно мощными источниками света, свет неправильно установленных прожекторов на территориях станций.
Электрический ток в цепи всегда проявляется каким-нибудь своим действием. Это может быть как работа в определенной нагрузке, так и сопутствующее действие тока. Таким образом, по действию тока можно судить о его наличии или отсутствии в данной цепи: если нагрузка работает - ток есть. Если типичное сопутствующее току явление наблюдается - ток в цепи есть, и т. д.
Вообще, электрический ток способен вызывать различные действия: тепловое, химическое, магнитное (электромагнитное), световое или механическое, причем разного рода действия тока зачастую проявляются одновременно. Об этих явлениях и действиях тока и пойдет речь в данной статье.
Тепловое действие электрического тока
При прохождении постоянного или переменного электрического тока по проводнику, проводник нагревается. Такими нагревающимися проводниками в разных условиях и приложениях могут выступать: металлы, электролиты, плазма, расплавы металлов, полупроводники, полуметаллы.
В простейшем случае, если, скажем, через нихромовую проволоку пропустить электрический ток, то она нагреется. Данное явление используется в нагревательных приборах: в электрочайниках, в кипятильниках, в обогревателях, электроплитках и т. д. В электродуговой сварке температура электрической дуги вообще доходит до 7000°С, и металл легко плавится, - это тоже тепловое действие тока.
Выделяемое на участке цепи количество теплоты зависит от приложенного к этому участку напряжения, значения протекающего тока и от времени его протекания ().
Преобразовав закон Ома для участка цепи, можно для вычисления количества теплоты использовать либо напряжение, либо силу тока, но тогда обязательно необходимо знать и сопротивление цепи, ведь именно оно ограничивает ток, и вызывает, по сути, нагрев. Или, зная ток и напряжение в цепи, можно так же легко найти количество выделяемой теплоты.
Химическое действие электрического тока
Электролиты, содержащие ионы, под действием постоянного электрического тока - это и есть химическое действие тока. К положительному электроду (аноду) в процессе электролиза притягиваются отрицательные ионы (анионы), а к отрицательному электроду (катоду) - положительные ионы (катионы). То есть вещества, содержащиеся в электролите, в процессе электролиза выделяются на электродах источника тока.
Например, в раствор определенной кислоты, щелочи или соли погружают пару электродов, и при пропускании электрического тока по цепи на одном электроде создается положительный заряд, на другом - отрицательный. Ионы содержащиеся в растворе начинают откладываться на электроде с противоположным зарядом.
Скажем, при электролизе медного купороса (CuSO4), катионы меди Cu2+ с положительным зарядом движутся к отрицательно заряженному катоду, где они получают недостающий заряд, и становятся нейтральными атомами меди, оседая на поверхности электрода. Гидроксильная группа -OH отдаст электроны на аноде, и в результате выделится кислород. Положительно заряженные катионы водорода H+ и отрицательно заряженные анионы SO42- останутся в растворе.
Химическое действие электрического тока используется в промышленности, например, для разложения воды на составляющие ее части (водород и кислород). Также электролиз позволяет получать некоторые металлы в чистом виде. С помощью электролиза покрывают тонким слоем определенного металла (никеля, хрома) поверхности - это и т.д.
В 1832 году Майкл Фарадей установил, что масса m вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна электрическому заряду q, прошедшему через электролит. Если через электролит пропускается в течение времени t постоянный ток I, то справедлив первый закон электролиза Фарадея:
Здесь коэффициент пропорциональности k называется электрохимическим эквивалентом вещества. Он численно равен массе вещества, выделившегося при прохождении через электролит единичного электрического заряда, и зависит от химической природы вещества.
При наличии электрического тока в любом проводнике (в твердом, жидком или газообразном) наблюдается магнитное поле вокруг проводника, то есть проводник с током приобретает магнитные свойства.
Так, если к проводнику, по которому течет ток, поднести магнит, например в виде магнитной стрелки компаса, то стрелка повернется перпендикулярно проводнику, а если намотать проводник на железный сердечник, и пропустить по проводнику постоянный ток, то сердечник станет электромагнитом.
В 1820 году Эрстед открыл магнитное действие тока на магнитную стрелку, а Ампер установил количественные закономерности магнитного взаимодействия проводников с током.
Магнитное поле всегда порождается током, то есть движущимися электрическими зарядами, в частности - заряженными частицами (электронами, ионами). Противоположно направленные токи взаимно отталкиваются, однонаправленные токи взаимно притягиваются.
Такое механическое взаимодействие происходит благодаря взаимодействию магнитных полей токов, то есть это, в первую очередь, - магнитное взаимодействие, а уж потом - механическое. Таким образом, магнитное взаимодействие токов первично.
В 1831 году, Фарадей установил, что изменяющееся магнитное поле от одного контура порождает ток в другом контуре: генерируемая ЭДС пропорциональна скорости изменения магнитного потока. Логично, что именно магнитное действие токов используется по сей день и во всех трансформаторах, а не только в электромагнитах (например, в промышленных).
В простейшем виде световое действие электрического тока можно наблюдать в лампе накаливания, спираль которой разогревается проходящим через нее током до белого каления и излучает свет.
Для лампы накаливания на световую энергию приходится около 5% от подведенной электроэнергии, остальные 95% которой преобразуется в тепло.
Люминесцентные лампы более эффективно преобразуют энергию тока в свет - до 20% электроэнергии преобразуется в видимый свет благодаря люминофору, принимающему от электрического разряда в парах ртути или в инертном газе типа неона.
Более эффективно световое действие электрического тока реализуется в светодиодах. При пропускании электрического тока через p-n переход в прямом направлении, носители заряда - электроны и дырки - рекомбинируют с излучением фотонов (из-за перехода электронов с одного энергетического уровня на другой).
Лучшие излучатели света относятся к прямозонным полупроводникам (то есть к таким, в которых разрешены прямые оптические переходы зона-зона), например GaAs, InP, ZnSe или CdTe. Варьируя состав полупроводников, можно создавать светодиоды для всевозможных длин волн от ультрафиолета (GaN) до среднего инфракрасного диапазона (PbS). КПД светодиода как источника света доходит в среднем до 50%.
Как было отмечено выше, каждый проводник, по которому течет электрический ток, образует вокруг себя . Магнитные действия превращаются в движение, например, в электродвигателях, в магнитных подъемных устройствах, в магнитных вентилях, в реле и т. д.
Механическое действие одного тока на другой описывает закон Ампера. Впервые этот закон был установлен Андре Мари Ампером в 1820 для постоянного тока. Из следует, что параллельные проводники с электрическими токами, текущими в одном направлении, притягиваются, а в противоположных - отталкиваются.
Законом Ампера называется также закон, определяющий силу, с которой магнитное поле действует на малый отрезок проводника с током. Сила, с которой магнитное поле действует на элемент проводника с током, находящегося в магнитном поле, прямо пропорциональна току в проводнике и векторному произведению элемента длины проводника на магнитную индукцию.
На этом принципе основана , где ротор играет роль рамки с током, ориентирующейся во внешнем магнитном поле статора вращающим моментом M.
«Работа и мощность тока» - Джеймс Джоуль. Джеймс Уатт. Работа электрического тока. Ваттметр – прибор для измерения мощности. Мощность электрического тока –работа, которую совершает ток за единицу времени. Научиться применять формулы при решении задач. A=P*t. Научиться определять мощность и работу тока. Работа и мощность электрического тока.
«Постоянный электрический ток» - Поле вектора не имеет источника. Сила тока является скалярной величиной и алгебраической, а знак определяется выбором направления нормали к поверхности S. Сначала введем количественные характеристики электрического тока. Заряженные объекты являются причиной не только электростатического поля, но еще и электрического тока.
«Классическая электродинамика» - Работа и мощность тока. Закон Ома. Средняя скорость. Сила тока. Электродинамика. Электрический ток. Последовательное и параллельное соединение проводников. Правила Кирхгофа. Электрический ток в полупроводниках. Электрический ток в металлах. Отношение. Немецкий физик. Специальные приборы. Проводник. Физическая величина.
«Постоянный ток» - Узлы кристаллической решетки металла. Сила тока. Условные обозначения. Взаимодействие между проводником с током и магнитом. Электрическое поле. Упорядоченное перемещение электронов. Направление электрического тока. Магнитное действие тока. Упорядоченное движение заряженных частиц. Схемы. Источники тока.
Состав гальванического элемента. Внешний вид установки. Универсальный блок питания. Первая электрическая батарея. Принцип работы источника тока. Современный мир. Домашний проект. Из нескольких гальванических элементов можно составить батарею. Классификация источников тока. Вольтов столб. Герметичные малогабаритные аккумуляторы.
««Электрический ток» 8 класс» - Измерение напряжения. Алессандро Волта. Амперметр. Напряжение. Сопротивление прямо пропорционально длине проводника. Сила тока. Ампер Андре Мари. Вольтметр. Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению. Применение электрического тока. Ом Георг. Электрический ток. Определение сопротивления проводника.
Всего в теме 19 презентаций
