Dane INFORMACYJNE

2. Dane INFORMACYJNE • Nazwa szkoły: Gimnazjum nr 1 w Gostyniu • ID grupy: 98/70_MF_G1 • Opiekun: Barbara Pietrzak • Kompetencja: matematyczno - fizyczna • Temat projektowy: Prąd elektryczny • Semestr/rok szkolny: Semestr III, 2010/2011

3. Plan prezentacji • Pojęcie prądu elektrycznego. • Źródła napięcia: • źródła chemiczne: • ogniwo Volty • ogniwo Leclanchégo • ogniwa słoneczne • Pojęcie prądu stałego. • Pojęcie prądu przemiennego. • Prąd stały i przemienny – wykresy. • Prądnice. • Rodzinna podstacja transformatorowa.

4. Plan prezentacji Cd. • Powstawanie piorunów. • Prawo Ohma. • I prawo Kirchhoffa. • Bezpieczniki. • Bezpieczne korzystanie z instalacji elektrycznej. • Wykorzystanie fizyki w medycynie: • magnetoterapia • elektroencefalografia • elektromiografia • elektroforeza • elektrokardiografia

5. Plan prezentacji Cd. • Ciekawostki. • Zadania rachunkowe. • Doświadczenia wykonane w szkolnej pracowni fizycznej: • pomiar napięcia i natężenia prądu, • I prawo Kirchhoffa, • badanie przewodnictwa elektrycznego owoców.

6. Plan prezentacji Cd. • Doświadczenia wykonane w pracowni elektrycznej Zespołu Szkół Zawodowych: • udział w prezentacji o prądzie elektrycznym, • badanie przebiegu zmian napięcia prądu przemiennego za pomocą oscyloskopu, • doświadczenia z wykorzystaniem transformatora, • sprawdzanie słuszności I prawa Kirchhoffa, • badanie silników indukcyjnych. • Makieta przedstawiająca elementy obwodów elektrycznych i odpowiadające im symbole graficzne. • Bibliografia. • Efekty pracy.

7. Prąd elektryczny Prąd elektryczny to uporządkowany ruch ładunków elektrycznych, w przewodnikach - elektronów swobodnych, a w cieczach i gazach - jonów.

8. Źródła prądu • Źródło prądu – urządzenie, które dostarcza energię elektryczną do zasilania innych urządzeń elektrycznych. • Źródło prądu może wytwarzać energię elektryczną kosztem innych form energii, np.: • chemicznej (ogniwo chemiczne) • cieplnej (zjawisko Seebecka) • mechanicznej (prądnica) • świetlnej (fotoogniwo)

9. Źródła chemiczne- ogniwo Volty • Ogniwo Volty - w pierwotnej wersji to stos monet z dwóch różnych metali, z których co druga para jest przełożona bibułą nasączoną elektrolitem, np. roztworem soli kuchennej. Inna oryginalna konstrukcja Volty to ogniwo składające się z szeregu naczyń szklanych z kwasem, połączonych za pomocą miedzianych i cynkowych blaszek.

10. Źródła chemiczne - Ogniwo LeclanchÉgo • Ogniwo Leclanchégo – najpopularniejsze ogniwo galwaniczne występujące powszechnie w handlu np. jako popularne tzw. baterie okrągłe (różnej wielkości, oznaczane symbolami R3/AAA, R6/AA , R10, R14, R20 - o napięciu 1,5 V lub baterie płaskie - o napięciu 4,5 V, czyli trzy ogniwa połączone szeregowo). Powszechnie (i błędnie) używana nazwa bateria wynika z tego, że kiedy upowszechniał się sprzęt z zasilaniem bateryjnym, wymagane były napięcia możliwe do uzyskania jedynie z kilku ogniw (czyli baterii). Wtedy też najpopularniejszą formą, w jakiej spotykano ogniwa, była wspomniana bateria płaska.

11. Źródła chemiczne - Ogniwo LeclanchÉgo • 1 - zbiornik2 - porowaty pojemnik ze sproszkowanym tlenkiem manganu(IV)3 - roztwór chlorku amonu4 - elektroda węglowa5 - elektroda cynkowa Ogniwo zostało opracowane w roku 1866 przez francuskiego chemika Georges'a Leclanchégo.

12. Źródła chemiczne - akumulator • Akumulator elektryczny – rodzaj ogniwa galwanicznego, które może być wielokrotnie użytkowane i ładowane prądem elektrycznym. Wszystkie rodzaje akumulatorów elektrycznych gromadzą i później uwalniają energię elektryczną dzięki odwracalnym reakcjom chemicznym zachodzącym w elektrolicie oraz na styku elektrolitu i elektrod.

13. Źródła chemiczne - akumulator • W akumulatorach występują dwa cykle pracy: • • ładowanie – w czasie którego akumulator jest odbiornikiem energii elektrycznej, wewnątrz akumulatora energia elektryczna jest przetwarzana na energię chemiczną, • • praca – akumulator jest źródłem prądu elektrycznego na skutek przemiany energii chemicznej na energię elektryczną; rezultatem pracy jest stopniowe rozładowywanie akumulatora.

14. ogniwa słoneczne • Ogniwo słoneczne, ogniwo fotowoltaiczne, ogniwo fotoelektryczne, fotoogniwo – to element półprzewodnikowy, w którym następuje przemiana energii promieniowania słonecznego (światła) w energię elektryczną w wyniku zjawiska fotowoltaicznego, czyli poprzez wykorzystanie półprzewodnikowego złącza typu p-n, w którym pod wpływem fotonów półprzewodnika elektrony przemieszczają się do obszaru n, a dziury do obszaru p. Takie przemieszczenie ładunków elektrycznych powoduje pojawienie się różnicy potencjałów, czyli napięcia elektrycznego. Ogniwo słoneczne zasilające telefon komórkowy uczestnika projektu

15. Ogniwa słoneczne Domowe fotoogniwa uczestniczki projektu

16. Prąd stały • Prąd stały – w odróżnieniu od prądu zmiennego i przemiennego prąd stały charakteryzuje się stałą wartością natężenia oraz kierunkiem przepływu. Zaletą prądu stałego jest to, że w przypadku zasilania takim prądem wartość chwilowa dostarczanej mocy jest stała, co ma duże znaczenie dla wszelkich układów wzmacniania i przetwarzania sygnałów. Większość półprzewodnikowych układów elektronicznych zasilana jest prądem stałym (a przynajmniej napięciem stałym). Główną zaletą takiego rozwiązania jest to, że urządzenia zawierające układy elektroniczne mogą być zasilane bezpośrednio z przenośnych źródeł energii (baterii lub akumulatorów).

17. Prąd przemienny • Prąd przemienny – charakterystyczny przypadek prądu elektrycznego okresowo zmiennego, w którym wartości chwilowe podlegają zmianom w powtarzalny, okresowy sposób, z określoną częstotliwością. Wartości chwilowe natężenia prądu przemiennego przyjmują naprzemiennie wartości dodatnie i ujemne (stąd nazwa przemienny). Najczęściej pożądanym jest, aby wartość średnia całookresowa (tzn. składowa stała) wynosiła zero. Stosunkowo największe znaczenie praktyczne mają prąd i napięcie o przebiegu sinusoidalnym. Dlatego też, w żargonie technicznym, często nazwa prąd przemienny oznacza po prostu prąd sinusoidalny.

18. Prąd stały i przemienny - wykresy

19. prądnice • Prądnica, będąc szczególnym przypadkiem maszyny elektrycznej i generatora elektrycznego, jest urządzeniem przekształcającym energię mechaniczną w energię elektryczną. Wytwarzanie energii elektrycznej zachodzi w prądnicach dzięki zjawisku indukcji elektromagnetycznej. Odbywa się to na skutek względnego ruchu przewodnika i zewnętrznego pola magnetycznego. • Ze względu na rodzaj wytwarzanego napięcia prądnice dzieli się na: • •prądu przemiennego • •prądu stałego

20. Prądnica prądu przemiennego

21. Rodzinna podstacja TRANSFORMATOROWA • W Grabonogu, oddalonym o 2 km od naszej szkoły, znajduje się transformator jednej z pobliskich firm, która produkuje systemy instalacyjne z tworzyw sztucznych. Współwłaścicielami zakładu są rodzice jednej z uczestniczek naszego projektu. • Transformator jest urządzeniem elektrycznym przeznaczonym do zamiany układu napięć i prądów przemiennych na układ napięć i prądów o innych z reguły wartościach, lecz takiej samej częstotliwości. Zmiana ta odbywa się za pośrednictwem pola magnetycznego. • Energia elektryczna jest wykorzystywana do różnego rodzaju maszyn, a także oświetleń.

22. Rodzinna podstacja TRANSFORMATOROWA • Na tym slajdzie opisaliśmy dostarczanie prądu elektrycznego przy użyciu transformatora do fabryki: Z rozdzielni prądu w Krotoszynie i Lesznie energia elektryczna o napięciu nie przekraczającym 25kV, przy natężeniu prądu rzędu tysięcy amperów, dociera do transformatora o mocy 11000kV. Przesyłanie energii o takich parametrach byłoby związane z ogromnymi stratami, gdyż ubytek energii w linii jest tym większy, im większe jest natężenie płynącego prądu.

23. Rodzinna podstacja TRANSFORMATOROWA • Do obniżania natężenia prądu służy transformator, który jednocześnie podwyższa napięcie. Jest on trójfazowy o częstotliwości 50Hz. Przedsiębiorstwo znajduje się w Malewie i tam właśnie liniami energetycznymi przez ok. 7km dopływa prąd. W miejscu, gdzie są dołączone odbiorniki jest zainstalowany transformator, który obniża napięcie.

24. Nadzór poboru prądu

25. pioruny W pierwszej fazie następuje gromadzenie się ładunków w dolnej części chmury na skutek zderzeń kryształków lodu znajdujących się wewnątrz chmury. Napięcie zapłonu jest rzędu 1000000 V. Taki potencjał chmura wytwarza w ciągu pół godziny dzięki silnym, wstępującym i zstępującym prądom powietrza. W chmurze burzowej występują duże krople deszczu, bryłki gradu i lodu. • Piorunyw przyrodzie powstają w wyniku nagromadzenia się ładunków elektrycznych w chmurach.

26. pioruny • Wędrują one, zderzają się, a rozpadając się na mniejsze wytwarzają ładunki elektryczne. Cząstki spadające zyskują ładunek ujemny, a unoszące się - ładunek dodatni. W związku z tym ładunki ujemne gromadzą się w dolnej części chmury, z kolei dodatnie - w górnej. Zgodnie z regułami fizyki, w polu elektrycznym ujemne elektrony zaczynają się przesuwać się w kierunku źródła ładunków dodatnich, a dodatnio naładowane jądra wolą np. elektrodę, ziemię lub część chmury naładowaną ujemnie.

27. pioruny • Jeżeli ładunki natrafią na przeszkodę gromadzą się aż powstała różnica potencjałów pozwoli uzyskać na tyle dużą energię by przebić się przez przeszkodę.Może to być wyładowanie pomiędzy różnymi chmurami, między różnymi obszarami jednej chmury, ziemią lub wodą.

28. Prawo Ohma • Prawo Ohma przedstawia zależność natężenia prądu I od napięcia U mierzonego na końcach przewodnika o oporze R, co wyraża się wzorem: Prawo Ohma brzmi: „ Natężenie prądu płynącego przez przewodnik jest wprost proporcjonalne do napięcia miedzy końcami tego przewodnika ” .

29. I prawo Kirchhoffa • I prawo Kirchhoffa jest związane z prądem elektrycznym, bowiem mówi o jego właściwościach podczas przepływu przez węzeł. I prawo Kirchhoffa brzmi: „Suma natężeń prądów wpływających do węzła jest równa sumie natężeń prądów wypływających z tego węzła”.

30. Bezpieczniki • Bezpiecznik – podstawowy element zabezpieczający urządzenie, jego fragment lub użytkownika przed określonym czynnikiem zagrażającym. Należy on do grupy urządzeń zabezpieczających.

31. Bezpieczne korzystanie z energii elektrycznej • Domowe sprzęty i urządzenia w większości zasilane są energią elektryczną. Nowoczesny sprzęt AGD jest zazwyczaj wyposażony w stosowne systemy przeciwporażeniowe i jest dla Ciebie bezpieczny. By takim pozostał, musisz jednak pamiętać o kilku ważnych zasadach: • Przed kupieniem nowego urządzenia zasilanego prądem elektrycznym sprawdź, czy Twoja domowa instalacja elektryczna jest przystosowana do jego podłączenia. • Nie naprawiaj samodzielnie domowego sprzętu elektrycznego, nawet jeśli Ci się wydaje, że "trochę się na tym znasz". • Zanim wymienisz żarówkę, koniecznie odłącz dopływ prądu.

32. Bezpieczne korzystanie z energii elektrycznej Cd. • W łazience gromadzi się dużo pary wodnej, co sprzyja przewodnictwu elektrycznemu. Kąpiąc się w wannie, nigdy nie używaj równocześnie suszarki do włosów, lokówek oraz innych podręcznych, domowych urządzeń elektrycznych. • Pamiętaj, jeśli w domu są małe dzieci, urządzenia elektryczne trzymaj poza ich zasięgiem, a na gniazdka koniecznie załóż zatyczki zabezpieczające. Większość nowoczesnego elektrycznego sprzętu AGD (lodówki, pralki, piece akumulacyjne, bojlery, kuchenki elektryczne, żelazka) wymaga zastosowania instalacji uziemiającej. Nie dotykaj mokrymi rękami urządzeń zasilanych prądem.

33. Bezpieczne korzystanie z energii elektrycznej Cd. • Nie dotykaj uszkodzonych kabli i wtyczek. W takich sytuacjach najpierw wyłącz bezpieczniki. Nie naprawiaj uszkodzonych przewodów elektrycznych taśmą izolacyjną, samoprzylepną lub plastrami. Koniecznie wymień je. • Nie wyciągaj wtyczki z gniazdka, ciągnąc za sznur. Wyciągnij ją, przytrzymując jedną ręką obudowę gniazdka, a drugą ciągnąc wtyczkę.

34. Wykorzystanie fizyki w medycynie • Relacje między fizyką i medycyną są bardzo liczne, ścisłe oraz długotrwałe. Znaczna ilość odkryć fizyki, w przeszłości i w dzisiejszych czasach, pozwoliło wyjaśnić i zrozumieć wiele problemów medycznych (budowa ciała, fizjologia). Również przełożenie ich przez inżynierię biomedyczną na praktyczne wykorzystanie kliniczne, dało dużą ilość bardzo złożonych oraz wysoce skutecznych metod instrumentalnych i maszyn diagnostycznych, terapeutycznych oraz rehabilitacyjnych. Tak więc fizyka dała początek rozwoju współczesnej medycyny oraz tworzenia się techniki medycznej.

35. Magnetoterapia • Jedną z metod leczniczych połączonych z prawami fizyki jest magnetoterapia. • Magnetoterapia to skuteczna metoda leczenia pulsującym polem magnetycznym niskiej częstotliwości. Znalazła ona już zastosowanie w kilkunastu działach medycyny m.in. w ortopedii, reumatologii oraz chorobach wewnętrznych. Jest to praktycznie jedyna metoda wskazana i zalecana do stosowania przy stanach zapalnych. Terapia polem magnetycznym jest bezpieczna.

36. Elektroencefalografia • Elektroencefalografia (EEG) − nieinwazyjna metoda diagnostyczna służąca do badania bioelektrycznej czynności mózgu za pomocą elektroencefalografu.

37. Inne metody diagnostyczne • Elektromiografia (EMG) – określa stan mięśni poprzez badanie potencjałów wywołanych. Cienka, mała elektroda (igła) jest wprowadzana w mięsień, która ocenia go w spoczynku i w różnych fazach. napięcia.

38. Inne metody diagnostyczne • Elektroforeza – technika analityczna, rzadziej preparatywna, stosowana w chemii i biologii molekularnej, zwłaszcza w genetyce. Jej istotą jest rozdzielenie mieszaniny związków chemicznych na możliwie jednorodne frakcje przez wymuszanie wędrówki ich cząsteczek w polu elektrycznym.

39. Inne metody diagnostyczne • Elektrokardiografia (EKG) – jest to metoda polegająca na rejestracji elektrycznej czynności mięśnia sercowego z powierzchni klatki piersiowej w postaci różnicy potencjałów (napięć) pomiędzy dwoma elektrodami, co graficznie odczytujemy w formie krzywej elektrokardiograficznej, na specjalnym papierze milimetrowym bądź na ekranie monitora.

40. Ciekawostki • Niektóre zwierzęta mogą wytwarzać prąd. Na przykład płaszczki i węgorze, które wykorzystują je do ogłuszania i zabijania swych ofiar. Zapas energii elektrycznej jaką węgorz ma w sobie wystarczyłaby na rozbłyśnięcie kilkunastu żarówek!

41. Ciekawostki Cd. • Połączenia nerwowe w naszym organizmie działają na zasadzie przekazywania sygnałów elektrycznych. Do mięśni wysyłane są impulsy za pomocą wypustek komórek nerwowych z mózgu lub rdzenia kręgowego. Narządy, takie jak oczy, uszy, nos wysyłają z kolei sygnały elektryczne do mózgu.

42. Ciekawostki Cd. • Serwer na ziemniaki • Brytyjscy zwolennicy alternatywnych źródeł energii zbudowali komputer zasilany energią pochodzącą z ziemniaków. Soczysty, bogaty w minerały miąższ spełnia funkcję elektrolitu. Między elektrodami wbitymi w miąższ ziemniaka powstaje napięcie ok. 0,5 V. Maszyna pracująca jako serwer internetowy "pochłania" 12 sztuk ziemniaków dziennie.

43. Ciekawostki Cd. • Wariograf, popularnie zwany wykrywaczem kłamstw, rejestruje m.in. zmiany natężenia prądu płynącego w trakcie badania między palcami obserwowanej osoby (natężenie tego prądu jest niewielkie). Wahania te związane są ze zmianami oporu elektrycznego naskórka wywołanymi poceniem się dłoni, jeżeli badana osoba kłamie.

44. Ciekawostki Cd. • Energooszczędne żarówki • Tradycyjna żarówka zużywa na świecenie jedynie 4% pobranej energii elektrycznej, gdy tymczasem tzw. energooszczędna żarówka ok. 20%. Tradycyjna żarówka o mocy 100W daje zatem tyle samo światła co żarówka energooszczędna o mocy 20W.

45. Dlaczego ptakom siedzącym na liniach energetycznych nic się nie dzieje? • Aby prąd elektryczny mógł wyrządzić żywemu organizmowi jakąkolwiek krzywdę, musi przez niego przepływać. Mały ptak dotykający tylko przewodu jest bezpieczny, ponieważ nie tworzy obwodu elektrycznego. W większym niebezpieczeństwie jest ptactwo o dużej rozpiętości skrzydeł – dotknięcie dwóch przewodów naraz potrafi zabić. Źle może się też skończyć dotykanie jednocześnie linii i ziemi lub słupa – zwłaszcza, gdy te są wilgotne.

46. ZADANIA RACHUNKOWE • Zadanie 1. • W elektrycznym czajniku można zagotować 1 litr wody o temperaturze początkowej 20oC w czasie 10 minut. Napięcie zasilające czajnika wynosi 220 V. Oblicz opór spirali czajnika. Straty energii pomiń. • Dane: Szukane: • V=1l R=? • m=1kg • T1=20oC • T2=100oC • t=10 min=600 s • c=4200 • U=220V

47. ZADANIA RACHUNKOWE • Rozwiązanie: • Q = • Q = 4200 1kg 80 • Q = 336000J • Q = W • W = U I t • Odp.: Opór spirali czajnika • wynosi .

48. ZADANIA RACHUNKOWE • Dwa oporniki o oporach 12 i 6 połączono równolegle i podłączono do napięcia 12 V. • a) Oblicz natężenie prądów płynących przez oporniki. • b) Oblicz moce wydzielone na obydwu opornikach. • c) Na którym oporniku wydzieli się większa moc? • Dane: Szukane: • a) • b) • c)

49. ZADANIA RACHUNKOWE • Rozwiązanie: • a) • b) • c) Większa moc wydzieli się na oporniku o mniejszej • wartości oporu.

50. Doświadczenia w pracowni fizycznej Pomiar napięcia i natężenia prądu.