Nazwa szkoły: Gimnazjum im. Adama Mickiewicz w Brodach ID grupy: 98/66_MF_G1 Opiekun: Agnieszka Sykała Kompetencja

2. DANE INFORMACYJNE • Nazwa szkoły: Gimnazjum im. Adama Mickiewicz w Brodach • ID grupy: 98/66_MF_G1 • Opiekun: Agnieszka Sykała • Kompetencja: matematyczno – fizyczna • Temat projektowy: Skąd bierze się prąd elektryczny? • Semestr/rok szkolny: czwarty/ 2011/2012

3. CELE PROJEKTU

4. Kształcenie umiejętności samodzielnego korzystania z różnych źródeł informacji, gromadzenie, selekcjonowanie i przetwarzanie zdobytych informacji. • Doskonalenie umiejętności prezentacji zebranych materiałów. • Wyrabianie odpowiedzialności za pracę własną i całej grupy. • Kształcenie umiejętności radzenia sobie z emocjami oraz godnego przyjmowania niepowodzeń i ich właściwej i interpretacji.

5. Kształcenie umiejętności interpretowania danych przedstawionych za pomocą tabel, wykresów itp. • Doskonalenie rozwiązywania zadań dotyczących prądu elektrycznego. • Doskonalenie wykonywania doświadczeń związanych z prądem elektrycznym.

6. Od bursztynu do elektronu, czyli historia prądu elektrycznego

7. XVII w VI w. p.n.e. – Tales z Miletu – opisuje elektryczne własności bursztynu 1600 – Gilbert –elektryzowanie ciał przez tarcie 1640 – Cabeo – oddziaływanie naelektryzowanych ciał 1672 – Leibnitz –odkrycie iskry elektrycznej

8. XVIII w 1726 – Grey –odkrycie różnicy pomiędzy izolatorami, a przewodnikami 1743 – Hansen –budowa maszyny elektrostatycznej 1745 – Musschenbroeck –budowa kondensatora –butelki lejdejskiej 1749 – Franklin –odkrycie piorunochronu – można piorun odprowadzić przewodem elektrycznym 1753 – Canton –odkrycie indukcji elektrostatycznej i budowa elektroskopu 1785 – Coulomb –sformułowanie prawa rządzącego oddziaływaniem ładunków 1786 – Galvani –doświadczenie z żabimi udkami 1789 – Volta – ogniwo galwaniczne – chemiczne źródło prądu

9. XIX w 1800 – Carlise i Nicholson –przeprowadzenie elektrolizy wody 1808 – Davy – budowa elektrycznej lampy łukowej 1820 – Ampere – opis siły elektrodynamiczne, budowa miernika elektrycznego 1820 – Oersted –odkrywa magnetyczne własności prądu elektrycznego 1831 – Faraday –odkrycie zjawiska indukcji elektromagnetycznej 1826 – Ohm –przewodnictwo elektryczne i opór elektryczny przewodników 1829 – Jedlicka –budowa silnika elektrycznego 1832 – Pixii –budowa prądnicy prądu przemiennego

10. XIX w 1840 – Grove –żarówka próżniowa 1848 – Despretz –budowa łukowego pieca elektrycznego 1847 – Kirchhoff – sformułowanie praw obwodów elektrycznych 1854 – Gobel i Plucker – jarzeniówka 1850 – Ruhmkorff – budowa cewki indukcyjnej 1886 – Thomson – odkrycie elektronu 1882 – Gaulard –budowa transformatora

11. NAUKOWCY WYDARZENIA

12. William Gilbert (ur. 24 maja 1544 w Colchester – zm. 10 grudnia 1603 w Londynie) — angielski fizyk i lekarz, odkrywca zjawiska magnetyzmu ziemskiego, indukcji magnetycznej i elektryzowania się ciał na skutek tarcia. Jako pierwszy przeprowadził ok. 1600 roku szczegółowe badania magnetyzmu i wykazał, że oprócz bursztynu można naelektryzować jeszcze wiele materiałów. Gilbert wprowadził do języka angielskiego nowe terminy, takie jak biegun magnetyczny, siła magnetyczna czy przyciąganie magnetyczne. Jako pierwszy spopularyzował termin "elektryczność".

13. Charles Augustin de Coulomb (wym. szarl ogustę de kulą) (ur. 14 czerwca 1736 w Angoulême, zm. 23 sierpnia 1806 w Paryżu) – francuski fizyk, od którego nazwiska pochodzi prawo Coulomba i jednostka ładunku elektrycznego – kulomb. • Od 1773 całkowicie poświęcił się pracom badawczym dotyczącym magnetyzmu, teorii maszyn prostych i elektrostatyki. Od 1781 członek francuskiej Akademii Nauk. • W 1785 na podstawie wielu precyzyjnych eksperymentów, przeprowadzonych za pomocą wagi skręceń sformułował prawo nazwane od jego nazwiska prawem Coulomba, będące podstawowym prawem elektrostatyki. Później rozwinął teorię elektryzowania powierzchniowego przewodników. W 1786 odkrył zjawisko ekranowania elektrycznego, a w 1789 wprowadził pojęcie momentu magnetycznego.

14. Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta (ur. 18 lutego 1745 w Como, zm. 5 marca 1827 tamże) − włoski fizyk, wynalazca, konstruktor, fizjolog, hrabia, tercjarz franciszkański. • W 1774 skonstruował elektrofor, umożliwiający elektryzowanie ciał. W 1776 odkrył metan – główny składnik gazu błotnego. Eksperymentował z zapalaniem gazów w zamkniętej przestrzeni przy użyciu iskry elektrycznej. W roku 1781 skonstruował elektroskop, służący pomiarom elektryczności. W 1782 skonstruował kondensator. W 1800 skonstruował ogniwo Volty poprzez zanurzenie płytek srebra i cynku w słonej wodzie, a w 1801 zaprezentował przed samym Napoleone Bonaparte stos Volty. Zafascynowany cesarz uczynił go hrabią, senatorem Królestwa Włoch, odznaczył specjalnym medalem i wyznaczył bardzo wysoką stałą pensję. Prócz tego Volta otrzymał także Legię Honorową.

15. Georg Simon Ohm (ur. 16 marca 1789 w Erlangen, zm. 6 lipca 1854 w Monachium), matematyk niemiecki, profesor politechniki w Norymberdze w latach 1833-1849 i uniwersytetu w Monachium po roku 1849. • Nauczyciel matematyki. Po zainteresowaniu się fizyką napisał prace głównie z zakresu elektryczności i akustyki. Sformułował (1826) prawo opisujące związek pomiędzy natężeniem prądu elektrycznego a napięciem elektrycznym (tzw. Prawo Ohma). Badał nagrzewanie się przewodników przy przepływie prądu elektrycznego.Znalazł zależność oporu od formy geometrycznej przewodnika. W 1843 stwierdził, że najprostsze wrażenie słuchowe jest wywołane drganiami harmonicznymi. Prace pisane skomplikowanym językiem matematyki długo nie były uznawane przez współczesnych mu fizyków. • Na jego cześć jednostce rezystancji nadano nazwę om.

16. Gustav Robert Kirchhoff (ur. 12 marca 1824 w Królewcu, zm. 17 października 1887 w Berlinie) – niemiecki fizyk. • Badacz zjawisk elektrycznych, elektromechanicznych, cieplnych i optycznych, oraz dotyczących sprężystości ciał stałych i przepływów cieczy, twórca podstaw fizyki matematycznej, sformułował prawa Kirchhoffa będące dzisiaj podstawowymi prawami dotyczącymi przepływu prądu stałego w obwodach, oraz prawo promieniowania temperaturowego. Wraz z Robertem Bunsenem opracował metodę analizy spektralnej (spektroskopię), dzięki której obaj uczeni odkryli potem dwa nowe pierwiastki – rubid i cez.

17. PODSTAWOWE DEFINICJE I POJĘCIA OPISUJĄCE PRĄD ELEKTRYCZNY

18. Czym jest prąd? Jak to działa? Prąd elektryczny – uporządkowany ruch ładunków elektrycznych. W polu elektrycznym na ładunki zaczyna działać siła elektryczna, której zwrot zależy od kierunku tego pola. Jeżeli działa na ładunki ujemne jej zwrot jest przeciwny. Takie uporządkowanie przesuwania się ładunków w jednym kierunku tworzy prąd elektryczny.

19. PRĄD STAŁY I PRĄD ZMIENNY • PRĄD STAŁY – charakteryzuje się stałą wartością natężenia oraz kierunkiem przepływu. Większość układów elektronicznych zasilana jest prądem stałym. Mogą być zasilane bezpośrednio z baterii lub akumulatorów. Dla urządzeń, które są zasilane z sieci energetycznej stosuje się zasilanie prądem stałym wytwarzanym przez zasilacze sieciowe. • PRĄD ZMIENNY – prąd elektryczny, którego wartość natężenia zmienia się w czasie. Potocznie termin prąd zmienny stosowany jest często do prądu okresowego o przebiegu sinusoidalnym.

20. PRAWO JOULE’A PRAWO JOULE’A Ilość ciepła wydzielanego w czasie przepływu prądu elektrycznego przez przewodnik elektryczny jest wprost proporcjonalna do iloczynu oporu elektrycznego przewodnika, kwadratu natężenia prądu i czasu jego przepływu. Q = RI2t Prawo Joule'a, zwane również prawem Joule'a – Lenza, pozwala wyznaczyć ilość ciepła, które wydziela się podczas przepływu prądu elektrycznego przez przewodnik elektryczny.

21. PRAWA KIRCHOFFA I prawo Kirchhoffa Suma natężeń prądów wpływających do węzła jest równa sumie natężeń prądów z niego wypływających. II prawo Kirchhoffa Suma napięć źródłowych w dowolnym obwodzie zamkniętym prądu stałego równa jest sumie napięć na odbiornikach (oczkach).

22. PRAWO OHMA • Natężenie prądu elektrycznego płynącego przez przewodnik (odcinek obwodu) jest wprost proporcjonalne do napięcia między końcami tego przewodnika (odcinka obwodu). I / U = const. I - natężenie prądu (w układzie SI w amperach – A)U - napięcie między końcami przewodnika (w układzie SI w woltach – V)

23. PRAWO OHMA Opór jest to stały stosunek napięcia do natężenia prądu elektrycznego przepływającego przez przewodnik jest charakterystyczna dla danego przewodnika, i nazywa się oporem elektrycznym. Oznacza się go literą R. R=U/I [R]=[U]/[I]=1V/1A=1Ω 1 Om to jest jednostka oporu.

24. Wielkości opisujące prąd

25. Przewodniki i izolatory • PRZEWODNIKI – MATERIAŁY DOBRZE PRZEWODZĄCE PRĄD ELEKTRYCZNY • IZOLATOR – MATERIAŁ, KTÓRE BARDZO SŁABO (LUB WCALE) PRZEWODZĄ PRĄD • ELEKTROLIT – SUBSTANCJA, KTÓRA ROZPUSZCZONA W ROZPUSZCZALNIKU ULEGA DYSOCJACJI; SUBSTANCJA ZDOLNA DO PRZEWODZENIA PRĄDU ELEKTRYCZNEGO

26. URZĄDZENIA POMIAROWE • Amperomierz– przyrząd pomiarowy służący do pomiaru natężenia prądu elektrycznego. W zależności od zakresu amperomierza używane są też nazwy: kiloamperomierz, miliamperomierz, mikroamperomierz. • Watomierz - przyrządem przeznaczonym do pomiaru mocy czynnej. • Woltomierz jest to przyrząd pomiarowy za pomocą którego mierzy się napięcie elektryczne (jednostka napięcia wolt). • Omomierz - przyrząd służący do pomiaru rezystancji. Do pomiaru rezystancji wykorzystuje się zależności występujące w prawie Ohma, czyli przez pomiar lub ustawienie natężenia prądu płynącego i napięcia na badanym elemencie.

27. SYMBOLE STOSOWANE W SCHEMATACH OBWODÓW ELEKTRYCZNYCH

28. WYTWARZANIE PRĄDU ELEKTRYCZNEGO, RODZAJE ELEKTROWNII

29. ŹRÓDŁA ENERGII ODNAWIALNE NIEODNAWIALNE • ENERGIA SPADKU WÓD • ENERGIA PŁYWÓW I PRĄDÓW MORSKICH • ENERGIA SŁONECZNA • ENERGIA GEOTERMICZNA • ENERGIA WIATRU • ENERGIA BIOMASY • WĘGIEL KAMIENNY • WĘGIEL BRUNATNY • TORF • ROPA NAFTOWA • GAZ ZIEMNY • ŁUPKI I PIASKI BITUMICZNE

30. WĘGIEL Około 35% energii na świecie pochodzi z węgla. W przeszłości był on pierwszym paliwem wykorzystywanym na szeroką skalę. Złoża węgla powstały w większości w okresie karbonu, czyli pomiędzy 286 a 360 milionami lat temu. Pochodzą one z rozkładu gigantycznych paproci rosnących na bagnistym podłożu w tropikalnej strefie klimatycznej. W efekcie procesów gnilnych szczątki paproci zmieniają się w torf, który stopniowo twardnieje i przekształca się w węgiel brunatny, a następnie w węgiel kamienny. Podstawowym składnikiem węgla jest pierwiastek o tej samej nazwie. Najstarsze i najtwardsze antracyty w około 98%, zbudowane są z tego pierwiastka. Najmłodszy, węgiel brunatny, który ma około 1 miliona lat, zawiera go jedynie 30%.

31. ROPA NAFTOWA Około 40% wytwarzanej na świecie energii pochodzi z ropy naftowej. To cenne paliwo powstało wiele milionów lat temu w wyniku rozkładu planktonu, czyli drobnych morskich organizmów roślinnych i zwierzęcych. Zarówno ropa naftowa jak i gaz ziemny to mieszaniny różnych węglowodorów oraz innych substancji. Ropa naftowa jest obecnie najważniejszym źródłem energii na świecie. Ropy naftowej używa się także na szeroką skalę w przemyśle oraz rolnictwie; wyrabia się z niej farby, kosmetyki, lekarstwa, barwniki, nawozy, włókna sztuczne, plastyk oraz gumę syntetyczną. Wiele domów prywatnych oraz budynków publicznych ogrzewanych jest ropą naftową. Zarówno wielkość jak i ilość wydobywanej ropy mierzy się w specjalnych jednostkach - baryłkach. Jedna baryłka stanowi równowartość 159 litrów.

32. GAZ ZIEMNY Jest najbardziej ekologicznym paliwem, czystym, wygodnym w przesyłaniu, dystrybucji i energetycznie efektywniejszym od węgla. Z gazu ziemnego uzyskuje się około 20% wytwarzanej na Świecie energii. Można go znaleźć przeważnie w sąsiedztwie ropy naftowej. Oba te cenne dla współczesnego człowieka surowce powstały w tym samym czasie, w podobnych warunkach. Gaz ziemny składa się głównie z substancji gazowej - metanu. Największym producentem gazy ziemnego od zawsze był nieistniejący już Związek Radziecki, który w latach 80. produkował rocznie około 650 bilionów m3. Gaz ziemny wykorzystuje się do produkcji paliw, zarówno do użytku osób prywatnych jak i na skalę przemysłową, jako niezbędny składnik do produkcji detergentów, włókien sztucznych, farb, plastyku, oraz gumy syntetycznej. Na obszarach ubogich w złoża gazu człowiek sam nauczył się go otrzymywać. W wyniku procesu odgazowywania węgla kamiennego w koksowniach powstaje gaz oraz koks.

33. Energetyka alternatywna

35. Energetyka wiatrowa spełnia wszystkie warunki konieczne do zakwalifikowania jej do ekologicznie czystych metod wytwarzania energii.Do jej głównych zalet należą: • Brak zanieczyszczeń środowiska - wytwarzanie energii z wiatru nie powoduje emisji żadnych szkodliwych związków do atmosfery ani powstawania odpadów • Wykorzystanie odnawialnego, niewyczerpywalnego źródła energii, oszczędność paliw, procesu ich wydobywania i transportu. • Teren w bezpośrednim sąsiedztwie może być w pełni wykorzystywany do celów rolniczych. • Stały koszt jednostkowy uzyskiwanej energii oraz wzrastająca konkurencyjność ekonomiczna w stosunku do konwencjonalnych źródeł energii. • Minimalne straty przesyłu - siłownie wiatrowe mogą być budowane bezpośrednio u użytkownika lub w miejscach odległych, wymagających w przypadku energetyki konwencjonalnej specjalnych przyłączeń do sieci. • Prosta obsługa, krótki czas montażu, niskie koszty obsługi i eksploatacji.

39. ELEKTROWNIA WODNA

40. Elektrownia wodna – zakład przemysłowy zamieniający energię potencjalną wody na elektryczną.

41. WADY I ZALETY STOSOWANIA ENERGII ALTERNATYWNEJ

42. Praca i moc prądu elektrycznego

43. MOC Moc prądu elektrycznego to praca, jaką wykonuje prąd w określonym czasie: P - moc [W] W - praca [J] t - czas [s] Przepływ prądu elektrycznego jest związany z pewną pracą. Praca ta wykonywana jest przez powstające pole elektryczne – pole to wywołuje przepływ elektronów. Pracę wykonaną przez prąd obliczamy korzystając z następującego wzoru: W - praca (ang. work)U - napięcie [V]I - natężenie [A]t - czas, dla którego praca jest mierzona [s]

44. NATĘŻENIE PRĄDU ELEKTRYCZNEGO Natężenie prądu jest to stosunek ładunku przepływającego przez przekrój poprzeczny przewodnika do czasu jego przepływu. I - natężenie prądu [A],q - wielkość ładunku przepływającego przez poprzeczny przekrój przewodnika [C],t - czas przepływu danej porcji ładunku [s]

45. DANE STATYSTYCZNE – W POLSCE I NA ŚWIECIE

48. ZADANIA

49. Zadanie 1 Wykres przedstawia zależność natężenia prądu od napięcia dla żarówki w latarce. Oblicz opór tej żarówki. Jakie będzie natężenie prądu płynącego przez żarówkę, gdy napięcie wzrośnie do 9 V?

50. ROZWIĄZANIE