Муниципальное общеобразовательное учреждение
«Средняя общеобразовательная Шаталовская школа»
Металлы. Их применение
– учитель технологии,
– учитель химии
с. Шаталовка
2010
Металлы. Их применение в электротехнологии.
Цель: ознакомить учащихся со свойствами металлов, обусловливающих их
применение при передаче электрической энергии.
Задачи:
- ознакомить учащихся с материалами, из которых изготавливаются провода
и электроизоляционные материалы;
- выяснить, какие физические свойства металлов обусловливают их
применение в электротехнологии;
- дать классификацию проводов по их назначению;
- повторить технику безопасности при проведении электротехнических
работ.
Ход урока:
Повторение и актуализация знаний.
Учитель технологии. Как уже было сказано на предыдущих уроках – электрическая энергия является основой современного технического прогресса. Её преимущества перед всеми другими видами энергии очевидны. И одно из них – это возможность передавать электрическую энергию на большие расстояния с небольшими потерями.
? Как называется наука о получении, передаче и применении электрической энергии в практических целях?
Ответ ученика: электротехника.
Учитель технологии. Для выполнения электротехнических работ применяются электромонтажные инструменты, с которыми вы познакомились на прошлом уроке технологии.
? Рассмотрите рисунки электромонтажных инструментов, назовите их и определите их назначение.
На интерактивной доске высвечиваются изображения электромонтаж - ных инструментов (ученики выполняют задание) (Слайд 2):
а) кусачки боковые - инструмент, которым откусывают провод и снимают изоляцию;
б) круглогубцы – инструмент, который применяют тогда, когда нужно загнуть проволоку, сделать из нее кольцо;
в) плоскогубцы – инструмент, которым сгибают, скручивают провода и обжимают места их соединения;
г) пассатижи – комбинированные плоскогубцы;
д) щипцы – служат для снятия изоляции;
е) отвертки – инструмент для отвинчивания и завинчивания болтов.
Учитель химии. Как уже было сказано, большим преимуществом электрической энергии является возможность передачи её от источника к потребителям на большие расстояния. Эта передача осуществляется с помощью проводов. Сегодня мы познакомимся на уроке с материалами, из которых изготавливаются провода – металлами. Выясним, какие физические свойства металлов используются при изготовлении проводов, определим понятие электропроводности. Но прежде, мы вспомним, что электрический ток может быть не только полезен для человека, но и представляет для него серьезную опасность. Кроме того, опасными могут быть и электротехнические работы.
? Выполните тестовые задания, которые позволят вам проверить знания по технике безопасности.
На интерактивной доске высвечиваются вопросы теста (Слайд 3):
1) Какое напряжение является опасным для жизни:
а) 20 В;
б) 42 В;
в) 50 В. (правильный ответ – в)
2) Тело человека проводит электрический ток, так как в нем содержатся растворы:
а) солей;
б) сахаров;
в) кислот. (правильные ответы – солей, кислот)
3) Почему размер отвертки должен соответствовать размеру шлица шурупа или винта?
а) вам не удастся закрутить винт;
б) можно сорвать резьбу;
в) можно получить травму руки при соскальзывании отвертки.
(правильный ответ – в)
4) Где должен электромонтажник расположить на рабочем столе электромонтажные инструменты:
а) справа от себя;
б) слева от себя;
в) перед собой (правильный ответ – справа)
5) Почему на уроках химии нагревательные приборы при проведении опыта с нагреванием используют источник постоянного тока с напряжением от 36 до 42 В?
а) даже при кратковременном воздействии такого тока может наступить
смерть;
б) появляется кислый вкус во рту;
в) возникает эффект неотпускающего тока. (правильный ответ – в)
6) Как можно пострадавшего оторвать от электродов, если отключение источника электроэнергии не возможно:
а) с помощью изолятора в виде палки;
б) оттолкнуть руками;
в) при помощи металлического предмета. (правильный ответ – а)
Изучение нового материала.
Учитель технологии. Итак, передача электрической энергии осуществляется, как уже было сказано, с помощью проводов. Но также используются современные технологии с использованием напыления на специальные плата в электронных приборах (телевизоры, компьютеры, сотовые телефоны и т. д.).
Остановимся подробнее на электрических проводах. Электрические провода бывают без изоляции (голые) и с изоляционным покрытием. Участок провода, по которому проходит электрический ток, называют токоведущей жилой. Жилы бывают однопроволочными и многопроволочными (рассмотрите рис.64 в учебнике технологии на стр.104)[3]. Проводящие ток жилы делают из металлов.
Учитель химии. Из 116 химических элементов Периодической системы 94 элемента образуют в свободном состоянии простые вещества с металлической кристаллической решеткой. Они представляют собой металлы. Все металлы, кроме ртути, в обычном состоянии твердые вещества (учитель демонстрирует коллекцию металлов) (Приложение 1). Металлы имеют ряд общих свойств.
Это ковкие, пластичные, тягучие вещества, которые имеют металлический блеск и способны проводить тепло и электрический ток (Слайд 4).
? Какие из названных физических свойств металлов, по-вашему, способствуют тому, что их используют при изготовлении проводов и передаче по ним электроэнергии?
Примерные ответы учащихся: это такие свойства как электропроводность, пластичность. Пластичность позволяет металлам изменять свою форму при ударе, на что обратил внимание человек ещё в древности. Это свойство позволяет металлам вытягиваться в проволоку. А из названия свойства «электропроводность» следует, что металлы способны проводить электрический ток.
Учитель химии. Итак, действительно, электропроводность – это способность вещества под действием напряжения или разности потенциалов проводить поток заряженных частиц (электронов или ионов) (Слайд 4). Это характерное для металлов свойство объясняется наличием обобществленных электронов. Достаточно даже небольшой разности потенциалов, и беспорядочно движущиеся электроны начинают двигаться строго упорядоченно. Лучшими проводниками электричества являются серебро, медь, золото, алюминий, цинк, железо (Слайд 4).
Наличие подвижных обобществленных электронов объясняет и пластичность металлов. Обобществленные электроны смягчают перемещение положительных ионов, экранируя их друг от друга. Поэтому обработка металлов с изменением формы происходит без разрушения металлической кристаллической решетки. Самым пластичным металлом является золото. Один грамм золота можно вытянуть в проволоку длиной в три километра. Однако ни серебро, ни золото не используется в электротехнике. Так ли это?
Ученику было дано опережающее задание - ответить на этот вопрос, подготовив сообщение, используя Интернет-ресурсы.
( классу предлагается прослушать сообщение) (Приложение 2).
Учитель химии. Серебро, медь и золото прекрасные проводники электричества. Но их, как известно, не используют на линиях электропередач.
? Почему?
Примерный ответ ученика: это очень дорого
? Какие же провода используются на линиях электропередач – медные или алюминивые?
Ответ ученика: алюминивые.
? А почему? Чтобы ответить на этот вопрос – обратимся к таблице (настенная таблица в классе) (Приложение 3) или справочной карточке (Приложение 4).
работа по таблице или справочным карточкам:
? Какой из металлов обладает меньшей плотностью (или атомной массой)?
Ответы учеников: алюминий, так как его плотность 2,7 г/см 3, а у меди - 8,9 г/см3. Отсюда можно сделать вывод, что алюминий легче, чем медь.
Учитель химии. Поэтому провода, изготовленные из алюминия, не будут провисать и обрываться под собственной тяжестью, что представляет угрозу безопасности людей. А для придания прочности, поскольку алюминий достаточно мягкий металл, к виткам алюминиевой проволоки добавляют стержень из стали (сплава железа).
Медь применяется для изготовления качественных проводов, используемых внутри помещений.
Учитель технологии: По назначению провода разделяют на установочные, монтажные и обмоточные (объяснение проводится с использованием презентации «Виды проводов по назначению») (Слайд 6).
Установочные провода используют для выполнения различных электропроводок: открытым способом (по потолку и стенам) и скрытым способом (под штукатуркой) (Слайд 7).
Провода применяются для электрических установок при стационарной прокладке в осветительных и силовых сетях, а также для монтажа электрооборудования, машин, механизмов и станков.
Самые распространенные марки установочных проводов АПВ и ПВ1.
Провода установочные марок АПВ и ПВ1 предназначены для прокладки в стальных трубах, пустотных каналах строительных конструкций, на лотках и др., для монтажа электрических цепей.
Основные технические характеристики установочного провода (Слайд 8):
Провода стойки к воздействию температуры окружающей среды: от -50°С до +70°С, относительной влажности воздуха 100% при температуре: +35°С, к воздействию плесневых грибов, к воздействию механических ударов, линейного ускорения, изгибов, вибрационных нагрузок, акустических шумов. Провода не распространяют горение. Длительно допустимая температура нагрева жил не должна превышать: +70°С. Срок службы проводов: не менее 15 лет.
Для бытовых нужд выпускают шнуры марки ШБПВ использующиеся в электроприборах, не потребляющих электроэнергию большой мощности (светильники, холодильники и т. д.). И шнуры ШБРО, ШБВВП, использующиеся в электронагревательных приборах (утюги).
Монтажные провода (Слайд 9) применяют для внутреннего монтажа электрических приборов и аппаратов. Рабочее напряжение проводов - 100, 250, 500 и 1000 вольт переменного тока. Жила таких проводов должна обладать повышенной гибкостью, так как при выполнении монтажных работ провода приходится сильно изгибать. По этой причине жилы монтажных проводов выполняются из мягкой медной проволоки площадью поперечного сечения от 0,05 до 6 мм. Количество жил в монтажном проводе обычно не более трех. Эти жилы легко паяются.
В качестве изоляции в монтажных проводах применяют капроновые, лавсановые, стекловолоконные нити, которые покрывают полиэтиленовой или поливинилхлоридной оболочкой (Слайд 10).
Обмоточные провода применяются для изготовления компактных обмоток электрических машин, аппаратов, электроприборов и поэтому имеют малую толщину изоляционного слоя. (Слайд 11).
По материалам, применяемым для изготовления токопроводящих жил обмоточных проводов, они делятся на: медные, алюминиевые и из сплавов сопротивления.
Кроме медных и алюминиевых проводов с эмалевой, волокнистой и эмалево-волокнистой, бумажной, пластмассовой, плёночной, стекловолокнистой, стеклоэмалевой, сплошной стеклянной изоляцией, выпускаются также обмоточные провода из сплавов высокого сопротивления (манганин, константан и нихром) (Слад 12).
Как видно из вышесказанного в электротехнике нужны как проводники, так и изоляторы, потому что нельзя использовать электрический ток без надежной изоляции. Изоляторы ограждают человека от действия электрического тока при случайном прикосновении к оголенным проводам и другим токоведущим элементам электрической цепи. Кроме того, они защищают провода от коррозии и предотвращают соприкосновение токоведущих жил разных проводов, ведущее к короткому замыканию, при котором возникает ток большой силы, что может вывести из строя соединительные провода и источник. При выполнении электротехнических работ для изоляции мест соединения проводов друг с другом и их оголенных участков используют изоляционную ленту и изолирующие трубки - кембрики (Слайд 13) (учитель демонстрирует классу изоляционную ленту и кембрики) (Приложение 5) .
О том, кто предложил изолировать электрические провода рассказывается в учебнике технологии на стр.109 в абзаце «Это интересно» [3]
Чтение учениками текста из учебника «Это интересно».
Учитель химии. Итак, известный русский инженер предложил использовать для изоляции резину. Резина представляет собой вулканизированный каучук. Её получают добавлением 1-3% серы к каучукам при нагревании. Достоинства резины – влагостойкость, гибкость. Этот изоляционный материал получил широкое применение в кабельных изделиях. Если в каучук добавить 20-40% серы, то получается твердая резина – эбонит, обладающий прекрасными изоляционными свойствами. Но, обладая хорошими изоляционными свойствами, резина не выдерживает действие высоких температур и загорается. Однако сегодня созданы устойчивые к температуре полимеры на основе каучука с добавлением кремния и титана, которые могут выдерживать нагревание до 1000° С. В качестве изоляционных материалов используют синтетические полимерные материалы – пластмассы. Например, полиэтилен, полипропилен, полистирол, тефлон, поливинилхлорид, фенопласты. Из перечисленных материалов наибольшей устойчивостью к нагреванию обладают тефлон и фенопласты. Фенопласты получают путем добавления к фенолформальдегидной смоле различных наполнителей – бумаги и древесной муки. Все изоляционные материалы предохраняют человека от поражения электрическим током.
А как ведут себя изоляционные материалы в экстремальных ситуациях, например при коротком замыкании? При резком возрастании температуры, изоляция начинает плавиться и загорается, издавая резкий запах хлороводорода (если изоляционный материал – поливинилхлорид). При обесточивании электропроводки её горение быстро прекращается.
Продемонстрируем простой опыт (Приложение 7).
Опыт. В пламя горелки вносим кусок электрического провода, покрытого поливинилхлоридной изоляцией. Что наблюдаем? Изоляция начинает плавиться и загорается, издавая резкий запах, пламя коптит. Но стоит нам прекратить нагревание, как изоляционное покрытие перестает гореть.
Внесем в пламя спиртовки кабель, покрытый изоляцией из полиэтилена. Наблюдаем возгорание изоляции, которая продолжает гореть и после удаления из пламени. Такой изоляционный материал можно потушить лишь с помощью огнетушителя.
При внесении в пламя спиртовки комбинированного изоляционного покрытия, состоящего из наружного полихлорвинилового и внутреннего полиэтиленового слоя, наблюдаем коптящее горение наружного и голубоватое внутреннего. После извлечения из пламени наружный слой тухнет, а внутренний продолжает гореть.
Отсюда можно сделать вывод, что последние два варианта покрытия проводов представляют собой наибольшую пожароопасность.
Учитель технологии. Провода имеют самое разнообразное назначение и устройство, поэтому каждому из них присвоена своя марка. Для выбора нужного провода пользуются специальными справочниками, в которых дается расшифровка марки. Марки проводов имеют буквенно-цифровое обозначение.
Например: Ш-шнур, П-провод, Б-бытовой, Р-резиновая изоляция, В-изоляция полихлорвиниловая, Г-гибкий, Д-двойной, О-изолированные жилы заключены в общую оплётку из хлопчатобумажной нити или оболочку. Буква А в начале марки означает, что жила алюминиевая. Отсутствие буквы А указывает на то, что жила – медная (Слайд 14).
? Рассмотрите устройство проводов, применяемых при сборке электрических цепей с напряжением до 12В, и шнуров для присоединения к источнику электроэнергии бытовых и осветительных приборов (учебник технологии рис. 65(а) – провода марки ПГВ; рис.65(б) шнур марки ШБПВ; рис 65(в) шнур марки ШБРО) [3].
Для проверки исправности провода или шнура используется «пробник», или тестер проводимости (Приложение 6) (учитель демонстрирует классу тестер и проводит лабораторную работу по проверке исправности провода.
Лабораторная работа. Концы провода присоединяем к штырям вилки «пробника». Зажженная лампочка указывает на отсутствие разрыва в электрической цепи) (Приложение 6).
? А что свидетельствует о том, что в цепи есть разрыв?
Ответ ученика: если лампочка не горит, то в электрической цепи есть разрыв. Тогда необходимо провод заменить на новый или отремонтировать неисправный.
Учитель технологии. О том, как можно отремонтировать электрические провода мы узнаем на следующем уроке технологии.
Учитель химии. О том, где используются такие физические свойства металлов как ковкость, теплопроводность, тягучесть и чем они объясняются, мы узнаем подробнее в 9 классе на уроках химии.
А как вы усвоили материал сегодняшнего урока, мы узнаем сейчас.
Закрепление изученного материала.
Ответьте правильно на следующие вопросы (Слайд 15).
На интерактивной доске дети выполняют задания:
1) Какой из металлов обладает наибольшей электропроводностью?
Ответ: Ag
2) Как называется участок провода, по которому проходит электрический ток? Ответ: токоведущая жила
3) Какой из металлов больше всего используется при передаче тока на большие расстояния? Ответ: Al
4) Какие провода применяются для изготовления компактных обмоток электрических машин, аппаратов, электроприборов, электромоторов?
Ответ: обмоточные провода
5) Назовите самый первый изоляционный материал? Ответ: каучук
6) Назовите прибор для проверки целостности электрического провода? Ответ: тестер
Выставление отметок за урок.
Учитель химии. Домашнее задание: §13 «Металлы» [4], ?- чем объясняется металлический блеск; задание - пользуясь дополнительным материалом из любых источников - подготовить сообщение о появлении и развитии зеркал в жизни человека.
Учитель технологии. Домашнее задание: §36 «Электрические провода»,
?- как правильно выбрать провод для использования в зависимости от электрического сопротивления (таблица стр.107), задание №8 стр.108. [3]
Библиографический список
1. Настольная книга учителя. Химия. 8 класс / , , . – М.: Дрофа, 2002. – 416 с.
2. Справочник по химии. Пособие для учащихся. Изд. 4-е, перераб. – М.: Просвещение, 1978. – 288 с.
3. Технология: 8 класс: учебник для учащихся общеоб. учр. – 2-е изд., перераб. / , , и др.; под ред. . – М.: Вентана-Граф, 2009. – 208 с.
4. Химия. 8 класс: учебник для общеоб. учр. – 9-у изд, стереотип. – М.: Дрофа, 2005. – 208 с.
Интернет ресурсы:
5. http://www. electromonter. info/handbodc/wire_hookup. html
6. http://www. *****
7. http://www. *****/books/3/index. html
8. http://www. *****/catalog/katalog/
9. http://*****
10. http://www. *****
Список приложений
1. Приложение 1. Коллекция металлов (фото).
2. Приложение 2. Сообщение ученика «Применение драгоценных металлов
в аудиосистемах и коммутационном оборудовании».
3. Приложение 3. Периодическая таблица химических элементов Д. И.
Менделеева (длинный вариант) в кабинете химии МОУ «Шаталовская
СОШ» (фото).
4. Приложение 4. Карточки: «Плотность некоторых металлов» и
«Относительная теплопроводность (светлые столбики) и
электропроводность (темные столбики) некоторых металлов».
5. Приложение 5. Демонстрируемые классу изоляционные ленты и
кембрики, тестер в работе (фото).
6. Приложение 6. Лабораторная работа: «Проверка исправности шнура
«пробником» и «Проверка исправности шнура тестером» (фото).
7. Приложение 7. Демонстрация опыта «Горение изоляционных
материалов» (фото).
