Конспект уроку з електротехніки групи ЕГЗ

Конспект уроку з електротехніки групи ЕГЗ

Тема: Опір і провідність. Резистори, їх характеристики. Типи резисторів.

Мета: Дати поняття учням групи ЕГЗ про електричний опір та провідність. Сформувати в учнів поняття про резистор - опір. Пояснити, які є типи резисторів, їх характеристики.

План уроку:

I. Організаційна частина.

II. Вивчення нового матеріалу:

1. Опір і провідність.

2. Опори (резистори). Їх характеристики. Типи резисторів (опорів).

III. Підсумок.

IV. Д. з.

Тип уроку: Урок вивчення нового матеріалу.

Структура уроку

I. Організаційна частина.

Вчитель вітається з класом, перевіряє готовність класу до уроку, відмічає відсутніх, записує на дошці тему і повідомляє мету уроку.

II. Вивчення нового матеріалу.

1. Опір і провідність. У провідниках першого роду, тобто в металах, вільні електрони під час руху в міжатомному просторі провідника безперервно наштовху­ються на атоми та молекули, а також на інші електрони. При цих зіткненнях витрачається енергія. Отже, електрони тут зазнають пев­ного електричного опору.

Опір позначається літерою R і виражається в омах (1 Ом.). Застосовуються також більші одиниці — кілоом (1 кОм = 1000 Ом) і мегаом (1 мОм = 1 000 000 Ом).

Опір провідника залежить від його матеріалу, довжини, площі поперечного перерізу та температури. Залежність опору від матеріалу пояснюється тим, що в різних матеріалів різна мікроструктура, тобто взаємне розташування атомів і молекул, а значить, неоднакові й умови проходження електронів. При розрахунках кіл електричні властивості матеріалу провідника враховуються його питомим опором.

Питомим опором називається опір провідника, виготовленого з да­ного матеріалу завдовжки в 1 м поперечним перерізом у 1 мм2 при тем­пературі 20 °С. Питомий опір провідника позначається літерою , виражається в ом-метрах і визначається за формулою: , (1)

де R — опір провідника, (Ом); S — площа його перерізу, (мм2); l — дов­жина провідника, (м).

З (1) випливає, що опір провідника при температурі 20 °С, яка називається нормальною, можна визначити за формулою : . (2).

Іноді користуються величиною, оберненою опору, яка називається провідністю: (3). Одиницею провідності в СІ є сименс (См).

Вплив довжини провідника на його опір полягає в тому, що при її збільшенні зростає кількість зіткнень електронів з атомами, молеку­лами й іншими електронами, а значить, збільшується витрата енергії, потрібної для підтримки струму в колі. Отже, між довжиною провід­ника та його опором існує пряма залежність.

Зі збільшенням площі поперечного перерізу провідника зростає число шляхів для проходження електронів; рухаючись в одному напрямі, при цьому вони менше заважають один одному. Опір провідника обернено пропорційний площі його поперечного перерізу.

З підвищенням температури опір майже всіх провідників (крім вугілля та рідин) збільшується. Це пояснюється тим, що зі зростан­ням температури частішають коливальні рухи молекул і атомів матеріалу провідника; тому ймовірність зіткнення з ними вільних електронів збільшується. Залежність опору провідника від темпера­тури враховується температурним коефіцієнтом опору .

Температурний коефіцієнт опору — це число, що показує, на­скільки змінюється опір провідника на кожний Ом його початкового опору при зміні температури матеріалу на 1 °С:

звідки де — Опір провідника при зміненій температурі ; — його опір при початковій температурі .

Наведемо основні властивості провідників, які використовуються в техніці. Вони бувають тверді, рідкі та газоподібні.

Тверді провідники. В свою чергу, вони поділяються на провід­ники великої провідності та великого опору. Провід­ники великої провідності застосовуються для виготовлення проводів, кабелів, шин, різних обмоток. Це насамперед мідь і алюміній, а також сталь (галузь її застосування як провідника обмежена) і біметал (шар міді, наплавлений на сталь). До цієї групи слід віднести провідники з графіту, що використовуються в основному при виготовленні електродів для електроплавильних печей та освіт­лювальних приладів із застосуванням електричної дуги. .

Провідники великого опору використовуються при виготовленні електронагрівальних приладів, електроламп, різних резисторів. Вони мають великий пито­мий опір і жаростійкість. До них належать манганін (сплав міді, мар­ганцю та нікелю), константан (сплав міді та нікелю), ніхром (сплав заліза, хрому, нікелю та марганцю), фехраль (сплав заліза, алюмінію та хрому). Всі тверді провідники є провідниками першого роду.

Рідкі провідники. До цієї групи належать різні електроліти (роз­чини солей, кислот і лугів у воді), а також розплавлені метали (в електроплавильних печах). Електроліти широко застосовуються для виготовлення гальванічних елементів і акумуляторів, а також в електрохімічній промисловості. Всі рідкі провідники є провідниками другого роду.

Газоподібні провідники. Це різні гази та пари. При низькій тем­пературі й невеликій напруженості електричного поля вони не є про­відниками. Коли температуру та напруженість електричного поля збільшити, газ іонізується і стає струмопровідним. Ці провідники широко використовуються при виготовленні люмінесцентних ламп.

2. Опори ( резистори). Їх характеристики. Типи резисторів (опорів).

При користуванні електричною енергією часто дово­диться змінювати силу струму в колі. Для цього звичай­но змінюють опір кола. Прилади, які служать для регу­лювання сили струму шля­хом зміни опору в певних межах, називаються реоста­тами. Відомі різні типи ре­остатів. У техніці і науко­вих дослідженнях найчасті­ше використовуються рео­стати з ковзним контактом (повзункові), важільні реостати, магазини.

Повзунковий реостат (рис. 1) складається з укріп­леного на стояках вогнетривкого циліндра, виготовленого з ізоляційного матеріалу, на який щільно намотано дріт з речовини з великим питомим опором (звичайно з нікеліну, ніхрому або манганіну). Дротина покрита звер­ху окалиною, яка відіграє роль ізоляції. Кінці намотаної на циліндр дротини приєднані до контактів 1 і 5 на кін­цях циліндра. Над циліндром встановлено металевий, ізольований від дротини стержень, вздовж якого може переміщатися металевий повзунок 3 з ізоляційною руко­яткою 4. Повзунок щільно притискується своїми контактами до витків дроту, які при переміщенні повзунка прошкрябують окалину, в результаті чого забезпечується належний електричний контакт між повзунком і дротом. Один з провідників електричного кола, в яке включають реостат, приєднують до встановленого на стержні контакта 2, а другий — до контакта 1 або 5 ци­ліндра. Шлях струму показано на рисунку стрілками. От­же, струм проходить лише по частині витків дроту. Переміщуючи ковзний контакт 3, можна змушувати струм проходити по більшому або меншому числу вит­ків, тобто змінювати увімкнутий в коло опір. Такі реоста­ти мають просту будову, зручні в користуванні і широко застосовуються на практиці.

Аналогічну будову має важільний реостат (рис. 2), який складається з дротяних секцій. Відпайки від секцій виводяться до нерухомих контактів, розміщених на ізо­ляційному щиті. По контактах ковзає контактний важіль, переміщуючи який в положення 1, 2, 3 ... , змінюють опір реостата. Подібні реостати звичайно монтують­ся в металевому кожуху і замість контактного важеля забезпечуються контактним маховичком.

Проте в електротехніці при різних вимірюваннях, дослідженнях і розрахунках електричних кіл треба знати, і не наближено, а точно, значення увімк­нутого в коло опору. В таких випадках використовують так звані магазини опорів. (Рис.3).

(Рис. 4). Непровідний змінний опір.

Рис.4.

III. Підсумок. Опір провідника залежить від його матеріалу, довжини, площі поперечного перерізу та температури

IV. Д. з: Вивчити конспект.