Досліджуємо умови існування електричного струму - Засєкіна

• Назад до змісту

Думай

1. За яких умов виникає та існує електричний струм?

Щоб електричний струм виник та існував, необхідне виконання трьох умов:

1. Наявність вільних носіїв струму (заряджених частинок).

2. Наявність електричного поля, яке створює і підтримує їхній напрямлений рух.

3. Наявність замкнутого електричного кола.

2. Як визначають напрям електричного струму?

За напрям електричного струму умовно приймають напрям руху позитивно заряджених частинок: від позитивно зарядженого полюса джерела струму до негативно зарядженого. Це правило склалося історично, хоча в металах електрони насправді рухаються в протилежний бік.

3. Що називають джерелом електричного струму?

Джерела електричного струму — це пристрої, в яких відбувається перетворення різних видів енергії (механічної, хімічної, теплової, світлової) на електричну енергію. Вони створюють і підтримують розподіл зарядів (електричне поле).

4. Назви види джерел електричного струму.

• Хімічні (гальванічні елементи, акумулятори).
• Механічні (електрофорна машина, генератори).
• Теплові (термоелементи).
• Світлові (фотоелементи).

5. Які перетворення енергії відбуваються в джерелах електричного струму?

• Хімічні (гальванічні елементи, акумулятори): хімічна енергія перетворюється на електричну.
• Механічні (генератори): механічна енергія перетворюється на електричну.
• Термоелементи: теплова енергія перетворюється на електричну.
• Фотоелементи: енергія світла перетворюється на електричну.

6. Чи можливо отримати електричний струм без джерела? Поясни на прикладах.

Так, можливо отримати короткочасний електричний струм. Наприклад, під час розрядки наелектризованого тіла через провідник виникає струм, але він швидко зникає, коли заряди нейтралізуються. Щоб струм існував тривалий час, обов’язково потрібне джерело (як насос для води).

7. Що спільного й чим відрізняються гальванічний елемент й акумулятор?

Спільне: обидва є хімічними джерелами струму, де енергія хімічних реакцій перетворюється на електричну.

Відмінне: гальванічний елемент (батарейка) призначений для одноразового використання і не підлягає відновленню. Акумулятор можна перезаряджати: пропускаючи через нього струм, ми відновлюємо хімічні речовини, тому його можна використовувати багаторазово.

8. Чи можна обчислити ККД батарейки, якщо відомо, що на її виготовлення витрачається у 500-600 разів більше енергії, ніж вона здатна віддати у процесі своєї роботи?

Перше поняття - це робочий ККД батарейки (під час її використання), який визначається співвідношенням корисної енергії, що віддається зовнішньому споживачу, до повної хімічної енергії, запасеної в батарейці. Цей показник залежить від співвідношення внутрішнього опору батарейки та опору навантаження.

Друге поняття - це повний енергетичний ККД (з урахуванням виробництва), який враховує всі витрати енергії на виготовлення батарейки. Якщо на виробництво батарейки витрачається у 500-600 разів більше енергії, ніж вона здатна віддати, то повний енергетичний ККД буде дуже низьким і становитиме:

$\eta = \dfrac{A_{\text{корисна}}}{A_{\text{повна}}} \cdot 100\%$

Підставимо значення з умови:

$\eta = \dfrac{A_{\text{корисна}}}{500 \cdot A_{\text{корисна}}} \cdot 100\%$

Скоротимо $A_{\text{корисна}}$:

$\eta = \dfrac{1}{500} \cdot 100\% = 0{,}17\%$

Відповідь: ККД батарейки становить близько $0{,}17\%$.

Дій

ОПРАЦЮЙ ІНФОРМАЦІЮ

1. Разом з однокласниками/однокласницями організуй і проведи акцію «Обережно, батарейка!». Опитайте різних (за віком, статтю, професією тощо) людей щодо їхньої обізнаності про утилізацію батарейок. Узагальніть здобуті результати й проаналізуйте їх. Дізнайтеся більше про шкоду, якої завдають абияк викинуті батарейки.

Абияк викинуті батарейки завдають значної шкоди довкіллю. Вони містять важкі метали (свинець, кадмій, ртуть, цинк). Одна «пальчикова» батарейка, що потрапила в ґрунт, може забруднити близько $20\text{ м}^2$ землі або $400\text{ л}$ води. Це отруює рослини, тварин і згодом може потрапити в організм людини.

2. Перевір достовірність інформації в порівняльній таблиці 22.1. З’ясуй, які батарейки використано в електричних приладах у тебе вдома. Доповни таблицю рядком «Зазвичай використовують у …». Чи достатньо інформації у таблиці, щоб приймати рішення щодо заощадження витрат на придбання батарейок?

Я проаналізував прилади вдома. Сольові батарейки часто стоять у пультах, лужні (Alkaline) — у іграшках та мишках, а літієві зустрічаються рідше, зазвичай у специфічній електроніці.

Ось доповнений рядок для таблиці: