Тема : Основы электрорадиотехники.

Цель : Ознакомить л/с с понятиями об электричестве и его параметрах.

Время : 2 часа

Метод : рассказ, объяснение.

Место : класс

Учебные вопросы : 1. Постоянный электрический ток и его параметры

  1. Электрическое сопротивление, проводимость. Реостаты и потенциометры.
  2. Электрическая емкость. Назначение и устройство конденсаторов.

Руководство, пособия : «Основы радиотехники и радиолокации»

 

Действия руководителя и обучаемых

Методика проведения занятия

— строю л/с, проверяю внешний вид;

— проверяю готовность к занятию;

— объявляю тему, цель, учебные вопросы;

— напоминаю меры безопасности.

 

Объясняю 1 учебный вопрос:

Даю под запись :

Электрический ток – упорядоченное движение электронов вдоль проводника под действием какой-либо электрической силы.

Количество электронов, проходящих в одну секунду через поперечное сечение (площадь) проводника называется силой тока.

Причина, которая создает непрерывно действующую на электроны силу, сообщающую электронам движение в определенном направлении, называется электродвижущей силой (ЭДС).

Объясняю :

Под воздействием ЭДС электроны двигаются ускоренно, но при движении они все время сталкиваются с положительными ионами металла, поэтому длина их свободного пробега весьма мала и средняя скорость остается незначительной. Скорость же передачи электронов от одного атома к другому, которую можно представить себе как последовательную передачу атомами своих электронов от первого к второму, от второго к третьему и т.д. очень велика и равна скорости света (300 тыс. км/с). Эта скорость и является скоростью электрического тока.

Источниками ЭДС являют/ся гальванические элементы и батареи (соединения нескольких гальванических элементов), аккумуляторы и электрические машины.

Даю под запись :

Путь, по которому проходит электрический ток, называется электрической цепью. Электрический ток может существовать только в замкнутой цепи. Замкнутой электрической цепью называется система проводников, образующих замкнутый контур. Электрический ток в цепи характеризуется силой тока и количеством электричества.

Объясняю :

Если мы имеем трубу, по которой течет вода, то в течение данного времени через поперечное сечение ее пройдет определенное количество воды. По аналогии с этим мы можем сказать, что через сечение проводника, по которому движется электрический ток в течение данного времени пройдет какое-то определенное количество электричества (электронов) или, иначе говоря, пройдет ток определенной силы.

Даю под запись :

Под силой электрического тока понимают количество электричества (электронов), протекающего в одну секунду через поперечное сечение проводника.

За практическую единицу измерения силы тока принят ампер (А).

За практическую единицу количества электричества принят кулон (Q, Кл).

Кулон есть количество электричества, протекающего через поперечное сечение проводника в течении одной секунды при силе тока в один ампер.

Математически зависимость между силой электрического тока и количеством электричества выражается следующими равенствами:

Основы электро-радиотехники - план-конспект

где — сила электрического тока;

— количество электричества;

— время.

Если Q = 1 кулону, t = 1 секунде, то

Основы электро-радиотехники - план-конспект

Объясняю :

При прохождении тока по цепи часть ЭДС расходуется на то, чтобы упорядочить движение заряженных частиц (электронов или ионов) и заставить их перемещаться в определенном направлении. При своем движении в направлении, заданном ЭДС, электроны или ионы сталкиваются с встречающимися на их пути нейтральными атомами и молекулами.

В результате этих столкновений проводник нагревается и скорость теплового движения электронов  в проводнике увеличивается. Другими словами, электрический ток, проходя по проводнику, совершает работу, которая переходит в тепло и излучается проводником путем лучеиспускания в окружающее пространство. Совершаемая работа в электрической цепи покрывается за счет энергии, отдаваемой источником тока.

Ток в цепи, как мы выяснили, вызывается и существует в результате действия ЭДС, которая, непрерывно действуя на электроны (ионы), совершает какую-то работу и заставляет эти заряженные частицы двигаться в определенном направлении.

Поэтому с точки зрения расходуемой энергии в электрической цепи ЭДС характеризуется тем количеством энергии, которое отдается источником тока при прохождении единицы электрического тока в замкнутой цепи.

ЭДС, как мы увидим, получается химическим путем — в гальванических элементах, динамическим путем — в динамомашинах, термическим путем — в термопарах, но существо физического процесса во всех случаях одно и то же и заключается оно в том, что ЭДС источника тока нарушает равномерное распределение электронов в нем. Она смещает электроны внутри источника тока от одного зажима (полюса) к другому. Зажим, получивший избыток электронов, будет отрицательным и обозначается знаком «минус», а зажим с недостатком электронов будет положительным и обозначается знаком «плюс».

Таким образом зажимы оказываются под разным напряжением, т. е. обладают разными электрическими уровнями или, как говорят иначе, обладают разностью потенциалов. Эту разность потенциалов или иначе напряжение на зажимах создает и поддерживает ЭДС источника тока. Если бы ЭДС не было, то электроны внутри источника тока распределилась бы равномерно и напряжение на зажимах равнялось бы нулю. Если соединить зажимы источника тока, т. е. замкнуть цепь через систему проводов, потребитель тока и амперметр, то вследствие имеющейся разности потенциалов на зажимах электроны проводника станут двигаться в определенном направлении и по цепи пойдет ток, при этом электроны, скопившиеся на отрицательном зажиме (-), вследствие их взаимного отталкивания будут как бы проталкивать другие электроны по проводнику, а атомы с недостатком электронов на плюсовом зажиме (+) будут их притягивать. Если ЭДС, предназначенную для поддержания разности потенциалов на зажимах, отключить, то электрический ток в цепи будет кратковременным (пока напряжение на зажимах не сделается равным нулю).

Чтобы ток в цепи мог существовать длительно, необходимо, чтобы внутри источника тока действовала ЭДС, которая непрерывно перемещала бы электроны от отрицательного зажима к положительному, а затем снова к отрицательному и тем самым поддерживала разность потенциалов на зажимах.

 

Приступаю к объяснению второго учебного вопроса    Препятствие, оказываемое проводником прохождению тока, называется электрическим сопротивлением. Сопротивление обозначается буквой R.

Обязательно дать под запись :

Сопротивление проводника зависит от :

  • материала проводника;
  • длины его;
  • площади поперечного сечения;
  • температуры;
  • давления.

Опыт показывает, что сопротивление проводника прямо пропорционально его длине и обратно пропорционально площади его поперечного сечения.

Другими словами, чем длиннее проводник и чем меньше площадь его сечения, т. е. чем тоньше проводник, тем больше его сопротивление. Указанная зависимость математически выражается следующим равенством

Также даю под запись  :

Основы электро-радиотехники - план-конспект

где r — удельное сопротивление проводника;

l – длина проводника в метрах;

S – площадь поперечного сечения проводника в мм2.

Объясняю  :

Удельное сопротивление проводника, зависящее от физических свойств материала, есть сопротивление проводника длинной в 1м с площадью поперечного сечения в 1 мм2 при температуре 20° С.

За единицу измерения сопротивления принят Ом.

Ом есть сопротивление ртутного столба длиной 106,3 см с поперечным сечением 1 мм2 при температуре тающего льда.

Более крупной единицей измерения сопротивления является МОм (МW), который равен 1000000 омов.

Даю под запись  :

Величина, обратная сопротивлению, называется проводимостью и измеряется в единицах – сименсах.

Сименс – это проводимость проводника с сопротивлением в один Ом.

Объясняю :

В настоящее время установлено, что при повышении температуры сопротивление металлических проводников увеличивается, а сопротивление жидких проводников падает.

Кроме температуры, большое влияние на величину сопротивления проводника оказывает и внешнее давление, что особенно заметно при пропускании электрического тока через порошки угольные и металлические.

На практике, особенно в радиолокационной аппаратуре, применяются самые разнообразные сопротивления от единиц до миллионов омов. Наиболее распространенными из них являются : реостаты (переменные сопротивления) проволочные и не проволочные, постоянные проволочные сопротивления и постоянные непроволочные сопротивления и потенциометры.

Определение реостата даю под запись :

Реостатом называется прибор, обладающий определенным сопротивлением, которое можно изменять в известных пределах.

Объясняю :

Для изготовления проволочных реостатов применяются сплавы с большим удельным сопротивлением. Наиболее распространенным типом реостата с плавно меняющимся сопротивлением является реостат Рустрата, довольно часто применяющийся в лабораторной практике.

Проволочный реостат обычно имеет вид спирали, по которой скользит движок; передвижением движка можно плавно без скачков изменять сопротивление реостата, т. е. регулировать силу тока в цепи. Реостат включают в разрыв цепи тока, т. е. последовательно в отношении нагрузки и источника питания.

Кроме реостатов с проволочными сопротивлениями, часто встречаются реостаты, проводящим слоем у которых служит графит, металлическая пыль и т. п. Эти реостаты носят название непроволочных.

К числу реостатов с сопротивлением, меняющимся не плавно, а скачками, относятся реостаты, изготовляемые в виде отдельных секций, концы которых подведены к контактам со скользящим по ним движком. Передвижением движка можно изменять величину введенного в цепь сопротивления скачками.

Даю под запись  :

Реостаты предназначаются для регулирования силы тока в электрических цепях, для регулировки же напряжения служат потенциометры.

Определение потенциометра даю под запись  :

Потенциометром называется реостат, имеющий обычно очень большое сопротивление (порядка сотен и тысяч Ом), два конца которого подключаются параллельно источнику питания, а третий его (подвижный) контакт подключается к нагрузке. По внешнему виду реостат и потенциометр очень похожи друг на друга.

Кроме реостатов и потенциометров, являющихся переменными сопротивлениями, в радиосхемах часто встречаются постоянные сопротивления : проволочные и непроволочные. Постоянные проволочные сопротивления имеют разнообразную форму и изготовляются из тех же материалов, что и реостаты.

Непроволочные сопротивления бывают самой различной величины — от сотен до миллионов Ом. Они имеют цилиндрическую форму и различные размеры.

Непроволочные сопротивления представляют собой фарфоровую трубочку, покрытую тонким слоем углерода серого металлического цвета, который и является проводящим элементом сопротивления. На концах трубочки сделаны выводы.

Сопротивления типа ТО представляют собой покрытую проводящим слоем стеклянную трубочку. Проволочные выводы приклеиваются к трубочке проводящим клеем, имеющим низкое удельное сопротивление. Сопротивления типа ТО запрессовываются в пластмассу, чем достигается большая механическая прочность. Сопротивления такого вида нашли самое широкое применение в радиолокационных устройствах и радиоаппаратуре вообще.

 

Как показывает опыт, проводники не только электризуются, но обладают также свойством накаливать определенное количество электричества.

Даю под запись  :

Способность прибора накапливать электрические заряды при определенном потенциале называется электрической емкостью.

Объясняю :    

В радиотехнике и радиолокации в ряде случаев бывает необходимо иметь такие приборы, которые могли бы накапливать значительные электрические заряды и сохранять их.

Даю под запись :

Такие приборы называются конденсаторами.

В простейшем случае конденсатор представляет собой две металлические пластинки, называемые обкладками, промежуток между которыми обычно заполнен воздухом или другим диэлектриком. По материалу диэлектрика различают: воздушные конденсаторы, конденсаторы с жидким и твердым диэлектриком.

Объясняю :

Процесс накопления на обкладках конденсатора электрических зарядов носит название заряда конденсатора. Для заряда конденсатора одну его обкладку присоединяют к одному полюсу источника, вторую — к другому полюсу этого же источника.

Даю под запись  :

Величина заряда Q, полученного конденсатором будет тем больше, чем больше емкость С и выше напряжение U заряжающего конденсатор источника тока. Эта зависимость математически записывается следующей формулой:

Основы электро-радиотехники - план-конспект

Таким образом, конденсатор представляет собой прибор, позволяющий накоплять большое количество электричества при относительно невысоком напряжении между его обкладками.

За единицу емкости в практической системе единиц принята фарада (F).

Если в формуле Основы электро-радиотехники - план-конспект положить Q = 1кулону, U = 1в, то емкость С будет равна 1 фараде, т. е.  Основы электро-радиотехники - план-конспект(1F).

Отсюда следует, что практической единицей емкости (одной фарадой) называется емкость такого конденсатора, который при заряде в один кулон будет иметь между своими обкладками разность потенциалов в один вольт.

Фарада представляет собой очень большую единицу емкости, и по этому на практике емкость конденсаторов выражают в миллионных долях микрофарады – микрофарадах (mF или мкф) или даже миллионных долях микрофарады – пикофарадах (mmF или пФ).

Для каждого конденсатора емкость есть величина постоянная; она зависит от размеров обкладок, расстояния между ними (толщина диэлектрика) и от вещества диэлектрика.

Действительно, чем больше поверхность обкладок конденсатора, тем больше величина заряда, который он может принять, а следовательно, и тем больше емкость конденсатора.

Расстояние же между обкладками конденсатора и величина его емкости находятся в обратной зависимости. В самом деле, чем меньше расстояние между обкладками конденсатора, тем сильнее они будут влиять на диэлектрик. Электрические заряды атомов диэлектрика будут в большем числе подвергаться влиянию зарядов на обкладках, что и приводит к увеличению емкости конденсатора.

Ввиду того, что процесс заряда конденсатора сопровождается образованием электрического поля, а следовательно, и деформацией его диэлектрика, а величина деформации зависит в свою очередь от вещества диэлектрика, то, очевидно, и емкость конденсатора, определяющая величину его заряда, должна также зависеть от материала применяемого диэлектрика.

Величиной, характеризующей материал диэлектрика, является диэлектрическая постоянная e, которая показывает, во сколько раз увеличивается емкость воздушного конденсатора, если заменить в нем воздух каким-либо иным диэлектриком.

Даю под запись  :

Емкость конденсатора тем больше, чем больше поверхность его обкладок, чем меньше расстояние между ними и чем больше величина e диэлектрика.

Эта зависимость математически выражается следующей формулой:

Основы электро-радиотехники - план-конспект

где S — площадь обкладок конденсатора;

      d – расстояние между обкладками конденсатора.

Если число пластин n, они образуют n-1 параллельных конденсаторов, то емкость такого конденсатора увеличивается по сравнению с емкостью двухпластинчатого конденсатора в n-1 раз и будет равной:

Основы электро-радиотехники - план-конспект

  1. Напоминаю тему, цель и учебные вопросы.
  2. Указываю ошибки.
  3. Даю задание на самоподготовку

подвожу итог занятия

(Пока оценок нет)