Зовнішнє незалежне оцінювання – комплексне видання

Частина I НАВЧАЛЬНИЙ ДОВІДНИК — З ПРИКЛАДАМИ ТА ЗАВДАННЯМИ

ЕЛЕКТРОДИНАМІКА

1. ОСНОВИ ЕЛЕКТРОСТАТИКИ

1.1. ЕЛЕКТРИЧНИЙ ЗАРЯД. ЗАКОН КУЛОНА

1.1.1. ЕЛЕКТРИЧНИЙ ЗАРЯД. ВЛАСТИВОСТІ ЕЛЕКТРИЧНОГО ЗАРЯДУ

Електричний заряд q — фізична величина, яка характеризує властивість частинок або тіл вступати в електромагнітну взаємодію.

✵ Одиниця електричного заряду в СІ — кулон (Кл):

1 кулон — це заряд, який проходить через поперечний переріз провідника за 1 с, якщо сила струму в провіднику 1 А:

Основні властивості електричного заряду:

1) Існують два роди електричних зарядів — позитивні та негативні. Електричний заряд такого роду, як заряд, отриманий на ебонітовій паличці, потертій об вовну, прийнято за негативний; а такого роду, як заряд, отриманий на скляній паличці, потертій об папір, — за позитивний.

2) Тіла, які мають заряди одного знака, відштовхуються; тіла, які мають заряди протилежних знаків, притягуються.

3) Носієм електричного заряду є частинка — електричного заряду без частинки не існує.

4) Електричний заряд є дискретним, тобто електричний заряд будь-якого зарядженого тіла дорівнює цілому числу найменших (елементарних) зарядів е :

Носієм елементарного негативного заряду є електрон: q _ел = -е = -1,6 ∙ 10 -19 Кл. Носієм елементарного позитивного заряду є протон:

Перше досить точне вимірювання значення елементарного заряду здійснив американський фізик Роберт Міллікен під час дослідів 1906- 1916 рр. Він вивчав рух дрібних крапельок олії в електричному полі.

Прилад для виявлення та якісного оцінювання електричного заряду називають електроскопом (рис. 1.1, а).

✵ Будова та принцип дії електроскопа. Коли до кондуктора 1 торкаються досліджуваним зарядженим тілом, то частина заряду тіла по металевому стрижню 2 переходить на смужки 3. Однойменно заряджені тіла відштовхуються, тому кінці смужок розходяться. Коли електроскоп незаряджений, то смужки розташовані вертикально.

Якщо смужки електроскопа замінити легкою металевою стрілкою, а на корпусі розмістити шкалу, то отримаємо прилад, який називають електрометром (рис. 1.1, б).

Закон збереження заряду: алгебраїчна сума зарядів усіх тіл ізольованої системи залишається незмінною за будь-яких процесів чи явищ усередині системи:

1.1.2. ВЗАЄМОДІЯ ЗАРЯДІВ. ЗАКОН КУЛОНА

Електричні заряди називають точковими, якщо розподілені на тілах, лінійні розміри яких значно менші, ніж будь-які інші розміри в даній задачі.

Закон Кулона: модуль сили електростатичної взаємодії між двома точковими зарядами q₁, і q₂, які містяться у вакуумі, прямо пропорційний добутку модулів їхніх зарядів і обернено пропорційний квадрату відстані r між ними (рис. 1.2).

Коефіцієнт пропорційності в законі Кулона (k) — величина, яка чисельно дорівнює силі взаємодії двох точкових зарядів по 1 Кл кожний, що розташовані на відстані 1 м один від одного у вакуумі:

✵ У діелектриках сила взаємодії зменшується в є разів:

де — діелектрична проникність середовища. У теорії електрики k замінюється на k = , де ₀ = 8,85 ∙ 10 -12 — електрична стала.

§ 1. Електричний струм

«Рух нематеріальної рідини» — напевно, так назвав би електричний струм творець першої теорії про електрику американський фізик і політик Бенджамін Франклін (1706-1790). Зараз ви добре знаєте, що електричний струм являє собою рух саме матеріальних частинок, а от порівняння з рідиною залишається слушним. Про те, що таке електричний струм, за яких умов він виникає та які фізичні величини його характеризують, згадаємо в цьому параграфі.

1. Умови існування електричного струму

Розглянемо металевий провідник. Метали — це полікристалічні речовини, у вузлах кристалічних ґраток яких розташовані позитивні йони; між йонами «мандрують» вільні електрони, здійснюючи рух, подібний до руху молекул газу (рис. 1.1). Якщо в металевому провіднику створити електричне поле, то вільні електрони, не припиняючи свого хаотичного руху, починають зміщуватись у бік, протилежний вектору напруженості електричного поля, тобто рух електронів стає напрямленим — у провіднику виникає електричний струм.

Електричний струм — це напрямлений (упорядкований) рух частинок, які мають електричний заряд.

Рис. 1.1. За відсутності електричного поля електрони в металевому провіднику рухаються хаотично

Зрозуміло, що створювати електричний струм можуть не тільки електрони. Так, в електролітах унаслідок дії електричного поля зміщуються позитивні й негативні йони, а в газах — електрони та позитивні й негативні йони.

• Чому позитивні йони зміщуються в напрямку напруженості електричного поля, а негативні — в протилежному напрямку?

Для виникнення та існування електричного струму є необхідними дві умови:

• 1) наявність вільних заряджених частинок — носіїв струму;
• 2) наявність електричного поля, дія якого створює та підтримує напрямлений рух вільних заряджених частинок.

За створення електричного поля «відповідають» джерела струму — пристрої, які перетворюють різні види енергії на електричну енергію. У джерелах струму виконується робота з розділення різнойменних електричних зарядів, у результаті чого один полюс джерела набуває позитивного заряду, а другий — негативного; у такий спосіб створюється електричне поле.

Найпоширенішими джерелами струму є електромеханічні генератори, в яких механічна енергія перетворюється на електричну. Останнім часом широко застосовують сонячні батареї — джерела струму, в яких на електричну енергію перетворюється енергія світла.

• Які ще джерела електричного струму ви знаєте? Які перетворення енергії в них відбуваються?

2. Що таке електричне коло

Найпростіше електричне коло являє собою з’єднані провідниками в певному порядку джерело струму, споживач електричної енергії, замикальний (розмикальний) пристрій.

Креслення, на якому умовними позначеннями (див. таблицю) показано, з яких елементів складається електричне коло та в якій послідовності вони з’єднані між собою, називають електричною схемою.

Умовні позначення деяких елементів електричного кола

• за напрямок струму в електричному колі прийнято напрямок, у якому рухалися б по цьому колу позитивно заряджені частинки, тобто напрямок від позитивного полюса джерела струму до негативного;
• в умовному позначенні гальванічного елемента довга риска позначає позитивний полюс джерела, а коротка — негативний.

3. Закон Ома для ділянки кола

Для кількісного опису струму в провіднику застосовують такі фізичні величини: сила струму (характеризує власне електричний струм), напруга (характеризує поле, яке створює струм), опір (характеризує провідник). Згадаємо їх.

* Тут і далі в дужках наведено міжнародні позначення одиниць СІ.

4. Учимося розв’язувати задачі

Задача. На рисунку подано вольт-амперну характеристику циліндричного провідника, який має довжину 250 м і площу поперечного перерізу 3,5 мм 2 . Із якого металу виготовлений провідник?

Аналіз фізичної проблеми. Дізнатися, з якого металу виготовлений провідник, можна, якщо визначити його питомий опір і скористатися відповідною таблицею (див. Додаток 1).

Питомий опір металу знайдемо з формули для визначення опору циліндричного провідника. Опір обчислимо, скориставшись законом Ома та графіком залежності I(U). Відповідно до графіка за напруги, наприклад, 2 В сила струму в провіднику становить 10 А.

ПРОФЕСІЇ МАЙБУТНЬОГО

Безумовно, ви вже розумієте, що наш світ змінюється і багато професій, які є популярними зараз, зникнуть у майбутньому Тож яку професію обрати, щоб не помилитися? Чи потрібен шкільний курс фізики для оволодіння навичками майбутньої професії? Стислі відомості про деякі перспективні професії ви знайдете на сторінках підручника.

Фахівець з ремонту та обслуговування роботів

Навіть малюкам відомо про наближення ери роботів. Але роботи, як і інші механізми, потребують обслуговування: налаштування, заміни зіпсованих частин тощо. Для такої роботи треба бути фахівцем з електрики та електроніки, знавцем у програмуванні.

Кількість роботів буде зростати, відповідно зростатиме попит на їх обслуговування. Тож фахівці з ремонту та обслуговування роботів — одна із професій майбутнього.

Підбиваємо підсумки

• Електричний струм — це напрямлений (упорядкований) рух частинок, які мають електричний заряд. Для виникнення та існування електричного струму необхідна наявність вільних заряджених частинок (носіїв струму) та електричного поля. За напрямок струму в електричному колі прийнято напрямок, у якому рухалися б по цьому колу позитивно заряджені частинки (напрямок від позитивного полюса джерела струму до негативного).

Контрольні запитання

1. Що таке електричний струм? Якими є умови його виникнення та існування? 2. Які пристрої називають джерелами електричного струму? Наведіть приклади. 3. Відтворіть, як позначають на електричних схемах гальванічний елемент; резистор; реостат; амперметр; вольтметр; ключ. Для чого призначені ці пристрої? 4. Що прийнято за напрямок струму в колі? 5. Дайте характеристики фізичних величин: сила струму в колі; напруга на ділянці кола; опір провідника; питомий опір. 6. Сформулюйте закон Ома для ділянки кола.

1. Наведіть приклади споживачів електричного струму. Які перетворення енергії в них відбуваються?

2. Нагрівальним елементом праски, до кінців якого прикладено напругу 220 В, за 0,5 хв пройшов заряд 300 Кл. Визначте силу струму в нагрівальному елементі та опір елемента.

3. На рисунку подано вольт-амперну характеристику ніхромового дроту із площею поперечного перерізу 0,2 мм 2 . Визначте довжину дроту.

4. Що, на вашу думку, спільне в плину рідини та електричного струму? Які фізичні величини, що характеризують рух рідини, є аналогічними силі струму; напрузі; опору; заряду?

5. Чому одиниці сили струму, напруги та опору пишуть із великих літер? На честь кого вони названі? Які відкриття зробили ці вчені?

Фізика і техніка в Україні

Борис Євгенович Патон (народ. 1918 р.) — український учений, світову славу якому принесли дослідження в галузі електродугового зварювання. У 1953 р. Борис Євгенович став директором Інституту електрозварювання імені Є. О. Патона (Київ). Учений очолив дослідження, у результаті яких було створено електрошлаковий процес для підвищення якості іржостійких сталей. За ініціативи Б. Є. Патона започатковано зварювання в космосі. Він втілив у практику зварювання тканин людини під час хірургічних операцій. Ця методика зберегла життя тисячам хворих і зараз використовується в усьому світі.

Із 1962 р. Б. Є. Патон є незмінним президентом Національної академії наук України.

У 2018 р. вчений відзначив свій 100-річний ювілей. З нагоди цієї події він був нагороджений ЮНЕСКО Золотою медаллю Аристотеля, а також державними нагородами багатьох країн.

Електричний заряд та електромагнітна взаємодія

Мета онлайн уроку: дати знання під час очного або дистанційного навчання про електромагнітну взаємодію, електричний заряд, два роди зарядів та розглянуті їх основні властивості

Актуалізація опорних знань. Перевірка знань

Канікули скінчились, усі відпочили та отримали «заряд бадьорості», щоб почати вивчати новий розділ «Електричні явища. Електричний струм». Тепер дамо відповіді на важливі питання, з якими ми зіткнулися на початку навчального року. Ці знання нам знадобляться для вивчення нової теми. При дистанційному навчанні відповідаємо письмово.

1. Сформулюйте основні властивості МКТ.

2. Опишіть та замалюйте будову атома.

Вивчення нового матеріалу «Електричний заряд та електромагнітна взаємодія»

Опрацьовуємо очно або дистанційно параграф «Електричний заряд та електромагнітна взаємодія» §19 за підручником «Фізика 8 клас, В. Г. Бар’яхтар, С. О. Довгий» або §19, 20 та 21 «Електричні явища. Електричний заряд», «Подільність електричного заряду», «Будова атома» за підручником «Фізика 8 клас, П. Ф. Пістун, В. В. Добровольський». Пишемо конспект, головне виділене нижче.

При дистанційному навчанні урок варто розпочати з пояснювального відео по темі.

Фалес Мілетський (640 – 550 рр. до н. е.)

Давньогрецький філософ Фалес Мілетський першим відкрив, що шматок бурштину, потертий вовною, починає притягувати дрібні частинки. Він і ввів корінь слова «електро», адже слово «бурштин» в перекладі з грецької означає «електрон».

Електрони утримуються біля ядра атома завдяки електромагнітній взаємодії. Електрична взаємодія є однією з її складових.

Проведемо кілька дослідів з прикладами електромагнітної взаємодії. Наприклад, наелектризуємо гребінець та перевіримо, що він зможе притягнути до себе. На відео можна побачити, що такий гребінець може дозволити навіть керувати цілим кораблем.

Електричний заряд — це фізична величина, яка характеризує властивість частинок і тіл вступати в електромагнітну взаємодію.

Електризація — це процес набуття макроскопічними тілами електричного заряду.

Основні властивості електричного заряду

1. Існують два роди електричних зарядів — позитивні і негативні.

Електричний заряд такого роду, як заряд, отриманий на бурштині або ебонітовій паличці, потертих об вовну, прийнято називати негативним, а такого роду, як заряд, отриманий на паличці зі скла, потертій об шовк або папір, — позитивним.

2. Тіла, що мають заряди одного знаку, відштовхуються.

Тіла, що мають заряди протилежних знаків, притягуються.

3. Носієм електричного заряду є частинка — електричний заряд не існує окремо від частинки. Зазвичай під час електризації тіло приймає або віддає деяку кількість електронів.

4. Електричний заряд є дискретним, тобто електричні заряди фізичних тіл є кратними певному найменшому (елементарному) заряду:

де q — заряд фізичного тіла; N — ціле число; e — елементарний заряд.

Носієм найменшого негативного заряду є електрон.

5. І мікрочастинки, і макроскопічні тіла можуть мати заряд (позитивний або негативний), а можуть бути нейтральними. Наприклад, нейтральними частинками — частинками, заряд яких дорівнює нулю, — є нейтрони (вони разом із протонами складають ядро атома).

Закріплення набутих знань

Пройдіть інтерактивний тест онлайн уроку «Електричний заряд та електромагнітна взаємодія», побудований на основі контрольних запитань параграфа та додаткових завдань.

Тест “Електричний заряд та електромагнітна взаємодія”

Задача 1 (Вправа №19, завдання 1)

На рисунку зображено позитивно заряджене тіло й підвішені на нитках кульки 1 і 2, що мають заряди невідомих знаків. Визначте знаки зарядів кульок 1 і 2.

Задача 1 (Вправа №19, завдання 2)

На тонкій шовковій нитці висить заряджена паперова кулька. Як, маючи ебонітову паличку та шматок вовни, визначити знак електричного заряду кульки?

Вправи до онлайн уроку «Електричний заряд. Електрична взаємодія», які вкаже ваш учитель фізики.

Наприклад, Вправа 19, завдання 4 за підручником «Фізика 8 клас, В. Г. Бар’яхтар, С. О. Довгий». Також виконайте Експериментальне завдання на ст. 105 (зробити фотозвіт).

Наприклад, Завдання 20, вправа 2-5 за підручником «Фізика 8 клас, П. Ф. Пістун, В. В. Добровольський».

Запрошуємо школярів та вчителів приєднатися до спільноти Facebook “Дистанційне навчання: Фізика”:

Дистанційне Навчання З Фізики цікавиться

• Задонатити
• Добровільну фінансову допомогу на розвиток проекту у вигляді довільної суми коштів, яка Вас не обтяжує, можна швидко надіслати за вказаним під кнопкою “Задонатити” посиланням