Шайхина Гульназира Кажибаевна
учитель математики и физики
второй квалификационной категории
третьего базового уровня
КГУ «Средняя школа № 2 г.Тайынша»
Тайыншинский район
Северо-Казахстанская область
Дата проведения: 16 февраля 2015 года
Урок по физике в 8 классе
Тема урока: Электронагревательные приборы. Лампа накаливания. Короткое замыкания.
Цель: Изучить электронагревательные приборы и история возникновения лампа накаливания.
Критерии успеха:
1) Я знаю история возникновения лампа накаливания;
2) Я понимаю для чего необходимы предохранители;
3) Я могу объяснить из каких материалов изготавливается нагревательный прибор.
ХОД УРОКА
I этап. Игра на сотрудничество «Настроение», каждый учащийся говорить с каким настроением пришел на урок.
II этап. Деление на группы. Раздается карточки для самооценки. Критерии оценивания баллы выставляют по всем этапам урока, в конце урока суммируется и выставляется в журнал.
«0» баллов ничего не понял; «1» баллов понял могу решить примеры; «2» баллов понял, могу решить и объяснить решение заданий.
III этап. Определение темы, цели и критерии успеха. Задаются вопросы:
1) В темное время суток мы включаем …?
2) Что изображено на слайде?
3) Как все эти предметы назвать одним предложением?
4) Определите цель урока.
5) Сформулируйте цель урока.
IV этап. Самостоятельное изучение новой темы по раздаточному материалу. Для каждой группе отдельная тема для изучения.
1 группа. История появления электрической лампочки
2 группа. Свеча Яблочкова и первая лампочка Эдисона
3 группа. Короткое замыкание. Предохранители
Составляют постер.
Учащиеся сами себя оценивают, как они поняли материал.
V этап. Используя принцип «Джигсо» один представитель группы подходит к другой группе и объясняет свой материал. При этом участники группы задают вопросы в конце оценивают объяснение, полноту, точность.
VI этап. Работа в группе с учебником. Решение упражнений на стр 156.Каждый учащийся группы решает задания с объяснениями, и ответ записывают на ватман.
VII этап. Взаимопроверка. Группы обмениваются своими решениями, проверяют, затем снова обмениваются и проверяют решение с доски. И выставляют оценки за решение (критерии оценивания показаны на доске).
IX этап. Домашнее задание. § 43, 44.
X этап. Рефлексия. Раздаются карточки
Я понял(а)___________________________
Я могу______________________________
Мне на уроке понравилось__________________________________________
На уроке мне было трудно__________________________________________
XI этап. Оценивание. Учащиеся суммируют свои баллы и выставляют оценки.
Короткое замыкание. Предохранители
Сегодняшний урок мы посвятим с вами еще одному вопросу, который вплотную связан с количеством теплоты, которая выделяется при протекании электрического тока по проводнику.
Этот вопрос связан, в первую очередь, с нашей безопасностью. И можно сказать о том, что большинство того, что у нас происходит с электрическими цепями, это как раз следствие нарушения правил техники безопасности, связанной с протеканием электрического тока по электрическим цепям. Необходимо сказать, что электрические цепи в наших домах рассчитаны на определенную силу тока, и, если эта сила тока превышает определенное значение, то, конечно, электрические цепи достаточно сильно нагреваются.
Итак, темой нашего сегодняшнего урока будут следующие вопросы.
В первую очередь это, конечно, короткое замыкание. Мы сегодня поговорим о том, что такое короткое замыкание.
И второе – как от этого короткого замыкания защититься, т.е. мы будем рассматривать вопрос, связанный с предохранителями.
Тема нашего сегодня урока, таким образом, это «Короткое замыкание и предохранители».
Итак, возвращаемся к тому, что мы уже обсуждали. Это вопрос, связанный в первую очередь с тем, как протекает электрический ток по электрическим цепям. От чего может в первую очередь повыситься электрический ток в электрической цепи?
Мы знаем, что значение электрического тока характеризуется силой тока и, естественно, сила тока может увеличиваться в зависимости от источников тока. Как вы знаете, источник тока достаточно стабилен, он постоянен, и электрический ток в цепи уже может измениться только за счет того, что мы производим, что мы делаем с этой электрической цепью.
Итак, что может произойти?
В первую очередь, конечно, сила тока, электрический ток увеличивается в цепи за счет того, что мы подключаем очень много потребителей параллельно друг другу в электрическую цепь к источнику тока. Вы знаете о том, что, если мы будем подключать электрические сопротивления, резисторы параллельно, то в этом случае общее сопротивление электрической цепи, так сложилось, уменьшается. А раз оно уменьшается, значит, в цепи будет возрастать электрический ток.
Это первое, поэтому никоим образом нельзя включать в электрические цепи большое количество потребителей.
И второе очень важное замечание. Это то, что электрический ток может увеличиться, если произойдет в результате ремонта или какой-то случайности соприкосновение оголенных проводов. В этом случае тоже резко возрастает электрический ток в цепи.
А последствия этого увеличения уже следующие. Как только нарастает электрический ток, тут же плавится проводка, обмотка этих проводов и, соответственно, возникает пожар. Поэтому говорить о том, что будет происходить, если увеличивается электрический ток в цепях уже смысла нет. Все об этом знают. Все понимают, что в этом случае как раз и будет происходить короткое замыкание.
Короткое замыкание – это ситуация, когда два коснувшихся рядом провода приводят к тому, что электрическое сопротивление на данном участке резко уменьшается там, где соприкоснулись эти провода. И, соответственно, если уменьшается электрическое сопротивление, возрастает сила тока. Вот это как раз и приводит к очень мощному нагреванию данного участка.
Обращаю ваше внимание, что короткое замыкание или, можно сказать еще, включение потребителей – одна сторона вопроса. И вторая сторона, конечно, заключается в том, как себя от этого обезопасить.
И здесь вступает в дело предохранитель. Что такое предохранитель?
В данном случае мы должны понимать, что предохранитель выполняет функцию защиты электрической цепи от изменения электрического тока. Если в цепь будет включен такой предохранитель то, естественно, он должен, каким-то образом отключить изменение электрического тока, уменьшить его значение таким образом, чтобы все, что у нас включено, все приборы и сама электрическая цепь осталась невредимыми.
Как это делается?
В первую очередь необходимо сказать о таком приборе, как плавкий предохранитель. Само слово «плавкий» говорит о том, что он расплавляется. Он устроен достаточно просто. Это, как правило, тонкая стеклянная или керамическая трубочка, внутри которой проходит тонкий провод, присоединенный к двум концам. Когда электрический ток, протекая, включается этот элемент последовательно в электрическую цепь и когда электрический ток повышается, соответственно, увеличивается количество теплоты, и этот волосок, находящийся внутри такого корпуса, расплавляется. Поэтому называется плавким. Цепь, таким образом, размыкается и, соответственно, уже никакого короткого замыкания, никакого пожара быть не может.
Кроме этого, можно сказать и о том, что такой предохранитель можно поставить не только на электрической цепи, там, где электрическая цепь подключается к нашим сетям, но и в приборах, и таким образом мы можем обеспечить двойную защиту и самой электрической цепи, и наших приборов.
И если один из приборов вышел из строя, то вся электрическая цепь останется невредимой.
Кроме плавких предохранителей существуют еще и предохранители, которые работают на расширении тел, т.е. достаточно часто на сегодняшний день встречаются такие предохранители, которые размыкают электрическую цепь автоматически тогда, когда в ней повышается электрический ток. Если ток повысился, значит, соответственно, элемент данного предохранителя нагрелся, он расширился, и автоматически происходит разрыв в цепи.
Давайте посмотрим на устройство такого предохранителя и на его обозначение.
Обращаю ваше внимание, что все предохранители, какие бы они ни были, обозначаются одним и тем же способом (рисунок).
Это прямоугольник, через который пропускается проводник.
Обращаю ваше внимание на то, что в данном случае подчеркивается, что этот проводник изолирован, т.е. он тонкий, и он достаточно хорошо проводит электрический ток. Но разрушается, как только электрический ток в нем повышается. Вот это и есть плавкий предохранитель. Это обозначение предохранителя на схемах. Вот так он и устроен.
Обращаю также ваше внимание на то, что предохранители, которые используются в современных электрических цепях, конечно, имеют самое разное устройство, но принцип один: как можно быстрее сработать по увеличению электрического тока. Увеличился электрический ток – он тут же должен сработать на размыкание цепи.
Можно сказать и то, что на сегодняшний день уже обеспечивается многократная защита электрических цепей, и можно говорить о том, что эта защита на разных участках расположенная дает возможность защитить электрические цепи в крупном масштабе. Там, где срабатывают такие системы, они не дают возможности повреждения схем электрических в домах, в квартирах или, может быть, даже в целом районе.
Можно сказать еще такую довольно любопытную вещь про предохранители. Предохранители на сегодняшний день, как правило, это предохранители уже многоразовые, т.е. сами по себе плавкие предохранители все-таки используются уже достаточно редко. Хотя они встречаются еще и довольно часто. В настоящее время такие предохранители стараются использовать меньше. Всех интересует именно предохранитель такой, который будет многоразовым, т.е. его поставил один раз, и он уже на долгое время сохраняет свою деятельность.
В заключение сегодняшнего урока мне бы хотелось отметить еще и то, что в любом случае человек, сам являясь проводником, должен очень осторожно и аккуратно обращаться с электрическими цепями.
И хотя соблюдается полная защита, вот предохранители и разные схемы предохранения, тем не менее, удар электрическим током может быть достаточно серьезным. И оголенная электрическая цепь очень опасна.
История появления электрической лампочки
В последние десятилетия XIX века в жизнь многих европейских городов вошло электрическое освещение. Появившись сначала на улицах и площадях, оно очень скоро проникло в каждый дом, в каждую квартиру и сделалось неотъемлемой частью жизни каждого цивилизованного человека. Это было одно из важнейших событий в истории техники, имевшее огромные и многообразные последствия. Бурное развитие электрического освещения привело к массовой электрификации, перевороту в энергетике и крупным сдвигам в промышленности. Однако всего этого могло и не случиться, если бы усилиями многих изобретателей не было создано такое обычное и привычное для нас устройство, как электрическая лампочка. В числе величайших открытий человеческой истории ей, несомненно, принадлежит одно из самых почетных мест.
В XIX веке получили распространение два типа электрических ламп: лампы накаливания и дуговые. Дуговые лампочки появились немного раньше. Свечение их основано на током интересном явлении, как вольтова дуга. Если взять две проволоки, подключить их к достаточно сильному источнику тока, соединить, а затем раздвинуть на расстояние нескольких миллиметров, то между концами проводников образуется нечто вроде пламени с ярким светом. Явление будет красивее и ярче, если вместо металлических проводов взять два заостренных угольных стержня. При достаточно большом напряжении между ними образуется свет ослепительной силы.
Впервые явление вольтовой дуги наблюдал в 1803 году русский ученый Василий Петров. В 1810 году то же открытие сделал английский физик Деви. Оба они получили вольтову дугу, пользуясь большой батареей элементов, между концами стерженьков из древесного угля. И тот, и другой писали, что вольтова дуга может использоваться в целях освещения. Но прежде надо было найти более подходящий материал для электродов, поскольку стержни из древесного угля сгорали за несколько минут и были мало пригодны для практического использования. Дуговые лампы имели и другое неудобство – по мере выгорания электродов надо было постоянно подвигать их навстречу друг другу. Как только расстояние между ними превышало некий допустимый минимум, свет лампы становился неровным, она начинала мерцать и гасла.
Первую дуговую лампу с ручным регулированием длины дуги сконструировал в 1844 году французский физик Фуко. Древесный уголь он заменил палочками из твердого кокса. В 1848 году он впервые применил дуговую лампу для освещения одной из парижских площадей. Это был короткий и весьма дорогой опыт, так как источником электричества служила мощная батарея. Затем были придуманы различные приспособления, управляемые часовым механизмом, которые автоматически сдвигали электроды по мере их сгорания.
Понятно, что с точки зрения практического использования желательно было иметь лампу, не осложненную дополнительными механизмами. Но можно ли обойтись без них? Оказалось, что да. Если поставить два уголька не друг против друга, а параллельно, притом так, чтобы дуга могла образовываться только между двумя их концами, то при этом устройстве расстояние между концами углей всегда сохраняется неизменным. Конструкция такой лампы кажется очень простой, однако создание ее потребовало большой изобретательности. Она была придумана в 1876году русским электротехником Яблочковым, который работал в Париже в мастерской академика Бреге.
Свеча Яблочкова
Свеча Яблочкова состояла из двух стержней, изготовленных из плотного роторного угля, расположенных параллельно и разделенных гипсовой пластинкой. Последняя играла двоякую роль, так как служила и для скрепления углей между собой и для их изоляции, позволяя вольтовой дуге образовываться лишь между верхними концами углей. ПО мере того как угли сверху обгорали, гипсовая пластинка плавилась и испарялась, так что кончики углей всегда на несколько миллиметров выступали над пластинкой.
Свечи Яблочкова привлекли к себе всеобщее внимание и наделали много шуму. В 1877 году с их помощью было впервые устроено уличное электричество на Avenue de L`Opera в Париже. Всемирная выставка, открывшаяся в следующем году, дала возможность многим электротехникам познакомиться с этим замечательным изобретением. Под названием «русский свет» свечи Яблочкова использовались позже для уличного освещения во многих городах мира. Эти лампы любопытны еще и тем, что требовали для исключительно переменного тока, так как скорость сгорания положительного и отрицательного электродов в них была неодинаковой и при постоянном токе надо было делать положительный электрод толще. Именно для Яблочкова Грамм изготовил свой первый генератор переменного тока. Но наряду с достоинствами свечи Яблочкова имели свои недостатки. Главное неудобство заключалось в том, что угли в них сгорали очень быстро – свеча средней величины светила не более двух часов.
Этот недостаток, впрочем, был присущ и многим другим дуговым лампам. Не раз у изобретателей являлась мысль заключить вольтову дугу в лишенную кислорода атмосферу. Ведь благодаря этому лампа могла бы гореть значительно дольше. Долгое время эти попытки не удавались, так как пытались выкачать воздух целиком из всей лампы. Американец Джандус первый придумал помещать под купол не всю лампу, а только ее электроды. При возникновении вольтовой дуги кислород, заключенный в сосуде, быстро вступал в реакцию с раскаленным углеродом, так что вскоре внутри сосуда образовывалась нейтральная атмосфера. Хотя кислород и продолжал поступать через зазоры, влияние его сильно ослаблялось, и такая лампа могла непрерывно гореть около 200 часов.
Но даже в таком усовершенствованном виде дуговые лампы не могли получить достаточно широкого распространения. Вольтова дуга представляет собой очень сильный источник света. Яркость ее горения невозможно уменьшить ниже некоторого предела. Поэтому дуговые лампы использовались для освещения больших залов, вокзалов или площадей. Но они были совершенно непригодны для применения в маленьких жилых или рабочих помещениях.
Намного удобнее в этом смысле были лампочки накаливания. Устройство их всем известно: электрический ток, проходя через тонкую нить, раскаливает ее до высокой температуры, благодаря чему она начинает ярко светиться. Еще в 1820 коду французский ученый Деларю изготовил первую такую лампу, в которой накаливаемым телом служила платиновая проволока. После этого в течение полувека лампы накаливания почти не использовались, поскольку не могли найти подходящего материала для нити. Поначалу наиболее удобным казался уголь. В 1873 году русский электротехник Лодыгин сделал лампочку с нитью из роторного угля. Он же первый начал откачивать из баллона воздух. В конце концов ему удалось создать первую лампочку накаливания, получившую некоторое практическое применение, но она оставалась еще очень несовершенной. В 1878 году американские электротехники Сойер и Манн нашли способ изготавливать маленькие угольные дуги небольшого сечения путем обугливания картона в графитовом порошке. Эти дуги заключали в стеклянные колпачки. Однако и эти лампочки были очень недолговечны.
Первая лампочка Эдисона
В 1879 году за усовершенствование электрической лампочки взялся знаменитый американский изобретатель Эдисон. Он понимал: для того, чтобы лампочка светила ярко и долго и имела ровный немигающий свет, необходимо, во-первых, найти подходящий материал для нити, и, во-вторых, научиться создавать в баллоне сильно разреженное пространство. Было проделано множество экспериментов с различными материалами, которые ставились со свойственным для Эдисона размахом. Подсчитано, что его помощники опробовали не менее 6000 различных веществ и соединений, при этом на опыты было израсходовано свыше 100 тысяч долларов. Сначала Эдисон заменил ломкий бумажный уголек более прочным, приготовленным из угля, потом стал делать опыты с различными металлами и наконец остановился на нити из обугленных бамбуковых волокон. В том же году в присутствии трех тысяч человек Эдисон публично демонстрировал свои электрические лампочки, осветив ими свой дом, лабораторию и несколько прилегающих улиц. Это была первая лампочка с продолжительным сроком службы, пригодная для массового производства. Но поскольку изготовление нитей из бамбука оказалось достаточно дорогим, Эдисон разработал новый способ выделки их из специальным образом обработанных волокон хлопка. Сначала хлопок помещали в горячий хлорно-цинковый раствор, где он постепенно растворялся. Полученную жидкость сгущали с помощью насоса до тестообразного состояния и выдавливали через тонкую трубку в сосуд со спиртом. Здесь она превращалась в тонкую нить и наматывалась на барабан. Полученную нить путем нескольких промежуточных операций освобождали от хлорно-цинкового раствора, сушили, разрезали, заключали в v-образные формы и обугливали в печи без доступа воздуха. Затем на нити напыляли тонкий слой угля. Для этого их помещали под колпак, заполненный светильным газом, и пропускали через них ток. Под действием тока газ разлагался, и на нити осаждался тонкий слой углерода. После всех этих сложных операций нить была готова для употребления.
Процесс изготовления лампочки тоже был очень сложным. Нить помещали в стеклянный колпачок между двумя платиновыми электродами, вплавленными в стекло (дорогой платиной приходилось пользоваться потому, что она имела одинаковый со стеклом коэффициент теплового расширения, что было очень важно для создания герметичности). Наконец, с помощью ртутного насоса из лампочки выкачивали воздух, так что в ней оставалось не более одной миллиардной того воздуха, который содержался в ней при нормальном давлении. Когда выкачивание заканчивалось, лампочку запаивали и насаживали на цоколь с контактами для вкручивания в патрон (и патрон, и цоколь, а также другие элементы электрического освещения, сохранившиеся без изменений до наших дней – выключатели, предохранители, электрические счетчики и многое другое – были также изобретены Эдисоном). Средняя долговечность лампочки Эдисона составляла 800-1000 часов непрерывного горения.
Почти тридцать лет лампочки изготавливались описанным выше способом, но будущее было за лампочками с металлической нитью. Еще в 1890 году Лодыгин придумал заменить угольную нить металлической проволокой из тугоплавкого вольфрама, имевший температуру накала 3385 градусов. Однако промышленное изготовление таких лампочек началось только в XX веке.
Получите свидетельство
Вход
Урок физики "Электронагревательные приборы. Лампа накаливания. Короткое замыкание" (0.49 MB)
0
2467
218
Нравится
0
