Z tego filmu dowiesz się:

  • czym jest natężenie prądu i jaka jest jego jednostka,
  • jak stosować do obliczeń związek między natężeniem prądu a ładunkiem i czasem jego przepływu przez przekrój poprzeczny przewodnika,
  • jak posługiwać się pojęciem napięcia elektrycznego jako wielkości określającej ilość energii potrzebnej do przeniesienia jednostkowego ładunku w obwodzie,
  • jak stosować jednostkę napięcia,
  • jak rysować schematy obwodów elektrycznych składających się z jednego źródła energii, jednego odbiornika, mierników i wyłączników,
  • jak posługiwać się symbolami graficznymi elementów obwodu elektrycznego.

Podstawa programowa

Pobieranie materiałów

wideo ekran podsumowujący napisy

Licencja: cc-by-nc-sa.svg

Poniższe materiały są udostępnione na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa-Użycie niekomercyjne-Na tych samych warunkach 4.0 Międzynarodowej (https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/deed.pl). Możesz je wykorzystywać wyłącznie jako całość, bez rozdzielania ich na indywidualne elementy składowe. Zabronione jest wycinanie, pobieranie, modyfikowanie, edytowanie i zmienianie elementów składowych (np. grafik, tekstów, dźwięków, logotypów). Licencja CC BY-NC-SA 4.0 nie obejmuje wykorzystywania elementów składowych w utworach pochodnych. Jeśli chcesz wykorzystać ten materiał w swoim niekomercyjnym projekcie, nie zapomnij wymienić jego autorów: Pi-stacja / Katalyst Education.

Transkrypcja

Kliknij na zdanie, aby przewinąć wideo do tego miejsca.

Andre Marie Ampere francuski fizyk i matematyk swoją rozprawę naukową na temat krzywych stożkowych napisał w wieku 13 lat. Mimo iż nie posiadał formalnego wykształcenia jego dorobek naukowy doprowadził go do tytułu profesora. Interesował się również chemią. To właśnie on odkrył fluor. Jednak za jego największe osiągnięcie uważa się prace nad elektrycznością i magnetyzmem. Od jego nazwiska pochodzi nazwa jednostki natężenia prądu elektrycznego, amper. Jaką wartość ma jednostka natężenia? O tym dowiesz się w tej lekcji. W innym filmie z tej playlisty porównywaliśmy natężenie prądu z natężeniem ruchu na autostradzie. Mówiliśmy, że do obliczenia natężenia ruchu wystarczy policzyć ile samochodów przejeżdża przez jakiś obserwowany przez nas punkt autostrady w jednostce czasu. Podobnie jeśli zliczymy jaki ładunek przepłynie przez przewodnik w danym czasie to wyznaczymy natężenie prądu. Jeśli przez jedną sekundę przepłynie przez niego ładunek o wartości jednego kulomba to natężenie wyniesie 1 amper. Amper to właśnie jednostka natężenia. Innymi słowy, natężenie prądu to wartość ładunku jaka przepływa przez poprzeczny przekrój przewodnika w czasie jednej sekundy. Nikt z nas nie jest jednak w stanie policzyć elektronów przepływających przez przewodnik. Do tego celu służy nam specjalne urządzenie—amperomierz. Nazwa jak najbardziej na miejscu w końcu mierzy ampery. Jako, że zlicza ono ładunki przepływające przez nie w jakimś punkcie przewodnika musi być ono wpięte bezpośrednio w ten przewodnik niejako przerywając jego ciągłość. Zobaczmy to na schemacie obwodu. Takie podłączenie urządzenia w obwodzie nazywamy szeregowym bo urządzenie, w tym przypadku amperomierz jest w jednym szeregu z przewodnikiem niczym koraliki nanizane na jedną nitkę. Jeśli przepływ ładunku jednego kulomba w ciągu jednej sekundy oznacza natężenie jednego ampera to z jakim natężeniem prądu będziemy mieć do czynienia jeśli w ciągu dwóch sekund przepłynie ładunek o wartości sześciu kulombów? Dwie sekundy, 6 kulombów. Czyli w ciągu jednej sekundy przepłyną 3. To znaczy, że natężenie prądu będzie równe trzem amperom. Natężenie oznaczamy wielką literą I. Aby obliczyć natężenie prądu wystarczy więc podzielić ładunek jaki przepłynął przez dany przekrój przewodnika wyrażony w kulombach przez czas jaki to zajęło w sekundach. Kwestię natężenia prądu i jego pomiaru wyjaśniliśmy sobie dokładnie. Zastanówmy się teraz jak możemy wyrazić i zmierzyć napięcie prądu. Napięcie prądu porównywaliśmy w poprzednim filmie tej playlisty z różnicą poziomów wody. W przypadku prądu mówimy o różnicy potencjałów. W jednym miejscu mamy nadmiar elektronów w innym ich niedobór co wywołuje ich naturalny przepływ. W obwodzie przepływ ten jest stymulowany przez źródła prądu. Napięcie prądu między dwoma punktami przewodnika jest w fizyce definiowane jako stosunek pracy potrzebnej przy przenoszeniu ładunku między tymi punktami przewodnika do tego ładunku. Definicja ładna i gładka niestety niezbyt jasna. Spróbujmy ją sobie zobrazować na bardziej życiowym przykładzie. Wyobraź sobie mecz piłkarski na który przychodzą kibice dwóch zwaśnionych klubów. Plusów i minusów. Ochrona stadionu wie, że gdy się spotkają iskry polecą. Dlatego też stara się ich rozdzielić. Na początku jest łatwo, niewielu kibiców niewiele siły potrzeba żeby przemieścić ich w odrębne sektory. Ale im więcej ludzi wchodzi na stadion tym trudniej jest kolejnych wcisnąć do dedykowanego im sektora. I tym większe tworzy się między tymi sektorami napięcie. Jeśli ochrona w pewnym momencie zniknie kibice do skoczą do siebie i to z tym większą energią im więcej pracy wymagało powstrzymanie ich przed bezpośrednim kontaktem. Wróćmy do prądu elektrycznego. Tu zamiast odrębnych sektorów mamy różnicę potencjałów która wynika z nadmiaru elektronów czyli minusów w jednym punkcie przewodnika a ładunków dodatnich czyli plusów w drugim. Bez bariery elektrony będą samoistnie przepływać z miejsca, gdzie jest ich dużo tam gdzie jest ich mało niwelując ładunek dodatni po drugiej stronie. Tak, jak kibice będą chcieli się zetknąć gdy nie będzie między nimi ochrony. I ten przepływ elektronów może wykonać pracę podobnie jak zezłoszczeni kibice choć w przypadku tych ostatnich efekty tej pracy mogą nam się nie spodobać. Im większa różnica potencjałów czyli im więcej ładunków ujemnych w jednym miejscu a więcej dodatnich w drugim tym dynamiczniej elektrony będą przepływać a co za tym idzie, każdy z nich będzie wykonywał większą pracę. Uff, wiemy już czym jest napięcie. Teraz wymyślmy w jaki sposób je mierzyć. Służy do tego woltomierz. Skoro ma ona nam zmierzyć napięcie czyli różnicę potencjałów w dwóch punktach przewodnika musimy go podłączyć do tego przewodnika właśnie w dwóch punktach. Zobaczmy to na schemacie. Widzisz, że przewód na którym znajduje się woltomierz jest ułożony równolegle do głównego obwodu. Taki sposób podłączenia nazywamy równoległym. W tym przypadku mierzymy różnicę potencjałów, a więc napięcie między tymi dwoma punktami. Fizycy ustalili, że przeniesienie ładunku o wartości 1 kulomba wymagające pracy jednego dżula generuje napięcie jednego wolta. I to właśnie wolt jest jednostką napięcia. To jakie będzie napięcie prądu jeśli przeniesienie ładunku dwóch kulombów będzie wymagało pracy czterech dżuli? Na każdy kulomb ładunku potrzebujemy pracy dwóch dżuli czyli napięcie wyniesie 2 wolty. Aby obliczyć napięcie prądu wystarczy więc podzielić pracę jaką trzeba wykonać przy przeniesieniu danego ładunku przez ten ładunek. Teraz zobaczmy, czym się różni podłączenie amperomierza i woltomierza do jednego obwodu. Amperomierz mierzy natężenie w danym punkcie jest podłączony szeregowo. Woltomierz mierzy napięcie między dwoma punktami jest więc podłączony równolegle. Ciężko będzie Ci dziś znaleźć elektryka posługującego się amperomierzem i woltomierzem. Wszyscy korzystają raczej z multimetru czyli urządzenia mogącego zmierzyć oba parametry charakterystyczne prądu. Wystarczy ustawić wartość którą chcemy mierzyć i podłączyć multimetr w odpowiedni sposób do obwodu. Szeregowo lub równoległe. Czas na zadanie. Obliczmy w jakim czasie przez żarówkę przez którą płynie prąd o natężeniu 3 amperów przepłynie ładunek 15 kulombów. W tym zadaniu mamy podane natężenie prądu I równe 3 ampery oraz ładunek q równa się 15 kulombów. Obliczyć mamy czas przepływu. Użyjemy wzoru na natężenie prądu ale konieczne będzie jego przekształcenie. Przekształcając ten wzór tradycyjnie musimy go wymnożyć obustronnie przez t co daje nam I razy t równa się q. Aby obliczyć t, musimy pozbyć się natężenia z lewej strony wzoru a więc podzielić go obustronnie przez I. Otrzymujemy potrzebny nam wzór t równa się q przez I Możemy sobie jednak to zadanie ułatwić korzystając z prostej piramidki do której przenosimy nasz wzór. q czyli ładunek umieszczamy u góry tak jak we wzorze. t i I w dolnej części. Pozioma linia symbolizuje kreskę ułamkową pionowa mnożenie. Teraz wystarczy zasłonić to czego nie wiemy, czyli niewiadomą. Zasłaniając I, wychodzi nam znany już wzór q przez t. Zasłaniając t otrzymamy q przez I. Natomiast zasłaniając q I razy t. Proste prawda? My mamy obliczyć czas. Potrzebujemy więc wzoru w postaci t równa się q przez I. Podstawiając dane otrzymujemy: t równa się 15 kulombów przez 3 ampery co daje nam czas równy pięciu sekundom. A teraz zadanie dla Ciebie. Jaki ładunek przepłynie w ciągu minuty przez żarówkę, przez którą płynie prąd o natężeniu pięciu amperów? Obliczone? To zobaczmy rozwiązanie. Mój wynik to 300 kulombów. Jeśli wyszło Ci tak samo, gratulacje. Jednostką natężenia prądu jest amper. Obliczamy je ze wzoru I równa się q przez t. Natężenie mierzymy za pomocą amperomierza podłączonego do obwodu szeregowo. Jednostką napięcia prądu jest wolt. Napięcie obliczamy ze wzoru U równa się W przez q. Napięcie prądu mierzymy za pomocą woltomierza podłączonego do obwodu równoległe. Jak widzisz z nami fizyki możesz uczyć się nawet oglądając mecz piłkarski. Tak że odwiedzaj nas regularnie na pi-stacja.tv i koniecznie polub ten film.

Lista wszystkich autorów

Lektor: Dobrawa Szlachcikowska

Konsultacja: Anna Soliwocka

Grafika podsumowania: Patrycja Ostrowska

Materiały: Dobrawa Szlachcikowska

Kontrola jakości: Małgorzata Załoga

Napisy: Klaudia Abdeltawab, Татьяна Кравец

Animacja: Patrycja Ostrowska

Opracowanie dźwięku: Aleksander Margasiński

Produkcja:

Katalyst Education

Lista materiałów wykorzystanych w filmie:

Ambrose Tardieu (CC0)
sentavio (Licencja Freepik)
freepik (Licencja Freepik)
Freepik (Licencja Flaticon)
Freepik (Licencja Freepik)
MabelAmber (Licencja Pixabay)
OpenClipart-Vectors (Licencja Pixabay)
jlenhard (Licencja Pixabay)
Marek bydg (CC BY-SA)
Clker-Free-Vector-Images (Licencja Pixabay)
Clker-Free-Vector-Images (Licencja Pixabay)
VintageSnipsAndClips (Licencja Pixabay)
MAKY_OREL (Licencja Pixabay)
OpenClipart-Vectors (Licencja Pixabay)
Pixaline (Licencja Pixabay)
Cqdx (CC BY-SA)
kmicican (Licencja Pixabay)
TBIT (Licencja Pixabay)
jarmoluk (Licencja Pixabay)
falconp4 (Licencja Pixabay)
freepik (Licencja Freepik)
PhET Interactive Simulations, University of Colorado at Boulder (CC BY)
OpenStax (CC BY)

Licencja:

Creative Commons Uznanie autorstwa-Użycie niekomercyjne-Na tych samych warunkach 4.0 Międzynarodowej

cc-by-nc-sa.svg