Технологическая карта урока

Дударева Е.М. учитель физики МБОУ гимназия №11

Учебный предмет: физика

Класс: 8

УМК: Пёрышкин А. В.

Тема урока: Электрическая цепь и её составные части

Тип урока: изучение нового материала.

Цель урока: раскрыть сущность составных частей электрической цепи, их назначение и условные обозначения.

Задачи урока:

а) формирование представлений об электрической цепи, организация усвоения основных понятий по данной теме, формирование научного мировоззрения учащихся (предметный результат).

б) развитие умения генерировать идеи, выявлять причинно-следственные связи, работать в группе, пользоваться альтернативными источниками информации, формировать умение анализировать факты при наблюдении и объяснении явлений, при работе с текстом учебника (метапредметный результат).

в) формирование умений управлять своей учебной деятельностью, формирование интереса к физике при анализе физических явлений,формирование мотивации постановкой познавательных задач, раскрытием связи теории и опыта, развитие внимания, памяти, логического и творческого мышления (личностный результат).

Методы обучения: репродуктивный, проблемный, эвристический.

Формы организации познавательной деятельности обучающихся: коллективная, индивидуальная, групповая.

Средства обучения: учебник, лабораторное оборудование, карточки рефлексии, рейтинговая таблица, разноуровневый дидактический материал, компьютер, проектор, Интернет.

Ход урока

Деятельность учителя

Деятельность учащихся

Познавательная

Коммуникативная

Регулятивная

Формируемые способы действий

Осуществляемые учебные действия

Формируемые способы действий

Осуществляемые учебные действия

Формируемые способы действий

1. Организационный момент.

«Здравствуйте. Я рада вас сегодня видеть! Посмотрите друг на друга, улыбнитесь, пошлите положительные эмоции своим одноклассникам».

«Выберете ту «мордашку», которая соответствует вашему настроению в данный момент времени»

Приветствие учащихся, анализ выбранных «мордашек»

Отвечают на приветствие учителя.

Взаимодействуют с учителем

Слушание учителя

Целеполагание

Умение настраиваться на занятие

2. Постановка цели и задач урока

«Сегодня в течении урока вы в рейтинговые таблицы будете заносить полученные баллы, а в конце урока перевести баллы в оценку.»

Рассказывает о том, что в связи с широким использование электричества возникает необходимость более тщательного изучения электрического тока. Возьмем источник тока и лампочку. Что нужно сделать, чтобы она загорелась?

Выяснение темы урока и формулировка его цели. Постановка проблемного вопроса

Отвечают на вопросы учителя. Выдвигают предположения о теме урока «Электрическая цепь и ее составные части».

Выделение существенной информации из слов учителя. Осуществление актуализации личного жизненного опыта.

Взаимодействуют с учителем

Слушание учителя и товарищей, построение понятных для собеседника высказываний.

Контроль правильности ответов обучающихся

Умение слушать в соответствие с целевой установкой. Принятие и сохранение учебной цели и задачи. Уточнение и дополнение высказываний обучающихся

3. Актуализация знаний

«Прежде чем мы познакомимся с темой урока, необходимо вспомнить предыдущий материал. Выполните следующее задание: используя имеющиеся в строках буквы, впишите названия источников тока»:

Беседа с учащимися по вопросам:

Что такое электрический ток?

Что нужно создать в проводнике, чтобы в нем возник электрический ток?

Где создается электрическое поле?

Что совершается в источнике тока?

Где находятся разделенные частицы?

Возникнет ли электрический ток в резиновом шнуре, подсоединенном к источнику тока? А в мотке проволоки, который лежит на столе?

Для какой цели нужно получать электрический ток?

Какие источники тока вы знаете ещё?

Какие превращения энергии происходят внутри источника тока?

Даёт задания обучающимся. Следит за самостоятельностью выполнения заданий.

Выполняют самостоятельно задание.

Ответы:

термоэлемент, фотоэлемент, аккумулятор, генератор.

Обмениваются работами с соседом по парте, проверяют работу соседа, выставляют баллы. (За правильное слово – 1 балл)

Отвечают на вопросы учителя.

Компетенция обучающихся в области физики.

Взаимодействуют с учителем

Слушание учителя

Взаимоконтроль выполнения задания в парах.

Самоконтроль.

4. Первичное усвоение новых знаний

Совокупность устройств, по которым течет электрический ток, называется электрической цепью. Цепи бывают простые (как при демонстрации) и сложные (электропроводка), но во всех можно выделить составные части. Устройства, которые используют электрическую энергию, называются потребителями. Это первая составная часть цепи. Приведите примеры потребителей… в классе… дома… на столе…(для л. р. лампочка). Вторая составная часть цепи – источник тока (для л.р.- гальванический элемент). Источник тока подсоединяют в цепь в последнюю очередь с помощью соединительных проводов – это третья составная часть цепи. Есть еще одна важная часть электрической цепи. В Париже в 1881 году на электротехнической выставке все были в восторге от этого изобретение. Это – выключатель. Роль его – замыкать и размыкать электрическую цепь. В технике используют разные виды замыкающих и размыкающих устройств. Чтобы в цепи был ток, она должна быть замкнутой, т.е. состоять из проводников электричества. Если в каком-нибудь месте провод оборвётся, то ток в цепи прекратится. На этом и основано действие выключателей. Назовите замыкающие устройства в классе (Выключатель, рубильник, кнопки, для л. р. – ключ)

Обратите внимание: цепь собирают при разомкнутом выключателе; выключатель выполнен из проводников электричества, а прикасаться надо к изолирующей ручке.

Итак, из каких составных частей состоит электрическая цепь?

Потребитель

Источник тока

Соединительные провода

Замыкающее устройство Электрические цепи могут быть сложными. Вышел из строя телевизор, и вам нужна информация, из чего состоит электрическая цепь. Поэтому придумали элементы цепи изображать с помощью условных обозначений. Чтобы не было путаницы, пользуются стандартным набором символов.

Работа с учебником (рисунок 48), учитель прикрепляет таблички с условными обозначениями на доску, уч-ся записывают их в тетрадь.

Демонстрация сборки цепи (с привлечением уч-ся), состоящей из источника тока, лампочки, ключа и соединительных проводов. Почему не горит лампочка? Замкнем цепь. Электрическая цепь представляет собой замкнутый путь, по которому заряд течет от одного полюса источника тока к другому.

Изобразим схему этой цепи. (1 уч-ся выходит к доске) Схема должна быть аккуратной и точной. Проверим по рисунку 49 учебника.

Демонстрация ЭОР «Сборка электрической цепи». ( )

Объясняет новый материал, задает вопросы учащимся, демонстрирует сборку цепи.

Даёт задание поработать с рисунком учебника, записать условные обозначения в тетрадь. Демонстрация ЭОР.

Слушают учителя, отвечают на вопросы.

Наблюдение за физическим экспериментом учителя, за материалом ЭОР. Работают с материалом учебника, выделяют существенную информацию, чертят условные обозначения и схему в тетради.

Формирование исследовательских действий, исследовательской культуры, умения наблюдать, делать выводы.

Объединяют усилия на решение поставленных вопросов, выполняют самостоятельно задание. Обсуждают эксперимент.

Согласования усилий по решению учебной задачи, договариваться и приходить к общему мнению в совместной деятельности, учитывать мнения других

Самоконтроль и взаимоконтроль.

Умение слушать в соответствие с целевой установкой. Планировать свои действия. Корректировать свои действия. Принятие и сохранение учебной цели и задачи. Уточнение и дополнение высказываний обучающихся.

5. Первичная проверка понимания

«Ребята, скоро вам предстоит задуматься о выборе будущей профессии, а сейчас представьте, что вы - электрики и перед вами схемы ЭЦ. Назовите, из каких приборов они состоят, и найдите «дефект» в каждой из схем».

Выполнить практическую работу.

Цель: собрать электрическую цепь из приборов, которые есть у каждого на столах так, чтобы лампочка загорелась.

Составить схему.

Дается задание по учебнику: (упр. 13 №2) начертите схему цепи, содержащей один гальванический элемент и два звонка, каждый из которых можно включать отдельно.

Даёт учащимся задания выполнить в парах задание на карточках, физический эксперимент.

Даёт учащимся задание работать с учебником. Слушает и проверяет правильность выполнения.

Находят «дефект» в схемах, выполняют практическое задание. Выполняют задание по учебнику.

Выделение существенной информации. Логические умозаключения.

Участвуют в обсуждении во фронтальном режиме.

Понимать на слух ответы обучающихся, уметь формулировать собственное мнение и позицию, уметь использовать речь для регулирования своего действия.

Контроль правильности ответов обучающихся.

Самоконтроль понимания заданий.

Умение слушать. Принятие и сохранение учебной цели и задачи. Уточнение и дополнение высказываний обучающихся.

Осуществление самоконтроля и взаимоконтроля.

6. Первичное закрепление

Индивидуальные задания: расставьте усл. обозначения по «местам», соединив стрелкой усл. обозначение с названием прибора.

2 чел. получают дифференцированное задание : выдан самодельный выключатель, выполненный по странице 180 “Большой книги экспериментов”. М. Росмен 2001. Он представляет собой устройство: на деревянной дощечке закреплены 2 кнопки, которым могут соединяться друг с другом металлической скрепкой. Вопрос ученикам: оценить технические свойства этого выключателя.

Формулировка условий заданий.

Обсуждается выполнение дифференцированного задания. Этот выключатель довольно простой, он может быть легко сделан в домашних условиях, но он имеет маленький недостаток, т. к. состоит из неизолированного проводника. Чтобы им пользоваться, надо передвигать его диэлектриком, например, пластмассовой палочкой, чтобы не ударило током.

Выполняют задания. Осуществляют взаимопроверку. Выставляют баллы в рейтинговую таблицу. Слушают своих товарищей, выполняющих задание эвристического характера.

Закрепляют знания, полученные на уроке.

Осознанно и произвольно строят речевое высказывание в устной форме.

Участвуют в обсуждении ответов на вопросы во фронтальном режиме

Понимать на слух ответы обучающихся, уметь формулировать собственное мнение и позицию, уметь использовать речь для регулирования своего действия

Контроль правильности ответов обучающихся.

Самоконтроль понимания вопросов и знания правильных ответов.

Умение слушать в соответствие с целевой установкой. Принятие и сохранение учебной цели и задачи. Уточнение и дополнение высказываний обучающихся.

Осуществление самоконтроля.

7. Домашнее задание

Обязательный уровень: § 33, упр.13(№5); повышенный уровень: упр.13(№3); творческое задание: собрать простейшую цепь на батарейке и оформить ее в виде игрушки.

Формулировка домашнего задания, инструктаж по его выполнению

Слушают учителя и записывают домашнее задание в дневнике.

Выделение существенной информации из слов учителя.

Взаимодействуют с учителем

Слушание учителя

Развитие регуляции учебной деятельности.

Регуляция учебной деятельности.

8. Итог урока

« Р ебята, вспомните цель нашего урока.

Из каких составных частей состоит эл. цепь?»

Выставляются оценки учащимся.

Формулирует вопрос

Отвечают на вопрос: «Из каких составных частей состоит эл. цепь».

Осознанно и произвольно строят речевое высказывание в устной форме. Выберете ту «мордашку», которая соответствует вашему настроению в данный момент времени»

Проводит рефлексию, анализирует.

Рефлексируют.

Умение делать выводы.

Взаимодействуют с учителем

Уметь формулировать собственное мнение

Саморегуляция эмоциональных и функциональных состояний.

Саморегуляция

Урок физики 8 класс

Тема: «Электрическая цепь и ее составные части»

Цели: изучение составных частей электрической цепи, условных обозначений, применяемых на схемах, проводить измерительные и расчетные действия

Дидактические – создать условия для закрепления учебного материала, используя исследовательские технологии и физический эксперимент;

Образовательные: продолжить формирование умений и навыков собирать простейшие электрические цепи, а также пользоваться измерительными приборами (амперметром и вольтметром), проводить простейшие математические расчеты

Воспитательные: продолжить воспитание отношение к физике как к экспериментальной науке; продолжить работу по формированию умений работать в коллективе; закрепить правила техники безопасности при сборке цепи,

Развивающие: продолжить работу по формированию умений делать выводы и обобщения; продолжить развитие мышления, творческих и исследовательских способностей учащихся. Развивать познавательный интерес к предмету.

Оборудование : компьютер, проектор, источники тока, электрозвонок, провода, ключ, лампочка, амперметр, вольтметр, тестовый материал, таблица,

Ход урока.

1. Организационный момент.

2 Актуализация знаний.

Проверка домашнего задания: тестирование (2 варианта по 5 вопросов).

3. Изучение нового материала.

Мотивация : Что необходимо для того, чтобы лампа накаливания давала свет?

Представьте себе, на мгновения в домах гаснут электрические лампы, отключаются телевизоры, прекращается движения электропоездов, троллейбусов, то говорят, что в проводах исчез ток.

Что такое ток?

Электрический ток – это упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц.

Условия возникновения электрического тока:

Наличие проводника;

Наличие электрического поля, создаваемого источником тока, в котором за счет энергии неэлектрического происхождения совершается работа по разделению заряженных частиц;

Наличие замкнутой цепи.

Источники тока используются для проведения тока к потребителям (лампы, плитки, утюги, телевизоры, компьютеры и др. электроприборы). Для того чтобы использовать энергию электрического тока, нужно иметь источник тока .

Телевизоры, компьютеры, лампы накаливания(энергосберегающие), электробытовые приборы называют приемниками или потребителями электрической энергии .

Электрическую энергию нужно доставить до потребителя. Для этого приемник соединяют с источником электрической энергии проводами .

Чтобы включать и выключать в нужное время потребители электрической энергии, применяют ключи, рубильники, кнопки, выключатели , то есть замыкающие и размыкающие устройства.

Демонстрация: продемонстрировать учащимся из лабораторного оборудования источник тока, ключи, потребители, провода.

Чтобы в цепи был ток, она должна быть замкнутой. Если в каком-нибудь месте будет обрыв, то ток в цепи прекратится. На этом основано действие выключателей.

Приборы на схемах обозначают условными знаками.

Заполняем таблицу вместе с учащимися (2 столбца).

Самая простая электрическая цепь состоит из источника тока, потребителя электроэнергии, замыкающего и размыкающего устройства, соединительных проводов.

4. Первичная проверка понимания изученного

1. Основные элементы электрической цепи? (источник тока, потребитель электроэнергии, провода, замыкающие и размыкающие устройства)

2. Сколько у источников тока полюсов? (два: положительный и отрицательный)

3. Какие источники и потребители тока вам известны? (источники: аккумулятор, генератор, гальванический элемент; потребители: электроприборы, лампы).

5. Закрепления изученного (решение задач).

6. Рефлексия : назовите потребители электрической энергии, которые применяются в домашних условиях?

7. Домашнее задание : § 33 Упр. 13 № 2, 3, 5.

Литература:

Перышкин А.В. Физика 8кл.- Москва: Дрофа, 2009.

Лукашик В.И., Иванова Е.В. Сборник задач по физике 7-9.- Москва: Просвещение, 2008.

Чеботарева А.В. Тесты по физике 8 класс. - Москва: Экзамен, 2010.

Перышкин А.В. Сборник задач по физике 7-9.- Москва: Экзамен, 2010.

Источники иллюстраций, Интернет-ресурсы: http://class-fizika.narod.ru/

Памятка по технике безопасности при работе с электрическим током.

Не используйте при сборке электрических цепей провода с повреждённой изоляцией с видимыми повреждениями.

Следите за исправностью всех креплений в приборах и приспособлениях.

При сборке электрических цепей избегайте пересечения проводов.

Источники тока подключайте в последнюю очередь.

Все исправления в цепях проводите при отключенном источнике тока.

Не прикасайтесь к вращающимся частям электрических машин.

Не определяйте наличие тока в цепи на ощупь.

Не прикасайтесь к проводам, свисающим со столбов, стен, торчащим из земли – они могут находиться под током.

Задания по сборке цепей:

а) Соберите цепь, состоящую из источника, звонка, ключа. Нарисуйте схему.

б) Соберите цепь, состоящую из источника, электрического двигателя, ключа. Нарисуйте схему.

в) Соберите цепь, состоящую из источника, двух ламп, ключа, так, чтобы ключ включал обе лампы. Нарисуйте схему.

г) Соберите цепь, состоящую из источника, двух ламп, двух ключей, так, чтобы ключи включали лампы по отдельности. Нарисуйте схему.

д) Соберите цепь, состоящую из источника, двух ламп, двух ключей, так, чтобы ключи включали лампы по отдельности. Нарисуйте схему.

е) Соберите цепь, состоящую из источника, лампы, звонка, ключа, так, чтобы ключ включал звонок и лампу вместе. Нарисуйте схему.

ё) Соберите цепь, состоящую из источника, двух электрических двигателей, двух ключей, так, чтобы ключи включали двигатели по отдельности. Нарисуйте схему.

Электрической цепью называют совокупность устройств, необходимых для прохождения по ним электрического тока.

Предназначение любой электроцепи – доставка электроэнергии потребителю для ее дальнейшего преобразования в механическую, тепловую, электрохимическую энергию или в световое излучение. Понимание простых элементов цепей, их характеристик и величин необходимы для каждого образованного человека. Полученные знания помогут разбираться в электротехнических схемах, делать теоретические расчеты, а в дальнейшем – применять их в быту при ремонте простейшей техники и радиоэлектроники.

Цепи бывают с постоянным и переменным током. Постоянный – имеет постоянную полярность электродвижущей силы и не меняет своего направления. Примером сети постоянного тока может служить электропроводка автомобилей. Переменный ток меняет свое направление. В потребительской сети график зависимости переменного тока от времени имеет вид синусоиды. Полярность меняется 50 раз в секунду. Другими словами – частота тока равна 50 Гц (герц).

Под внешней частью цепи подразумевают провода, выключатели, электробытовые и измерительные приборы. Под внутренней – источники электропитания.

Независимо оттого, из каких частей состоят электрические цепи, их объединяет одно – их составляющие должны производить, передавать или потреблять электричество.

Элементы подразделяются на пассивные и активные. К первым из них относят всё, что потребляет или передает электроэнергию: лампы, нагревательные элементы, электродвигатели и т.д. Ко вторым – источники, вырабатывающие электроэнергию: генераторы, аккумуляторы, солнечные батареи и т.д. Также элементы делятся на двухполюсные (те, которые имеют 2 вывода) и многополюсные (те, которые имеют 4 и более вывода). В качестве примера двухполюсника можно привести резистор. В качестве четырехполюсника – повышающий или понижающий трансформатор.

Обязательными составляющими цепи являются:

1. Источник (Source) – в большинстве случаев аккумулятор, гальванический элемент или генератор. Изредка – ветрогенераторы и солнечные батареи.
2. Проводник (Conductor) – необходим для передачи электроэнергии от источника к электропотребителю.
3. Потребитель электроэнергии (Load, consumer) (чаще всего в быту это осветительные приборы, двигатели, нагревательные приборы, электроника, бытовая техника, такая как компьютеры, пылесосы, стиральные машины).
4. Замыкающее/размыкающее устройство (Switch) или выключатель.

Основными электроприемниками являются:

• Резисторы – потребитель, который имеет переменное или постоянное сопротивление.
• Конденсатор – потребитель, который имеет емкость. Он запасает энергию и имеет возможность ее возвратить.
• Катушка индуктивности – потребитель, создающий индуктивное поле.
• Электродвигатель – потребитель, превращающий энергию электронов, двигающихся вдоль проводника, в механическую.

Важно: Электроток протекает лишь по замкнутой цепи. Если ее разомкнуть – движение электронов в ней прекращается.

При чтении схем и расчетах пользуются следующими понятиями: контур, узел и ветвь.

• Ветвью называют участок с одним или несколькими компонентами, соединенными последовательно.
• Узлом называют место соединения двух и более ветвей.
• Контуром называется совокупность ветвей, которые образуют для тока замкнутый путь. При этом один из узлов в контуре должен являться и началом, и концом пути, а остальные узлы должны встречаться не более одного раза.

Облегчить чтение схем можно с помощью вот такой таблички:

Виды цепей

Чтобы успешно пользоваться электросхемами, необходимо иметь представление, какую электрическую цепь называют замкнутой и разомкнутой.

Замкнутой называют непрерывную цепь, состоящую из электроприборов и проводников. Как только она прерывается – становится разомкнутой. В таком состоянии она неспособна проводить ток, хотя в ней может быть напряжение, так как в ней появляется диэлектрик. В подавляющем большинстве случаев в качестве такого диэлектрика выступает обычный атмосферный воздух. На этом принципе работают приборы, предназначенные для размыкания – выключатели, рубильники, предохранители, кнопки.

Неразветвленной называют электрическую цепь, состоящую из источника и последовательно соединенных компонентов. Важнейшим признаком здесь является то, что во всех участках ток имеет одинаковую величину. Разветвленной – имеющую в своем составе одно или несколько параллельно соединенных компонентов.

Каждая может иметь одновременно несколько классификаций и названий:

• силовой – называют соединение приборов, необходимых для производства, передачи электроэнергии, ее преобразования или потребления;
• вспомогательной – ту, которая имеет разные функциональные назначения, но которая не является силовой;
• измерительной – называют необходимую для регистрации параметров сети и включенных в нее приборов;
• управляющей – называют приводящую в действие приборы или изменяющую их параметры в зависимости от общего предназначения;
• сигнализирующей называют приводящую в действия сигнальные устройства, показывающие на наличие тех или иных изменений.

Простейшей электрической цепью является источник, соединенный проводниками с электропотребителем, а простой называют любую одноконтурную. Сложными называются цепи, имеющие два и более контура. Они в свою очередь делятся на многоузловые, многоконтурные, объемные и плоскостные.

Физические величины, характеризующие цепь

Величин, которыми можно описать любую электрическую цепь несколько. Основными из них являются:

1. Напряжение – U (измеряется в вольтах (В)).
2. Сила тока – I (измеряется в амперах (А)).
3. Сопротивление – R (измеряется в омах (Ом)).
4. Мощность – P (измеряется в Ваттах (Вт)).
5. Ёмкость – С (измеряется в Фарадах (Ф).

Знание формул позволяет проводить практические расчеты. К примеру, сопротивление резистора зависит не только от тока, но и от напряжения. Формула, которая это отражает, называется Законом Ома для участка цепи и выглядит так:

• I – сила тока;
• U – напряжение;
• R – сопротивление.

Данная формула является фундаментальной. Она действует для любой среды и прочих параметров, независимо от различных составляющих и рода приборов.

Если резистор имеет постоянное сопротивление независимо от того, какой ток по нему протекает, он имеет название «линейный элемент».

Когда по резистору протекает ток, его сопротивление увеличивается из-за увеличения колебания на молекулярном уровне кристаллической решетки в проводнике. Колебания мешают движению электронов, и в результате энергия теряется понапрасну. Для того чтобы предотвратить перегорание резистора в цепь последовательно ему часто устанавливают предохранитель. Он содержит внутри легкоплавкий проводник, рассчитанный на перегорание при превышении параметров. Перегорая, предохранитель уберегает от повреждения всю схему и экономит, порой, часы при ремонте, так как поменять предохранитель легче, чем искать поврежденный компонент среди десятков таких же.

Узнать больше об электрических цепях можно с помощью видео:

Электрическая цепь – совокупность устройств (элементов), предназначенных для направленного движения электрических зарядов (электрического тока) и связанных с ним электромагнитных процессов .

Электрическая цепь служит для генерирования, передачи и преобразования электрической (электромагнитной) энергии и сигналов.

Основные элементы электрической цепи – источники, приемники и линии передачи.

Источник электрической энергии и сигналов – устройство, преобразующее различные виды энергии неэлектромагнитной природы в электромагнитную (гальванический элемент, аккумулятор, электромеханический генератор).

Приемник электрической энергии и электрических сигналов – устройство, преобразующее электрическую энергию в другие виды энергии (электротермические устройства, электрические лампы, резисторы, электрические двигатели).

Линия передачи электрической энергии и электрических сигналов – проводники (материалы, среды, имеющие свободные заряды) и электромагнитные поля, с помощью которых осуществляется передача электрической энергии и сигналов от источников к приемникам.

Кроме того, элементами электрической цепи могут быть преобразовательные, коммутационные и измерительные устройства (приборы).

Преобразователь электрической энергии – устройство, преобразующее параметры (напряжение, ток, их форму, величину, частоту) электромагнитной энергии (трансформаторы, выпрямители, инверторы, преобразователь частоты).

Коммутационные устройства предназначены для изменения режима работы электрической цепи: отключение и включение источников, приемников, изменения параметров участков цепи. Это контакторы, переключатели, выключатели, разъединители.

Измерительные устройства – приборы для измерения различных параметров электромагнитных процессов, протекающих в электрической цепи (амперметры, вольтметры, ваттметры и т.д.).

Схема электрической цепи – графическое изображение электрической цепи, содержащее условные изображения ее элементов и показывающее соединение этих элементов.

ЕСКД «Обозначения условные графические в схемах». ГОСТ 2.721-74 – 2.758-81.

Приемники, источники:

–элемент гальванический;

–лампа накаливания;

–генератор постоянного тока электромеханического типа;

–резистор;

–потенциометр;

–реостат;

–катушка индуктивности;

–конденсатор.

Коммутационные устройства:

–нормально разомкнутый контакт;

–нормально замкнутый контакт;

–переключающий контакт.

Показывающие приборы (A, V, W):

Преобразовательные устройства:

–воздушный трансформатор;

–диодный мост (двухполупериодный выпрямитель);

–инвертор.

Принципиальная схема электрической цепи – схема электрической цепи, изображающая соединение реальных элементов этой цепи .

Пример. Простейшая электрическая цепь – гальванический элемент, соединенный с лампой накаливания через выключатель с помощью соединительных проводов. Для измерения напряжения и тока в цепь включены вольтметр и амперметр.

Функциональная (структурная, блок-схема) – схема электрической цепи, изображающая соединение отдельных блоков сложной электрической цепи, выполняющих определенные функции (усиление, выпрямление, инвертирование т.д.)

Двухполюсник – часть электрической цепи, которая рассматривается относительно двух каких-либо зажимов .

Четырехполюсник – часть электрической цепи, имеющая два входных и два выходных зажима.

Активная цепь – часть электрической цепи, в которой действуют источники электрической энергии.

Пассивная цепь – часть электрической цепи, в которой нет источника электрической энергии.

Схема замещения электрической цепи

Ни функциональная, ни принципиальная схемы электрических цепей не отражают количественную сторону электромагнитных процессов, которые имеют место в элементах цепи и которые определяют режим работы этой цепи независимо от конструкции и физической природы этих элементов.

Схема замещения (расчетная математическая модель, эквивалентная)электрической цепи –схема электрической цепи, изображающая соединения абстрактных, идеальных элементов, с достаточным приближением отображающих электромагнитные процессы в электрической цепи.

В теории электрических цепей реальные элементы, из которых составляется электрическая цепь, заменяются абстрактными идеальными элементами с определенными свойствами.

Какие же это элементы? И какие электромагнитные процессы они отражают?

Различные элементы, соединенные проводниками электрического тока между собой, образуют электрические цепи. Перечень компонентов цепи может быть довольно большим. Существуют разные виды элементов цепи электрического тока: пассивные и активные, линейные и нелинейные и много других. Всю классификацию перечислить очень трудно.

Виды и составные части

Для работы цепи необходимо наличие соединительных проводников, потребителей, выключателя. Контур цепи должен быть замкнут. Это является обязательным условием работы электрической цепи. Иначе ток в цепи протекать не будет. Не все контуры считаются электрическими цепями. Например, или заземления ими не признаются, так как в обычном режиме в них нет тока. Однако, по принципу действия они также являются электрическими цепями, так как в аварийных случаях в них протекает ток. Контур и зануления замыкается с помощью грунта.

Внутренние и внешние электрические цепи

Для создания упорядоченного движения электронов, нужно наличие разности потенциалов между каким-либо участком цепи. Это обеспечивается при подключении напряжения в виде источника питания. Он называется внутренней электрической цепью. Остальные компоненты цепи образуют внешнюю цепь. Для задания движения зарядов в источнике питания против направления поля требуется приложить сторонние силы.

Такими силами могут выступать:

• Выход вторичной обмотки трансформатора.
• Обмотка генератора.

Напряжение в цепи может быть, как постоянным, так и переменным, в зависимости от свойств источника питания. По этому признаку в электротехнике электрические цепи разделяют на контуры цепей. Такое объяснение вида цепи упрощенное, так как закон изменения движения электронов намного сложнее.

Кроме упорядоченного движения, электроны задействованы в хаотичном тепловом движении. Чем выше температура материала, тем больше скорость хаотичного движения носителей заряда. Однако, такой вид движения не участвует в создании электрического тока.

От источника питания зависит и род тока, то есть свойства внешней цепи. Батарея элементов выдает постоянное напряжение, а разные обмотки генераторов или выдают переменное напряжение. Это зависит от внутренних процессов в источнике питания.

Внешние силы, создающие движение электронов, называются электродвижущими силами, которые характеризуются работой, выполненной источником для перемещения единицы заряда, измеряется в вольтах.

Практически в расчетах цепей применяют два класса источников питания:

1. Источники напряжения.
2. Источники тока.

В реальности такие идеальные источники не существуют, но практически их пытаются имитировать. В бытовой сети мы имеем напряжение 220 вольт с определенными нормированными отклонениями. Это является источником напряжения, так как норма дана именно на этот параметр. Значение тока не играет большой роли. На электростанции круглосуточно поддерживается постоянная величина напряжения, независимо от запросов.

Источник тока действует по-другому. Он поддерживает определенный закон движения электронов, а величина напряжения не имеет значения. В пример можно привести . Для нормального хода сварки необходимо поддерживать постоянное значение тока. Эту функцию выполняет инверторный электронный блок.

Сеть питания может быть, как переменной, так и постоянной. Это не играет большой роли. Важнее выдержать, например, параметр ЭДС.

Обозначения компонентов электрической цепи

Это устройство позволяет соединить потребитель с источником питания. При пользовании выключателем, на его контактах образуется искра. Она возникает из-за наличия емкостного сопротивления. Чтобы избежать искрения, в электрическую цепь добавляются дроссели, а в выключатель устанавливают контакты специального вида. Электрические цепи могут иметь и другие решения для предотвращения возникновения искры.

Проводники

Чаще всего производят из алюминия или меди. Это объясняется низким удельным сопротивлением этих металлов, хотя стоимость их в последнее время повышается. На проводах при работе выделяется тепло, которое зависит от двух параметров:

• Электрического тока.
• Сопротивления участка цепи.

Электрический ток определяется необходимостью потребителя, поэтому изменять можно только удельное сопротивление, которое должно быть как можно ниже. Все металлы при уменьшении температуры уменьшают сопротивление, в результате чего снижаются потери энергии. Если взять , то среди них есть образцы с отрицательным и с положительным температурным коэффициентом сопротивления. Если сравнивать абсолютные значения сопротивления, то у металлов оно намного меньше.

Потребители

Все остальные компоненты электрической цепи, кроме перечисленных выше, считаются потребителями. Полезной нагрузкой является простая , нагревательное устройство. Параметры цепи слишком зависят от потребителей. Электрические цепи имеют обмотки трансформаторов, которые обладают большим индуктивным сопротивлением. Это отрицательно влияет на передачу электричества от источника.

Направление кроме тока может изменять и мощность. При этом энергия циркулирует в одну и в другую сторону. Такая мощность называется реактивной, и не выполняет полезной работы. Однако, она нагревает проводники и изменяет форму электрического сигнала. Поэтому в промышленных условиях целесообразно к электродвигателям параллельно подключать конденсаторы, которые будут компенсировать сопротивление с индуктивностью. В результате замкнется внутри двигателя, и не выделит чрезмерного тепла в проводах.

Индуктивные потребители имеют важное свойство: они расходуют электроэнергию, которая превращается в магнитное поле и передается дальше.

В электронике существует множество разнообразных потребителей, которые можно разделить на классы:

• Активные потребители . Для своего функционирования им требуется наличие электрической энергии. От основной сети они практически не работают. К ним относятся , микросхемы, и много других видов, являющихся своеобразными электронными ключами. Электродвигатели имеют отличие в том, что работают непосредственно из сети питания.
• Пассивные потребители не нуждаются во внешнем источнике питания. Они пропускают через себя электрический ток особым образом. Например, полупроводники (тиристоры) начинают пропускать ток только при достижении определенной величины напряжения. Значит, они являются пассивными потребителями, и имеют нелинейные свойства пропускания тока. К таким же видам можно причислить , пропускающие ток только в одну сторону. Другими словами, они имеют свойства вентиля. Также пассивными потребителями являются различные дроссели, конденсаторы, сопротивления. При наличии этих компонентов электрические цепи обретают необычные свойства. Например, контуры резонанса, состоящие из катушек и емкостей, применяют в виде фильтров для разной частоты волн.

Режимы электрической цепи

При подключении разного числа потребителей к источнику питания изменяется мощность, вследствие чего возникают различные режимы работы в цепи, и соответственно, компонентов, включенных в нее. Практически можно представить схему цепи в виде пассивного и активного двухполюсника. Это электрические цепи, соединенные с внешней частью двумя выводами с разной полярностью.

Особенностью активного двухполюсника является наличие источника электрического тока, у пассивного двухполюсника его нет. Популярными стали схемы замещения пассивных и активных элементов во время работы. Вид режима работы определяется свойствами элементов цепи.

Холостой ход

Это режим при отключенной нагрузке от питания при помощи ключа. В этом случае ток в цепи равен нулю. Напряжение достигает уровня ЭДС. Элементы цепи не работают.

В этом случае выключатель на схеме замкнут, сопротивление равно нулю, соответственно, напряжение также равно нулю.

При применении двух рассмотренных режимов определяются свойства активного двухполюсника. При изменении тока в некоторых границах, зависящих от элемента цепи, нижняя граница всегда равна нулю. Этот элемент цепи начинает выдавать энергию в цепь. Также нужно знать, что если напряжение ниже нуля, это значит, что резисторами активного двухполюсника расходуется энергия источника, связанного по цепи, а также резерв самого прибора.

Номинальный режим

Такой режим необходим для создания технических свойств всей цепи и отдельных компонентов. В этом режиме свойства близки к величинам, указанным на компоненте, или в инструкции. Нужно учесть, что каждый прибор имеет свои параметры. Однако, три главных показателя есть у всех устройств – это напряжение, мощность и номинальный ток. Все компоненты электрических цепей также имеют эти показатели.

Согласованный режим

Этот режим применяется для создания наибольшей передачи , передаваемой источником питания к потребителю. Когда производится работа в этом режиме, необходимо быть осторожным, во избежание выхода из строя части цепи.

Основные элементы цепи

Они применяются в сложных устройствах для проверки работоспособности.

• Ветвь . Это участок цепи с током одинаковой величины. Ветвь может иметь несколько последовательно соединенных элементов.
• Узел . Это место соединения нескольких ветвей.
• Контур . Это любой замкнутый участок цепи, имеющий несколько ветвей.