Фізика. 8 клас. Головко

§ 24. Електричне коло та його основні елементи

• Джерела живлення та інші складові електричного кола
• Електрична схема

ДЖЕРЕЛА ЖИВЛЕННЯ ТА ІНШІ СКЛАДОВІ ЕЛЕКТРИЧНОГО КОЛА. З попередніх параграфів ви вже знаєте, що для виникнення й підтримання електричного струму в провіднику використовують джерело електричного струму.

Джерела електричного струму — це пристрої, в яких відбувається перетворення різних видів енергії (механічної, хімічної, теплової, енергії електромагнітного випромінювання) в електричну.

Джерела електричного струму різних видів працюють за принципом, який полягає у виконанні роботи різними силами для розподілу позитивних і негативних зарядів. Полюс джерела струму, зарядженого позитивно, позначають «+» і називають анодом, негативно заряджений полюс джерела позначають «-» і називають катодом.

Рис. 24.1. Гальванічні елементи: а) будова гальванічного елемента; б) гальванічні елементи для побутових пристроїв

Джерела електричного струму поділяють на два основні види: хімічні та фізичні. У хімічних джерелах електрична енергія отримується завдяки окислювально-відновлювальним хімічним реакціям. Фізичні джерела забезпечують перетворення інших видів енергії в електричну.

Найпоширенішими хімічними джерелами електричного струму є гальванічні елементи й акумулятори. Гальванічний елемент (рис. 24.1) складається зі сталевого корпуса, всередині якого розміщено катод (суміш двоокису магнію та титану), а також анод (желеподібна суміш цинкового порошку та електроліту). Катод і анод розділені сепаратором. Металевий корпус гальванічного елемента є позитивним полюсом і вкритий ізоляційною плівкою. Під час хімічної реакції цинку з електролітом на полюсах гальванічного елемента виникає електричне поле.

До гальванічних джерел струму належать також електричні акумулятори (рис. 24.2). Щоб акумулятор став джерелом струму, його потрібно зарядити. У процесі зарядження внаслідок хімічних реакцій один електрод акумулятора стає позитивно зарядженим, а другий — негативно, а отже, акумулятор починає нагадувати гальванічний елемент, який працює доти, доки його електроди не відновляться до початкового (чистого) стану. Потім акумулятор потрібно знову зарядити.

Іншим прикладом джерела електричного струму є електрофорна машина, пристрій, у якому механічна енергія перетворюється в електпичну. Під час обертання її дисків відбувається неперервне розділення електричних зарядів і між електродами виникає електричний струм — газовий розряд (рис. 24.3).

Рис. 24.2. Акумулятори: а) акумулятор автомобіля; б) акумулятори мобільного телефону та ноутбука

Рис. 24.3. Електрофорна машина

Рис. 24.4. Внутрішня енергія нагрівника перетворюється в електричну

Ще одним видом джерела живлення є термоелемент, у якому внутрішня енергія нагрівника перетворюється в електричну. Найпростішим термоелементом є дві спаяні дротини з різних металів (термопара). Якщо нагріти місце спаю, то в провіднику протікатиме електричний струм, який відхилятиме стрілку гальванометра (рис. 24.4).

Досить перспективним джерелом живлення є фотоелектричні джерела (рис. 24.5). Основною їхньою функціональною частиною є фотоелементи, які перетворюють енергію світла в електричну. Виявляється, що під час освітлення певних речовин, наприклад, селену, окису міді, вони втрачають негативний електричний заряд, а отже, створюється електричне поле.

Рис. 24.5. Фотоелектричні джерела електричного струму

Рис. 24.6. Елементи електричного кола

Окрім джерела живлення до складу електричного кола входять споживачі електричного струму — пристрої, які перетворюють електричну енергію в інші види (наприклад, теплову, механічну). Споживачами є електродвигуни, електричні лампи, нагрівальні прилади, радіоприймачі, телевізори, мікрохвильові печі, ноутбуки, телефони тощо.

Для передавання електричної енергії від джерела живлення до споживача використовують з’єднувальні провідники. Якщо в якомусь місці провідник обірветься, то струм у колі припиниться. На цьому ґрунтується принцип дії вимикачів електричного струму. До них належать ключі, кнопкові вимикачі, рубильники, тобто пристрої, які замикають і розмикають електричні кола.

Нарешті, щоб вимірювати параметри електричного струму в колі, використовують електровимірювальні прилади (рис. 24.6).

Отже, електричне коло утворюють джерело струму, споживачі електричної енергії, пристрої для вмикання та вимикання електричного струму, електровимірювальні пристрої, з’єднані між собою за допомогою провідників.

ЕЛЕКТРИЧНА СХЕМА. Способи з’єднання електричних приладів у коло зображуються на кресленнях, які називають електричними схемами. Прилади на схемах позначаються умовними знаками (рис. 24.7).

Схемц простого електричного кола наведено на рис. 24.8.

Використання електричних схем дає можливість зображати компактно навіть досить громіздкі електричні кола, що значно полегшує роботу інженерів, конструкторів і фахівців з обслуговування та ремонту електричних приладів.

* Розгалужені електричні кола. На відміну від простого в розгалуженому електричному колі є так звані вузлові точки (точки з’єднання трьох і більше провідників), які розділяють його на окремі гілки (рис. 24.9).

Рис. 24.7. Умовні позначення елементів електричних кіл:

1 — гальванічний елемент або акумулятор;

2 — батарея гальванічних елементів або акумуляторів;

3 — з’єднання провідників;

4 — перетин провідників (без з’єднання);

5 — затискувачі для під’єднання споживача електричного струму (клеми);

6 — вимикач (електричний ключ);

7 — електрична лампа розжарення;

8 — електричний дзвоник;

9 — провідник, що має певний опір (резистор);

10 — нагрівальний елемент;

11 — електровимірювальний прилад (амперметр)

Рис. 24.8. Схема простого електричного кола

Важливою особливістю простого електричного кола є те, що в усіх його елементах тече однаковий струм. Тому для визначення електричного струму в простому колі достатньо виміряти його величину на одній із ділянок (визначити струм, який тече через будь-який елемент).

У кожній гілці розгалуженого електричного кола струм, може відрізнятися за значенням. Тому його визначають за спеціальними правилами, з якими ви ознайомитеся пізніше.

Рис. 24.9. Електричне коло розгалужене

Головне в цьому параграфі

Джерела електричного струму — це пристрої, в яких відбувається перетворення різних видів енергії (механічної, хімічної, теплової, енергії електромагнітного випромінювання) в електричну.

Електричне коло утворюють джерело струму, споживачі електричної енергії, пристрої для вмикання та вимикання електричного струму, електровимірювальні пристрої, які з’єднані між собою за допомогою провідників.

Споживачами електричного струму є електродвигуни, електричні лампи, нагрівальні прилади, радіоприймачі, телевізори, мікрохвильові печі, ноутбуки, телефони тощо.

З’єднання електричних приладів у колі зображуються на кресленнях, які називаються електричними схемами.

Запитання для самоперевірки

• 1. Що називають джерелом електричного струму?
• 2. Назвіть види джерел електричного струму.
• 3. Яке призначення має джерело електричного струму?
• 4. Яким чином електрична енергія від джерела надається споживачам електричного струму?
• 5. Наведіть приклади споживачів електричного струму.
• 6. Що називають електричним колом? Назвіть його основні елементи.

Домашній експеримент

Найпростіше хімічне джерело електричного струму ви можете виготовити, вставивши мідний та залізний електрод у половинку лимона (рис. 24.10).

Унаслідок хімічних реакцій один з електродів, що перебувають у кислотному середовищі лимона, стає позитивно зарядженим, а другий — негативно зарядженим. Якщо ці електроди з’єднати провідником виникне електричний струм. На рис. 24.10 мультиметр показує значення електричного струму, що виникає, коли до його затискачів приєднати сталевий і алюмінієвий (мідний) дроти, а другі кінці встромити в лимон або яблуко. Поясніть це явище. Перевірте, чи впливають на покази мультиметра вид овоча (картопля, помідор, цибуля тощо) та речовина дроту (мідь, сталь, алюміній).

Рис. 24.10. Саморобне хімічне джерело струму

Вправа до § 24

• 1(п). Назвіть перетворення енергії, що відбуваються в таких джерелах струму, як гальванічний елемент, фотоелемент, термоелемент, сонячна електробатарея. Вкажіть, у якому напрямі рухаються електричні заряди всередині джерела живлення.
• 2(п). Назвіть основні елементи електричного кола, зображеного на рисунку.

• 3(c). Накресліть схему електричного кола, зображеного на рисунку.

• 4(д). Накресліть схему з’єднання гальванічного елемента, дзвоника та двох вимикачів, розташованих так, щоб можна було вмикати дзвоник із двох різних кімнат.
• 5(в). Відомо, що трамвайна лінія та лінія живлення електропоїздів, на відміну від тролейбусної, має лише один контактний електричний провідник. Поясніть, яким чином замикається електричне коло живлення електродвигунів трамваїв та електропоїздів.