§ 24. Електричне коло та його основні елементи

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;

4 — перетин провідників (без з’єднання);

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

6 — вимикач (електричний ключ);

7 — електрична лампа розжарення;

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

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.

• 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.

Що таке електричне коло і як його складати. Пізнаємо природу – 6 клас. Гільберг

Ти вже знаєш, що побутові прилади, комп’ютерна техніка, електроінструменти працюють завдяки електричному струму. Розглянь зображення на малюнку 35. Звісно, тобі відомі всі ці прилади.

Мал. 35. 1. Батарейки, акумулятор. 2. Лампочка. 3. Вимикач. 4. З’єднувальні провідники. 5. Електричний лічильник

Батарейка, акумулятор – це пристрої, які забезпечують існування електричного струму, або електричної енергії. Їх називають джерелами струму.

Цікаво. Першу батарейку зробив Алессандро Вольта наприкінці 18 ст. Він отримав струм у результаті хімічної реакції між міддю, цинком і розчином кислоти. До речі, такий принцип використовують у батарейках до цього часу.

Лампочки, нагрівальні елементи та інші предмети, через які може проходити електричний струм, називають споживачами електричної енергії. Підключають споживачі електричної енергії до джерела струму за допомогою з’єднувальних провідників. Щоб електричний струм не надходив до пристроїв споживання, коли це не потрібно, використовують вмикач-розмикач (ключ).

Для ефективної роботи споживачів і джерел струму інколи потрібно слідкувати за значенням фізичних величин, що характеризують електричний струм. Для цього використовують вимірювальні прилади. Окремо один від одного ці прилади не працюють. Їх потрібно з’єднати.

Джерело струму, споживачі, вимірювальні прилади, з’єднані між собою провідниками, утворюють електричне коло.

Розглянь малюнок найпростішого електричного кола (мал. 36).

Мал. 36. Приклад електричного кола: 1 – джерело струму (акумулятор); 2 – лампочка (споживач); 3 – з’єднувальні провідники; 4 – ключ

Подивіться відео, як з картоплі і лимона можна отримати джерело струму. Чи можна таке джерело струму використовувати в побуті? Відповідь поясніть.

Як з’єднуються елементи електричного кола.

Працюємо в групі. Складемо електричне коло. Будьте обережні під час користування ножем та під’єднання провідників!

Дослід 1. Складання електричного кола.

Вам знадобиться (можна взяти в кабінеті фізики): батарейка 4,5 В; три ізольованих провідники; маленька лампочка з патроном; канцелярський ніж.

Порядок виконання роботи:

1. Обережно зніміть ізоляцію з кінців провідників.
2. З’єднайте батарейку та патрон провідниками (мал. 37).
3. По черзі замикайте і розмикайте два вільних кінці провідників.

Під час виконання досліду ти спостерігав/-ла, що під час замикання провідників електричний струм проходив по колу, і лампочка світилася. У разі розмикання лампочка гасла – струм не проходив. Отже, для того щоб електричний струм постійно проходив по електричному колу, воно має бути замкненим.

Споживачів у електричному колі може бути декілька, і підключатися вони можуть по-різному.

Використані батарейки та акумулятори не варто викидати в загальний смітник. Для цього є спеціальні контейнери. Дізнайся, де в твоєму населеному пункті приймають використані батарейки.

Дослід 2. Послідовне з’єднання споживачів струму.

Вам знадобиться (можна взяти в кабінеті фізики): дві батарейки по 4,5 В; сім ізольованих провідників; чотири маленькі лампочки з патронами; канцелярський ніж для зачищення ізоляції, якщо потрібно.

Порядок виконання роботи:

1. Приєднайте лампочку до однієї з батарейок і спостерігайте за її яскравістю.
2. Приєднайте до тієї самої батарейки другу лампочку (мал. 38).
3. Спостерігайте за яскравістю обох лампочок.

З досліду видно, що коли в колі дві лампочки, їхня яскравість слабша. Це тому, що лампочки розподіляють між собою енергію, яка підходить спочатку до однієї лампочки, а потім до другої. Таке з’єднання називають послідовним. Якщо ти забереш одну лампочку, то коло розірветься, і друга лампочка не світитиме.

Дослід 3. Паралельне з’єднання споживачів струму.

1. Приєднайте одну лампочку до другої батарейки. Потім приєднайте другу лампочку до першої (мал. 39).
2. Спостерігайте за яскравістю обох лампочок.

Яскравість лампочок однакова. Це тому, що кожна лампочка має своє окреме коло, вона живиться безпосередньо від батарейки. Таке з’єднання називають паралельним. Якщо одна з лампочок перегорить або її забрати, інша продовжуватиме світити, тому що коло для цієї лампочки не розірвалось.

Пригадайте освітлення у вашому помешканні. Люстра у багатьох домівках має кілька лампочок. Подумайте і скажіть, паралельно чи послідовно з’єднані лампочки у люстрі.

Як намалювати елементи електричного кола.

В електричному колі може бути багато різних приладів і споживачів. Не завжди зручно їх зображати в натуральному вигляді. Тому існують умовні позначення для джерел струму, різних споживачів, вимірювальних і регулювальних приладів (табл. 2).

Умовні позначення деяких елементів електричного кола

Якщо намалювати електричне коло, використовуючи умовні позначення, то вийде зображення, яке називають електричною схемою.

Складають електричні кола чи встановлюють електричне обладнання за накресленими електричними схемами. Розглянь приклади простих електричних схем (мал. 40).

За такими схемами ти складав/-ла електричні кола під час проведення дослідів. Тільки на схемах зображено ключ, а у дослідах коло замикав/-ла ти сам/-а за допомогою з’єднувальних проводів.

• Джерело струму (батарейки або акумулятори), різні споживачі, вимірювальні прилади, з’єднані між собою провідниками, утворюють електричне коло.
• Елементи електричного кола можна з’єднувати між собою послідовно чи паралельно.
• На електричних схемах різні прилади і споживачі, що входять до електричного кола, мають умовні позначення.

1. Назви основні елементи електричного кола.
2. Без якого, на твою думку, елемента електричного кола існування струму неможливе?
3. Чому з’єднувальні проводи зроблені з металу, а зовні вкриті пластмасою?
4. Для чого використовують умовні позначення елементів електричного кола?
5. Поділися враженнями від уроку, закінчи речення: Сьогодні я навчився/-лась…; Я зміг/змогла…; Я спробую…; Мені захотілось … .

Домашній експеримент «Моделюємо перемикач». З допомогою дорослих створюємо моделі вимикача. Один вмикатиме лампочку, інший вимикатиме її. Прочитайте інструкцію виготовлення моделі перемикача.