XXI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Управление электричеством
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение.
Электричество. Мое знакомство с ним произошло с малых лет. Игрушки, бытовые приборы, лампочки – все работает от электричества. Летом, мы с братом разбирали старые игрушки и сломанные приборы. Нам было интересно как же все это работало и что заставляло их работать.
У меня возникли вопросы: как электричество заставляет гореть лампочки? Откуда берется электрический ток в розетке? Управляем ли он?
После этого я для себя решил, что должен разобраться с возникающими у меня вопросами про электричество, что и послужило основанием для выбора темы исследования.
Так, начиная свое исследование я выдвинул гипотезу: я могу управлять электричеством. А целью моего исследования было: самостоятельно составить электрическую цепь.
Задачи, которые были поставлены для достижения цели:
-
Изучить литературные источники о природе электричества и электрического тока.
-
Узнать, как электричество попадает в наш дом и его роль в нашей жизни.
-
Ознакомиться с принципом работы батарейки и провести эксперимент.
-
Ознакомиться с правилами безопасности при работе с током и конструктором
-
Собрать простейшую электрическую цепь и показать ее работу.
Объект исследования: электричество
Предмет исследования: природа электричества.
Методы исследования: поиск и изучение литературы, наблюдение, эксперимент.
Результаты моего исследования позволят больше узнать об электричестве и его природе, помогут в повседневной жизни понимать как работают электроприборы и обезопасят меня.
-
Что такое электричество.
Электричество – великая вещь, оно упростило и улучшило жизнь человечества. Невозможно представить нашу жизнь без него. Нет более значимого открытия в истории человечества, чем электричество.
Люди еще в древние времена наблюдали вспышки молний, раскаты грома на небе. Они не понимали, почему это происходит и связывали эти явления с действиями богов.
Рис.1 Молния
Прочитав книги и энциклопедии, я понял, что в природе много проявлений электричества. Например, электрические скаты используют электрические разряды для защиты от врагов, поиска пищи под водой. У скатов есть специальный электрический орган. Он накапливает электрический заряд, а затем разряжает его, прикоснувшись к жертве. Пчелы во время полета накапливают положительный заряд электричества, а у цветов он отрицательный. Поэтому пыльца с цветов сама перелетает на тело пчел.
Еще в древней Греции было замечено: если янтарь потереть о шерсть, он начнёт притягивать к себе лёгкие предметы, находящиеся поблизости, например, пылинки. Древние греки даже научились использовать это явление – для удаления пыли с дорогих одежд. Ещё они заметили, что, если сухие волосы расчесать янтарным гребнем, они встают, отталкиваясь друг от друга. Силу, притягивающую к себе предметы, греки стали называть электричеством. Янтарь по-древнегречески называется электроном.
Открытие электрического тока и других новшеств, связанных с ним, можно отнести к периоду: начало двадцатого века. Многие учёные капля за каплей вносили свой вклад в изучение электричества. И эти исследования не прекращаются до сих пор с поиском новых источников энергии.
Суть электричества сводится к тому, что поток заряженных частиц движется по проводнику в замкнутой цепи от источника тока к потребителю.Проводник – это вещество, способное проводить электрический ток. Двигаясь, поток частиц выполняет определённую работу. Это явление называется «электрический ток». Силу электрического тока можно измерить. Единица измерения силы тока — ампер. Итак, ток – направленное движение заряженных частиц. Одинаковые заряды отталкиваются, разные – притягиваются.
В настоящее время не обойтись без электричества. Без электричества почти ничего не работает: не работает телевизор, не горит дома лампочка, не стирает стиральная машина.
Как и многое в нашей жизни, электричество, имеет не только положительную, но и отрицательную сторону. Электрический ток нельзя рассмотреть, учуять его по запаху. Определить наличие или отсутствие тока можно только, используя приборы, измерительную аппаратуру. Ток – невидим, а потому особенно коварен. Электричество может превратиться во врага, если не соблюдать элементарные правила безопасности.
Итак, нельзя:
-
трогать электрические приборы мокрыми руками;
-
закручивать кабели в узлы, пережимая их;
-
использовать поврежденные провода;
-
включать несколько мощных устройств одновременно в одну розетку;
-
тянуть за шнур, выключая гаджет, держаться нужно всегда за вилку.
В случаях, когда, например, идёт дым от кабеля или прибора, чувствуется запах гари, необходимо срочно оповестить взрослых.
Если открыть тайну природы электричества и научиться правильно им пользоваться, то использование электрического тока перестанет быть опасным в жизни.
2. Производство электрического тока.
Электричество для нашего дома производится на электростанции. Дальше электричество движется по линии электропередач под сильным напряжением. Потом электричество попадает в трансформатор, чтобы стать пригодным для домашних электроприборов. Из трансформатора электричество по проводам приходит к нам в дом.
Электричество производят на разного рода электростанциях. Отличаются они тем, какой источник используется для производства электроэнергии.
Гидроэлектростанции – чистые, не загрязняющие окружающую среду – используют для получения энергии потоки воды.
Рис.2 Гидроэлектростанция
Атомные электростанции работают на уране, при делении ядер которого высвобождается огромное количество энергии. Поэтому они являются очень мощными производителями электричества, на атомных станциях сегодня электроэнергию вырабатывают безопасным и экологически чистым способом.
Тепловые электростанции для получения электроэнергии сжигают различные виды топлива (уголь, мазут, газ), добываемого под землёй.
Солнце – мощнейший реактор, дающий нам своё тепло. Такие станции не работают ночью, малоэффективны в утренние и вечерние часы.
Энергию ветра тоже можно превратить в электрическую. Высокая стоимость электроэнергии, маленькая мощность и непостоянство работы ветроустановок – вот лишь некоторые трудности использования ветровой энергии.
Производство электроэнергии требует больших затрат, поэтому очень важно беречь ее, не тратить зря.
Прежде чем попасть в дома и отдельные квартиры, электричество вновь проходит через трансформатор. И вот ток “бежит” по проводам к необходимым приборам и предметам! Когда вы нажимаете на выключатель лампы или какого-нибудь прибора, то электрический ток, пришедший от генератора, начинает течь по проводам, и прибор начинает действовать, а лампочка — светиться.
Причиной возникновения тока может быть и химическая реакция. Так устроены привычные нам батарейки.
Я рассмотрел строение и расскажу вам про пальчиковую батарейку. Её назвали так, потому что она похожа на пальчик. Снаружи я увидел, что с одного конца батарейки стоит знак «плюс», а с другого «минус». Внутри современной батарейки два цилиндрика. Между цилиндриками (плюсом и минусом) - специальный барьер (сепаратор, раствор или паста). Если батарейка является частью электрической цепи, то поток электронов течет от отрицательного полюса батарейки к положительному через все элементы цепи.
С помощью батарейки, магнита и проволоки (рис.3) можно показать как сделать маленький электромотор.
Рис.3. Используемые для опыта материалы
За счет источника электричества (батарейки) заряженные частицы в проводнике (проволоке) упорядоченно движутся. На магнит ставим батарейку и затем ставим конструкцию из проволоки, у меня получилась стрелка.
Рис.4 Подготовка проволоки
В проволоке возникает электрический заряд, на него действует магнитное поле, которое направляет движение в сторону, по кругу в нашем случае. Когда батарейка сядет – движение прекратится.
Рис.5 Результат опыта
Таким образом, мы выяснили, что электричество вырабатывается на электростанциях и в батарейках.
-
Сборка электрических цепей, с использованием конструктора.
Внутри любого электрического прибора есть электрическая цепь, состоящая из разных элементов. Мне стало интересно, как это выглядит и как работает, хотелось все разобрать и посмотреть. После этого родители подарили мне электронный конструктор «Знаток». Там было много незнакомых, но интересных деталей, при помощи которых можно собирать электрические цепи.
Электрическая цепь – это соединение различных электрических или электронных деталей в одно. Для объединения используются проводники, которые пропускают через себя ток. Сами элементы могут быть самыми разнообразными – линейными, нелинейными, пассивными или активными.
Самая простая электрическая цепь состоит из:
1) источника тока;
2) потребителя электроэнергии (лампа, электробытовые приборы);
3) замыкающего и размыкающего устройства (выключатель, кнопка);
4) соединительных проводов.
Электрическая цепь также должна быть замкнутой, иначе ток не сможет по ней протекать.
Для того, чтобы создать электрическую цепь, нужна электрическая схема. Электрическая схема — это чертеж, на котором изображены способы соединения электрических приборов в цепь. Приборы на схемах обозначены условными знаками.
Электрические цепи обычно состоят из нескольких приёмников электрического тока, которые соединены между собой по-разному. Существуют два основных вида подключения различных приборов и элементов – последовательное и параллельное. В реальной жизни также встречается смешанное подключение, когда в единую электрическую цепь элементы или приборы включаются и последовательно, и параллельно.
Прежде чем начать работу с конструктором «Знаток», нужно узнать из каких компонентов он состоит. Для этого я взял инструкцию по применению. Там представлены названия и схематические обозначения всех составляющих конструктора.
В электрическом конструкторе «Знаток» есть много приборов: провода с соединительными клеммами, выключатель, фоторезистор, динамик, сигнальная схема, батареи, лампа. Ко всем деталям нужно относиться очень бережно, так как если хоть одна из них сломается, схему собрать будет невозможно.
Я изучил электронный конструктор «Знаток», научился собирать различные модели по схемам. С помощью этого конструктора я решил собрать модели схем, которые можно использовать в жизни. Это помогло узнать больше информации об окружающей нас технике.
Чертежи, на которых изображены способы соединения электрических приборов в цепь, называют схемами.
Перед работой с электронным конструктором я изучил правила техники безопасности при работе с электронным конструктором «Знаток»:
-При сборке соблюдать полярность (+ соединять с + элемента, - соединять с-).
-При сборе схемы надавливайте не на середину детали, а по кроям – в точках крепления.
-Нельзя долго смотреть на горящие лампы или светодиоды!
-Удостоверьтесь, что все соединения надежно защелкнуты.
-Всегда отключайте батареи, если какой-то элемент стал нагреваться.
-Не допускайте короткого замыкания батарей.
-Работать сухими руками.
-Не подсоединять светодиоды напрямую к батарейке.
-Не оставлять собранную работающую цепь включённой без присмотра.
-Не использовать сломанные детали.
После изучения правил техники безопасности я приступил к сборке электрических цепей.
Используя электронный конструктор «Знаток», я собрал последовательную схему карманного фонарика (Приложение 1). Для этого я использовал такие компоненты как выключатель (15), лампу (18), батарею (19) и провод (3). В слой 1 установил элементы 15 и 19, затем в слой 2 установил элементы 3 и 18. После завершения сборки, я замкнул выключатель и лампа загорелась.
При правильном последовательном включении + одного элемента должен соединяться с – другого элемента.
Последовательное соединение применяется в ёлочных гирляндах старого образца.
Рис. 6 Последовательное соединение
Следующий пример показан в Приложении 2 - параллельное соединение проводников. Параллельное соединение применяется в квартирах, на предприятиях при проведении проводки. Это соединение удобно, так как все элементы работают независимо друг от друга. При правильном соединении + одной батареи соединяется с + другой батареи.
Рис. 7 Параллельное соединение
В приложении 3 я показал, как собрать охранную сигнализацию. Для этой схемы понадобится магнит. Для этого он должен лежать на одном из краев элемента – геркона. При этом геркон будет находится в замкнутом состоянии. Если убрать магнит, раздастся сигнал тревоги.
В реальной жизни геркон с проводами крепится к дверному косяку, а к двери напротив него крепится магнит. Когда дверь открывается злоумышленником, магнит удаляется от геркона, срабатывает сигнализация.
Заключение.
Изучив литературу, поработав с материалом об основах электричества, я многое узнал: что такое электричество, из чего состоит электрическая цепь, что необходимо для ее работы.
Я уверен, что электричество важно для нашей жизни, но требует осторожного и бережного отношения. Чем выше колебания частиц при движении, тем выше напряжение тока в цепи и опаснее его удар.
В работе я выяснил путь электрического тока от электростанции к нашим домам. Электричество вырабатывается на электростанциях и в батарейках.
Во время работы я изучил составляющие электрической цепи, разобрался с понятием «Электрическая цепь», изучил, как ток движется по ней и, наконец, составил схему и собрал по ней электрическую цепь при помощи конструктора «Знаток». Я доказал, что могу собрать электрическую цепь и с ее помощью я могу управлять электричеством. В результате исследования, выдвинутая мной гипотеза нашла полное своё подтверждение.
Я выяснил, собирать электрические цепи очень интересно, увлекательно, поэтому с конструктором «Знаток» можно проводить много свободного времени. Нас окружает огромное количество электрических приборов, поэтому знания из области электричества помогут нам в жизни. Ведь электричество не просто светит и греет, но и даёт нам возможность общаться друг с другом на расстоянии. Мы уже не можем обходиться без электрического тока, ведь он питает и заставляет работать все механизмы и приборы, придуманные человеком.
Если открыть тайну природы электричества и научиться правильно им пользоваться, то использование электрического тока перестанет быть опасным в жизни.
Список использованных источников
-
Магниты, батарейки и компасы/В.Бараттини, Ф.Горини, М.Кривеллини, А.Ньюччи; пер.с англ. П.М.Волцита.-М.:РОСМЭН, 2021. – 48 с.: ил. – (Эксперименты для детей).
-
Леенсон И. А. Загадочные заряды и магниты. Занимательное электричество. Изд-во: ОлмаМедиаГрупп, 2014 г;
3. Ожегов С.И. и Шведова Н.Ю. Толковый словарь русского языка. Российская академия наук.- 4-е изд., дополненное. – М.: ООО «ИМИ Технология», 2003г.
4. Бахмтьев А.А. Книга 1. Электронный конструктор «Знаток». Практические занятия по физике 8, 9, 10, 11 классы.
5. Бахметьев А.А. Книга 2. Электронный конструктор «Знаток». Играем и учимся.
6. Перышкин А.В. Физика, 8 кл.: учеб.для общеобразоват. учреждений / А.В. Перышкин. – М. : Дрофа, 2013. – 237
7. odinelectric.ru [Электронный ресурс] Режим доступа: https://odinelectric.ru/knowledgebase/istorija-otkrytija-jelektrichestva