За основу конспекту взято публікацію Басок
Анжели. Електронагрівальні прилади. Розгорнутий план-конспект уроку. 9клас.
Газета «Фізика» №6(450), лютий 2011 – Вид. «Шк.світ»
Тема уроку. Електронагрівальні прилади.
Тип
уроку: комбінований.
Мета
уроку: показати
практичне застосування теплової дії електричного струму; ознайомити учнів із
будовою деяких електронагрівальних приладів; розширювати політехнічний кругозір
учнів.
² Навчальна. Спираючись
на знання, отримані раніше, сформувати
уявлення учнів про електронагрівальні прилади, запобіжники; показати практичне
застосування теплової дії електричного струму; ознайомити учнів із будовою
деяких електронагрівальних приладів;
Розвивальна. Розвивати пізнавальний інтерес та логічне мислення, розширювати
політехнічний кругозір учнів;
² Виховна. Виховувати
вміння працювати в групах; залучати учнів до енергозбереження; виховувати
екологічну культуру, самостійність, увагу; формувати навички екологічно
стабільного і безпечного стилю життя. Сприяти вихованню дбайливого ставлення
до енергетичних ресурсів та привчати до їх раціонального
використання.
Обладнання: демонстраційні
електронагрівальні побутові прилади, презентація PowerPoint, сигнальні картки, картки із завданнями, картки-унаочнення, таблиця формул, «смайли».
Методи та прийоми. Прийом “чорний ящик”, бесіда,
робота з картками в групах, самостійна тестова робота, “екскурс у минуле”
Хід уроку
I. Перевірка домашнього завдання
Учні з
місця коментують розв'язання домашніх задач. Учитель відповідає на запитання,
які виникли в ході виконання домашнього завдання.
ІІ. Актуалізація опорних знань. Контроль і
корекція знань, умінь і навичок
Самостійна тестова робота
I. Одиницею роботи в СІ є:
А 1 Вт Б 1 Кл В
1 В Г
1 Дж
2. Сила струму в реостаті дорівнює 2 А. Визначте
роботу електричного струму за 1 хв, якщо напруга на клемах реостата становить
12 В.
А 1440 Дж Б 24 Дж В 4 кДж Г 1830 Дж
3. Яким приладом вимірюють роботу електричного
струму в побуті?
А
Гальванометром Б Годинником
В
Амперметром Г Лічильником
4. Одиницею потужності в СІ є:
А 1 Вт Б 1 Кл В 1 В Г 1 Дж
5. Прилад для вимірювання потужності
називається:
А
вольтметр Б
ватметр В амперметр Г лічильник
6. Сила струму в електричній лампі, розрахованій
на напругу 127 В, дорівнює 0,5 А. Яка потужність струму в цій лампі?
А 254 Вт Б 25,4 Дж В
63,5 Вт Г 6,35 Дж
7. Два резистори з опорами R1 = 2 Ом і R2 = 4 Ом увімкнені в електричне коло послідовно. Порівняйте роботу електричного
струму в цих резисторах за однаковий час.
А А1
= А2 Б А1= 2А2 В А2 = 2А1 Г А1 = 4А2
8. Два резистори з опорами R1 = 2 Ом і R2 = 4 Ом увімкнені в
електричне коло паралельно. Порівняйте
потужність електричного струму в цих
резисторах.
А
|
Р1
|
= Р2
|
Б
|
Р1
|
= 2Р2
|
В
|
Р2
|
= 2Р1
|
Г
|
Р1
|
= 4Р2
|
9.
Визначте роботу електричного струму в колі (рис. ) за 1 с.
А 0,008 Дж
Б 2,7 Дж В 0,9 Дж Г 3,2 Дж
10.
Потужність електричної праски становить 0,6 кВт. Нею гладитимуть білизну
протягом 3 год. Обчисліть енергію, необхідну для цього.
А 1,8 МВт·год
Б 18 Вт·с
В 1800 Вт·год
Г 0,18
кВт·год
11. Напруга на ділянці електричного кола
становить 10 В. Яку роботу може виконати електричний струм, якщо по цій ділянці
проходить заряд 0,5 Кл?
А 5 Дж Б 0,5 Дж В 20 Дж Г 0,05 Дж.
12. На що витрачається вся робота струму в
нерухомому металевому провіднику?
А На
виконання механічної роботи
Б На
нагрівання провідника
В На
виконання корисної роботи
Г На
хімічні перетворення в провіднику
ІІІ.
Мотивація навчальної діяльності
Потріть,будь ласка долонею об долоню. Що ви відчуваєте?
Сьогодні ми будемо мати справу з тепловою дією електричного струму.
Вправа “Чорна скринька”
Вносять “Чорну скриньку” з двома приладами всередині: лампою розжарення та
праскою. Від імені предметів, що є в ящику, вчитель зачитує розповідь:
—
Народилася я в ХІХ
ст. Батьки мої – російський інженер
Олександр Лодигін і американський винахідник Томас Едісон. Спочатку я була
недовговічною, слабкою, швидко виходила з ладу. Але завдяки моїм винахідникам, які
довго працювали над моїм удосконаленням, тривалість мого життя значно
збільшилася. Досконала форма скляного
балона приваблює погляди охочих мене придбати. Тоненькі молібденові ніжки
всередині балона тримають сріблясту вольфрамову спіраль – нитку розжарювання,
яка нагрівається до 3000°C. Ви вже здогадалися, хто я? (вийняти
лампочку)
Всередині мого балона міститься благородний газ аргон,
який сприяє моєму довголіттю. Живлюсь я від джерела струму, ми з ним приятелі,
а з’єднує нас патрон. У нього, як і в мене, є гвинтова нарізка і центральний
контакт, за допомогою яких ми і контактуємо.
Під час контакту я відчуваю, як по моїх дротах, спіралі
тече електричний струм, який живить мене, збуджує, і я палаю, але перегораю, бо
я – електрична лампочка розжарювання. Я дарую вам світло.
—
Я – вірна ваша
помічниця, я роблю вас привабливими. А знаєте, як мені буває спекотно, коли я
привожу до ладу ваш одяг, а особливо хлоп’ячі брюки? Добре, що зараз усі носять
джинси. Здогадалися, хто я? (вийняти праску)
А я все працюю, працюю. Чи думав мій батько Генрі Сілі,
що я з 1882 р. невпинно працюватиму! Чого тільки не вміщували люди в мій
корпус! То довжелезну ніхромову спіраль, оточену керамічними чашечками, ніби
якесь намисто. А то придумали тену якусь, в яку запресували якийсь дивний
ізолятор, схожий на пісок, а всередині ізолятора помістили ніхромову спіраль.
Для надійності, кажуть, щоб струм на мою підошву не проник. А ручку, бачте, мені
пластикову зробили, зручну таку, люди із задоволенням за неї тримаються й
ковзають мною, і ковзають безупинно. Тільки й оживаю, коли повзунок регулятора почеше
трохи мою тену та сигнальна лампочка привітно помиготить. Дрібниці, а приємно,
коли тебе розуміють.
Що спільного між лампою та праскою? (обидва прилади –
електронагрівальні)
Тема сьогоднішнього уроку «Електронагрівальні прилади»
IV. Сприйняття та засвоєння нового матеріалу
Електричний
струм нагріває провідник. Це явище нам добре відоме. Саме його застосовують у
електронагрівальних приладах.
Для полегшення праці,
створення комфортних умов для відпочинку людиною сконструйовано безліч
електричних приладів. За призначенням їх поділяють на п'ять груп:
ü для приготування
їжі (плити, жаровні, каструлі, сковороди);
ü для створення комфортних умов (радіатори,
рефлектори, конвектори, каміни);
ü для нагрівання рідини (чайники, самовари,
кип'ятильники);
ü для особистої гігієни та прасування (праски,
фени, бігуді);
ü нагрівальні електроінструменти (паяльники,
випалювачі, вулканізатори та інші).
Основною частиною цих
приладів є нагрівальний елемент, виготовлений з ніхромового, фехралевого або
нікелевого дроту у вигляді спіралі.
Електроприлад, у якому
тепло передається безпосередньо від його спіралі до предмета, що нагрівається,
називається відкритим. Якщо спіраль покривається
теплоізоляційними матеріалами, прилад називається захищеним.
При вміщенні нагрівальної спіралі в спеціальний ізоляційний корпус
нагрівальний елемент називається закритим.
Кожен електроприлад має
певне призначення, розрахований на певні умови використання, має певні
електричні характеристики. Ці дані записуються в технічному паспорті, який у
вигляді таблички кріпиться на корпусі приладу. На ній зазначається робоча
напруга, потужність, дата випуску, завод-виготовлювач тощо (демонструємо на
прикладі електричної лампочки чи праски). До кожного побутового електроприладу
додається інструкція-паспорт, де зазначаються технічні характеристики, будова
та принцип роботи, правила безпечної експлуатації та інші дані.
Промисловість випускає
велику кількість різних за конструкцією та призначенням побутових нагрівальних
електричних приладів. В основі кожного з них – нагрівальний елемент.
Особливістю їх конструкції є наявність спеціальних пристроїв, які вмикаються в
електричне коло приладу для управління електричним струмом та роботою приладу.
Прилади, які обладнані
таким пристроєм, називаються регульованими або автоматичними
(праска, камін), а при їх відсутності — нерегульованими (паяльник, кип’ятильник).
Електрообігрівачі можуть
бути обладнані одним або декількома нагрівальними елементами та вентилятором.
Від кількості ввімкнених елементів залежить температура нагрівання.
Основним елементом
електричної праски є терморегулятор —
пристрій, що автоматично вмикає або вимикає електричний струм, коли робочий
нагрівальний елемент (підошва) нагрівається до певної температури.
Терморегулятор — це біметалева пластина
із двох з'єднаних між собою частин,
виготовлених з різних металів (демонструємо на схемі). Внаслідок нагрівання
пластини по-різному видовжуються і набувають дугоподібної форми. У
терморегуляторі електропраски біметалева пластина 2 одним кінцем торкається
підошви електропраски. У момент ввімкнення приладу в мережу електричного
струму контакти 7 і 8 замкнуті. Через певний час, коли спіраль нагріє металевий
корпус підошви до певної температури, біметалева пластина згинається і
електричне коло автоматично розмикається і нагрівання спіралі зупиняється.
Через деякий час біметалева пластина охолоджується і випрямляється. Знову
змикаються контакти 7 і 8 і процес «нагрівання» — «охолодження» автоматично
повторюється.
Необхідна температура
електропраски встановлюється регулятором, який з'єднаний з повідковим кільцем.
За його допомогою можна змінювати відстань між контактними пластинами 10, 11 та
біметалевою пластиною 2. Чим більша буде така відстань, тим більша температура
нагрівання біметалевої пластини необхідна для її згинання (деформації) та
розмикання контактів 10, 11.
На корпусі електропраски
поблизу регулятора нанесена шкала з назвою тканини або інші умовні позначення,
які відповідають певній температурі прасування.
Історична
довідка (винахід лампи розжарювання)
Люди почали
використовувати штучне світло
приблизно 12 000 років тому, і першими його джерелами були смоляні факели.
Через 9000 років почали застосовуватися масляні лампи й свічі, які освітлювали
античні споруди Греції й Рима. Масляні лампи являли собою глиняну посудину для
конопельного або лляного масла із гнотом. Свічі використовували найрізноманітніші:
сальні, воскові, стеаринові, парафінові. Наприкінці XVIII — на початку XIX ст.
з'явилися газові ліхтарі: вугільний газ, з'єднуючись із киснем, загорявся,
розжарюючи металеву сітку ліхтаря, яка й випромінювала світло. Щовечора спеціальна
людина запалювала кожний ліхтар у місті. Не дивно, що освітлювалися переважно
центральні вулиці міста, а про автономне освітлення жител і говорити не
доводилося. Крім того, система газових труб була небезпечною. Тому появу
електричного освітлення люди сприймали як диво.
Перші
електричні лампи були дуговими, і їхня поява пов'язана з експериментами
російського вченого В. Петрова й англійця X. Деві, які встановили, що за
допомогою електричної дуги, що виникає в просторі між двома вугільними
стрижнями, за словами В. Петрова, «темний спокій досить ясно освітлений бути
може».
Однак ці
лампи мали істотні недоліки: стрижні вугілля, згоряючи, коротшали, і за
допомогою цілої системи механізмів їх доводилося постійно зводити, до того ж
відкритий вогонь створював серйозну загрозу пожежі.
Російський
винахідник П. Яблочков в 1876 р. подолав деякі з цих недоліків. Він
запропонував розташовувати вугільні стрижні паралельно один одному, розділяючи
їх ізолюючою масою. Вугілля такої свічі вистачало на 1,5 год горіння, а потім
автоматично вмикалася наступна пара. Її світіння мало красивий бузковий
відтінок. «Російське світло» освітило вулиці Парижа, Петербурга й навіть палац
перського шаха. Правда, сам винахідник помер у злиднях, не доживши до 47
років.
Незабаром
дугову лампу замінила лампа нового покоління — лампа розжарювання, її
було винайдено в 1872 р. російським електротехніком О. Лодигіним. Основний її
елемент — вугільний стрижень, який нагрівався струмом до температури, при якій
він починав світитися. Стрижень розміщався під скляним ковпаком. Перші лампи
працювали всього 30—40 хв. Пізніше Лодигін істотно збільшив строк їхньої
служби, відкачавши повітря з колби.
Про роботу
Лодигіна дізнався знаменитий американський винахідник Т. Едісон, який у 1877
р. удосконалив цей тип ламп. Він домігся сильного розрідження в лампі (тиск
ставав у мільйон разів меншим за атмосферний), знайшов новий матеріал для волоска
розжарення, перепробувавши більше шести тисяч різних речовин,— оброблений
спеціальним хімічним розчином бамбук. Едісон зробив винахід комерційно
вигідним: придумав цоколь, патрон, поворотний вимикач, запобіжники, ізольовані
проводи. У ніч на 1 січня 1880 р. сімсот едісоновських ламп освітили будинок,
де працював винахідник, двір, ворота й навіть огорожу. Люди зі здивуванням
дивилися на це чудо.
Нові зручні джерела світла стали незамінними в
будинках, на вулицях тощо. Лампочку продовжували вдосконалювати. О.Лодигін
першим застосував вольфрамовий волосок і запропонував заповнювати колбу
яким-небудь інертним газом.
Демонстрація Учитель демонструє лампочку розжарювання
пояснюючи її будову й призначення кожного елемента.
Уже в наші
дні з'явилися криптонові лампи (наповнені криптоном), у яких підвищено
світловіддачу порівняно зі звичайними лампами, біспіральні лампи — з
більш товстим волоском розжарення, який дозволяє випромінювати більш яскраве
світло, галогенові лампи — вони наповнені парами брому, фтору або йоду,
що підвищує світловіддачу й збільшує термін служби, щоправда балон таких ламп
доводиться виготовляти з більш дорогого кварцового скла.
У наш час
лампи розжарювання поступово замінюються більш економічними люмінесцентними
лампами (їх так і називають – енергозберігаючі). Такі лампи складаються з
електронного блоку, цоколя й балона, заповненого парами ртуті. Унаслідок газового
розряду в них виникає невидиме для людського ока ультрафіолетове
випромінювання, яке перетворюється у видиме для нас світло за допомогою
спеціального люмінофорного покриття, нанесеного на балон лампи.
Світловий
потік люмінесцентної лампи потужністю Р = 20 Вт дорівнює світловому потоку від
лампи розжарювання потужністю Р = 100 Вт. Використання люмінесцентних ламп
знижує споживання електроенергії на 80% без втрати рівня освітленості. Строк
їхньої служби в 6—15 разів вищий, ніж у звичайної лампи: того ж такі лампи
не нагріваються вище 40 °С, що дозволяв поміщати їх у будь-який плафон.
Правила
безпечної праці при користуванні побутовими нагрівальними електроприладами.
Перед тим як вмикати
електроприлад в мережу електричного струму, необхідно впевнитись у справності
його струмопровідних елементів. Для цього потрібно перевірити стан ізоляційної
оболонки електричного шнура, надійність кріплення деталей штепсельної вилки,
вимикача, стан нагрівального елемента. Необхідно також з'ясувати, чи не
торкаються оголені струмопровідні елементи корпусу електроприладу.
Якщо за зовнішніми
ознаками не виявлено неполадок або ушкоджень, прилад можна вмикати в
електромережу.
При користуванні електричними приладами не можна:
— залишати без нагляду ввімкнені прилади;
— ставити під розеткою електронагрівальні прилади,
бо контакти розетки можуть перегрітися;
— вмикати у розетку декілька приладів одночасно;
— торкатися оголених місць при порушенні
електропроводки або оголенні електричного проводу, поломці розетки;
— вмикати несправні електричні праски, самовари
тощо;
— накривати, адже прилад перегрівається;
— використовувати у тривалому режимі.
V.
Осмислення об’єктивних
зв’язків.
Робота
в групах
Група 1
Розрахувати економічний ефект від заміни ламп розжарення(ЛР) на
еквівалентні за світловим потоком компактні люмінесцентні лампи (КЛЛ) в побуті
Вихідні дані: потужність ЛР – 100 Вт; світловий потік 1380 лм. Потужність
КЛЛ -24 Вт, світловий потік 1350 лм. Термін дії ЛР – 1000 год Термін дії КЛЛ – 6000 год Ціна ЛР – 3 грн.,
ціна КЛЛ – 25 грн. тариф на електроенергію
0,789 грн/кВт∙год. Загальний час ввімкнення джерел світла 2,5 роки
(близько 6 год на добу)
Відповідь:
Параметр
|
Лампа розжарення (ЛР)
|
Компактна люмінесцентна лампа (КЛЛ)
|
Ціна лампочки, грн
|
3
|
25
|
Час світіння (ввімкнення по 6 год на добу ), год
|
1000
(приблизно 6 місяців)
|
6000
(приблизно 2,5 роки)
|
Потужність лампочки, Вт
|
100
|
24
|
Витрачена електроенергія при розрахунку на 2,5 роки, кВт∙год
|
600
|
144
|
Вартість спожитої електроенергії, грн. (тариф: 1 кВт∙год коштує 0,789
грн
|
473,4
|
113,62
|
Припустимо, що за період в 2,5 роки нам довелося купити 6 лампочок розжарення.
Це 18 грн, або одну люмінесцентну лампочку. Додамо ці вартості до вартості
спожитої електроенергії: ЛР – 491,4 грн, КЛЛ – 138,62 грн. Отже, за 2,5 роки ми
заощадили 352,78 грн.
Коментар вчителя
Підіб’ємо підсумки наших підрахунків. Різниця між звичайною лампочкою та
енергозберігаючою добре простежується на періоді в 2,5 роки. Заощадження
близько 350 грн за цей період не сильно вражає, але якщо помножити цю цифру на
кількість лампочок у всьому будинку, то сума виходить цілком значна. Та ще якщо
врахувати зростання цін на електроенергію, то варто замислитися над придбанням
енергозберігаючих ламп просто зараз?
У люмінесцентних ламп, крім енергозберігаючих, є свої переваги. Одна з
них – висока світловіддача(для порівняння – лампа розжарення випромінює більше
теплової енергії, а не світлової). Друга
перевага – це тривалий термін служби, від 6000 до 15000 год безперервного
свічення. Третя – колір світіння. Він буває для таких ламп трьох видів – денне,
тепле й природне світло.
Група 2
Телевізор з екраном середнього розміру (діагональ екрану 20-21 дюйм) у
режимі очікування споживає струм 75 мА за напруги в мережі 220В. Якщо ви в
середньому дивитеся телевізор протягом 6 год на день, то в режимі очікування
він перебуває 18 год. Обчисліть, скільки електроенергії він споживає за рік та
скільки грошей можна заощадити, якщо його повністю вимикати після перегляду.
Відповідь: P=UI, P=0,075∙220=16,5 Вт. На добу А=16,5∙18=297
Вт∙год. На місяць А=297∙30=8910Вт∙год, близько 9 кВт∙год. На рік 9∙12=108
кВт∙год. Вартість електроенергії 108∙0,789≈85,21 грн
Коментар
учителя
Отже, треба вимикати всі електроприлади з розеток, крім того, звертати
увагу під час покупок електроприладів, наскільки вони економічні. Наприклад,
компанія «Філіпс» пропонує 42-дюймовий телевізор, що використовує на 21% менше
енергії і має на 29% економічнішу компоновку. Для оцінки економічності
електроприладів слугують класи економічної ефективності. Міжнародні стандарти
передбачають 7 класів економічності від А до G, від найвищого до найнижчого. Класи
А, В і С встановлені для економічних моделей, D - для моделей з помірним споживанням
електроенергії, E, F i G – для моделей з підвищеним споживанням електроенергії.
Група 3
Скільки електроенергії витрачається в школі для освітлення протягом
місяця, якщо нормальне освітлення в одному класі забезпечують 14 ламп
розжарення потужністю 100Вт кожна (в школі 25 класів). Припустимо, що вони
працюють 1 год на добу. Скільки електроенергії можна заощадити за місяць у
такій школі, якщо замінити лампи розжарення на енергозберігаючі(компактні
люмінесцентні), коли відомо, що вони дають змогу заощадити 80% електроенергії?
Відповідь: щодня на
електроенергію (для освітлення) в школі витрачають
14∙25∙100Вт∙1год=35000Вт∙год=35кВт∙год. За місяць - 30∙35кВт∙год=1050кВт∙год.
Якщо замінити лампи розжарення на люмінесцентні, то витрати становили б 210
кВт∙год
VI.
Узагальнення знань. Звіт
роботи груп
VII.
Підсумки уроку
Здавалося, що буде так завжди:
Зелене листя, і блакитне небо,
І чистота джерельної води –
Всього доволі, стільки, скільки треба.
Здавалось людям, що ось так весь час
Земля ділитись щедро буде з ними
Всім тим, що відкладала про запас –
Скарбами невичерпними своїми.
Та час минає, все ясніш стає:
Робити треба висновки належні.
Земля свої багатства віддає,
Вони ж, хоч і великі, не безмежні.
І треба правильні шляхи знайти,
Щоб те, що є у людства, зберегти.
VIII.
Домашнє завдання.
Опрацювати відповідний параграф підручника.
Підготовити повідомлення: «Енергозберігаючі лампи: за та проти» (див.
додаток)
Можна завантажити матеріали уроку
.
Немає коментарів:
Дописати коментар