在开始的时候…
之前我们观察和利用电力的方式理解它如何工作。电力是一系列与流动相关的现象。
看到批判性思维活动,活动1,什么是电电力,让学生批判性地思考如何改变了世界,它来自哪里以及如何生成和使用电力。
了解电是什么以及它是如何工作的,它有助于了解原子的结构,知道17到19世纪的科学家缺乏在开发他们的想法关于电的本质。
教师让学生画一个原子,这将有助于建立一个基线的了解原子的结构。活动2,批判性思维和画一个原子活动在这里。
后画一个原子,原子的学生深入检查和科学理解其结构之旅,一段旅程,揭示了科学家弄错了很多倍,才能达到我们今天的理解。我们仍在工作的细节。
原子和电子
原子有一个核心(核),是由质子和中子组成的。质子携带电荷,中子是中性的,不收费。围绕原子核是带电粒子称为电子的云。电子电荷相反的电荷的质子。
这是本杰明·富兰克林在1748年建议有两种类型的电荷相反*。相反的电荷相互吸引,同种电荷相互排斥。我们现在所说的这些指控,积极和消极,但我们可以很容易地称之为鲍勃和珍妮或Ping Pong。当时,富兰克林没有办法度量或量化他的想法,但事实证明他是正确的。什么是富兰克林做错了他的建议,目前从积极的负流出。和富兰克林和他的同时代人的时候使用流在字面意义上的概念,因为电力被认为是一种无形的液体。直到1897年当j·j·汤普森实验确定电子的存在使用设备称为阴极射线管,我们意识到富兰克林的错误。看到部分,下面找到电子的。后不久发现电子我们得知的得失电子的原子和电子的运动被拉向一个正电荷产生电荷的流动(电)电路。但理解的约定收取从正到负困,我们现在有两个约定:传统模型(电荷流从正到负)和电子模型由负转正(电荷流)。 It can be confusing, but the important point is that the math is the same and the outcome is the same whichever model is applied. This unit will apply the electron model in its explanations and activities.
*虽然可能更有名,因为带电粒子的想法,还有其他自然哲学家本杰明·富兰克林之前使用语言来描述现象类似于富兰克林的罪名和电气化的想法。一个稍微学术评论文章,给人历史的角度和历史的概述电力Marton Marton,元电荷的概念的演变。编辑(s): l . Marton c . Marton电子和电子物理学的发展,学术出版社,50卷,1980年,页449 - 472。
了解原子
质子对电子说:“我觉得不舒服。”
电子:“你确定吗?”
质子:“我肯定。”
今天我们理解原子在几十年经历了几个迭代。J.J.汤森是第一个实验性地确定电子的存在,但他的原子模型仍然是基于有限的数据和理解,因此是错误的。在他的模型中,他带电粒子(电子和质子)混合在一起在类似于一个带电汤,或当它被称为,“布丁”见图1。后来我们得知一个原子主要是空的空间,这是我们当前的知识让我们了解原子的原子核的质子和中子。原子核周围嗡嗡声随机离散能级的电子,有大量的电子和原子核之间的空间。
想象一个网球中心的一个足球场。在空心网球都是质子和中子。在看台上的观众坐在哪里的云电子随机地面的外面的嗡嗡作响。这是一个粗略的近似的原子核和电子之间的距离以及为什么原子,因此一切都是空白。年长或更高级的学生你可以谈论每个看台层代表一个不同的能级或外壳,电子被局限于他们随机移动虽然层对应于给定的能量水平。一个原子的质子数量将决定元素是什么。例如,有一个质子氢、氦有两个,锂有三个…等等。atom是最稳定的,当它有相同数量的质子和电子,给它一个中立的。一些原子失去或贡献一个电子而变成积极。其他人可以得到一个电子,成为负数。 Charged atoms are called ions. Oppositely charged ions can form bonds with each other. For example, Na+ (sodium) and Cl- (Chloride) when bonded make salt (NaCl).
图1所示。原子模型从J.J.汤普森的葡萄干布丁在1904年到1926年薛定谔的电子云。
有很多的图片在网络上不同的原子模型随着时间的推移,随着他们的发展。这是一个
尝试活动,构建一个原子,更多细节关于费用的性质和一个机会,做一个可食用的原子模型。电荷的概念也将阐述了我们穿越活动。学生将学习更多关于的一些科学家参与做出最初的发现,导致了我们目前所了解的电力。
之前和你详细探索电的本质,让学生考虑他们认为电是什么。参见活动4,什么是电。画一个电路建立一个基线了解电路和电力。它可以理解相比,他们的选择活动,学生能够真正地建立一个电路。现在我们更久远的时间来检查我们首先对电力的概念。
我们建立了静电的理解如何
除了我们的观察闪电,古希腊人可能是第一个至少记录他们的经历所产生的静电,他们自己用一块布擦琥珀。如下提到的,当时我们不明白,闪电是电,这和火花来自琥珀是一样的。了解很久以后才出现的。
弗朗西斯•Hauksbee科学仪器制造商在18世纪早期是第一个建立机演示静电的概念。他建造了一个机器,旋转一个空心玻璃球的空气吸出的气泵(也由Hauksbee设计)。当你把你的手放在旋转的玻璃球,机器产生静电,可被视为一个光环在球体。是展示了英国皇家学会和它是第一个示威表明电力可能是除了娱乐,尽管Haukebee首次使用的机器是由艺人用电力来执行,我们将考虑魔术表演。
那时的人尝试用电力或用它来娱乐自称电工。
斯蒂芬·格雷被称为“电力之父”。在1720年代和30年代,他用Hauksbee旋转的球体来证明他可以创建一个电荷,电荷转移到另一个对象,电力可以通过一些材料,而不是其他人的。深刻的检查这皇家学会博客。
不久之后,本杰明·富兰克林提出法国实际上进行了一个实验,证明了闪电是电,灰色的东西相同,Hauksbee和古希腊人。他们竖起了一个长的金属杆在一个框架,指向天空的一端,另一端从地面绝缘的框架。然后他们等待一场风暴。一个闪电袭击了金属杆,杆中存储的电能。杖闪电袭击后,一个勇敢的法国人跑了出去,把他们的手接近杆的杆和电跳他们的手,让可怜的不幸和震惊和轻微的灼伤,但最终表明闪电确实是电。这些实验和观察,验证了本·富兰克林的假设和避雷针的最终发展,我们现在有在所有建筑物保护他们免受闪电。
我们仍然不知道电是怎样工作的。我们仍然只观察现象。
我们现在知道的是静电,或任何电力的运动电荷通过材料(通常是电子)。与静电电子建立一个对象或区域,直到有足够的潜力或吸引力电荷(电子)跳转到一个区域整体正电荷。这是可视化的形式火花。对于静电电子的运动是通过空气和空气是很好的绝缘体,这就是为什么在闪电的情况下你需要大量的电子建立在云里才能使炸药跳(一个非常大的火花)到地面,是作为带正电的对象(或少负比天空的电子收费氛围)。
这将是一个世纪之前,我们开始了解电工作,磁性是紧密联系的。请参阅下面的部分电和磁。
看到活动5和6,静态的,粘性和飞扬的塑料,水本德目睹了静电在行动,帮助学生概念化电荷,电荷的运动。
导体、绝缘体和阻力
我们注意到,紧紧束缚电子的原子如何影响他们在进行电多好。这种流动是基于电子的难易程度,最外层价电子层-电子离原子核最远可以离开他们的原子和穿过材料的。
绝缘体材料的原子的电子紧密地绑定到细胞核,无法轻易自由自己流过材料发电。
导体材料,有电子外壳,采用的是松散绑定到其原子使电子通过物质流很容易当电子力(电压)。因为这个原因的金属都是良导体。但即使是良导体有一些所谓的阻力水平,将阻碍电子的流动通过材料。
电阻
电阻是一个属性的材料,阻碍电子的流动。因此,材料的电阻越大,需要更多的能量使电子流过,材料和更少的电子将移动。将会有一个降低电荷的流动。哪里有阻力,总有一些能量电子丢失的热量而不是用于执行任务等我们希望推动电视或电脑。产生的热量作为电子流过材料相互作用和转移其他原子,原子的动能。交互越多,阻力越大,能量损失越大。材料的高电阻可以使好的绝缘体,因为难以产生电荷的流动。与低电阻使良导体材料,因为它只需要较低的电压,或者能量,电子移动和发电。
活动7,没有阻力的生活,让学生批判性地思考意味着什么如果我们能导电没有抵抗。
阻力背后是我们所说的“补偿性排放。“这些排放结果的额外电力——通常来自化石燃料,需要补偿能量损失在电网因为阻力。计算,在世界范围内,赔偿金额近十亿公吨的二氧化碳排放每年等价物,在同一范围的年度排放量重型卡车或整个化工行业。
能量损失仅通过传播范围从2 - 50%取决于这个国家。(链接]
在澳大利亚,通过传输能量损失约为10%。这一数字将会大进一步从源。(链接]
在活动8中,行为,隔离,抵制:跳舞,学生可以主动和概念化电阻如何通过行为,隔离,拒绝跳舞。
图2。大电子之间的相互作用与其他原子和电子必将紧缩他们的原子,阻力越大。
将在未来科技的一代——零阻力
有一些材料,当冷却很冷温度(约-170摄氏度)将以零电阻导电。这些材料被称为超导体。事实上他们只表现出这种行为在如此低的温度下使他们适合大多数的目的,但这一领域的研究人员的目标是发展超导材料,可以在室温下。
二维材料和超流体,舰队正在将进行零电阻在室温下,超导体的替代品。但是我们才刚刚开始了解这些材料的潜力,仍有很多研究才能意识到潜在的节能电子产品开发和使用这种材料。看到舰队的研究和对下一代的电子产品的需要。
在下一节中在单位,电和磁