Определение и формула закона джоуля-ленца: работа и мощность тока

Знаменитый русский физик Ленц и английский физик Джоуль, проводя опыты по изучению тепловых действий электрического тока, независимо друг от друга вывели закон Джоуля-Ленца. Данный закон отражает взаимосвязь количества теплоты, выделяемого в проводнике, и электрического тока, проходящего по этому проводнику в течение определенного периода времени.

Свойства электрического тока

Когда электрический ток проходит через металлический проводник, его электроны постоянно сталкиваются с различными посторонними частицами. Это могут быть обычные нейтральные молекулы или молекулы, потерявшие электроны.

Электрон в процессе движения может отщепить от нейтральной молекулы еще один электрон. В результате, его кинетическая энергия теряется, а вместо молекулы происходит образование положительного иона.

В других случаях электрон, наоборот, соединиться с положительным ионом и образовать нейтральную молекулу.

Определение и формула закона Джоуля-Ленца: работа и мощность тока

В процессе столкновений электронов и молекул происходит расход энергии, в дальнейшем превращающейся в тепло. Затраты определенного количества энергии связаны со всеми движениями, во время которых приходится преодолевать сопротивление. В это время происходит превращение работы, затраченной на преодоление сопротивления трения, в тепловую энергию.

Сопротивление в электрических проводниках обладает теми же качествами, как и у обычного сопротивления. Для того чтобы провести ток через проводник, источником тока затрачивается определенное количество энергии, превращающейся в тепло. Данное превращение как раз и отражает закон Джоуля — Ленца, известного также, как закон теплового действия тока.

Закон джоуля Ленца формула и определение

Согласно закону джоуля Ленца, электрический ток, проходящий по проводнику, сопровождается количеством теплоты, прямо пропорциональным квадрату тока и сопротивлению, а также времени течения этого тока по проводнику.

Определение и формула закона Джоуля-Ленца: работа и мощность тока

В виде формулы закон Джоуля-Ленца выражается следующим образом: Q = I 2 Rt, в которой Q отображает количество выделенной теплоты, I – силу тока, R – сопротивление проводника, t – период времени.

Величина «к» представляет собой тепловой эквивалент работы и применяется в тех случаях, когда количество теплоты измеряется в калориях, сила тока – в амперах, сопротивление – в Омах, а время – в секундах.

Численное значение величины к составляет 0,24, что соответствует току в 1 ампер, который при сопротивлении проводника в 1 Ом, выделяет в течение 1 секунды количество теплоты, равное 0,24 ккал. Поэтому для расчетов количества выделенной теплоты в калориях применяется формула Q = 0,24I 2 Rt.

При использовании системы единиц СИ измерение количества теплоты производится в джоулях, поэтому величина «к», применительно к закону Джоуля-Ленца, будет равна 1, а формула будет выглядеть: Q = I 2 Rt. В соответствии с законом Ома I = U/R. Если это значение силы тока подставить в основную формулу, она приобретет следующий вид: Q = (U 2 /R)t.

Определение и формула закона Джоуля-Ленца: работа и мощность тока

Основная формула Q = I 2 Rt очень удобна для использования при расчетах количества теплоты, которое выделяется в случае последовательного соединения. Сила тока во всех проводниках будет одинаковая.

При последовательном соединении сразу нескольких проводников, каждый из них выделит столько теплоты, которое будет пропорционально сопротивлению проводника. Если последовательно соединить три одинаковые проволочки из меди, железа и никелина, то максимальное количество теплоты будет выделено последней.

Это связано с наибольшим удельным сопротивлением никелина и более сильным нагревом этой проволочки.

  Какие огородные культуры можно сажать в тени

При параллельном соединении этих же проводников, значение электрического тока в каждом из них будет различным, а напряжение на концах – одинаковым. В этом случае для расчетов больше подойдет формула Q = (U 2 /R)t.

Количество теплоты, выделяемое проводником, будет обратно пропорционально его проводимости.

Таким образом, закон Джоуля — Ленца широко используется для расчетов установок электрического освещения, различных отопительных и нагревательных приборов, а также других устройств, связанных с преобразованием электрической энергии в тепловую.

Закон Джоуля-Ленца. Работа и мощность электрического тока

Закон Джоуля-Ленца — часто используемый физический закон при расчетах потерь тепла в доме или при создании таких электроприборов как ламп. Более подробная информация о том, что это такое, какую имеет формулировку, в чем измеряется количественная величина теплового действия электротока, какой формулой выражается закон джоуля ленца далее.

Что это за закон

Закон джоуля ленца определение гласит, что это физический норматив, который определяет количественный вид меры теплового действия электротока.

В девятнадцатом столетии, вне зависимости друг от друга Джоуль с российским ученым Ленцем стали изучать, как нагреваются проводники в момент прохождения электротока и нашли некую закономерность.

Они узнали, что в момент прохождения электротока по проводниковому элементу получается тепло, которое равно силе тока, времени и проводниковому сопротивлению.

Обратите внимание! Это закономерность была названа законом в честь двух ученых. Стоит указать, что эта закономерность активно используется с момента открытия и по сегодняшний день и помогает решить многие вопросы, связанные с электрикой.

Определение и формула закона Джоуля-Ленца: работа и мощность тока

Формулировка

Закон джоуля ленца формулировка словесно выглядит следующим образом: мощность тепла, которая выделяется в проводниковом элементе в момент протекания в нем электротока имеет пропорциональную зависимость умножения плотности электрополя на напряженность.

Его по-другому можно сформулировать так: энергия, протекая по проводнику, перемещает электрозаряд в электрополе. Так, электрополе совершает работу. Работа производится благодаря проводниковому нагреванию. Энергия превращается в тепло.

Однако, из-за чрезмерного проводникового нагрева при помощи тока и электрооборудования, может повредиться проводка и сами аппараты. Сильное перегревание опасно, когда есть короткое замыкание в проводах. Из-за этого проводники могут иметь большое токовое значение.

Что касается интегральной формы тонких проводников правило или уравнение Джоуля — Ленца звучит так: то тепло, которое выделяется за время в конкретном участке электроцепи, определяется квадратным произведением токовой силы на сопротивление участка.

  Капсула для сна своими руками

Обратите внимание! Закон Джоуля-Ленца обладает достаточно общим характером, потому что не имеет зависимости от природы, силу которой генерирует электроток.

Из практики можно утверждать, что он справедлив, как для электролитов, так проводников и полупроводников.

Определение и формула закона Джоуля-Ленца: работа и мощность тока

В чем измеряется

Единица теплового измерения это джоуль. Формула состоит из напряжения, измеряемого в вольтах, силы тока, измеряемого в амперах, и времени, измеряемой в секундах. Тогда выходит, что показатели будут измеряться в джоулях или одном вольте, перемноженном на ампер и секунду.

Определение и формула закона Джоуля-Ленца: работа и мощность тока

Какой формулой выражается

На данный момент существует две формулы по математическому нормативу двух ученых, в дополнение к теме, как найти джоуль формула.

Согласно первой, нужно перемножить напряженность с плотностью электрического поля, а согласно второй, нужно сделать интеграл из произведения теплового эквивалента работы, количества выделяемого тепла, величины тока, активного проводникового сопротивления и времени. Величина будет определена, в зависимости от того, какая разрядность у единиц, в которых измеряются значения формулы.

Определение и формула закона Джоуля-Ленца: работа и мощность тока

Где и как используется

Закон Джоуля-Ленца используется активно в электрике, электродинамике и других сферах физики. Он применяется как в быту, так и в промышленности.

К примеру, благодаря нему создаются лампы накаливания и электронагревательные приборы. В них находится нагревательный элемент, выступающий в роли проводника, имеющего высокое сопротивления. Благодаря этому элементу локализовано выделяется тепло на участке. Оно будет выделяться в момент повышения сопротивления с увеличением проводниковой длины и выбором конкретного сплава.

Обратите внимание! Также используется для просчета снижения энергопотерь. Выделение тепла из тока приводит к тому, что снижается энергия.

В момент ее передачи, мощность линейным образом зависит от показателя напряжения с силой тока, а нагревание зависит от токовой силы квадратичным образом. По этой причине при повышении напряжения и понижении силы тока до подачи электрической энергии, это действие будет выгодным.

В момент повышения показателя напряжения снизится электробезопасность. Чтобы повысить электробезопасность, нужно повысить сопротивление нагрузки и сетевое напряжение.

Стоит указать, что он влияет на подбор проводников для электроцепей, поскольку из-за неправильного выбора может начать сильно нагреваться проводник, а также начать возгораться. Это происходит при превышении допустимых значений силы тока и выделении небольшого количества энергии. Нагрев проводников вредный, поэтому теряется энергия и передается тепло от источника к пользователю.

Чтобы уменьшить эту потерю, сила тока уменьшается и повышается напряжение источника с остатком передаваемой мощности. Во избежание изоляционного электропробоя, она поднимается на высоту на высоковольтной линии электрической передачи, которая связывает большие электрические станции с городскими и поселочными пунктами.

Определение и формула закона Джоуля-Ленца: работа и мощность тока

В целом, закон Джоуля-Ленца — норма, придуманная двумя учеными, чтобы установить, какое тепло отдает электрический ток.

Данное тепло выражается через перемноженное выражение удвоенной силы тока, времени, и сопротивления проводника и измеряется в вольтах, умноженных на ампер и секунду.

Используется активно как в быту, так и в промышленности, как при изучении фактора тепловой потери, так и при создании ламп накаливания и электронагревательных установок. Нередко применяется в момент выбора между проводами электроцепи.

  Клубника крапо 10 описание сорта фото отзывы

В 1841 году английский физик Джеймс Джоуль экспериментально доказал наличие зависимости количества выделяемой теплоты от силы тока.

А в 1842 году, независимо от него к тому же выводу пришел русский ученый Эмилий Ленц, измерявший в течение нескольких лет количество времени, необходимое для нагрева спирта в сосуде на 10°С.

Окончательное же определение закона Джоуля-Ленца было опубликовано в 1843 году.

Формулировка закона Джоуля-Ленца, основанная на работах обоих ученых, звучит так: при прохождении электрического тока по проводнику количество теплоты, выделяемое в проводнике, прямо пропорционально квадрату тока, сопротивлению проводника и времени, в течение которого электрический ток протекал по проводнику.

Формула для закона Джоуля-Ленца

Приведенная формула выражает закон Джоуля-Ленца для участка цепи. Единица измерения количества теплоты (Q) – джоуль (Дж), является производной единицей и может быть получена из формулы: 1Дж = 1Ом · (1А) 2 · 1с.

Читайте также:  Изготовление металлоискателя самостоятельно в домашних условиях: схема

В неподвижном проводнике, по которому течет постоянный ток работа сторонних сил расходуется на его нагревание. Опытно доказано, что в любом проводнике выделяется количество теплоты, равное работе, совершаемой электрическими силами по переносу заряда вдоль проводника.

φ1-φ2=U – разность потенциалов на концах проводника, тогда для переноса заряда на этом участке совершается работа A=q(φ1-φ2 )=qU,

  • А – работа [Дж];
  • q – заряд [Кл].
  • Из определения силы тока следует:
  • Учитывая формулу и сказанное выше, получим: Q = A = IUt – закон Джоуля-Ленца в интегральной форме.
  • Запишем закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме.
  • ∆W=I 2 R=I(φ1-φ2)=j∆SE∆l=j ⃗E ⃗∆V
  • ∆W – тепловая мощность тока в элементе проводника, [Вт];
  • ∆l – длина проводника, [мм];
  • ∆S – сечение проводника, [мм2];
  • ∆V – объем проводника, [мм3];
  • j – плотность тока, j = ϭE, ϭ = 1/ρ (удельная электропроводность);
  • Е – напряженность поля, [В/м].
  • ω=∆W/∆V=j ⃗E ⃗ – удельная мощность тока.

Отсюда: ω=ϭE ⃗ – дифференциальная запись закона Джоуля-Ленца, характеризующая плотность выделенной энергии

Закон Джоуля-Ленца имеет широкое практическое применение.

Так, в электротехнике необходимо учитывать нагревание проводов при расчете теплопотери в линиях электропередач, температуры срабатывания автоматических выключателей, тепловыделения элементов радиотехники и электротехнических приборов, характеристик проводов сетей температуры плавления плавких предохранителей, тепловой мощности электронагревателей. Применение закона Джоуля-Ленца позволяет уменьшить потери при передаче электроэнергии на большие расстояния и поднять напряжения в линиях электропередач. Кроме этого на законе Джоуля-Ленца основана контактная и электродуговая сварка.

Источник: https://moreremonta.info/strojka/kakoj-formuloj-vyrazhaetsja-zakon-dzhoulja-lenca/

Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца – FIZI4KA

ОГЭ 2018 по физике ›

Определение и формула закона Джоуля-Ленца: работа и мощность тока

1. Электрический ток, проходя по цепи, производит разные действия: тепловое, механическое, химическое, магнитное. При этом электрическое поле совершает работу, и электрическая энергия превращается в другие виды энергии: во внутреннюю, механическую, энергию магнитного поля и пр.

Как было показано, напряжение ​( (U) )​ на участке цепи равно отношению работы ​( (F) )​, совершаемой при перемещении электрического заряда ​( (q) )​ на этом участке, к заряду: ​( U=A/q )​. Отсюда ​( A=qU )​.

Поскольку заряд равен произведению силы тока ​( (I) )​ и времени ​( (t) )​ ​( q=It )​, то ​( A=IUt )​, т.е.

работа электрического тока на участке цепи равна произведению напряжения на этом участке, силы тока и времени, в течение которого совершается работа.

  • Единицей работы является джоуль (1 Дж). Эту единицу можно выразить через электрические единицы:
  • ​( [A] )​= 1 Дж = 1 В · 1 А · 1 с
  • Для измерения работы используют три измерительных прибора: амперметр, вольтметр и часы, однако, в реальной жизни для измерения работы электрического тока используют счётчики электрической энергии.
  • Если нужно найти работу тока, но при этом сила тока или напряжение неизвестны, то можно воспользоваться законом Ома, выразить неизвестные величины и рассчитать работу по формулам: ​( A=frac{U^2}{R}t )​ или ​( A=I^2Rt )​.

2. Мощность электрического тока равна отношению работы ко времени, за которое она совершена: ​( P=A/t )​ или ​( P=IUt/t )​; ​( P=IU )​, т.е. мощность электрического тока равна произведению напряжения и силы тока в цепи.

Единицей мощности является ватт (1 Вт): ​( [P]=[I]cdot[U] )​; ​( [P] )​ = 1 А · 1 В = 1 Вт.

Используя закон Ома, можно получить другие формулы для расчета мощности тока: ​( P=frac{U^2}{R};P=I^2R )​.

Значение мощности электрического тока в проводнике можно определить с помощью амперметра и вольтметра, измерив соответственно силу тока и напряжение. Можно для измерения мощности использовать специальный прибор, называемый ваттметром, в котором объединены амперметр и вольтметр.

3. При прохождении электрического тока по проводнику он нагревается.

Это происходит потому, что перемещающиеся под действием электрического поля свободные электроны в металлах и ионы в растворах электролитов сталкиваются с молекулами или атомами проводников и передают им свою энергию.

Таким образом, при совершении током работы увеличивается внутренняя энергия проводника, в нём выделяется некоторое количество теплоты, равное работе тока, и проводник нагревается: ​( Q=A )​ или ​( Q=IUt )​. Учитывая, что ​( U=IR )​, ​( Q=I^2Rt )​.

Количество теплоты, выделяющееся при прохождении тока но проводнику, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени.

Этот закон называют законом Джоуля-Ленца.

Содержание

  • Примеры заданий
  • Ответы

Примеры заданий

Часть 1

1. Силу тока в проводнике увеличили в 2 раза. Как изменится количество теплоты, выделяющееся в нём за единицу времени, при неизменном сопротивлении проводника?

  1. 1) увеличится в 4 раза 2) уменьшится в 2 раза 3) увеличится в 2 раза
  2. 4) уменьшится в 4 раза

2. Длину спирали электроплитки уменьшили в 2 раза. Как изменится количество теплоты, выделяющееся в спирали за единицу времени, при неизменном напряжении сети?

  • 1) увеличится в 4 раза 2) уменьшится в 2 раза 3) увеличится в 2 раза
  • 4) уменьшится в 4 раза

3. Сопротивления резистор ​( R_1 )​ в четыре раза меньше сопротивления резистора ​( R_2 )​. Работа тока в резисторе 2

Определение и формула закона Джоуля-Ленца: работа и мощность тока

  1. 1) в 4 раза больше, чем в резисторе 1 2) в 16 раз больше, чем в резисторе 1 3) в 4 раза меньше, чем в резисторе 1
  2. 4) в 16 раз меньше, чем в резисторе 1

4. Сопротивление резистора ​( R_1 )​ в 3 раза больше сопротивления резистора ​( R_2 )​. Количество теплоты, которое выделится в резисторе 1

Определение и формула закона Джоуля-Ленца: работа и мощность тока

  • 1) в 3 раза больше, чем в резисторе 2 2) в 9 раз больше, чем в резисторе 2 3) в 3 раза меньше, чем в резисторе 2
  • 4) в 9 раз меньше, чем в резисторе 2

5. Цепь собрана из источника тока, лампочки и тонкой железной проволоки, соединенных последовательно. Лампочка станет гореть ярче, если

  1. 1) проволоку заменить на более тонкую железную 2) уменьшить длину проволоки 3) поменять местами проволоку и лампочку
  2. 4) железную проволоку заменить на нихромовую

6. На рисунке приведена столбчатая диаграмма. На ней представлены значения напряжения на концах двух проводников (1) и (2) одинакового сопротивления. Сравните значения работы тока ​( A_1 )​ и ​( A_2 )​ в этих проводниках за одно и то же время.

Определение и формула закона Джоуля-Ленца: работа и мощность тока

1) ​( A_1=A_2 )​ 2) ( A_1=3A_2 ) 3) ( 9A_1=A_2 ) 4) ( 3A_1=A_2 )

7. На рисунке приведена столбчатая диаграмма. На ней представлены значения силы тока в двух проводниках (1) и (2) одинакового сопротивления. Сравните значения работы тока ( A_1 )​ и ​( A_2 ) в этих проводниках за одно и то же время.

Определение и формула закона Джоуля-Ленца: работа и мощность тока

1) ​( A_1=A_2 )​ 2) ( A_1=3A_2 ) 3) ( 9A_1=A_2 ) 4) ( 3A_1=A_2 )

8. Если в люстре для освещения помещения использовать лампы мощностью 60 и 100 Вт, то

А. Большая сила тока будет в лампе мощностью 100 Вт. Б. Большее сопротивление имеет лампа мощностью 60 Вт.

  • Верным(-и) является(-ются) утверждение(-я)
  • 1) только А 2) только Б 3) и А, и Б
  • 4) ни А, ни Б

9. Электрическая плитка, подключённая к источнику постоянного тока, за 120 с потребляет 108 кДж энергии. Чему равна сила тока в спирали плитки, если её сопротивление 25 Ом?

  1. 1) 36 А 2) 6 А 3) 2,16 А
  2. 4) 1,5 А

10. Электрическая плитка при силе тока 5 А потребляет 1000 кДж энергии. Чему равно время прохождения тока по спирали плитки, если её сопротивление 20 Ом?

  • 1) 10000 с 2) 2000 с 3) 10 с
  • 4) 2 с

11. Никелиновую спираль электроплитки заменили на нихромовую такой же длины и площади поперечного сечения. Установите соответствие между физическими величинами и их возможными изменениями при включении плитки в электрическую сеть. Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами. Цифры в ответе могут повторяться.

  1. ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА A) электрическое сопротивление спирали Б) сила электрического тока в спирали
  2. B) мощность электрического тока, потребляемая плиткой
  3. ХАРАКТЕР ИЗМЕНЕНИЯ 1) увеличилась 2) уменьшилась
  4. 3) не изменилась

12. Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым эти величины определяются. Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

  • ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ A) работа тока Б) сила тока
  • B) мощность тока
  • ФОРМУЛЫ 1) ​( frac{q}{t} )​ 2) ​( qU )​ 3) ( frac{RS}{L} )​ 4) ​( UI )​ 5) ( frac{U}{I} )​

Часть 2

13. Нагреватель включён последовательно с реостатом сопротивлением 7,5 Ом в сеть с напряжением 220 В. Каково сопротивление нагревателя, если мощность электрического тока в реостате составляет 480 Вт?

Ответы

Определение и формула закона Джоуля-Ленца: работа и мощность токаОпределение и формула закона Джоуля-Ленца: работа и мощность тока

Источник: https://fizi4ka.ru/ogje-2018-po-fizike/rabota-i-moshhnost-jelektricheskogo-toka-zakon-dzhoulja-lenca.html

Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля-Ленца — Класс!ная физика

  • Работа тока — это работа электрического поля по переносу электрических зарядов вдоль проводника;
  • Работа тока на участке цепи равна произведению силы тока, напряжения и времени, в течение которого работа совершалась.
  • Применяя формулу закона Ома для участка цепи, можно записать несколько вариантов формулы для расчета работы тока:

Определение и формула закона Джоуля-Ленца: работа и мощность тока

  1. По закону сохранения энергии:
  2. работа равна изменению энергии участка цепи, поэтому выделяемая проводником энергия равна работе тока.
  3. В системе СИ:

Определение и формула закона Джоуля-Ленца: работа и мощность тока

ЗАКОН ДЖОУЛЯ -ЛЕНЦА

При прохождениии тока по проводнику проводник нагревается, и происходит теплообмен с окружающей средой, т.е. проводник отдает теплоту окружающим его телам.

Количество теплоты, выделяемое проводником с током в окружающую среду, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени прохождения тока по проводнику.

Определение и формула закона Джоуля-Ленца: работа и мощность тока

  • По закону сохранения энергии количество теплоты, выделяемое проводником численно равно работе, которую совершает протекающий по проводнику ток за это же время.
  • В системе СИ:
  • [Q] = 1 Дж
  • МОЩНОСТЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА
  • — отношение работы тока за время t к этому интервалу времени.
Читайте также:  Закон 1314 о подключении газа

Определение и формула закона Джоуля-Ленца: работа и мощность тока

В системе СИ:

Определение и формула закона Джоуля-Ленца: работа и мощность тока Следующая страница «Электрический ток в металлах. Сверхпроводимость» Назад в раздел «10-11 класс»

Электростатика и законы постоянного тока — Класс!ная физика

Электрический заряд. Электризация. Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона. Единица электрического заряда — Близкодействие и дальнодействие. Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции полей. Силовые линии электрического поля — Проводники и диэлектрики в электростатическом поле.

Поляризация диэлектриков — Потенциальная энергия тела в электростатическом поле. Потенциал электростатического поля и разность потенциалов. Связь между напряженностью электростатического поля и разхностью потенциалов — Электроемкость. Конденсаторы. Энергия заряженного конденсатора — Электрический ток. Сила тока. Условия, необходимые для существования электрического тока.

Закон Ома для участка цепи. Сопротивление — Работа и мощность тока

Любознательным

Следы на песке

Если вам приходилось, гулять по пляжу во время отлива, то, вероятно, вы заметили, что, как только нога ступает на мокрый твердый песок, он немедленно подсыхает и белеет вокруг вашего следа.

Обычно это объясняют тем, что под тяжестью тела вода «выжимается» из песка. Однако это не так, потому что песок не ведет себя подобно мочалке.

Почему же белеет песок? Будет ли песок оставаться белым все время, пока вы стоите на месте? Оказывается…

Побеление песка на пляже впервые объяснил Рейнольде в 1885 г. Он показал, что объем песка увеличивается, когда на него наступают. До этого песчинки были «упакованы» самым плотным образом.

Под действием деформации сдвига, которая возникает под подошвой ботинка, объем, занимаемый песчинками, может лишь увеличиться. В то время как уровень песка поднимается резко, уровень воды может подняться лишь в результате капиллярных явлений, а на это требуется время.

Поэтому на дне следа ноги песок некоторое время оказывается выше уровня воды — он сухой и белый.

Источник: «Физический фейерверк» Дж. Уокер

Источник: http://class-fizika.ru/10_7.html

Вопрос №2. Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца (15 мин.)

Способность
тела производить работу называется
энергией
тела
. Таким
образом, мерой количества энергии
является работа. Энергия тела тем больше,
чем большую работу может произвести
это тело при своем движении.

Энергия не
исчезает, а переходит из одной формы в
другую. Например, в генераторе механическая
энергия преобразуется в электрическую
энергию, а в двигателе – электрическая
в механическую. Однако не вся энергия
является полезной, т.е.

часть ее расходуется
на преодоление внутреннего сопротивления
источника и проводов.

Работа
электрического тока

численно равна произведению напряжения,
силы тока в цепи и времени его прохождения.
Единица измерения – Джоуль.

  • Для
    измерения работы или энергии электрического
    тока используется электроизмерительный
    прибор − счетчик
    электрической энергии.
  • Электрическая
    энергия помимо джоулей измеряется в
    ватт-часах
    или киловатт-часах:
  • 1
    Вт·ч = 3 600 Дж, 1 кВт·ч = 1 000 Вт·ч.

Мощность
электрического тока

– это работа, производимая (или
потребляемая) в единицу времени. Единица
измерения – Ватт.

  1. Для
    измерения мощности электрического тока
    используется электроизмерительный
    прибор − ваттметр.
  2. Кратными
    единицами измерения мощности являются
    киловатт или мегаватт:
  3. 1
    кВт = 1 000 Вт, 1 МВт = 1 000 000 Вт.

В
табл. 1 приведена мощность ряда устройств.

Таблица
1

Название устройства Мощность устройства, кВт
Лампа карманного фонаря 0,001
Холодильник домашний 0,11 − 0,16
Лампы осветительные (бытовые) 0,015 − 0,2
Электрический утюг 0,3 − 1
Стиральная машина 0,35 − 0,6
Электрическая плита 0,6; 0,8; 1; 1,25
Электропылесос до 0,6
Лампы в звездах башен Кремля 5
Двигатель электровоза ВЛ10 650
Электродвигатель прокатного стана 6000 − 9000
Гидрогенератор Братской ГЭС 250 000
Турбогенератор 50 000 − 1 200 000

Соотношения
между мощностью, током, напряжением и
сопротивлением приведены на рис. 1.

P U

I R

R·I

Рис.
1

Скорость,
с которой механическая или другая
энергия преобразуется в источнике в
электрическую называется мощностью
источника
:

где
Wи

электрическая энергия источника.

Скорость,
с которой электрическая энергия
преобразуется в приемнике в другие виды
энергии, в частности в тепловую, называется
мощностью
приемника
:

Мощность,
определяющая непроизвольный расход
энергии, например, на тепловые потери
в источнике или в проводниках, называют
мощностью потерь:

По
закону сохранения энергии мощность
источника равна сумме мощностей
потребителей и потерь:

Это
выражение представляет собой баланс
мощностей
.

Эффективность
передачи энергии от источника к приемнику
характеризует коэффициент полезного
действия (КПД) источника:

  • где
    Р1
    или Рист
    – мощность, отдаваемая источником
    энергии во внешнюю цепь;
  • Р2
    – мощность, получаемая извне или
    потребляемая мощность;
  • P
    или Р
    вн)
    – мощность, расходуемая на преодоление
    потерь в источник или приемнике энергии.

Электрический
ток представляет собой направленное
движение электрически заряженных
частиц. При столкновении движущихся
частиц с молекулами и ионами вещества
кинетическая энергия движущихся частиц
передается ионам и молекулам, вследствие
чего происходит нагревание проводника.
Таким образом, электрическая энергия
преобразуется в тепловую.

В
1844 г. русским академиком Э.Х.
Ленцем

и английским ученым Джоулем
одновременно и независимо друг от друга
был открыт закон, описывающий тепловое
действие тока.

Закон
Джоуля-Ленца
:
при
прохождении электрического тока по
проводнику количество теплоты, выделяемое
проводником, прямо пропорционально
квадрату силы тока, сопротивлению
проводника и времени, в течение которого
электрический ток протекает по проводнику:

где
Q
количество теплоты, Дж,
I
– сила тока, А;
R
– сопротивление проводника, Ом;
t
– время, в течение которого электрический
ток протекал по проводнику, с.

Закон
Джоуля-Ленца используют при расчетах
тепловых режимов источников электроэнергии,
линий электропередачи, потребителей и
других элементов электрической цепи.
Преобразование электроэнергии в тепловую
имеет очень большое практическое
значение. Вместе с тем тепловое действие
во многих случаях оказывается вредным
(рис. 2).

Источник: https://studfile.net/preview/5566844/page:2/

Закон Джоуля Ленца

В 1841 году английский физик Джеймс Джоуль экспериментально доказал наличие зависимости количества выделяемой теплоты от силы тока.

А в 1842 году, независимо от него к тому же выводу пришел русский ученый Эмилий Ленц, измерявший в течение нескольких лет количество времени, необходимое для нагрева спирта в сосуде на 10°С.

Окончательное же определение закона Джоуля-Ленца было опубликовано в 1843 году.

Формулировка закона Джоуля-Ленца, основанная на работах обоих ученых, звучит так: при прохождении электрического тока по проводнику количество теплоты, выделяемое в проводнике, прямо пропорционально квадрату тока, сопротивлению проводника и времени, в течение которого электрический ток протекал по проводнику.

Формула для закона Джоуля-Ленца

Q=I2Rt

  • I – сила тока, [А];
  • t – время, [с].
  • R – сопротивление, [Ом].

Приведенная формула выражает закон Джоуля-Ленца для участка цепи.
Единица измерения количества теплоты (Q) – джоуль (Дж), является производной единицей и может быть получена из формулы:
1Дж = 1Ом · (1А)2· 1с.

В неподвижном проводнике, по которому течет постоянный ток работа сторонних сил расходуется на его нагревание. Опытно доказано, что в любом проводнике выделяется количество теплоты, равное работе, совершаемой электрическими силами по переносу заряда вдоль проводника.

φ1-φ2=U – разность потенциалов на концах проводника, тогда для переноса заряда на этом участке совершается работа
A=q(φ1-φ2 )=qU,

  • А – работа [Дж];
  • q – заряд [Кл].

Из определения силы тока следует:

  • Учитывая формулу и сказанное выше, получим: Q = A = IUt – закон Джоуля-Ленца в интегральной форме.
  • Запишем закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме.

∆W=I2R=I(φ1-φ2)=j∆SE∆l=j ⃗E ⃗∆V

  • ∆W – тепловая мощность тока в элементе проводника, [Вт];
  • ∆l – длина проводника, [мм];
  • ∆S – сечение проводника, [мм2];
  • ∆V – объем проводника, [мм3];
  • j – плотность тока, j = ϭE, ϭ = 1/ρ (удельная электропроводность);
  • Е – напряженность поля, [В/м].
  • ω=∆W/∆V=j ⃗E ⃗ – удельная мощность тока.

Отсюда: ω=ϭE ⃗ – дифференциальная запись закона Джоуля-Ленца, характеризующая плотность выделенной энергии

Закон Джоуля-Ленца имеет широкое практическое применение.

Так, в электротехнике необходимо учитывать нагревание проводов при расчете теплопотери в линиях электропередач, температуры срабатывания автоматических выключателей, тепловыделения элементов радиотехники и электротехнических приборов, характеристик проводов сетей температуры плавления плавких предохранителей, тепловой мощности электронагревателей. Применение закона Джоуля-Ленца позволяет уменьшить потери при передаче электроэнергии на большие расстояния и поднять напряжения в линиях электропередач. Кроме этого на законе Джоуля-Ленца основана контактная и электродуговая сварка.

Источник: https://zakon-oma.ru/zakon-dzhoulya-lenca.php

Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца

Тема: Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца. Урок №

Цели и задачи урока:

  • Активизировать работу учащихся в процессе обучения;
  • Использовать стратегии критического мышления для повышения познавательной активности;
  • Развивать коммуникативные качества, навыки самостоятельной работы, развивать логическое мышление, умение выделять главное, сравнивать, анализировать, работать в группах;
  • Формировать целостную картину изучаемой темы;
  • Развивать умения работать в группах, рационально разделять труд, уважать чужую точку зрения и уметь высказывать свою точку зрения
  • Воспитывать сознательное отношение к предмету и создать для каждого ученика ситуацию успеха.

Ожидаемые результаты:

Знать:

  • Понятия: работа тока, мощность тока, количество теплоты, закон Джоуля –Ленца.

Уметь:

  • Применять полученные знания на практике (определять работу; мощность и количество теплоты, выделяющееся при прохождении электрического тока по проводнику.
  • Формы работы:Групповая и индивидуальная.
  • Методы работы:Наблюдения, беседа с учащимися, проблемно – поисковый диалог.
  • Тип урока:Комбинированный.
  • Необходимое техническое оборудование:Мультимедийный проектор, ИАД,стикеры, учебники, тетради и ручки, сигнальные карточки «Светофор», психологический приём «Я желаю тебе…», приёмы «Мозговой штурм и Синквейн», постеры и маркеры, карточки с заданиями для групп «ЖИГСО».
  • Этап
  • Содержание этапа
  • Деятельность учителя
  • Деятельность учащихся
  • Модули
  • Формы работы/
  • Оценивание
  • Время
  • 1.
  • 2.
  • 3.
  • 4.
  • 5.
  • 6.
  • 7.
  • Организацион-ный момент.

Психологический настрой. Приветствие, организация и создание групп по цветам стикеров. Психологический приём КМ: «Я желаю тебе…»

Читайте также:  Правила пользования газом в быту

Приветствует учащихся. Предлагает написать пожелания друг другу на стикерах.

  1. Учащиеся приветствуют друг друга, и пишут пожелания друг другу на стикерах.
  2. -Создание коллаборативной среды.
  3. -Новые подходы в образовании (обучение тому, как учиться).
  4. — КМ
  5. ФО
  6. 3мин
  7. Провер-ка Д/З.
  8. Приём КМ: «Светофор»

Учитель проверяет Д/З, путем сигнальных карточек. После урока собирает тетради и проверяет работы, выставляя оценки в журнал.

  • Учащиеся работают с сигнальными карточками.
  • — Диалоговое обучение
  • -КМ
  • ФО
  • 4мин
  • Актуали-зация знаний / Осмысление (реализация урока).
  • Работа с ИАД.
  • Учитель объявляет тему урока, и вместе с учащимися формулирует цель урока.
  • Учащиеся внимательно слушают учителя и активно участвуют, формируя вместе с учителем цель урока.
  • -Новые подходы в образовании
  • -Диалоговое обучение
  • -КМ
  • -ОДО
  • ФО
  • СО
  • 20мин

-Приём КМ: «ЖИГСО». Карточки с заданиями для трёх групп.

Приложение №1.

-Приёмы КМ: «Светофор», «Мозговой штурм».

Учитель раздает карточки с заданиями для групп. Активно наблюдает за работой учащихся в группах, выступает в роли фасилитатора (оказывая помощь, в случае необходимости).

удовлетворительно.1 этап: Получение заданий и составление постеров, распределение ролей в группах (Спикер, Лидер, Секретарь и Наблюдатель)

1 гр. – «Работа электрического тока»;

2 гр. – «Мощность электрического тока»; 3 гр. – «Закон Джоуля-Ленца».

  1. 2 этап: Защита постеров.
  2. 3 этап: Оценивание работ. Группы выставляют оценки друг другу, используя технику светофор: «зеленый цвет» – отлично, «желтый» – хорошо, «красный» –
  3. Физминутка

Пожмите друг другу руки и скажите: «Мы молодцы!».

  • 3 мин
  • -Проверка степени усвоения материала: Тест.
  • Приложение №2.
  • (Разноуровневые задания)

Учитель раздает тесты (в двух вариантах). Выброс на интерактивную доску ключей с правильными ответами к тесту и критериями оценивания.

  1. Учащиеся выполняют тест, а после проверяют тесты, путем взаимопроверки, обмениваясь тетрадями и выставляя оценки.
  2. 9 мин
  3. Рефлек-сия.
  4. Приём КМ: «Синквейн»
  5. Раздаёт стикеры и наблюдает за работой учащихся.
  6. Составляют синквейны (пятистишье), некоторые учащиеся озвучивают вслух синквейны.
  7. -ОДО
  8. -КМ
  9. ФО
  10. СО
  11. 5 мин
  12. Информация о домаш-нем задании.
  13. Домашнее задание:
  14. §42 читать, экспериментальное задание №6 (выполнить письменно)
  15. Задаёт задание на дом.
  16. Фиксируют домашнее задание в дневниках.
  17. 1 мин
  18. Карточка № 1
  1. Что такое электрический ток?

  2. Дайте определение понятию работа электрического тока.

  3. Обозначение работы электрического тока.

  4. Отчего зависит работа постоянного электрического тока?

  5. Выведите формулу для подсчёта работы электрического тока.

  6. Единица измерения работы электрического тока в международной системе СИ?

  7. Прибор для измерения работы электрического тока?

Карточка № 2

  1. Дайте определение понятию мощность электрического тока.

  2. Обозначение мощности электрического тока.

  3. Отчего зависит мощность электрического тока?

  4. Выведите формулу для подсчёта мощности электрического тока.

  5. Какие единицы мощности используют на практике (в международной системе СИ)?

  6. Прибор для измерения мощности электрического тока?

Карточка № 3

  1. Сформулируйте закон Джоуля-Ленца.

  2. Обозначение количества теплоты, выделившегося при нагревании проводников.

  3. Отчего зависит нагревание проводников?

  4. Формула закона Джоуля-Ленца.

  5. Единица измерения количества теплоты в международной системе СИ?

  6. Для чего служит предохранитель?

  • Тест по теме: «Мощность и работа электрического тока,
  • закон Джоуля — Ленца»
  • (8 класс)
  • I — вариант
  • Задание #1
  • По закону Джоуля-Ленца:
  • Выберите один из 4 вариантов ответа:
  • 1) Вся работа электрического тока идет на нагревание
  • 2) Мощность электрического тока равна отношению работы тока к промежутку времени, за который эта работа была совершена
  • 3) Работа электрического тока не зависит от напряжения в сети
  • 4) Степень нагревания проводов не зависит от времени работы приборов
  • Задание #2
  • Сколько энергии потребляет стоваттная лампочка за 10 минут?
  • Запишите число:
  • ___________________________
  • Задание #3
  • При коротком замыкании верны следующие утверждения:
  • Выберите несколько из 4 вариантов ответа:
  • 1) Сила тока в цепи резко возрастает
  • 2) Сопротивление цепи резко возрастает
  • 3) Значительно увеличивается риск пожара
  • 4) Укорачиваются провода
  • Задание #4
  • Каково назначение предохранителя:
  • Выберите один из 4 вариантов ответа:
  • 1) При коротком замыкании выключить из цепи прибор или целую линию
  • 2) При коротком замыкании заново замкнуть цепь и вернуть её в нормальное состояние
  • 3) При коротком замыкании предохранитель обеспечивает падение напряжения
  • 4) Предохранитель ограничивает чрезмерное потребление энергии, чтобы не перегревались провода
  • Задание #5
  • В лампе накаливания могут быть использованы:
  • Выберите несколько из 5 вариантов ответа:
  • 1) Хлор
  • 2) Аргон
  • 3) Вольфрам
  • 4) Криптон
  • 5) Медь
  • Задание #6
  • Верны ли утверждения?
  • Укажите истинность или ложность вариантов ответа:
  • __ В лампе накаливания порядка 30 % энергии преобразуется в свет
  • __ Через лампу накаливания, как правило, проходит тока порядка 5 ампер
  • __ В лампе накаливания более 90% энергии преобразуется в тепло
  • __ В промышленных лампах накаливания Эдисона устанавливаются предохранители
  • Задание #7

В обогревателях значительно больше тепла получает нагревательный элемент, а не провода, потому что…

  1. Выберите несколько из 4 вариантов ответа:
  2. 1) Закон Джоуля-Ленца по-разному применяется для разных металлов
  3. 2) Нагревательный элемент имеет значительно большее сопротивление, чем провода
  4. 3) Через нагревательный элемент проходит значительно больший ток, чем через провода
  5. 4) Нагревательный элемент сделан из металла с большим удельным сопротивлением, а провода — нет
  6. Задание #8

Вам нужно подключить 4 прибора с одинаковым сопротивлением, каким угодно образом, чтобы они работали. Сколько минимум понадобится предохранителей, чтобы в случае необходимости отключить все приборы?

  • Запишите число:
  • ___________________________
  • Задание #9

Две лампочки с сопротивлением 2 и 4 Ом подключены параллельно. Через лампочку с сопротивлением 2 Ом проходит ток 1 ампер. Сколько джоулей теплоты они выделят за минуту?

  1. Запишите число:
  2. ___________________________
  3. Задание #10

К одинаковым источникам подключены приборы с одинаковыми проводами и сопротивлением. Один прибор вдвое мощнее другого. Тогда, исходя из закона Джоуля-Ленца:

  • Выберите один из 4 вариантов ответа:
  • 1) Провода более мощного прибора будут нагреваться вдвое больше
  • 2) Провода более мощного прибора будут нагреваться в 4 раза больше
  • 3) Провода будут нагреваться одинаково у обоих приборов
  • 4) Никакой из перечисленных вариантов не является правильным
  • Тест по теме: «Мощность и работа электрического тока,
  • закон Джоуля — Ленца» (8 класс)
  • II — вариант
  • Задание #1
  • Мощность электроприбора, потребляемая из сети зависит от:
  • Выберите несколько из 4 вариантов ответа:
  • 1) Напряжения в розетке
  • 2) Силы тока в несущем проводе
  • 3) Силы тока в приборе
  • 4) Времени работы
  • Задание #2

В первом чайнике нагревательный элемент обладает сопротивлением вдвое больше, чем во втором чайнике. Второй чайник рассчитан на силу тока вдвое большую, чем первый. Который из этих чайников быстрее нагреет одинаковое количество воды?

  1. Выберите один из 4 вариантов ответа:
  2. 1) Первый чайник
  3. 2) Второй чайник
  4. 3) Оба чайника нагреют воду за одинаковое время
  5. 4) В задаче не хватает данных для того, чтоб дать однозначный ответ
  6. Задание #3
  7. Расположите в порядке возрастания мощности следующее:
  8. Укажите порядок следования всех 4 вариантов ответа:
  9. __ Лампочка
  10. __ Молния
  11. __ Стиральная машина
  12. __ Генератор на электростанции
  13. Задание #4

Напряжение между обкладками конденсатора составляет 150 В. Конденсатор включают в цепь, и он начинает разряжаться и полностью теряет свой заряд за 3 секунды. Если считать, что сила тока в цепи была постоянна и составляла 100 мА, то какова электроёмкость этого конденсатора?

  • Запишите число:
  • Электроёмкость в мФ __________________________
  • Задание #5
  • Определите, какой ток проходит через стоваттную лампочку, если считать, что напряжение в сети 200 В?
  • Запишите число:
  • __________________________
  • Задание #6

Чтобы прибор функционировал нормально, электрический ток должен совершать работу не менее 66 кДж за полминуты. Если этот прибор включен в стандартную розетку, то какова минимальная сила тока в нем?

  1. Запишите число:
  2. Сила тока в амперах ___________________________
  3. Задание #7
  4. Укажите величины, которые зависят от времени:
  5. Выберите несколько из 5 вариантов ответа:
  6. 1) Мощность электрического тока
  7. 2) Работа электрического тока
  8. 3) Сила тока в цепи
  9. 4) Напряжение на полюсах источника
  10. 5) Количество теплоты, выделяемое нагревателем
  11. Задание #8
  12. Сопоставьте величины и единицы измерения
  13. Укажите соответствие для всех 5 вариантов ответа:
  14. 1) Мощность
  15. 2) Работа
  16. 3) Скорость
  17. 4) Сила
  18. __ Киловатт-часы
  19. __ Киловатты
  20. __ Ньютоны
  21. __ Джоули
  22. __ Лошадиная сила
  23. Задание #9
  24. Укажите величину, которая не имеет физического смысла
  25. Выберите один из 4 вариантов ответа:
  26. 1) Количество заряда поделить на напряжение
  27. 2) Сила тока умножить на время
  28. 3) Напряжение умножить на время
  29. 4) Напряжение поделить на силу тока
  30. Задание #10
  31. Что больше: киловатт или лошадиная сила?
  32. Выберите один из 4 вариантов ответа:
  33. 1) Лошадиная сила
  34. 2) Киловатт
  35. 3) Они равны
  36. 4) Вопрос некорректен, поскольку киловатт и лошадиная сила — это единицы измерения, присущие разным физическим величинам
  37. Ответы к 1 варианту:
  38. 1) (1 б.) Верные ответы: 1;

2) (2 б.): Верный ответ: 60000.;

  • 3) (2 б.) Верные ответы: 1; 3;
  • 4) (1 б.) Верные ответы: 1;
  • 5) (1 б.) Верные ответы: 2; 3; 4;
  • 6) (1 б.) Верные ответы:
  • Нет;
  • Нет;
  • Да;
  • Нет;
  • 7) (1 б.) Верные ответы: 2; 4;

8) (2 б.): Верный ответ: 1.;

9) (3 б.): Верный ответ: 180.;

  1. 10) (1 б.) Верные ответы: 2;
  2. Ответы ко 2 варианту:
  3. 1) (2 б.) Верные ответы: 1; 3;
  4. 2) (2 б.) Верные ответы: 2;
  5. 3) (1 б.) Верные ответы:
  6. 1;
  7. 4;
  8. 2;
  9. 3;

4) (3 б.): Верный ответ: 2.;

5) (1 б.): Верный ответ: 0,5.;

6) (1 б.): Верный ответ: 10.;

  • 7) (1 б.) Верные ответы: 2; 5;
  • 8) (1 б.) Верные ответы:
  • 2;
  • 1;
  • 4;
  • 2;
  • 1;
  • 9) (2 б.) Верные ответы: 3;
  • 10) (2 б.) Верные ответы: 2;

Источник: https://infourok.ru/rabota-i-moschnost-elektricheskogo-toka-zakon-dzhoulyalenca-1049438.html

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector