Как поступить
в Онлайн-школу и получить аттестат?

Подробно расскажем о том, как перевестись на дистанционный формат обучения, как устроены онлайн-уроки и учебный процесс, как улучшить успеваемость и повысить мотивацию!

Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных

Конспект урока: Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля — Ленца

Постоянный электрический ток

Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля — Ленца

План урока

  • Работа постоянного электрического тока
  • Мощность постоянного электрического тока
  • Закон Джоуля – Ленца

Цели урока

  • Уметь рассчитывать работу электрического тока
  • Уметь находить мощность электрического тока
  • Уметь рассчитывать количество теплоты, выделяемое проводником, с помощью закона Джоуля – Ленца

Разминка

  • Что такое напряжение?
  • Дайте определение постоянного тока.
  • Сформулируйте закон Ома для участка цепи.

Работа постоянного электрического тока

 

Воспользуемся определением напряжения: 

 

U=Aq,
 

где A – работа электрического тока, совершаемая электрическим полем на данном участке; q – заряд, прошедший на этом участке. 

 

Выразим работу A=U·q и подставим q=I·t из определения силы тока. Получим формулу работы электрического тока: 

 

A=U·I·t,   [A] = Дж (джоуль).


Работа  тока - работа сил электрического поля, которые создают электрический ток.

Работа постоянного электрического тока на участке цепи равна произведению силы тока на напряжение на концах этого участка и на время, в течение которого совершалась работа:

A=U·I·t.


Пример 1

 

Определите работу, которую совершает электрический ток в электродвигателе за 40 мин, если сила тока в цепи равна 1 А, а напряжение на клеммах 13,6 В.


Решение
 

1. Перечислим известные величины:

 

t=40 мин=2400 сI=1 АU=13,6 В.

 

2. Воспользуемся формулой для работы электрического тока:

 

A=U·I·t=13,6·1·2400=32640 Дж32,6 кДж.

 

Ответ: A=32,6 кДж.


Упражнение 1

 

1. Два резистора, сопротивлением по 12 Ом каждый, соединены сначала параллельно потом последовательно. В обоих случаях резисторы включены под напряжением 4,5 В. В каком случае работа электрического тока за одно и то же время больше и во сколько раз?


Мощность постоянного электрического тока

 

Основной характеристикой электроприбора является потребляемая мощность. Из раздела механики известно, что мощность численно равна работе, совершаемой в единицу времени. Тогда средняя мощность электрического тока равна: 

 

P=At=I·U·tt=I·U.
 

Единица измерения мощности в СИ: [P] = Вт (ватт), 1 Вт=1 Джс.


Мгновенная мощность тока – это отношении работы A тока за бесконечно малый промежуток времени t, начинающийся в момент времени t, к длительности этого промежутка.

 

P(t)=limtAt.


Для постоянного тока мгновенная и средняя мощность совпадают.

Воспользовавшись законом Ома для участка цепи I=UR , можно использовать альтернативные формулы для мощности:

 

P=I2·RP=U2R.

 


Пример 2

 

В цепь с напряжением 220 В включен электрический чайник, сила тока в котором 7 А. Найдите мощность тока в чайнике.


Решение
 

1. Перечислим исходные данные:

 

U=220 ВI=7 А.

 

2. Рассчитаем мощность, используя полученную формулу выше:

 

P=I·U=220·7=1540 Вт1,5 кВт.

 

Ответ: P=1,5 кВт.


Упражнение 2

 

1. В квартире имеются четыре лампы по 60 Вт и две по 50 Вт. Каждая лампа работает в среднем по 2 часа в сутки в летний период. Определите стоимость энергии, израсходованный лампами за июль. Действующий тариф за 1 кВт ∙ ч примерно равен 5 рублей.
 

2. Найдите мощность тока в лампочке, подключенной в сеть с напряжением 100 В, если сила тока лампочки равна 0,3 А.
 

3. Возьмите дома любой электроприбор с известной потребляемой мощностью. Рассчитайте силу тока в нем, считая напряжение сети 220 В.


Закон Джоуля – Ленца

Рис. 1. Выделение тепла проводником Рис. 1. Выделение тепла проводником

Поговорим о тепловом действие тока и почему электрический ток нагревает проводник. Свободные электроны в металлах, перемещаясь под действием электрического поля, взаимодействуют с атомами вещества проводника и передают им свою энергию. В результате работы электрического тока внутренняя энергия проводника увеличивается. В отсутствие механической работы и химических превращений, вся работа тока идет на увеличение внутренней энергии проводника, и он нагревается. Отсюда можно заключить, что количество теплоты, выделяемое в проводнике, равно работе электрического тока в нем:

Q=A=U·I·t.

 

Воспользовавшись законом Ома для участка цепи I=UR, теплоту, выделяемую проводником, можно записать через силу тока и сопротивление или через напряжение и сопротивление:

 

Q=I2·R·tQ=U2R·t.


Закон Джоуля – Ленца

Если на участке цепи под действием электрического поля не совершается механическая работа и не происходит химические превращения, то работа поля приводит только к нагреванию проводника (выделяется так называемое джоулево тепло):

 

Q=I2·R·t,   [Q] = Дж (джоуль).


Тепловое действие электрического тока широко используется в различных электрических нагревательных устройствах, например, вода в электрическом чайнике нагревается за счет теплопередачи нагревающей спирали, через которую проходит ток.


Пример 3

 

Какое количество теплоты выделится в медном проводе длинной 5 м за 15 мин, если поперечное сечение провода равно 0,5 мм2, а сила тока равна 5 А?


Решение
 

1. Перечислим известные величины:

 

l=5 мS=0,5 мм2I=5 Аt=15 мин=900 с.

 

Площадь умышленно оставим в миллиметрах, поскольку удельное сопротивление будет измеряться в Ом·мм2м.

 

2. Будем находить теплоту через сопротивление и силу тока. Чтобы рассчитать сопротивление проводника, нам потребуется удельное сопротивление меди:

 

ρ=0,017 Ом·мм2м;

 

R=ρ·lS=0,017·50,5=0,17 Ом.

 

3. Для нахождения теплоты воспользуемся законом Джоуля – Ленца:

 

Q=I2·R·t=52·900·0,17=3825 Дж.

 

Ответ: Q=3825 Дж.


Упражнение 3

 

1. Рассчитайте какое количество теплоты выделится в цепи за 10 мин, если R1=R3=8 ОмR4=R2=12 Ом. Сила тока в цепи равна 3 А.


Контрольные вопросы

 

1. Как выразить работу тока через мощность и время?
2. Что называют работой силы тока?
3. Как выражается мощность электрического тока через напряжение и сопротивление?
4. Как формулируется закон Джоуля – Ленца?
5. Объясните, почему проводник нагревается, при протекании в нем тока.


Ответы

 

Упражнение 1

 

1. Работа в первом случае больше в 4 раза.

 

Упражнение 2

 

1. 105 рублей. 

 

2. 30 Вт.

 

Упражнение 3

 

1. 54 кДж.


Предыдущий урок
Электрический ток в электролитах. Электролиз и его применение
Постоянный электрический ток
Следующий урок
Электрический ток в полупроводниках. P-n переход. Полупроводниковый диод
Постоянный электрический ток
  • Великая российская революция. Октябрь 1917 г.

    История

  • Простые механизмы. Коэффициент полезного действия

    Физика

  • Основные критерии живого. Уровни организации живой материи.

    Биология

Зарегистрируйся, чтобы присоединиться к обсуждению урока

Добавьте свой отзыв об уроке, войдя на платфому или зарегистрировавшись.

Отзывы об уроке:
Пока никто не оставил отзыв об этом уроке