Работа и мощность тока

Работа и мощность тока

Работу электрического поля по перемещению свободных зарядов в проводнике называют работой тока. При перемещении заряда q вдоль проводника поле совершает работу A = qU (см. § 53), где U — разность потенциалов на концах проводника. Поскольку q = It, работу тока можно записать в виде

Закон Джоуля-Ленца

Рассмотрим практически важный случай, когда основным действием тока является тепловое действие. В таком случае согласно закону сохранения энергии количество теплоты, выделившееся

? 1. Докажите, что количество теплоты Q, выделившееся в проводнике с током, выражается также формулами

Q = I2Rt, (2) Q = (U2/R)t. (3)

Подсказка. Воспользуйтесь формулой (1) и законом Ома для участка цепи.

Мы вывели формулы (1) — (3), используя закон сохранения энергии, но исторически соотношение Q = I2Rt независимо друг от друга установили на опыте российский ученый Эмилий Христианович Ленц и английский ученый Дж. Джоуль за несколько лет до открытия закона сохранения энергии. Закон Джоуля — Ленца: количество теплоты,

Применение закона Джоуля — Ленца к последовательно и параллельно соединенным проводникам

Выясним, в каких случаях для сравнения количества теплоты, выделившейся в проводниках, удобнее пользоваться формулой (2), а в каких случаях — формулой (3).

Формулу Q = I2Rt удобно применять, когда сила тока в проводниках одинакова, то есть когда они соединены последовательно (рис. 58.1).

Из этой формулы видно, что при последовательном соединении проводников большее количество теплоты выделяется в проводнике, сопротивление которого больше. При этом

Формулу Q = (U2/R)t удобно применять, когда напряжение на концах проводников одинаково, то есть когда они соединены параллельно (рис. 58.2).

Из этой формулы видно, что при параллельном соединении проводников большее количество теплоты выделяется в проводнике, сопротивление которого меньше. При этом

? 2. При последовательном соединении в первом проводнике выделилось в 3 раза большее количество теплоты, чем во втором. В каком проводнике выделится большее количество теплоты при их параллельном соединении? Во сколько раз большее?

? 3. Имеются два проводника сопротивлением R1 = 1 Ом и R2 = 2 Ом. Их подключают к источнику напряжения 6 В. Какое количество теплоты выделится за 10 с, если: а) подключить только первый проводник? б) подключить только второй проводник? в) подключить оба проводника последовательно?

г) подключить оба проводника параллельно? д) чему равно отношение значений количества теплоты Q1/Q2, если проводники включены последовательно? Параллельно?

Поставим опыт Будем включать в сеть две лампы накаливания с разными сопротивлениями нити накала параллельно и последовательно (рис. 58.3, а, б).

Мы увидим, что при параллельном соединении ламп ярче светит одна лампа, а при последовательном — другая.

? 4. У какой из ламп (1 или 2) сопротивление больше? Поясните ваш ответ.

? 5. Объясните, почему при последовательном соединении накал нити каждой лампы меньше, чем накал этой же лампы при параллельном соединении.

? 6. Почему при включении лампы в осветительную сеть нить накала раскаляется добела, а последовательно соединенные в нею соединительные провода почти не нагреваются?

2. Мощность тока

Мощностью тока P называют отношение работы тока A к промежутку времени t, в течение которого эта работа совершена:

Единица мощности — ватт (Вт). Мощность тока равна Вт, если совершаемая током за 1 с работа равна 1 Дж. Часто используют производные единицы, например киловатт (кВт).

? 7. Докажите, что мощность тока можно выразить формулами

P = IU, (5) P = I2R, (6) P = U2/R. (7)

Подсказка. Воспользуйтесь формулой (4) и законом Ома для участка цепи.

? 8. Какой из формул (5) — (7) удобнее пользоваться при сравнении мощности тока: а) в последовательно соединенных проводниках? б) в параллельно соединенных проводниках?

? 9. Имеются проводники сопротивлением R1 и R2. Объясните, почему при последовательном соединении этих проводников

А при параллельном

? 10. Сопротивление первого резистора 100 Ом, а второго — 400 Ом. В каком резисторе мощность тока будет больше и во сколько раз больше, если включить их в цепь с заданным напряжением: а) последовательно? б) параллельно?

в) Чему будет равна мощность тока в каждом резисторе при параллельном соединении, если напряжение в цепи 200 В? г) Чему при том же напряжении цепи равна суммарная мощность тока в двух резисторах, если они соединены: последовательно? параллельно?

Мощностью электроприбора называют мощность тока в этом приборе. Так, мощность электрочайника — примерно 2 кВт.

Обычно мощность прибора указывают на самом приборе.

Ниже приведены примерные значения мощности некоторых приборов. Лампа карманного фонарика: около 1 Вт Лампы осветительные энергосберегающие: 9-20 Вт

Лампы накаливания осветительные: 25-150 Вт Электронагреватель: 200-1000 Вт Электрочайник: до 2000 Вт

Все электроприборы в квартире включаются параллельно, поэтому напряжение на них одинакова.

? 11. В сеть напряжением 220 В включен электрочайник мощностью 2 кВт. а) Чему равно сопротивление нагревательного элемента в рабочем режиме (когда чайник включен)?

б) Чему равна при этом сила тока?

? 12. На цоколе первой лампы написано «40 Вт», а на цоколе второй — «100 Вт». Это — значения мощности ламп в рабочем режиме (при раскаленной нити накала).

а) Чему равно сопротивление нити накала каждой лампы в рабочем режиме, если напряжение в цепи 220 В? б) Какая из ламп будет светить ярче, если соединить эти лампы последовательно и подключить к той же сети? Будет ли эта лампа светить так же ярко, как и при параллельном подключении?

? 13. В электронагревателе имеются два нагревательных элемента сопротивлением R1 и R2, причем R1 > R2. Используя переключатель, элементы нагревателя можно включать в сеть по отдельности, а также последовательно или параллельно.

Напряжение в сети равно U. а) При каком включении элементов мощность нагревателя будет максимальной? Чему она при этом будет равна? б) При каком включении элементов мощность нагревателя будет минимальной (но не равной нулю)?

Чему она при этом будет равна? в) Чему равно отношение R1/R2, если максимальная мощность в 4,5 раза больше минимальной?

Дополнительные вопросы и задания

14. На рисунке 58.4 изображена электрическая схема участка цепи, состоящего из четырех одинаковых резисторов. Напряжение на всем участке цепи постоянно. Примите, что зависимостью сопротивления резистора от температуры можно пренебречь. а) На каком резисторе напряжение самое большое? самое маленькое? б) В каком резисторе сила тока самая большая? самая маленькая?

в) В каком резисторе выделяется самое большое количество теплоты? самое маленькое количество теплоты? г) Как изменится количество теплоты, выделяемое в каждом из резисторов 2, 3, 4, если резистор 1 замкнуть накоротко (то есть заменить проводником с очень малым сопротивлением)? д) Как изменится количество теплоты, выделяемое в каждом из резисторов 2, 3, 4, если отсоединить провод от резистора 1 (то есть заменить этот резистор проводником с очень большим сопротивлением)?

Интересует тема «Закон Джоуля-Ленца»? Лучшая powerpoint презентация на эту тему представлена здесь! Данная презентация состоит из 14 слайдов. Средняя оценка: 3.0 балла из 5. Также представлены другие презентации по физике. Скачивайте бесплатно.

Закон Джоуля-Ленца Автор: преподаватель физики и информатики Попова О.А. КГУ «Глубоковский технический колледж» УО ВКО п. Верхнеберезовский интегрированный урок по физике, информатике и спецтехнологии сварочного производства

Слайд 2

План урока: Проверка знаний; Закон Джоуля — Ленца; Применение теплового действия электрического тока. Лампа накаливания; Применение закона Джоуля — Ленца в сварочном производстве; Закрепление пройденного материала; Решение качественной задачи с помощью MS Excel; Анализ полученных результатов.

Слайд 3

Фронтальный опрос: 1. Как запустить табличный процессор? 2. Как задать адрес ячейки? 3. Как ввести в ячейку формулу? 4. Как вставить диаграмму? 5. Как выбрать тип диаграммы? 6. Как вывести график и таблицу на печать?

Слайд 4

Открытие закона Джоуля — Ленца

Джеймс Джоуль (английский физик) в 1841 году

Слайд 5

Закон Джоуля — Ленца: A = UIt В неподвижных проводниках вся работа тока идет лишь на нагревание проводников, т. е. на то, чтобы увеличь их внутреннюю энергию. Учитывая, что U = IR(из закона Ома для участка цепи)

Слайд 6

Q = I2Rt Количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени. закон Джоуля – Ленца:

Слайд 7

1. Q = I2Rt 3. Q = U2t/R 2. Q = UIt

Слайд 8

Видео фрагмент «закон Джоуля — Ленца»

Слайд 9

Вольфрамовая спираль Стеклянный баллон Цоколь лампы Основание цоколя Пружинящий контакт Устройство современной лампочки накаливания 2 1 3 4 5

Слайд 10

Фронтальный опрос: Две проволоки одинаковой длины и сечения — железная и медная — соединены параллельно. В какой из них выделится большее количество теплоты? 2. Спираль электрической плитки укоротили. Как изменится количество выделяемой в ней теплоты, если плитку включить в то же напряжение? 3. В чем проявляется тепловое действие тока? При каких условиях оно наблюдается? 4. Почему при прохождении тока проводник нагревается? 5. Почему, когда по проводнику пропускают электрический ток, проводник удлиняется?

Слайд 11

Задача №1 Какое количество теплоты выделится в течение часа в проводнике сопротивлением 10 Ом при силе тока 2 А? Решение задач: Задача №2 Какое сопротивление нужно включить в сеть с напряжением 220 В, чтобы в нем за 10 мин выделилось 66 кДж теплоты?

Слайд 12

Зоны контактной сварки

Слайд 13

Д/З: п. 54, вопросы устно; Ф-8, А.В.Перышкин Домашнее задание: Подведение итогов урока. Определите количество теплоты, которое дает электроприбор мощностью 2 кВт за 10 мин работы? Рефлексия Что сегодня вам понравилось на уроке?

Слайд 14

Спасибо за внимание! Автор: преподаватель физики и информатики Попова О.А. ГУ ПЛ №3, п. Верхнеберезовский, 2011