Schetchiksg.ru

Счетчик СГ
4 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Чем больше сила тока тем больше выделяется теплоты

Закон Джоуля-Ленца

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА УРОКА

«Закон Джоуля-Ленца»

Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля–Ленца

Организовать деятельность учащихся по усвоению знаний по теме «Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля–Ленца»

Задачи урока

  • опираясь на знания, полученные ранее, аналитически установить связь выделяющейся тепловой энергии на проводнике с силой тока и сопротивлением проводника;
  • анализируя опыты, установить эту же зависимость;
  • опираясь на известные формулы, теоретически определить количество теплоты, выделяющейся на проводнике с током;
  • подтвердить полученные выводы результатами экспериментов;
  • сформулировать закон Джоуля – Ленца;
  • формировать умение применять этот закон для решения задач.

Развивающие :

· развитие коммуникативной и информационной компетентностей учащихся посредством работы с, с учебником, друг с другом в паре, а также в ходе эвристической беседы

  • содействовать формированию мировоззренческой идеи познаваемости явлений и свойств окружающего мира;
  • формировать умение работать в группах, уважительно относиться друг к другу, прислушиваться к мнению товарищей;
  • побуждать использовать полученные на уроках знания в повседневной жизни.
  • Развивающие:
  • показать учащимся различные пути и методы получения знаний об окружающем нас мире;
  • формировать умение обобщать и анализировать опытный материал, самостоятельно делать выводы.

Комбинированный

Планируемые образовательные

Метапредметные

-учащийся актуализирует знания по теме «Постоянный электрический ток. Соединение проводников»;

-приобретает знания о законе Джоуля – Ленца;

-приобретает умения решать задачи на закон Джоуля – Ленца;

-приобретает умения формулировать цель и задачи занятия, составлять индивидуальный план действий, подводить итог занятия, анализировать индивидуальные достижения

— закрепит знания и умения по данной теме при самостоятельном решении задач

Ученик научиться описывать изученные свойства тел, используя физические величины: при описании правильно трактовать физический смысл используемых величин, их обозначения и единицы измерения, указывать формулы, связывающие данные физические величины с другими величинами; различать словесную формулировку закона Джоуля – Ленца и его математическое выражение; применять, закон Джоуля – Ленца при решении задач.

Ученик получит возможность научиться использовать знания о тепловом действии тока при работе с электрооборудованием для обеспечения безопасности (необходимо в профессиональной деятельности), их производительность; различать ограниченность использования закона Джоуля – Ленца.

· обучающиеся овладели навыками самостоятельного приобретения новых знаний, организации учебной деятельности, постановки цели, планирования, самоконтроля и оценки своей деятельности;

· у обучающихся отработаны умения воспринимать, перерабатывать и предъявлять информацию в словесной и знаково-символических формах, анализировать и перерабатывать полученную информацию в соответствии с поставленными задачами;

· у обучающихся развиты монологическая и диалогическая речь, отработаны умения выражать свои мысли и способности выслушивать собеседника

· у обучающиеся отработано положительное отношение к занятию;

· у обучающихся отработаны мотивационная основа учебной деятельности, понимание необходимости учения; отработаны умения группового взаимодействия с целью принятия совместного решения;

· у обучающихся отработаны умения выстраивать конструктивные взаимоотношения в команде по решению общих задач; считаться с мнением другого человека; проявлять терпение и доброжелательность, доверие к собеседнику.

· у обучающихся проявлена самостоятельность в разных видах деятельности.

· у обучающихся отработаны умения оценивать собственную учебную деятельность: свои достижения, самостоятельность, инициативу, ответственность, причины неудач.

Организационный момент (3 мин)

Деятельность

Задания для учащихся, выполнение которых приведёт к достижению запланированных результатов

Деятельность

Планируемые результаты

· Фиксирует отсутствущих в журнале.

· Проверяет готовность к учебному занятию.

-Здравствуйте, ребята. Я рада снова видеть вас и надеюсь на взаимность.

Прежде чем мы приступим к уроку, я хотела бы, чтобы каждый из вас настроился на продуктивную работу. Настроились? Прекрасно! А теперь давайте приступим к работе. Тема нашего сегодняшнего занятия «Закон Джоуля Ленца»

Уметь слушать и воспринимать на слух вопросы преподавателя.

Работать в команде, эффективно общаться с коллегами, руководством.

Приветствуют и слушают учителя, готовятся к сотрудничеству с учителем и соучениками.

Погружаются в учебную ситуацию:

-готовятся выполнять учебные задания;

-стремятся к самостоятельной деятельности;

— стремятся повысить свой личный образовательный уровень.

подготовка обучающихся к работе на занятии. Быстрое включение в деловой ритм, организация внимания всех учеников

организовывать учебное сотрудничество и совместную деятельность с учителем и

устанавливать рабочие отношения в группе, планировать общие способы работы

Актуализация знаний (5 мин)

Преподаватель организует актуализацию знаний по теме «Работа и мощность электрического тока».

Преподаватель задаёт вопросы по пройденным темам: — Что называют электрическим током?

— Что представляет собой электрический ток в металлах, растворах солей, щелочей, кислот?

— Какие действия может оказывать электрический ток?

Итак мы с вами выполнили лабораторную работу, и видели, что когда мы замыкаем цепь, лампочка начинает гореть, попробуйте объяснить с точки зрения физики,

Почему лампочка горит?

Почему это происходит?

Давать определение понятиям «электрический ток», «сила тока», «напряжение», «сопротивление»

Давать формулы силы тока, напряжения, сопротивления.

Строить логические рассуждения, устанавливать причинно-следственные связи.

Устанавливать межпредметные связи. Использовать знаково-символические средства.

Осознанно и произвольно строить речевые высказывания.

Ученики слушают преподавателя и отвечают на вопросы фронтально. Один ученик выходит к доске и записывает формулы. Актуализируют знания по ранее изученному материалу.

Повторение изученного материала, необходимого для «открытия нового знания». Готовность студентов к активной учебно-познавательной деятельности на основе опорных знаний. Выяснить степень усвоения заданного на дом материала; определить типичные недостатки в знаниях и их причины; устранить в ходе проверки обнаруженные пробелы в знаниях, их коррекция. Использование фронтальной беседы

Работать в команде, эффективно общаться с коллегами, руководством.

Организовывать собственную деятельность, исходя из цели и способов ее достижения, определенных руководителем.

Первичное усвоение новых знаний (20 мин)

И сегодня мы с вами остановимся на тепловом действии электрического тока.

Электрический ток нагревает проводник. Это явление хорошо известно: вспомните лампочку накаливания, которая греет намного больше , чем светит?

Чем же объясняется это действие?

Объясняется это тем, что заряженные частицы, которые перемещаются под действием электрического тока взаимодействуют с атомами вещества проводника, передавая им свою энергию. В результате выполнения работы электрическим током внутренняя энергия проводника, а следовательно и температура, растут.

Давайте также вспомним, что мы называем внутренней энергией. Внутренняя энергия-это суммарная энергия движения и взаимодействия всех частиц, из которых состоит тело. С помощью опытов давайте выясним, от чего зависит нагревание металлического проводника

Соберем электрическую цепь, которая состоит из источника электрической энергии, никелинового проводника, а также амперметра, которые соединены между собой последовательно. Включим источник электроэнергии и будем увеличивать силу тока в цепи. Видим, как нагревается никелиновый проводник при увеличении силы тока. Чем больше сила тока, тем больше нагревается проводник.

Но нагревание проводника зависит не только от силы тока, а также и от сопротивления проводника. Чем оно больше, тем сильнее нагревается проводник

Читайте так же:
Плотность тока через тепло

В опыте к источнику электроэнергии через амперметр, присоединены 2 проволоки, которые соединены между собой последовательно. Длина проволок и площадь поперечного сечения у них одинаковая. Но изготовлены они из разных материалов, одна из никелина, другая из меди. Включим источник электроэнергии и будем увеличивать силу тока, который проходит через обе проволоки. Так как проволоки соединены последовательно, то и сила тока, которая проходит через них, одинакова. Видим как разогревается никелиновая проволока, при этом медная почти не греется. Это объясняется тем, что сопротивление никелиновой проволоки больше сопротивления медной.

Английский ученый Джеймс Прескотт Джоуль, а также русский физик Эмилий Христианович Ленц, установили, что в неподвижных металлических проводника вся работа электрического тока тратится на увеличение их внутренней энергии.

Нагретый проводник отдает полученную энергию окружающим телам, но уже в результате теплообмена.

Давайте с вами вспомним, что называется количеством теплоты. Количество теплоты-это мера изменения внутренней энергии в процессе теплопередачи.

Можно сказать, что количество теплоты, выделяемое проводником, по которому течет ток, равно работе тока.

Q — количество теплоты;

А= UIt — формула для расчета работы тока (которая нам уже известна).

Из сказанного выше следует, что

А=Q , а это означает, что Q= UIt.(1)

Из закона Ома I=U/R выразим напряжение: U=IR.

Если это учесть и подставить в формулу для расчета количества теплоты, то получим закон Джоуля-Ленца : Q=I²Rt.(2)

Количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени

Если проводники соединены параллельно, то они находятся под одинаковым напряжением. В этом случае количество теплоты, которое выделяется проводником с током, удобней определять по такой формуле:

Q=U²t/ R .(3)

Необходимо так же отметить что формулы 1,2, 3 вообще то говоря не являются идентичными. Дело в том, что вторая формула определяет превращение электрической энергии во внутреннюю то есть в количество теплоты. С помощью других формул, в общем случае, определяют расход электрической энергии, которая идет как на нагревание, так и на выполнение механической работы. Для НЕПОДВИЖНЫХ проводников эти формулы совпадают.

Q= UIt= I²Rt= U ²t/ R

Ребята, скажите, а где используют явление нагревание проводника эл. током, в жизни. В каких бытовых приборах?

Самым важным применением теплового действия тока является электрическое освещение. Но у всего есть свои плюсы и минусы, так вот минус данного явления в том, что мы сталкиваемся с таким понятием как короткое замыкание. Сейчас вы просмотрите видео, а затем вам нужно будет ответить на вопросы.

Что такое короткое замыкание?

Как оно происходит?? Что возрастает??

Последствия короткого замыкания?

Как можно защититься от короткого замыкания?

Итоговый тест 4. Законы электрического тока I вариант 1. В

Short Description

Download Итоговый тест 4. Законы электрического тока I вариант 1. В.

Description

Итоговый тест 4. Законы электрического тока I вариант 1. В каких единицах измеряют силу тока? А. Кл Б. А В. Ом Г. В 2. Известно, что через поперечное сечение проводника, включенного в цепь на 2 мин, прошел заряд, равный 36 Кл. Какова была сила тока в этом проводнике? А. 0,3 А Б. 18 А В. 36 А Г. 72 А 3. По какой формуле определяют электрическое напряжение? А. v 

4. Нужно измерить напряжение на электролампе. Какой из представленных здесь схем можно воспользоваться для этого? А. №1 Б. №2 В. №3 5. Какая физическая величина характеризует электропроводность цепи? А. сила тока Б. работа тока В. сопротивление Г. напряжение 6. На рисунке показаны три графика зависимости силы тока от напряжения. Какой из них построен для цепи, обладающей наименьшим сопротивлением? А. №1 Б. №2 В. №3 7. Напряжение на реостате сопротивлением 20 Ом равно 75 В. Какова сила тока в нем? А. 1,5 А Б. 7,5 А В. 37,5 А Г. 3,75 А 8. Сила тока в проводнике 0,25 А, напряжение на его концах 150 В. Каким сопротивлением обладает этот проводник? А. 60 Ом Б. 600 Ом В. 37,5 Ом Г. 375 Ом 9. Как сопротивление проводника зависит от его длины? А. изменение длины проводника не влияет на его сопротивление Б. с увеличением длины проводника его сопротивление увеличивается В. с увеличением длины проводника его сопротивление уменьшается 10. По какой формуле рассчитывают сопротивление проводника, если известны его размеры? А. R 

11. Определите сопротивление никелинового провода длиной 20 м и площадью поперечного сечения 0,4 мм2. А. 16 Ом Б. 40 Ом В. 10 Ом Г. 20 Ом

12. Как надо изменить положение ползунка, чтобы сопротивление реостата уменьшилось? А. сдвинуть его вправо Б. передвинуть влево В. сместить в любую сторону 13. К источнику тока подключены последовательно соединенные лампа, резистор и реостат (см. схему). Под каким номером обозначен реостат? Какова в нем сила тока, если в лампе она равна 0,3 А? А. №3; 0,1 А Б. №2; 0,1 А В. №3; 0,3 А Г. №2; 0,3 А 14. Две одинаковые параллельно соединенные лампы подключены к источнику тока, напряжение на полюсах которого 12 В. При этом сила тока в лампе №1 равна 1 А. Каковы напряжения на лампе №1 и №2? Какой силы ток течет в общей цепи этих ламп? А. на той и другой лампе 12 В; 2 А Б. на той и другой лампе 12 В; 0,5 А В. на каждой лампе по 6 В; 2 А Г. на каждой лампе по 6 В; 0,5 А 15. Приведите две формулы, по которым рассчитывают работу электрического тока. А. A  Uq и U  IR Б. q  It и A  UIt В. A  Uq и A  UIt 16. Какая физическая величина характеризует быстроту выполнения работы электрическим током? В каких единицах ее измеряют? А. заряд, прошедший через поперечное сечение проводника; в кулонах Б. мощность электрического тока; в ваттах В. напряжение; в вольтах Г. выделяемое количество теплоты; в джоулях 17. Сила тока в лампе 0,8 А, напряжение на ней 150 В. Какова мощность электрического тока в лампе? Какую работу он совершит за 2 минуты ее горения? А. 120 Вт; 22,5 кДж Б. 187,5 Вт; 14,4 кДж В. 1875 В; 14,4 кДж Г. 120 Вт; 14,4 кДж 18. От каких величин зависит количество теплоты, выделяемой проводником при прохождении по нему электрического тока? А. силы тока и длины проводника Б. силы тока и площади его поперечного сечения В. силы тока, времени и сопротивления проводника Г. силы тока, напряжения и материала, из которого изготовлен проводник 19. Силу тока в цепи увеличили в 2 раза, а ее сопротивление уменьшили в 2 раза. Изменилось ли в цепи и как выделение теплоты? А. увеличилось в 2 раза Б. не изменилось В. уменьшилось в 2 раза Г. увеличилось в 4 раза 20. Лампа, сопротивление нити накала которой 10 Ом, включена на 10 мин в цепь, где сила тока равна 0,1 А. Сколько энергии в ней выделилось? А. 1 Дж Б. 6 Дж В. 60 Дж Г. 600 Дж

Читайте так же:
Количество теплоты при возрастании тока

Итоговый тест 4. Законы электрического тока II вариант 14. К источнику тока подключены две одинаковые последовательно соединенные лампы сопротивлением 6 Ом каждая. Сила тока в лампе №1 равна 1,5 А. Определите A q Q A А. P  Б. I  В. m  Г. U  напряжение на полюсах источника тока и силу тока в соединительных проводах. t t  q А. 9 В; 1,5 А 2. К источнику тока подключены последовательно соединенные лампа и реостат. Где Б. 18 В; 1,5 А следует включить в этой цепи амперметр, чтобы измерить силу тока в реостате? В. 18 В; 3 А А. между лампой и реостатом Б. между источником тока и реостатом Г. 9 В; 3 А В. между реостатом и ключом Г. в любом месте цепи 15. Какими тремя приборами надо располагать, чтобы измерить величины, 3. В каких единицах измеряется электрическое напряжение? необходимые для расчета работы электрического тока? А. Дж Б. А В. Ом Г. В А. амперметром, аккумулятором, вольтметром 4. На каком из участков электрической цепи ток совершит наименьшую работу, если на Б. амперметром, вольтметром, реостатом первом из них напряжение равно 20 В, на втором – 10 В и на третьем – 60 В? В. амперметром, вольтметром, часами А. на первом Б. на втором В. на третьем 16. По какой формуле рассчитывают мощность электрического тока? 5. Выясните по приведенным здесь графикам зависимости сил тока в двух цепях, чему А. q  It Б. A  Uq В. P  UI Г. U  IR равны силы тока в них при напряжении на их концах 30 В. 17. Сопротивление участка цепи 75 Ом, напряжение на его концах 150 В. Чему А. №1 – 4 А; №2 – 1 А равна мощность электрического тока на этом участке? Какую работу он совершит Б. №1 – 1 А; №2 – 4 А здесь за 0,5 мин? В. в обеих цепях 4 А А. 300 Вт; 9 кДж Б. 300 Вт; 0,6 кДж В. 300 Вт; 90 кДж Г. 300 Вт; 900 кДж Г. в обеих цепях 1 А 18. Как зависит теплота, выделяющаяся в проводнике, от силы тока? 6. Как изменится сопротивление проводника, если сила тока в нем возрастет в 2 раза? А. чем больше сила тока, тем больше выделяется теплоты А. увеличится в 4 раза Б. уменьшится в 2 раза Б. чем больше сила тока, тем меньше выделяется теплоты В. не изменится Г. увеличится в 2 раза В. количество теплоты прямо пропорционально силе тока 7. Какова сила тока в резисторе, сопротивление которого 10 Ом, при напряжении 220 В? Г. количество теплоты прямо пропорционально квадрату силы тока А. 2,2 А Б. 22 А В. 2,2 кА Г. 22 кА 19. Как изменится выделение теплоты в цепи, если силу тока в ней уменьшить в 3 8. При напряжении 70 В сила тока в проводнике 1,4 А. Определите его сопротивление. раза, а сопротивление увеличить в 3 раза? А. 5 Ом Б. 50 Ом В. 98 Ом Г. 9,8 Ом А. уменьшится в 9 раз Б. уменьшится в 3 раза 9. Как сопротивление проводника зависит от его поперечного сечения? В. увеличится в 3 раза Г. не изменится А. при увеличении сопротивление уменьшается 20. Проводник сопротивлением 250 Ом при силе тока, равной 200 мА, нагревался 3 Б. с увеличением его площади сопротивление увеличивается мин. Сколько энергии электрического тока перешло при этом в его внутреннюю В. изменение площади сечения не влияет на сопротивление энергию? (Потери энергии не учитывать). 10. Серебро имеет малое удельное сопротивление. Оно – хороший или плохой проводник А. 180 Дж Б. 1800 Дж В. 18 кДж Г. 30 кДж электричества? 1. По какой формуле можно вычислить силу тока в цепи?

А. ответить нельзя – нет нужных данных Б. плохой В. хороший 11. Спираль изготовлена из нихромового провода длиной 50 м и поперечным сечением 0,2 мм2. Каково его сопротивление? А. 11 Ом Б. 27,5 Ом В. 110 Ом Г. 275 Ом 12. Куда следует передвинуть ползунок, чтобы сопротивление увеличить? А. влево Б. вправо В. поставить на середину 13. Цепь, схема которой показана на рисунке, состоит из источника тока, амперметра и двух одинаковых параллельно соединенных электроламп. Амперметр показывает силу тока, равную 0,6 А. Каковы силы тока в лампах? А. в обеих лампах 0,6 А Б. в №1 – 0,6 А; №2 – 0,3 А В. №1 – 0,3 А; №2 – 0,6 А Г. в обеих лампах 0,3 А

Итоговый тест 4. Законы электрического тока III вариант 1. Выразите в амперах силы тока, равные 4250 мА и 0,8 кА. 13. В цепи, схема которой представлена на рисунке, сопротивление лампы 25 Ом, А. 42,5 А и 80 А Б. 42,5 А и 800 А В. 4,25 А и 800 А Г. 4,25 А и 80 А резистора 45 Ом, звонка 10 Ом. Найдите сопротивление этой цепи и силу тока в 2. В какой электролампе измеряет силу тока амперметр, включенный так, как показано лампе, если сила тока в резисторе 0,6 А. на схеме? А. 80 Ом; 0,2 А А. №1 Б. 55 Ом; 0,6 А Б. №2 В. 35 Ом; 0,2 А В. в любой Г. 80 Ом; 0,6 А 3. Какую работу совершит электрический ток в реостате, напряжение на котором 35 В, 14. Лампа и резистор, сопротивления которых одинаковы, включены в цепь если по нему пройдет заряд, равный 10 Кл? согласно показанной схеме. Сила тока в лампе 2 А, напряжение на полюсах А. 35 Дж Б. 350 Дж В. 70 Дж Г. 700 Дж источника тока 10 В. Каково сопротивление резистора и сила тока в нем? 4. Как включается в цепь вольтметр? А. 5 Ом; 2 А А. параллельно тому участку цепи, на котором должно быть измерено напряжение Б. 20 Ом; 2 А Б. последовательно с тем участком цепи, где измеряется напряжение В. 20 Ом; 1 А В. однозначного ответа нет: в разных цепях по-разному Г. 5 Ом; 1 А 5. В каких единицах измеряют сопротивление проводников? 15. В каких единицах измеряют работу электрического тока? А. В Б. Кл В. Ом Г. А А. Ом Б. А В. Дж Г. В 6. Какая из приведенных здесь формул выражает закон Ома? 16. Какие нужно иметь приборы, чтобы можно было измерить величины, позволяющие определить мощность электрического тока? q A U A А. U  Б. I  В. P  Г. I  А. амперметр и реостат Б. амперметр и вольтметр t t R q В. вольтметр и часы Г. вольтметр и реостат 7. Сила тока в электролампе 0,44 А, сопротивление ее раскаленной нити 500 Ом. При 17. В проводнике сопротивлением 15 Ом сила тока равна 0,4 А. Какова мощность каком напряжении она горит? электрического тока в нем? Чему равна работа тока в этом проводнике, совершенная А. 220 В Б. 22 В В. 8,8 В Г. 88 В за 10 мин? 8. Сопротивление проводника 450 Ом, напряжение на его концах 90 В. Найдите силу А. 2,4 Вт; 1,44 кДж Б. 6 Вт; 3,6 кДж В. 6 Вт; 60 Дж Г. 2,4 Вт; 24 Дж тока в этом проводнике. 18. По какой формуле рассчитывают количество теплоты, выделяющейся в А. 0,5 А Б. 5 А В. 20 А Г. 0,2 А проводнике при прохождении по нему электрического тока? 9. Какая физическая величина характеризует зависимость сопротивления проводника 2 А. Q  cm(t 2  t1 ) Б. Q  I Rt В. A  IUt от вещества, из которого он состоит? 19. Во сколько раз надо увеличить сопротивление цепи, чтобы при уменьшении А. сила тока Б. напряжение силы тока в 4 раза выделяющееся в ней количество теплоты осталось неизменным? В. удельное сопротивление Г. количество электричества А. в 4 раза Б. в 8 раз В. в 16 раз 10. У сплава манганин довольно большое удельное сопротивление, а у серебра малое. 20. Сила тока в проводнике сопротивлением 125 Ом равна 0,1 А. Какое количество Какое из этих веществ лучше проводит электрический ток? теплоты выделяется в нем за 1 мин? А. мангагин Б. серебро А. 750 Дж Б. 75 Дж В. 1,25 Дж Г. 12,5 Дж В. сравнения удельных сопротивлений веществ недостаточно для ответа на вопрос 11. Рассчитайте сопротивление реостата, на изготовление которого пошло 100 м константановой проволоки с площадью поперечного сечения 0,5 мм2. А. 10 Ом Б. 25 Ом В. 100 Ом Г. 250 Ом 12. Как изменится сила тока в цепи, если ползунок включенного в нее реостата сдвинуть вправо? А. уменьшится Б. увеличится В. не изменится

Читайте так же:
Теплогенератор ток 1в паспорт

Итоговый тест 4. Законы электрического тока VI вариант 1. Переведите в амперы силы тока, равные 700 мА и 0,25 кА. 12. У реостата, показанного на рисунке, когда он был включен в цепь, передвинули А. 7 А и 250 А Б. 0,7 А и 25 А В. 7 А и 25 А Г. 0,7 А и 250 А ползунок вправо. Как изменилась при этом сила тока? 2. Какой амперметр измерит силу тока в верхней (на схеме) лампе? А. уменьшилась А. №1 Б. увеличилась Б. №2 В. не изменилась В. любой из них 13. Сила тока в лампе №1 равна 5 А. Какова сила тока в такой же лампе №2 и какую Г. ни один из этих приборов силу тока покажет амперметр? 3. При прохождении по участку цепи заряда 100 Кл электрический ток произвел А. 2,5 А; 5 А работу, равную 12 кДж. Каково напряжение на этом участке цепи? Б. 5 А; 10 А А. 120 В Б. 12 В В. 1,2 В Г. 0,12 В В. 2,5 А; 7,5 А 4. На каком приборе измеряет напряжение вольтметр, включенный так, как показано Г. 5 А; 7,5 А на схеме? 14. В цепи с последовательным соединением потребителей тока (двух ламп и А. на звонке резистора, обладающих одинаковыми сопротивлениями) сила тока равна 0,4 А, Б. на лампе напряжение на резисторе 20 В. Определите общее сопротивление цепи и В. на реостате напряжение на полюсах источника тока. 5. В чем главная причина того, что проводники оказывают сопротивление А. 150 Ом; 40 В Б. 50 Ом; 40 В В. 150 Ом; 20 В Г. 150 Ом; 60 В электрическому току? 15. В каких единицах должны быть выражены величины при расчете работы А. постоянное хаотическое движение электронов электрического тока по формуле A  IUt ? Б. столкновение упорядоченно движущихся электронов с ионами кристаллической А. в амперах, вольтах и секундах Б. амперах, вольтах, минутах решетки В. вольтах, омах, часах Г. кулонах, вольтах, секундах В. взаимодействие электронов с ионами кристаллической решетки 16. Если известна мощность электрического тока, то как найти силу тока в цепи? 6. Пользуясь законом Ома, получите формулу для расчета сопротивления U P q A А. I  Б. I  В. I  Г. I  проводника. А. R 

7. При какой силе тока напряжение на концах проводника сопротивлением 125 Ом будет равно 1,5 кВ? А. 1,2 А Б. 12 А В. 83 А Г. 8,3 А 8. Сила тока в реостате 0,8 А, его сопротивление 100 Ом. Определите напряжение на его клеммах. А. 125 В Б. 12,5 В В. 80 В Г. 800 В 9. От каких физических величин зависит сопротивление проводника? А. от его длины Б. от площади его поперечного сечения В. от удельного сопротивления Г. от всех этих трех величин 10. Какое вещество – с малым или большим удельным сопротивлением – может служить хорошим проводником электричества? А. с малым Б. с большим В. однозначного ответа нет 11. Железный провод длиной 6 м и площадью поперечного сечения 0,3 мм2 включен в цепь. Какое сопротивление он оказывает электрическому току? А. 36 Ом Б. 18 Ом В. 2 Ом Г. 20 Ом

17. Электролампа, сопротивление нити накала которой 20 Ом, включена в сеть с напряжением 220 В. Какова мощность тока? Какую работу он произведет за 5 мин свечения лампы? А. 4,4 кВт; 1320 кДж Б. 4,4 кВт; 22 кДж В. 2,42 кВт; 22 кДж Г. 2,42 кВт; 726 кДж 18. Какая из формул выражает закон Джоуля-Ленца? 2 А. Q  cm(t 2  t1 ) Б. F  k (l 2  l1 ) В. Q  I Rt 19. Как и во сколько раз надо изменить силу тока в цепи, чтобы при уменьшении ее сопротивления в 4 раза выделение теплоты в ней осталось прежним? А. уменьшить в 2 раза Б. увеличить в 4 раза В. уменьшить в 4 раза Г. увеличить в 2 раза 20. Проводник обладает сопротивлением 80 Ом. Какое количество теплоты выделится в нем за 10 с при силе тока 0,3 А? А. 7,2 Дж Б. 72 Дж В. 720 Дж

Читайте так же:
Розетка для тепловой завесы

Количество теплоты на резисторе формула

В элек­три­че­ской схеме, по­ка­зан­ной на ри­сун­ке, ключ К за­мкнут.

Заряд кон­ден­са­то­ра ЭДС ба­та­рей­ки её внут­рен­нее со­про­тив­ле­ние со­про­тив­ле­ние ре­зи­сто­ра Най­ди­те ко­ли­че­ство теп­ло­ты, ко­то­рое вы­де­ля­ет­ся на ре­зи­сто­ре после раз­мы­ка­ния ключа К в ре­зуль­та­те раз­ря­да кон­ден­са­то­ра. По­те­ря­ми на из­лу­че­ние пре­не­бречь.

Ко­ли­че­ство теп­ло­ты, вы­де­ля­ю­ще­е­ся на ре­зи­сто­ре после раз­мы­ка­ния ключа:

На­пря­же­ние на кон­ден­са­то­ре равно па­де­нию на­пря­же­ния на ре­зи­сто­ре. С уче­том за­ко­на Ома для пол­ной цепи:

Ком­би­ни­руя эти фор­му­лы, на­хо­дим:

Ответ:

полностью одобряю ваш метод, но нельзя ли решить более «простым» способом? Не сочтите меня за глупца.

Смеяться не буду 🙂 Все в порядке.

А теперь о Вашем решении. Что тут могу сказать. Так решать, конечно, нельзя, и получившийся у Вас ответ, отличный от приведенного в решении, — одно из тому подтверждений. Не буду комментировать все, скажу только, что формулу здесь использовать «в лоб» нельзя, так как через конденсатор будет течь не постоянный ток, а уменьшающийся по величине: чем больше заряд на конденсаторе, тем быстрее он стремится разрядиться. Так что закон сохранения энергии — наиболее простой и верный способ решения.

Ежели Вы настаиваете на на применении своей формулы, то тут потребуется большие знания из математического анализа: производные, интегралы, дифференциальные уравнения. Если интересно, приведу такое решение (но особого смысла в нем разбираться — нет, так как такие знания за рамками того, что проверяется на ЕГЭ). Кроме того, все равно получится, что нужно просто посчитать начальную энергию конденсатора.

Сложное решение этой задачи 🙂

Определим зависимость тока, текущего через резистор от времени. Так как конденсатор подключен к резистору параллельно, напряжения на них совпадают в любой момент времени: . По закону Ома, напряжение на резисторе пропорционально величине текущего через него тока: . Напряжение на конденсаторе связано с зарядом на нем соотношением: . Пусть за небольшой интервал времени заряд на конденсаторе изменился на (так как конденсатор разряжается ). Тогда через резистор за это время протек заряд . Следовательно сила тока равна . Скомбинировав все равенства и переходя к бесконечно малому интервалу времени, получаем дифференциальное уравнение на величину заряда конденсатора:

.

Решая это уравнение и используя, что в начальный момент времени заряд на конденсаторе равен , имеем: . То есть, математически конденсатор разряжается бесконечно долго.

Значит ток через конденсатор равен

.

Определим теперь тепловую мощность, выделяющуюся на резисторе:

.

Мощность уменьшается со временем. Для того, чтобы найти полное тепло необходимо просуммировать по всему времени разрядки, то есть взять интеграл:

.

Вот и она, начальная энергия конденсатора 🙂

  • Главная
  • Обучение
  • Предварительный просмотр
  • Мероприятия / ВИШР
  • Обучение
  • Тренажер ЕГЭ
  • Учебные пособия
  • Игры
  • 120 лет ТПУ. Викторина онлайн
  • Университетские субботы
  • Высшая инженерная школа России
Физика

3.2.9.1. Тепловая мощность, выделяемая на резисторе

Тепловая мощность, выделяемая на резисторе

Электрический ток, проходящий по проводнику, нагревает его. Это объясняется тем, что свободные электроны, перемещаясь под действием электрического поля, взаимодействуют с ионами или атомами вещества и передают им свою энергию. В результате работы электрического тока внутренняя энергия вещества увеличивается, повышается его температура. Нагретый проводник передает свою энергию окружающим телам. Если проводник не движется, то вся энергия электрического тока переходит во внутреннею энергию проводника. Работа тока определяется

Количество теплоты, выделяемое на резисторе, обозначим через Q Так как Q = A, то

или используя закон Ома (U = I*R) , получим

Количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления и времени.

Эта формулировка называется законом Джоуля — Ленца

Закон Джо́уля — Ле́нца — физический закон, дающий количественную оценку теплового действия электрического тока. Установлен в 1841 году Джеймсом Джоулем и независимо от него в 1842 году Эмилием Ленцем [1] .

Содержание

Определения [ править | править код ]

В словесной формулировке звучит следующим образом [2] :

Мощность тепла, выделяемого в единице объёма среды при протекании постоянного электрического тока, равна произведению плотности электрического тока на величину напряженности электрического поля.

Математически может быть выражен в следующей форме:

w = j → ⋅ E → = σ E 2 , >cdot >=sigma E^ ,>

где w — мощность выделения тепла в единице объёма, j → >> — плотность электрического тока, E → >> — напряжённость электрического поля, σ — проводимость среды, а точкой обозначено скалярное произведение.

Закон также может быть сформулирован в интегральной форме для случая протекания токов в тонких проводах [3] :

Количество теплоты, выделяемое в единицу времени в рассматриваемом участке цепи, пропорционально произведению квадрата силы тока на этом участке и сопротивления участка.

В интегральной форме этот закон имеет вид

d Q = I 2 R d t , Rdt,> Q = ∫ t 1 t 2 I 2 R d t , >^ >I^ Rdt,>

где d Q — количество теплоты, выделяемое за промежуток времени d t , I — сила тока, R — сопротивление, Q — полное количество теплоты, выделенное за промежуток времени от t 1 > до t 2 > . В случае постоянных силы тока и сопротивления:

Q = I 2 R t . Rt.>

Применяя закон Ома, можно получить следующие эквивалентные формулы:

Q = U 2 t / R = I U t . t/R =IUt.>

Практическое значение [ править | править код ]

Снижение потерь энергии [ править | править код ]

При передаче электроэнергии тепловое действие тока в проводах является нежелательным, поскольку ведёт к потерям энергии. Подводящие провода и нагрузка соединены последовательно, значит ток в сети I на проводах и нагрузке одинаков. Мощность нагрузки и сопротивление проводов не должны зависеть от выбора напряжения источника. Выделяемая на проводах и на нагрузке мощность определяется следующими формулами

Q w = R w ⋅ I 2 , =R_ cdot I^ ,> Q c = U c ⋅ I . =U_ cdot I.>

Откуда следует, что Q w = R w ⋅ Q c 2 / U c 2 =R_ cdot Q_ ^ /U_ ^ > . Так как в каждом конкретном случае мощность нагрузки и сопротивление проводов остаются неизменными и выражение R w ⋅ Q c 2 cdot Q_ ^ > является константой, то тепло выделяемое на проводе обратно пропорционально квадрату напряжения на потребителе. Повышая напряжение мы снижаем тепловые потери в проводах. Это, однако, снижает электробезопасность линий электропередачи.

Читайте так же:
Сопротивление переменного теплоты за силы тока

Выбор проводов для цепей [ править | править код ]

Тепло, выделяемое проводником с током, в той или иной степени выделяется в окружающую среду. В случае, если сила тока в выбранном проводнике превысит некоторое предельно допустимое значение, возможен столь сильный нагрев, что проводник может спровоцировать возгорание находящихся рядом с ним объектов или расплавиться сам. Как правило, при выборе проводов, предназначенных для сборки электрических цепей, достаточно следовать принятым нормативным документам, которые регламентируют выбор сечения проводников.

Электронагревательные приборы [ править | править код ]

Если сила тока одна и та же на всём протяжении электрической цепи, то в любом выбранном участке будет выделять тепла тем больше, чем выше сопротивление данного участка.

За счёт сознательного увеличения сопротивления участка цепи можно добиться локализованного выделения тепла в этом участке. По этому принципу работают электронагревательные приборы. В них используется нагревательный элемент — проводник с высоким сопротивлением. Повышение сопротивления достигается (совместно или по отдельности) выбором сплава с высоким удельным сопротивлением (например, нихром, константан), увеличением длины проводника и уменьшением его поперечного сечения. Подводящие провода имеют обычное низкое сопротивление и поэтому их нагрев, как правило, незаметен.

Плавкие предохранители [ править | править код ]

Для защиты электрических цепей от протекания чрезмерно больших токов используется отрезок проводника со специальными характеристиками. Это проводник относительно малого сечения и из такого сплава, что при допустимых токах нагрев проводника не перегревает его, а при чрезмерно больших перегрев проводника столь значителен, что проводник расплавляется и размыкает цепь.

Нагревание проводников током

Так как количество тепла, выделяемое током при прохождении его по проводнику пропорционально времени, то температура проводника должна бы непрерывно возрастать, пока по проводнику идет ток. На самом же деле при продолжительном пропускании тока по проводнику устанавливается некоторая постоянная температура, хотя в этом проводнике продолжается непрерывное выделение тепла.

Объясняется это явление тем, что всякое тело, температура которого выше температуры окружающей среды, отдает тепловую энергию в окружающую среду благодаря тому, что:

во-первых, само тело и тела, соприкасающиеся с ним, обладают теплопроводностью ;

во-вторых, слои воздуха, прилегающие к телу, нагреваются, подымаются вверх и уступают место более холодным слоям, которые опять нагреваются, и т. д. (конвекция тепла) ;

в-третьих, благодаря тому, что нагретое тело излучает в окружающее пространство темные, а иногда и видимые лучи, затрачивая на это часть своей тепловой энергии (лучеиспускание).

Все перечисленные потери тепла тем больше, чем больше разность температур тела и окружающей среды. Поэтому, когда температура проводника сделается настолько высокою, что все количество тепла, отдаваемое проводником в окружающее пространство в единицу времени, будет равно количеству тепла, выделяемому в проводнике каждую секунду электрическим током, то температура проводника перестанет возрастать и сделается постоянной.

Потеря тепла проводником при прохождении по нем тока слишком сложное явление для того, чтобы зависимость температуры проводника от всех обстоятельств, влияющих на скорость охлаждения тела, может быть получена теоретическим путем.

Некоторые выводы, однако, могут быть сделаны на основании теоретических соображений. Между тем вопрос о температуре проводников имеет большое практическое значение, при всех технических расчетах сети, реостатов, обмоток и т. п. Поэтому в технике пользуются эмпирическими формулами, правилами и таблицами, дающими зависимость между сечениями проводников и допустимой силой тока при различных условиях, в которых находятся проводники. Некоторые качественные соотношения можно предвидеть и легко установить опытным путем.

Очевидно, что всякое обстоятельство, которое уменьшает влияние одной из трех причин охлаждения тела, повышает температуру проводника. Укажем некоторые из таких обстоятельств.

Неизолированный прямолинейный проводник, натянутый горизонтально, имеет более низкую температуру, чем такой же проводник при той же силе тока в вертикальном положении, так как во втором случае нагретый воздух поднимается вдоль проводника, и замена нагретого воздуха холодным происходит более медленно, чем в первом случае.

Проводник, свернутый в спираль, нагревается гораздо больше, чем такой же проводник при той же силе тока, вытянутый в прямую линию.

Проводник, покрытый слоем изоляции, нагревается сильнее, чем не изолированный, так как изоляция всегда дурной проводник тепла, и температура на поверхности изоляции гораздо ниже температуры проводника, поэтому охлаждение этой поверхности потоками воздуха и излучением гораздо меньше.

Если проводник поместить в водород или светильный газ, обладающие большей теплопроводностью, чем воздух, то температура проводника при той же силе тока будет ниже, чем в воздухе. Наоборот, в углекислоте, теплопроводность которой меньше, чем у воздуха, проволока нагревается сильнее.

Если проволоку поместить в пустоту (вакуум), то конвекция тепла совершенно прекратятся, и нагревание проволоки будет значительно больше, чем в воздухе. Этим пользуются при устройстве лампочек накаливания.

Вообще, охлаждение проводников потоками воздуха имеет главное значение среди других факторов охлаждения. Всякое увеличение поверхности охлаждения понижает температуру проводника. Поэтому пучок тонких параллельных проводников, не соприкасающихся друг с другом, охлаждается гораздо лучше, чем толстый проводник такого же сопротивления, сечение которого равно сумме сечений всех проволок пучка.

Чтобы приготовить реостаты сравнительно малого веса, применяют в качестве проводников очень тонкие полоски металла, гофрируя их для уменьшения длины.

Так как количество тепла, выделяемое током в проводнике, пропорционально сопротивлению его, то в случае двух проводников одинакового размера, но различного вещества, тот проводник, удельное сопротивление которого больше, нагревается до более высокой температуры.

Уменьшая сечение проводника, можно увеличить сопротивление его настолько, что температура его достигнет температуры плавления. Этим пользуются для предохранения сети и приборов от порчи токами большей силы, чем та, на которую приборы и сеть рассчитаны.

Для этого в цепь проводов вводят так называемые плавкие предохранители, представляющие собою короткие проводники из легкоплавкого металла (серебра или свинца). Сечение этого проводника рассчитывают так, чтобы при некоторой определенной силе тока этот проводник расплавился.

Данные, которые даются в справочных таблицах относительно поперечного сечения предохранителей на различные силы токов, относятся к предохранителям, длина которых не менее определенных размеров.

Очень короткий предохранитель охлаждается лучше, чем длинный, вследствие хорошей теплопроводности медных зажимов, с которыми он соединен и, следовательно, плавится при несколько большей силе тока. Кроме того длина предохранителя должна быть такова, чтобы при расплавлении его между концами проводов не могла образоваться электрическая дуга. Таким образом наименьшая длина предохранителя определяется в зависимости от напряжения сети.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию