Schetchiksg.ru

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

Количество теплоты равно квадрату тока

Мой конспект — конспекты, шпаргалки, лекции

Наши партнеры

Закон Джоуля-Ленца

Если единственным действием тока является тепловая, то, согласно закону сохранения энергии, количество теплоты, выделившейся в проводнике, численно равна работе тока: Q = A. Следовательно, Q = IUt.

Используя закон Ома для участка цепи, можно записать три эквивалентные формулы для количества теплоты, выделившейся в проводнике с током.

Закон, определяющий количество теплоты, которое выделяет проводник с током в окружающую среду, был установлен экспериментально английским ученым Д. Джоулем и российским ученым Э. X. Ленцем:

? количество теплоты, выделившейся в проводнике, равна произведению квадрата силы тока на сопротивление проводника и время прохождения тока.

Формулы image40 и для количества теплоты, выделившейся в проводнике, могут показаться противоречивыми: согласно первой из них количество теплоты прямо пропорциональна сопротивлению проводника, а согласно второй — обратно пропорциональная.

Чтобы разобраться в этом, сравним количества теплоты, которая выделяется в двух проводниках при их последовательного и параллельного соединения.

Если проводники соединены последовательно, сила тока в них одинакова: И1 = И2 = И. Поэтому для сравнения количества теплоты, выделяемого в проводниках, удобнее пользоваться формулой.

? Таким образом, при последовательном соединение проводников большее количество теплоты выделяется в проводнике, обладает большим сопротивлением.

Если проводники соединены параллельно, напряжение на их концах одинакова: U1 = U2 = U. Поэтому для сравнения количества теплоты, выделяемого в проводниках, удобнее пользоваться формулой.

? Таким образом, за параллельного соединения проводников большее количество теплоты выделяется в проводнике, имеет меньшее сопротивление.

Если на участке цепи, в котором течет ток, не происходит механическая работа и не происходят химические реакции, то работа электрического тока приводит только к нагреванию проводника. Нагретый проводник путем теплопередачи отдает полученную энергию окружающим телам. Следовательно, в этом случае в соответствии с законом сохранения энергии количество выделяемой теплоты Q должна равняться работе A тока: Q = A.

Поскольку A = UIt, а U = IR, получаем: Q = I2Rt. Последняя формула является математическим записью закона Джоуля — Ленца:

Количество теплоты, выделившейся в проводнике, равна произведению квадрата силы тока на сопротивление проводника и время прохождения тока.

Формуле Q = I2Rt для вычисления количества теплоты, выделяющейся в процессе прохождения тока на участке цепи, можно пользоваться всегда. А вот другими модификациями этой формулы — пользуются только в том случае, когда вся электрическая энергия идет на нагревание.

Похожие материалы:

  1. Работа и мощность электрического тока
  2. Первый закон термодинамики
  3. Сила тока
  4. Правило Ленца
  5. Закон Ома для полной цепи

Вы устали искать подходящие конспекты, лекции и семинары? Тогда Вы попали на самый полезный сайт в этой отрасли! У нас собраны лучшие методические учебные материалы по всем направлениям обучения: география, биология, физика, химия, история, философия, психология, экономика, политология и др. Желаем Вам самых высоких оценок иуспешного сдания зачетов и экзаменов. Успехов!

Читайте так же:
При равномерно возрастающей силе тока выделилось количество теплоты

Молекулярная физика и термодинамика, электростатика, постоянный ток. Контрольная по физике

Из опыта известно, что прохождение тока по проводнику сопровождается выделением тепла. Это выделение тепла связано с перено­сом зарядов и, следовательно, с работой электрических сил, которая идет на этот перенос.

Возьмем сечение проводника, через которое за время t про­текает заряд q: q=I × t. Этот заряд проходит за время t разность потенциалов j 1- j 2, причем электрические силы со­вершают работу, равную:

A=q( j 1- j 2)=It( j 1- j 2).

Работа сил поля не вызывает увеличения тока и идет на нагревание проводника. Следовательно, по закону сохранения энергии, количество теплоты Q, выделившееся в проводнике, равно работе А, т.е.

Воспользовавшись законом Ома, получим

Выражение (26) представляет закон Джоуля-Ленца. По закону Джоуля-Ленца, количество теплоты Q, выделяемое в участке проводника при прохождении тока, пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению R участка и времени прохождения тока. Как рассчитать количество теплоты в проводнике, если в нем протекает непостоянный ток? В этом случае воспользуемся стандартным приемом: выберем про­межуток времени dt таким, в течение которого будем считать ток постоянным. Тогда количество теплоты dQ, выделившееся в про­воднике за время dt:

Если известен закон, по которому меняется ток, то проинтегрировав это выражение, получим полное значение теплоты:

Рассмотрим пример решения задачи.

Пример 16. Сила тока в проводнике меняется со временем по закону I=I0e- a t. Начальная сила тока I0 = 20A, a = 102c-1, R = 2Ом. Определить теплоту, выделившуюся в проводнике за время t = 10-2 с.

Закон изменения тока I = 20e–100t .

Согласно вышесказанному dQ = I2Rdt.

Полное количество теплоты: .

Подставив значение сопротивления, получим:

7. Мощность тока

Если заряд q переместится за время t из одного конца проводника, к которому приложено напряжение U, в другой, то си­лы электростатического поля и сторонние силы совершают работу:

Здесь UI = ( j 1- j 2)I+ e 12I (напомним, что напряжение U определяется как работа, совершаемая электростатическими и сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда). Разделив работу А на время t, получим мощность, развиваемую током на рассматриваемом участке цепи:

P=UI=( j 1- j 2)I+ e 12I.

Выражение для полной мощности, выделяемой во всей замкнутой цепи, можно получить из (q), если учесть, что для замкнутой цепи ( j 1- j 2)=0. Следовательно:

Воспользовавшись законом Ома для полной цепи (23):

.

Из выражения (е) следует, что полная мощность, выделяемая в цепи, слагается из мощностей, выделяемых во внешней и внутренней частях цепи. Мощность, выделяемая во внешней цепи (как это следует из (е)) равна:

Наибольшего значения PR достигает при R = r, т.е. когда внутреннее сопротивление равно внешнему. При этом:

Чтобы убедиться в том, что максимум мощности РR достигается при R = r, надо взять производную и приравнять ее нулю. Если R = 0, то полная мощность максимальна, а ток в данном случае называется током короткого замыкания Iкз.

Читайте так же:
Выключатель трехполюсный напряжением до 1 кв с электромагнитным тепловым

(из закона Ома для замкнутой цепи (23)).

8. Коэффициент полезного действия тока

определяется отношением мощности PR, выделяемой во внешней цепи, к полной мощности, выделяемой во всей замкнутой цепи, т.е.

.

9. Плотность тока в газах

В ионизованном газе свободными носителями заряда (в основном) являются положительные и отрицательные ионы. Если ионизованный газ находится между двумя плоскими электродами, на которые подали напряжение, то положительные ионы движутся по полю, а отрицательные – против поля (рис.24).

Согласно выражению (24) плотность тока i в проводнике равна:

V –скорость электронов,

n – концентрация электронов.

Обозначим скорости положительных и отрицательных ионов V+ и V-, соответственно, и будем считать, что концентрация ионов n+=n-=n, тогда, согласно (24) плотность тока в ионизованном газе будет:

Скорость ионов пропорциональна величине напряженности поля Е меж­ду электродами, т.е., например, для положительных ионов:

Здесь u+-коэффициент пропорциональности. Физический смысл u+, становится ясен, если положить, что

.

Тогда величина u+, называемая подвижностью иона, численно равна скорости, которую он приобретает в электрическом поле с напряженностью, равной единице, следовательно:

.

Заменив скорости ионов в (27) через произведения u+ × E и u– × E получим:

То есть, плотность тока в газе i пропорциональна напряженности электрического поля Е, если ток далек от насыщения. При малых значениях Е коэффициент пропорциональности в выражении (28) является константой. Обозначив ее s , получим:

т. е. в слабых электрических полях выполняется закон Ома (выражение (25)).

При больших , т.е. в сильных электрических полях, все ионы, производимые ионизатором, уходят на электроды. При этом протекающий ток называется током насыщения, а плотность тока — плотностью тока насыщения. Плотность тока пропорциональна длине ионизационной камеры l, т.к. число ионов, производимое ионизатором, также пропорционально l:

Здесь n0 — число пар ионов, ежесекундно образуемых ионизатором в единице объема газа, l — расстояние между электродами.

Рассмотрим пример решения задачи.

Пример 17. Найти сопротивление трубки длиной l= 0,5 м и площадью поперечного сечения S = 5 мм2, если она наполнена азотом, ионизированным так, что в объеме V = см3 его находится при равновесии n = 108 пар ионов, ионы однозарядны. Подвижность положительных ионов азота 1,27 × 104 м2/В × с, отрицательных –1,81 × 10–-4м2/В × с.

U+=1,27 × 10–4м2/В × с

U–=1,81 × 10–4м2/В × с

Сопротивление трубки с газом можно найти как: . Здесь: r – удельное сопротивление газа, заполняющего трубку, l – длина, S – площадь поперечного сечения трубки. Задача заключается в определении удельного сопротивления газа в трубке.

Удельное сопротивление обратно пропорционально удельной проводимости:

.

Удельную проводимость найдем, применив закон Ома в дифференциальной форме (25) и зависимость плотности тока в газах вдали от плотности насыщения (28). Поясним, почему в данном случае можно воспользоваться этими закономерностями.

Читайте так же:
Единица измерения количества теплоты выделяемого проводником с током

Поскольку в условии задачи сказано, что имеет место равнове­сие между числом возникающих и исчезающих в результате рекомбина­ции ионов, то, следовательно, концентрация n числа пар ионов является величиной постоянной, и ток в трубке далек от насыщения, поэтому плотность тока (согласно (28)) равна

. (а)

Здесь q — заряд иона, n — концентрация ионов, U+ и U— под­вижности ионов, Е — напряженность электрического поля. Так как ток далек от насыщения, то закон Ома выполняется:

. (б)

Приравняв правые части (а) и (б) и сократив одинако­вые члены, найдем:

Подставив числовые данные, получим:

Как и следовало ожидать, сопротивление трубки с газом очень велико, порядка 1013Ом.

—>Самодельщик In Manus —>

—>

—>

—> —>Поиск —>

Каталог статей

Тепловое действие тока. При прохождении тока через неподвижные металлические проводники единственным результатом работы тока является нагревание этих проводников, и, следовательно, по закону сохранения энергии вся работа, совершенная током, превращается в тепло.

Работа (в джоулях), совершаемая током при прохождении через участок цепи, вычисляется по формуле:

где U — напряжение, В; I — сила тока, А; t — время, с.

Количество теплоты (Дж), выделенное в проводнике при прохождении электрического тока, пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока и вычисляется по закону Джоуля-Ленца:

где R — сопротивление проводника, Ом.

В качестве примера произведем расчет количества теплоты, требуемой для того, чтобы вскипятить воду в двухлитровом чайнике. Напряжение сети U = 220 В. Ток, потребляемый электрочайником, I = 4 А. Необходимо определить время закипания воды, если КПД чайника 80%, начальная температура воды 20 °С, удельная теплоемкость воды С = 4200.

Определим количество теплоты, необходимое для нагрева воды до температуры кипения:

Затем определим общее количество теплоты, которое должен выделить нагревательный элемент электрочайника, с учетом потерь на нагрев керамики, корпуса чайника и внешней среды:

Вычислим время закипания воды в чайнике, используя закон Джоуля-Ленца:

Отсюда находим время t:

Мощность электрического тока. Зная работу, совершаемую током за некоторый промежуток времени, можно рассчитать и мощность тока, под которой, как и в механике, понимают работу, совершаемую за единицу времени. Из формулы, определяющей работу постоянного тока, A = Ut, следует, что мощность его равна

Нередко говорят о мощности тока, потребляемого от сети, имея в виду, что при помощи электрического тока (за счет тока) нагреваются утюги, электроплитки и т. д.

В соответствии с этим на приборах нередко обозначается их мощность, то есть мощность тока, необходимая для их нормального функционирования. Так, например, для нормальной работы электроплитки на 220 В мощностью 500 Вт требуется ток около 2,3 А при напряжении 220 Вт (2,3×220≈500). На практике применяют более крупные единицы мощности:

  • 1 гВт (гектоватт) = 100 Вт;
  • 1 кВт (киловатт) = 1000 Вт.

Таким образом, 1 Вт есть мощность, выделяемая током 1 А в проводнике, между концами которого поддерживается напряжение 1 В.

Единица работы, совершаемая электрическим током в течение 1 с при помощи 1 Вт, называется ватт/секундой, или джоулем. Применяют более крупные единицы работы: 1 Вт/ч (ватт/час) или 1 кВт/ч (киловатт/час), который равен работе, совершаемой электрическим током в течение 1 ч при мощности 1 кВт.

Длину и диаметр провода нагревательного элемента рассчитывают исходя из величины напряжения сети и его заданной мощности.

Основные данные для расчета нагревательных элементов приведены в табл. 1.

Допустимая сила
тока, А
1234567
Диаметр нихромового провода
при температуре
700 °С, мм
0,170,30,450,550,650,750,85
Площадь поперечного сечения
провода, мм 2
0,02270,07070,1590,2380,3320,4420,57

Сила тока при данном напряжении и мощности определяется по формуле

Омическое сопротивление проводника всегда вычисляется по формуле

Зная величину тока, можно найти диаметр и сечение провода (табл. 1).
Подставляя полученные данные в формулу

где l — длина провода, м; S — сечение провода, мм 2 ; R — сопротивление провода, Ом; ρ — удельное сопротивление провода (для нихрома ρ = 1,1, для фехраля ρ = 1,3), Ом×мм 2 /м, получим необходимую длину провода для нагревательного элемента.

Пример расчета. Необходимо определить длину провода из нихрома для нагревательного элемента плитки мощностью Р = 600 Вт при напряжении сети U = 220 В.

По этим данным находим диаметр и сечение провода: d = 0,45 мм, S = 0,159 мм 2 . Тогда длина провода будет равна

Таким же образом можно рассчитать нагревательные элементы и для других электроприборов.

Количество теплоты равно квадрату тока

Тест по физике
По теме «Законы постоянного тока»
Вопрос№1:
Из предложенных формулировок выберите формулировку закона Ома для однородного участка цепи:
а) Сила тока на однородном участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению.
б) Сила тока на однородном участке цепи пропорциональна напряжению на концах этого участка ипропорциональна его сопротивлению.
в) Сила тока на однородном участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и пропорциональна его сопротивлению.
г) Сила тока на однородном участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению.
Вопрос №2:
Выберите формулировку закона Джоуля-Ленса:
а) Количество теплоты, выделяемое проводником стоком, равно произведению силы тока, сопротивления и времени прохождения тока по проводнику.
б) Количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, напряжения и времени прохождения тока по проводнику.
в) Количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению силы тока, напряжения и времени прохождения тока по проводнику.
г) Количествотеплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления и времени прохождения тока по проводнику.
Вопрос №3:
Из предложенных формулировок выберите формулировку закона Ома для полной цепи:
а) сила тока в замкнутой цепи прямо пропорциональна ЭДС источника тока и пропорциональна полному сопротивлению цепи.
б) Сила тока в замкнутой цепи прямо пропорциональна ЭДСисточника и обратно пропорциональна тока и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи.
в) Сила тока в цепи прямо пропорциональна ЭДС источника тока и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи.
г) Сила тока в замкнутой цепи прямо пропорциональна ЭДС источника тока и обратно пропорциональна сопротивлению в цепи.
Вопрос №4:
Сила тока, определяемая выражением I= ع / ( R+r) соответствует:
а) Закону Ома
б) Закону Кулона
в) закону Джоуля-Ленса
Вопрос №5:
Какое из приведённых ниже утверждений является определением ЭДС источника тока?
а) ЭДС численно равно работе, которую совершают сторонние силы при перемещении единичного положительного заряда внутри источника тока.
б) ЭДС численно равно работе, которую совершают сторонние силы при перемещении единичного положительного зарядана внешнем участке цепи.
в) ЭДС численно равна работе, которую совершают электростатические силы при перемещении единичного положительного заряда на внешнем участке цепи.
г) ЭДС численно равна работе, которую совершают электростатические силы при перемещении единичного положительного заряда по замкнутой цепи.

Вопрос №6:
Какая из приведённых формул является математическим выражением законаОма для участка цепи?
а) I = U / R б) I = ع / (R + r)
в) I = ع / r г) J = I / S
Вопрос №7:
Какой формулой выражается напряжение тока?
а) U = A / q б) I = U / r
в) A = U I t г) P = U I
Вопрос № 8:
С помощью какой формулы выражается мощность электрического тока?
а) P = U I б) P1 V1 = P2 V2Вопрос №9:
Электрическое сопротивление находится по формуле:
а) I = U / R б) R = ρ * (L S)
в) I = U / R г) U = A / q
Вопрос №10:
Плотность тока вычисляется по формуле:
а) I = q / t б) J = I / S
в) I = U / R г) I = ع / (R+r)
Вопрос №11:
По какой из формул можно рассчитать силу тока?
а) I = q / tб) I = ع / (R + r)
в) I = U / R г) R = ρ * (L / S)
Вопрос №12:
Закон Ома для полной цепи находится по формуле:
а) I = ع / (R+r) б) I= q / t
Вопрос №13:
Закон Джоуля – Ленса выражается формулой:
а) Q = c m ∆t б) Q = ﺡm
в) Q = I^2 R t г) Q= q m
Вопрос №14:
Работа тока вычисляется по.

Чтобы читать весь документ, зарегистрируйся.

Связанные рефераты

Электростатика и законы постоянного тока

. университет» Кафедра физики КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 3 по.

5 Стр. 24 Просмотры

Постоянный ток

. ВВЕДЕНИЕ Усилителями постоянного тока (УПТ).

22 Стр. 73 Просмотры

Постоянный ток

. ЭЛЕКТРОСТАТИКА. ПОСТОЯННЫЙ ТОК Задания по физике для.

41 Стр. 20 Просмотры

Постоянный ток

. CoolReferat.com ПОСТОЯННЫЙ ТОК Электрический ток.

9 Стр. 83 Просмотры

Расчет машины постоянного тока

. РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА №1 Расчет машины постоянного тока Вариант №3.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию