Теплота выделяется в проводнике только при прохождении тока проводимости

Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля-Ленца.

Представлена презетация урока, разработка урока, критерии самооценки деятельности учащихся, раздаточный материал для урока. Разработка урока представлена в соответствии с требованиями ФГОС ООО и психологическими особенностями учащихся 8 класса.Новые знания на уроке строятся на основе теоретических, практических результатов освония основной образовательной программы по физике 8 класса.Раздаточный материал включает мини лабораторную работу, которая рассчитана на 10-12 минут выполнения. После выполнения работы учащимся необходимо представить свои результаты одноклассникам, произвести анализ и обобщение полученных данных. Практическое задание позволяет получить более качественный результат усвоения темы «Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля-Ленца». На уроке планируется выполнить самооценку, взаимопроверку, рефлексию и подвести итого урока.

Просмотр содержимого документа
«8 класс_ Закон Джоуля-Ленца»

Тема урока: закон Джоуля — Ленца.

Цель урока: сформировать знания о законе Джоуля — Ленца.

Метапредметные результаты: применяет алгоритм познавательного действия «подведение объекта под понятие».

Личностные результаты: готовность и способность вести диалог с другими детьми при формулировке алгоритма «подведения объекта под понятие».

Предметные результаты: сформированы знания о величине «давление».

1) Формулирование темы и цели урока::

— формулирование проблемы и темы урока на основе представленного оборудования;

Продолжаем изучать электрические явления, и предлагаю вам рассмотреть различные электрические приборы и найти лишний.

— возникают сложности с выделение основания для выбора (электронагревательный прибор);

— на столе горит лампа;

— «почему процесс горения лампы с точки зрения физики возможен?»;

— «если оставить светиться лампу на некоторый промежуток времени, а затем после отключения ключа, потрогав лампу руками , что мы обнаружим?»;

— лампа нагрелась; какое действие тока мы наблюдаем? (тепловое);

— тепловое действие тока широко применяется в быту и промышленности, в каких из представленных приборов применяется тепловое действие тока?

-какова причина нагревание части представленных приборов? (прохождение электрического тока);

— сформулируйте тему нашего урока «Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля-Ленца.»

1) объяснить явление нагревания проводников электрическим током;

2) установить зависимость выделяющейся при этом тепловой энергии от параметров электрической цепи;

3) сформулировать закон Джоуля — Ленца;

Для начала вспомним:

2) Актуализация знаний. Фронтальный опрос.

Что называют электрическим током? (Упорядоченное движение заряженных частиц)

Что представляет собой электрический ток в металлах? (Электрический ток в металлах представляет собой упорядоченное движение свободных электронов)

3) Изучение нового материала:

— почему же проводник нагревается? (рассмотреть на модели проводника с движущимися электронами);

Провод — это кристалл из ионов, поэтому электронам приходится «течь» между ионами, постоянно наталкиваясь на них. При этом часть кинетической энергии электроны передают ионам, заставляя их колебаться сильнее. Кинетическая энергия ионов увеличивается, следовательно увеличивается внутренняя энергия проводника, и следовательно его температура.

А это и значит что, проводник нагревается.

— на основе закона сохранения энергии A = Q ;

— Как рассчитать работу поля по перемещению заряда в проводнике?

А = IUt

Какие параметры электрической цепи могут повлиять на количество теплоты выделенной в проводнике при прохождении тока по проводнику? Как могут повлиять?

Эксперимент по группам

Выявляет ли сила тока на количество теплоты, выделенной в проводнике при прохождении электрического тока.

Условие эксперимента: сопротивление сохраняется , но изменяется сила тока.

Выявить зависимость количество теплоты, выделенной в проводнике в зависимости от сопротивления проводника.

Условие эксперимента: Сила тока сохраняется, но изменяется сопротивление проводника.

— публикация результатов исследований;

Количество теплоты, которое выделяется при протекании электрического тока по проводнику, зависит от силы тока в этом проводнике и от его электрического сопротивления.

Закон определяющий тепловое действие тока. Закон Джоуля-Ленца.

Джеймс Прескотт Джоуль (1818-1889 гг.) — английский физик.

Обосновал на опытах закон сохранения энергии.

Установил закон определяющий тепловое действие

электрического тока. Вычислил скорость движения молекул газа и установил её зависимость от температуры.

Ленц Эмилий Христианович (1804 – 1865) — русский физик.

Один из основоположников электротехники. С его именем связано открытие закона определяющего тепловые действия тока, и закона, определяющего направление индукционного тока.

— Вывод закона Джоуля – Ленца

А = IUt

Q = IUt , U = IR — закон Ома , Q = I*I*R*t, Q = I²Rt

где Q – выделившееся количество теплоты в Джоулях,

R – сопротивление в Омах,

I – сила тока в Амперах,

t – время в секундах.

4) Первичное закрепление знаний:

Решим задачу

Определить количество теплоты, выделяемое проводником, сопротивление которого 35 Ом, в течении 5 минут. Сила тока в проводнике 5 А.

R =35 Ом

t =5 мин

I =5 А

Q = I 2 Rt

Q = (5 A ) 2 . 35 Ом . 300 с = 262500Дж =

Ответ: Q =262,5 кДж

сегодня я узнал.

было интересно узнать, что…

— для каких явлений применяется закон Джоуля-Ленца?

-от каких параметров электрической цепи зависит количество теплоты выделяемой в проводнике.

Д/З § 53 прочитать, ответить на вопросы, выучить формулы и закон Джоуля-Ленца. Упражнение 27 (№1, №2 – устно)

Просмотр содержимого документа
«Раздаточный материал»

Задание для группы №1

1Цель эксперимента: выявить, влияет ли сила тока на количество теплоты, выделенной в проводнике при прохождении электрического тока.

Условие эксперимента: сопротивление сохраняется , но изменяется сила тока.

2 Собрать по схеме электрическую цепь

3 С помощью приборов (амперметра и вольтметра ) определить силу тока и напряжение, рассчитать количество теплоты по формуле

Q = A . A = I * U * t . t = 10 c

4 С помощью реостата изменить силу тока и выполнить пункт задания №3 с новыми данными.

Газета ЗАО МПО «Электромонтаж»

Газета «МПО ЭЛЕКТРОМОНТАЖ» июль 2012

В номере

Акцент

• МПО Электромонтаж на выставке Электро–2012

Новинки ассортимента

• Пластиковые боксы Pragma от Schneider Electric
• Автоматы 5SL6 Siemens

Актуальная покупка

• Маленькие перспективы солнечной энергетики
• Водоснабжение загородного дома

Да будет свет

• Down ligh и точки от Arte lamp

Умный дом

• Секреты управления лампочками по радио

Измерения

• Проверьте ваши УЗО!
• Продолжаем смотреть сквозь стены

Инструмент

• Сварочные инверторы

Техника без опасности

• Огнеупорные краски

Кабельное хозяйство

• Провод термостойкий ПРКС

Коротко

• «Активный дом» активно проработал полгода

Прошлое больших открытий

• Термоэлектричество

Хобби-класс

• В жизни надо всё время двигаться

Архив газеты по годам

Все статьи по рубрикам газеты

Термоэлектричество

Первые же опыты с электрическим током — с начала XIX века — привели к открытию его химических, тепловых, световых и магнитных воздействий. Они широко известны и используются нами повседневно (самые простые примеры: аккумулятор, ТЭН, лампочка, звонок). Об этом немало написано технических и исторических статей, в том числе — в газете Электромонтаж, благодаря которым мы хорошо знаем имена А. Вольта, Л. Гальвани, В. Петрова, Х. Дэви, Г. Эрстеда, У. Томпсона (лорда Кельвина).

Странно, но мы читали гораздо меньше об обнаружении термоэлектрического эффекта — хотя имена фигурируют зачастую те же самые. Правда, мы слышали, что бывают три взаимосвязанных явления: термоэлектрический эффект Зеебека — прямого преобразования теплоты в электричество в разнородных проводниках, и электротермические эффекты Пельтье и Томсона прямого нагревания и охлаждения их спаев проходящим током.

Между тем, ещё в 1794 г. Алессандро Вольта, проводя опыты по «животному электричеству», задние лапки препарированной лягушки опускал в одну банку с водой, а шею — в другую, и опускал в эти банки проволоку с одним нагретым концом — мышцы лягушки конвульсировали, пока проволока не остывала — как будто от тока. Но тогда это явление не было объяснено.

Томас Иоганн Зеебек, немецкий врач, (он до 48 лет жил в статусе частного лица, а в 1818 г. был избран членом Академии наук в Берлине, сделал несколько открытий в оптике, акустике, учении о теплоте, изучал химическое действие света), в 1821 г. рассказал в Академии, что небольшой стержень висмута он припаял концами к медной спирали, на которой разместил магнитную стрелку. Если один спай нагревали, стрелка поворачивалась — как в опыте Г. Эрстеда 1920 г. вблизи проводника с током. Значит и в опытах Зеебека и Вольта действовал ток.

Это позволило сформулировать термоэлектрический эффект Зеебека: в замкнутой цепи, состоящей из разнородных проводников, возникает термо-ЭДС, если места контактов поддерживают при разных температурах, и исчезает при их уравнивании. Величина ЭДС зависит только от материала проводников и температур контактов, ток течёт от горячего конца к холодному. Такая цепь называется термоэлементом (термопарой).

Ганс-Христиан Эрстед, доктор философии и дипломированный фармацевт, в 1823 г. (уже почётный член многих академий, первооткрыватель электромагнетизма), из пластин сурьмы и висмута, спаянных на концах в форме шестиугольника, построил термоэлектрическую батарею.

Леопольде Нобили, капитан итальянской армии, в 1829 г. соединил биметаллические палочки не торцами, а плоскостями, и поместил в сосуд с камедью.

Маседонио Меллони, изучавший инфракрасное излучение, через год сделал модель призматической батареи. На основе которой и гальванометра своей конструкции Л. Нобили построил термомультипликатор, реагировавший на тепло человеческого тела на расстоянии 18–20 локтей.

Сам же Т. Зеебек впоследствии замерил термо-ЭДС множества металлов, сплавов, минералов и даже полупроводников, чем заложил основы для дальнейших работ в области термоэлектричества.

Электротермический эффект Пельтье как бы обратен» эффекту Зеебека — это когда при прохождении тока в месте спая двух разнородных проводников выделяется или поглощается тепло, величина которого зависит от контактирующих веществ, направления и силы тока. Это явление открыл в 1834 г. в ходе исследований проводимости сурьмы и висмута с целью выяснения, как изменяется температура вдоль однородного или разнородного проводника, по которому проходит ток, французский часовщик Жан Шарль Пельтье. Он измерял температуру в разных точках термоэлектрической цепи и обнаружил, что в местах спаев разных металлов она может не только резко повышаться, но и понижаться.

В 1838 г. наш Эмилий Христианович Ленц уточнил: если поместить каплю воды в углубление на биметаллическом стыке,— при пропускании тока в одном направлении она превратится в лёд, а в другом направлении — лёд растает. То есть, помимо тепла, выделяемого в соответствии с законом Джоуля-Ленца (который был открыт через три года), выделяется или поглощается и дополнительное тепло — тепло Пельтье.

В каких случаях получается нагревание, а в каких охлаждение, определили в 1838 г. профессор Берлинского университета, доктор философии и доктор медицины Иоганн-Христиан Поггендорф, и, независимо от него, в 1840 г.— Луиджи Пачинотти, отец изобретателя динамо-машины постоянного тока.

Эффект Пельтье более заметен у полупроводников. Используется в элементах Пельтье, которые применяются в маломощных охладителях, автомобильных холодильниках, цифровых фотокамерах, ПЦР-амплификаторах, где невозможно применение компрессора — и т.п. или наоборот, в качестве обогревателя (например, для бутылочек с детским питанием).

В 1854 Уильям Томсон (удостоенный за заслуги в математике и педагогике титула лорд Кельвин) подумал: интересно бы эффекты Зеебека и Пельтье получить одновременно. И стал нагревать металлический проводник в средней точке и одновременно пропускать по нему электрический ток. На концах проводника возникла разность температур: где ток направлен к месту нагрева, температура понижалась, а где от точки нагрева,— повышалась. То есть, дополнительно к Джоуле-Ленцевой теплоте выделяется или поглощается теплота Томсона, пропорциональная силе и направлению тока, времени и перепаду температур.

Если термоэлектрическую батарею состыковать с долговременным источником теплоты, (например небольшим количеством радиоактивного вещества), получится генератор с КПД преобразования тепловой энергии в электрическую 16–17% (для паротурбинных электростанций он 20–40%). И применять там, где от источника питания требуются долговечность, малые размеры, отсутствие движущихся механических деталей и пониженная чувствительность к условиям окружающей среды — в удаленных точках на Земле (например, в Арктике) и на межпланетных станциях.

Закон Джоуля – Ленца

Если проводник, в котором течет постоянный ток, и он при этом остается неподвижным, то работа сторонних сил расходуется на его нагревание.

Электрическая энергия, полученная от источника тока, в металлических проводниках превращается в энергию хаотического движения атомов, то есть в теплоту. Опыты полностью подтверждают данную теорию – при протекании тока по любому проводнику происходит выделение теплоты, равной работе, совершаемой электрическими силами по переносу заряда вдоль проводника.

Представим, что на концах участка проводника существует разность потенциалов φ₁ – φ₂ = U. Тогда на этом участке работа по переносу заряда равна:

По определению I = q/τ, откуда q = Iτ, где τ – время прохождения заряда, то есть:

Сила тока измеряется в амперах, напряжение в вольтах, время в секундах, а работа, соответственно, в джоулях: 1 Дж = 1 А·1 В·1 с.

Поскольку работа А идет на нагревание проводника, то вполне можно написать, что выделяющаяся в проводнике теплота Q равна работе А электрических сил:

Данная формула носит название закона Джоуля – Ленца. Это явление было открыто в 1841 году английским физиком Дж. Джоулем и независимо от него в 1842 году русским физиком Э. Х. Ленцем.

В системе СИ теплота и работа измеряются в джоулях.

Использовав закон Ома для участка цепи, запишем формулу (2) следующим образом:

Из формулы следует, что теплота, выделяемая в проводнике при прохождении электрического тока, зависит силы тока, времени его прохождения и сопротивления проводника.

Если измерять теплоту во внесистемных единицах – калориях, а остальные величины в единицах СИ, то в формулу (3) следует подставить коэффициент пропорциональности k = 0.24 кал/Дж, и тогда получим:

Энергия электрического тока может быть израсходована не только на нагревание проводников, но и испытывать самые разные превращения. Например, если во внешнюю цепь подключен электродвигатель, то часть электрической энергии преобразуется в механическую. Если во внешнюю цепь включены электролиты (проводники второго рода), то часть энергии превратится в химическую и так далее. Если во внешнюю цепь включены только металлические проводники, то энергия источника будет превращаться только в теплоту, а если проводники имеют высокую температуру, то будет расходоваться на излучение.

Давайте преобразуем закон Джоуля – Ленца в другой вид. Введем понятие плотность тепловой мощности ω – величину, равную энергии, выделенной за время τ прохождения тока в каждой единице объема проводника:

Где l – длина проводника, Q – теплота, а S – поперечное сечение проводника.

Приняв во внимание, что Q = I 2 Rτ, а R=ρl/S, получим:

Но I/S = j – это плотность тока, а ρ = l/γ, где γ – удельная проводимость, тогда:

Если учесть закон Ома в дифференциальной форме, то тогда:

Данное соотношение имеет название закон Джоуля – Ленца в дифференциальной форме. Из него делаем вывод, что плотность тепловой мощности равна произведению удельной проводимости проводника на квадрат напряженности Е электрического поля.

Формулы (3) можно применить для расчета мощности N тока, равной работе электрических сил за единицу времени:

В системе СИ мощность тока измеряется в ваттах: 1 Ватт = 1 А· 1 В.

Нагревание проводника током в одних случаях является нежелательным явлением и с ним активно борются, а в других наоборот – полезным явлением. К нежелательным тепловым явлениям относят явлениям потери электрической энергии в линиях электропередач, разрушение изоляции проводов и кабелей из-за перегрева. Также во многих случаях теплота, выделяемая электрическим током при прохождении через проводник успешно используется технике (бытовые электронагревательные приборы, электропечи в промышленности).

Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля-Ленца

Цели урока:

• Способствовать формированию у учащихся представления о тепловом действии электрического тока и его причинах.
• Вывести закона Джоуля-Ленца.
• Содействовать в понимании практической значимости данной темы.

• Развитие интеллектуальных умений учащихся (наблюдать, сравнивать, применять ранее усвоенные знания в новой ситуации, размышлять, анализировать, делать выводы)

• формирование коммуникативных умений учащихся.
• содействовать формированию мировоззренческой идеи познаваемости явлений и свойств окружающего мира;

Оборудование: компьютер, проектор, экран, презентация к уроку, источник тока, амперметр, вольтметр, низковольтная лампа на подставке, ключ, соединительные провода, три провода из разного металла, настольная лампа.

Тип урока: Изучение нового материала.

Ход урока

І. Организационный момент

– Здравствуйте, ребята! Я рада вас сегодня видеть на нашем уроке! Посмотрите друг на друга. Улыбнитесь, пошлите друг другу положительные эмоции и начнём урок!

Слайд 2

Науки все глубже постигнуть стремись,
Познанием вечного жаждой томись.
Лишь первых познаний блеснет тебе свет,
Узнаешь: предела для знания нет.

Учитель: Эти слова по праву можно отнести к разделу «Электрические явления». Было сделано немало открытий, осветивших нашу жизнь в прямом и переносном смысле. А сколько еще вокруг нас осталось не исследованным! Хочется надеяться, что сегодняшний урок разбудит у вас, восьмиклассников, жажду новых познаний и стремление использовать открытые эффекты и закономерности на практике.

У вас на столе лежат оценочные листки (приложение 1), куда вы будете вносить оценки за все ваши действия, а в конце выставите итоговую оценку за урок. Подпишите их пожалуйста.

II. Мотивация

Мы с вами на прошлом уроке познакомились с двумя новыми величинами электричества: это работа и мощность. Сегодня придём к новому названию одной из величин.

На данном этапе учитель предлагает учащимся самостоятельно сформулировать цель урока.

На столе стоит электрическая лампа, учитель включает её.

Учитель: Ребята попробуйте это объяснить с точки зрения физики. Почему лампочка горит? Почему это происходит?

Учащиеся: Основная часть лампы – спираль из тонкой вольфрамовой проволоки, она нагревается до 3000 °С, при такой температуре достигает белого накала и светится ярким светом и даёт тепло.

Какое действие тока мы здесь с вами наблюдаем?

Разомкнув ключ потрогать лампочку.

Что произошло с лампочкой? (Нагрелась)

Какое действие электрического тока вы наблюдаете?

Если лампочка долго горит, можно ли её выкрутить голыми руками? Почему?

(Световое и Тепловое)

Здесь мы наблюдаем тепловое действие электрического тока.

Учитель: Тепловое действие тока находит очень широкое применение в быту и промышленности. Как вы думаете, как в быту используется тепловое действие тока?

Учащиеся: Электронагревательные приборы: утюги, кипятильники, электрические чайники, нагреватели, электроплиты, фены и т.д.

Учитель: В промышленности также широко используют тепловое действие электрического тока в паяльниках, сварочных аппаратах.

На столе у меня стоят разные электрические приборы, которыми вы пользуетесь в повседневной жизни,

Что это за приборы? Для чего они нужны? Что ими делают?

Паяльник и утюг нельзя трогать рукой, можно обжечься, а феном мы сушим голову и не испытываем ожога. Почему?

Учитель: А теперь попытаемся сформулировать тему нашего урока. (Ребята рассуждают)

Слайд 2

Итак, мы имеем дело с тепловым действием тока, следовательно, тема сегодняшнего урока «Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля–Ленца». Записываем тему урока в тетрадь.

Каких целей мы должны сегодня достичь?

Слайд 3

Цели урока:

• объяснить явление нагревания проводников электрическим током;
• установить зависимость выделяющейся при этом тепловой энергии от параметров электрической цепи;
• сформулировать закон Джоуля – Ленца;
• формировать умение применять этот закон для решения физических задач.

ІІІ. Актуализация опорных знаний

Слайд 4

Вспомним изученный ранее материал:

• Что называют электрическим током? (Упорядоченное движение заряженных частиц)
• Что представляет собой электрический ток в металлах? (Электрический ток в металлах представляет собой упорядоченное движение свободных электронов)
• Какие действия тока вам известны? (Тепловое, электрическое, магнитное, химическое)
• Какие три величины связывают закон Ома? (I, U, R; сила тока, напряжение, сопротивление.).
• Как формулируется закон Ома? (Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению.)
• Чему равна работа электрического тока на участке цепи? (равна произведению напряжения на концах этого участка на силу тока и на время, в течение которого протекал ток А = U*I*t )
• Что такое мощность электрического тока? (физическая величина характеризующая быстроту совершения работы электрическим током)
• Что такое электрическое сопротивление? (физическая величина, характеризующая способность проводника препятствовать протеканию электрического тока в этом проводнике)
• От каких величин зависит сопротивление? (длины проводника, площади поперечного сечения, рода вещества) Рассмотреть как зависит сопротивление от длины проводника, площади поперечного сечения.
• При каком соединении все потребители находятся при одной и той же силе тока? (При последовательном соединении)
• Закон сохранения и превращения энергии. (Во всех явления, происходящих в природе, энергия не возникает ни откуда и не исчезает бесследно. Она только превращается из одного вида в другой, при этом ее значение сохраняется.)

Все, что стоит на столе – это потребители электрического тока.

Слайд 5

Потребители электрического тока

Какой прибор не вписывается в общий ряд? Уберите лишний.

Чем ты руководствовался, делая выбор?

Какое действие электрического тока проявляется в выбранных приборах? (Тепловое)

Во всех приборах есть нагревательный элемент. А у дрели щётки, они ни чего не нагревают.

IV. Изучение нового материала

Давайте потрем ладошки. Что мы совершаем, когда трём ладошками? (работу). Что мы чувствуем? (тепло). Почему они нагреваются?

Остановимся на тепловом действии электрического тока. Электрический ток нагревает проводник. Объясняется нагревание тем, что свободные электроны в металлах или ионы в растворах солей, щелочей, кислот, перемещаясь под действием электрического поля, взаимодействуют с ионами или атомами вещества проводника и передают им свою энергию. В неподвижных металлических проводниках вся работа тока идет на увеличение их внутренней энергии. Нагретый проводник отдает полученную энергию окружающим телам, но уже путем теплопередачи.

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

Слайд 6

Почему же проводники нагреваются?

Рассмотрим на примере движении одного электрона по проводнику.

Электрический ток в металлическом проводнике – это упорядоченное движение электронов.

Провод – это кристалл из ионов, поэтому электронам приходится «течь» между ионами, постоянно наталкиваясь на них. При этом часть кинетической энергии электроны передают ионам, заставляя их колебаться сильнее. Кинетическая энергия ионов увеличивается, следовательно увеличивается внутренняя энергия проводника, и следовательно его температура.

А это и значит что, проводник нагревается.

В неподвижных металлических проводниках вся работа электрического тока идёт на увеличение внутренней энергии.

Слайд 7

Переход работы тока в теплоту

• Электроны направленно движутся
• Сталкиваются с ионами
• Передают им часть энергии
• Ионы колеблются быстрее
• Увеличивается внутренняя энергия проводника
• Выделяется теплота
• По закону сохранения и превращения энергии A=Q

Слайд 8

Вывод закона Джоуля – Ленца

Q = IUt , U = IR – закон Ома, Q = I*I*R*t, Q = I²Rt

Q = IUt , I = U/R – закон Ома, Q = U*t*U/R

где Q – выделившееся количество теплоты в Джоулях, R – сопротивление в Омах, I – сила тока в Амперах, t – время в секундах.

Единица измерения работы в СИ: Джоуль.

Слайд 9

Исследование зависимости количества выделяемой теплоты от параметров цепи

От чего может зависеть выделяемая теплота в электрической цепи?

Гипотеза 1. Количество теплоты зависит от силы тока в цепи

Гипотеза 2. Количество теплоты зависит от сопротивления проводника

Соблюдайте технику безопасности!

Для дальнейшей работы нам нужно поделиться на три группы: две группы экспериментаторов и группа теоретиков.

Деление на группы.

Обращаемся к теме урока и формулируем проблему: Что же нам интересно узнать по теме урока?

Слайд 10

Задания для теоретиков

Группа теоретиков будет на примере решения задач получать зависимость выделяемой теплоты от силы тока в цепи и сопротивления.

При прохождении по спирали электрического чайника ток совершает работу. Вся работа идет на нагревание проводника.

• Какое количество теплоты выделяется электрическим чайником за 5 мин., если сопротивление спирали 200 Ом, а сила тока в цепи 3А?
• Какое количество теплоты выделяется электрическим чайником за 5 минут, если сопротивление спирали 100 Ом, а сила тока в цепи 3А?
• Какое количество теплоты выделяется электрическим чайником за 10 минут, если сопротивление спирали 200 Ом, а сила тока в цепи 3 А?

Задания для экспериментаторов

По каким признакам можем судить, где теплоты выделяется больше, а где меньше? На ощупь(?!), термометром(?), по накалу лампы.

Наша задача: исследовать зависимость количества выделяемой теплоты от параметров цепи.

От чего может зависеть выделяемая теплота в электрической цепи? Я готова выслушать ваши предположения, ребята.

А видна ли эта зависимость теоретически? Да, Q=A, A=IUt, Q =RI 2 t

Группы экспериментаторов могут приступать к выполнению своих исследований.

Не забывайте о соблюдении техники безопасности!

Карточки с заданием: электрическая цепь, состоящая из нескольких последовательно соединенных проводников различным сопротивлением (медная, стальная, никелиновая).

По формуле Q = I 2 Rt, если R = pL/S, сделать вывод как нагреваются проводники, если длина проводника L и площадь поперечного сечения S одинаковы.

1 группа: От силы тока в цепи.

Карточки с заданием: электрическая цепь состоящая из источника тока, лампы, ключа, реостата, амперметра, (соединительные провода).

Замкнули цепь и изменяли сопротивление, что наблюдаем?

Что произошло с силой тока?

Как накал лампы зависит от силы тока?

(Чем больше сила тока, тем ярче горит лампочка, а значит больше тепла она выделяет.)

Вывод: количество теплоты зависит от силы тока.

2 группа: От сопротивления цепи.

Карточки с заданием: электрическая цепь, состоящая из 3 последовательно соединенных проводников, одинаковой длины и площади поперечного сечения и различным сопротивлением (медная, стальная, никелиновая), источника тока, ключа, (соединительные провода).

(Были взяты 3 проводника одинаковой длины и площади поперечного сечения, но из разного вещества (медная, стальная, никелиновая). Все проводники соединены между собой последовательно. Следовательно, сила тока на всех участках цепи одинаковая. Но при включении в цепь все 3 проводника выделили разное количество теплоты.(При отключении цепи с помощью электронного термометра убедились, что температура проводников разная, Больше нагрелся проводник (никелиновый) с большим удельным сопротивлением, меньше всего нагрелся медный проводник, с меньшим удельным сопротивлением ). Медные провода поэтому используют для проводки, ещё алюминиевые, они дешевле.

Вывод: чем больше удельное сопротивление проводника, тем сильнее он нагревается.

Слайд 11

Вывод: количество теплоты зависит от того, из какого вещества изготовлен проводник, т. е. от удельного сопротивления проводника. Точнее – от электрического сопротивления проводника (R).

Вещество

Удельное сопротивление
Ом мм 2 /м