Buderus-trade.ru

Теплотехника Будерус
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Чем объясняется тепловое действие тока

Чем объясняется тепловое действие тока

Закон Джомуля — Лемнца — физический закон, дающий количественную оценку теплового действия электрического тока. Установлен в 1841 году Джеймсом Джоулем и независимо от него в 1842 году Эмилием Ленцем

Электрический ток нагревает проводник. Это явление нам хорошо известно. Объясняется оно тем, что свободные электроны в металлах, перемещаясь под действием электрического поля, взаимодействуют с ионами или атомами вещества проводника и передают им свою энергию. В результате работы электрического тока увеличивается скорость колебаний ионов и атомов и внутренняя энергия проводника увеличивается. Опыты показывают, что в неподвижных металлических проводниках вся работа тока идет на увеличение их внутренней энергии. Нагретый проводник отдает полученную энергию окружающим телам, но уже путем теплопередачи. Значит, количество теплоты, выделяемое проводником, по которому течет ток, равно работе тока. Мы знаем, что работу тока рассчитывают по формуле:

Обозначим количество теплоты буквой Q. Согласно сказанному выше Q = A, или Q = U*I*t. Пользуясь законом Ома, можно количество теплоты, выделяемое проводником с током, выразить через силу тока, сопротивление участка цепи и время. Зная, что U = IR, получим: Q = I*R*I*t, т. е. Q=I *R*t Количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени. К этому же выводу, но на основании опытов впервые пришли независимо друг от друга английский ученый Джоуль и русский ученый Ленц. Поэтому сформулированный выше вывод называется законом Джоуля – Ленца.

Рассмотрим устройство лампы накаливания. Нагреваемым элементом в ней является свернутая в спираль тонкая вольфрамовая нить 1. Вольфрам для изготовления нити выбран потому, что он тугоплавок и имеет достаточно большое удельное сопротивление. Спираль с помощью специальных держателей 2 укрепляется внутри стеклянного баллона, наполненного инертным газом, в присутствии которого вольфрам не окисляется. Баллон крепится к цоколю 3, к которому припаян один конец токоведущего провода в точке 4. Второй конец провода через изолирующую прокладку 5 припаян к нижнему контакту. Лампа ввертывается в патрон. Он представляет собой пластмассовый корпус А, в котором имеется металлическая гильза Б с резьбой; к ней присоединен один из проводов сети. Патрон контактирует с цоколем 3. Второй провод от сети присоединен к контакту В, который касается нижнего контакта лампы. Лампы накаливания удобны, просты и надежны, но экономически они невыгодны. Так, например, в лампе мощностью 100 Вт лишь небольшая часть электроэнергии (4 Вт) преобразуется в энергию видимого света, а остальная энергия преобразуется в невидимое инфракрасное излучение и в форме тепла передается окружающей среде.

Для оценки эффективности того или иного устройства в технике введена специальная величина – коэффициент полезного действия (КПД). Коэффициентом полезного действия называют отношение энергии, полезно преобразованной (работы или мощности), ко всей потребленной энергии, или затраченной (работе или мощности):

Часто КПД выражают в процентах (%). Вычислим КПД электрической лампы накаливания по данным, приведенным выше: h=4/100=0.04=4%;

Для сравнения укажем, что КПД лампы дневного света примерно 15%, а у натриевых ламп наружного освещения около 25%.

Существует большое число электрических нагревательных приборов, например электрические плиты, утюги, самовары, кипятильники, обогреватели, электрические одеяла, фены для сушки волос, в которых используется тепловое действие тока. Основным нагревательным элементом является спираль из материала с большим удельным сопротивлением. Она помещается в керамические изоляторы с хорошей теплопроводностью, которые изготовлены в виде своеобразных бус. В приборах, предназначенных для нагревания жидкостей, изолированная спираль помещается в трубки из нержавеющей стали. Ее выводы тоже тщательно изолируются от металлических частей приборов. Температура спирали при работе нагревательного прибора остается постоянной. Объясняется это тем, что очень быстро устанавливается баланс между потребляемой из сети электроэнергией и количеством теплоты, отдаваемым путём теплообмена окружающей среде. теплота сверхпроводимость постоянный ток

Очень эффективным преобразователем электрической энергии, дающим много тепла и света, является электрическая дуга. Ее широко используют для электрической сварки металлов, а также в качестве мощного источника света. Для наблюдения электрической дуги надо два угольных стержня с присоединенными к ним проводами закрепить в хорошо изолирующих держателях, а затем подключить стержни к источнику тока, дающему невысокое напряжение (от 20 до 36 В) и рассчитанному на большие силы тока (до 20 А). Последовательно стержням обязательно надо включить реостат. Ни в коем случае нельзя подключать угли в городскую сеть (220 или 127 В), так как это приведет к сгоранию проводов и к пожару. Коснувшись углями друг друга, можно заметить, что в месте соприкосновения они сильно раскалились. Если в этот момент угли раздвинуть, между ними возникает яркое слепящее пламя, имеющее форму дуги. Это пламя вредно для зрения. Пламя электрической дуги имеет высокую температуру, при которой плавятся самые тугоплавкие материалы, поэтому электрическая дуга используется в дуговых электрических печах для плавки металлов. Пламя дуги является очень ярким источником света, поэтому его часто используют в прожекторах, стационарных кинопроекторах и т. д.

Электрические цепи всегда рассчитаны на определенную силу тока. Если по той или иной причине сила тока в цепи становится больше допустимой, то провода могут значительно нагреться, а покрывающая их изоляция – воспламениться. Причиной значительного увеличения силы тока в сети может быть или одновременное включение мощных потребителей тока, например электрических плиток, или короткое замыкание. Коротким замыканием называют соединение концов участка цепи проводником, сопротивление которого очень мало по сравнению с сопротивлением участка цепи. Короткое замыкание может возникнуть, например, при ремонте проводки под током (рис. 86) или при случайном соприкосновении оголенных проводов. Сопротивление цепи при коротком замыкании незначительно, поэтому в цепи возникает большая сила тока, провода при этом могут сильно накалиться и стать причиной пожара. Чтобы избежать этого, в сеть включают предохранители. Назначение предохранителей – сразу отключить линию, если сила тока вдруг окажется больше допустимой нормы.

Читайте так же:
Тепловое действие тока закон джоуля ленца задачи

Рассмотрим устройство предохранителей, применяемых в квартирной проводке. Главная часть предохранителя, изображенного на рисунке проволока С из легкоплавкого металла (например, из свинца), проходящая внутри фарфоровой пробки П. Пробка имеет винтовую нарезку Р и центральный контакт К. Нарезка соединена с центральным контактом свинцовой проволокой. Пробку ввинчивают в патрон, находящийся внутри фарфоровой коробки Свинцовая проволока представляет, таким образом часть общей цепи. Толщина свинцовых проволок рассчитана так, что они выдерживают определенную силу тока, например 5, 10 А и т.д. Если сила тока превысит допустимое значение, то свинцовая проволока расплавится и цепь окажется разомкнутой. Предохранители с плавящимся проводником называют плавкими предохранителями.

Если в этой формуле силу тока брать в амперах, сопротивление в омах, а время в секундах, то получим количество выделенного тепла в джоулях. Из сравнения формул (29) и (34) следует, что количество выделенного тепла равно количеству электрической энергии, полученной данным проводником при прохождении по нему тока.

Допустимая сила и плотность тока. Превращение электрической энергии в тепловую нашло широкое применение в технике. Оно происходит, например, в различных производственных и бытовых электронагревательных приборах (электрических печах, электроплитах, электрических паяльниках и пр. ) , в электрических лампах накаливания, аппаратах для электрической сварки и пр. Однако во многих электрических устройствах, например в электрических машинах и аппаратах, электрических проводах и т. д. , превращение электрической энергии в тепло вредно, так как это тепло не только не используется, а наоборот, ухудшает работу этих машин и аппаратов, а в некоторых случаях может вызвать повреждения и аварии.
Каждый проводник в зависимости от условий, в которых он находится, может пропускать, не перегреваясь, ток силой, не превышающей некоторое допустимое значение. Для определения токовой нагрузки проводов часто пользуются понятием допустимой плотности тока J (сила тока I, приходящаяся на 1 мм2 площади s поперечного сечения проводника) :

Тепловое действие – ток

При изучении теплового действия тока было установлено, что в одних элементах электрической цепи, например некоторых приемниках, тепловой эффект тока используется полезно – по назначению, в то время как в других элементах цепи, например в соединительных проводах, выделяемое тепло бесполезно рассеивается. Следовательно, выделение тепла в проводах, приводящее к потерям энергии, должно быть сведено в электрических цепях и установках к минимуму рациональным выбором сопротивления соединительных проводов. [46]

Наряду с тепловым действием тока при значительной его величине на отдельные токоведущие элементы контактов могут действовать электродинамические силы, которые существенно влияют на ход тепловых процессов в контактах. [47]

Наряду с тепловым действием тока короткого замыкания в контактном соединении могут возникать значительные электродинамические силы, действующие на отдельные элементы соединения и направленные согласно или против действия сил контактных пружин. [48]

В технике связи тепловое действие тока используется в нитях накала электронных приборов, в термостатах и в плавких предохранителях. [49]

Ожоги происходят вследствие теплового действия тока и образования электрической дуги. Они могут быть поверхностными ( кожные) или глубокими, сопровождающимися поражением не только кожи, но и подкожной ткани, глубоко лежащих мышц, нервов и костей. При высокой частоте тока могут иметь место ожоги внутреннего характера, даже без заметного повреждения кожной поверхности. [50]

Ожоги происходят вследствие теплового действия тока и образования электрической дуги. При высокой частоте тока могут иметь место ожоги внутреннего характера, даже без заметного повреждения кожной поверхности. [51]

Широкое промышленное использование теплового действия тока , в том числе и электрической дуги, стало возможным в результате дальнейшего развития электротехники, после того как был сформулирован ряд основных законов об электрических и магнитных явлениях, созданы генераторы переменного тока и трансформаторы, осуществлена передача энергии на расстояние. [52]

Ожоги являются результатом теплового действия тока , электрической дуги или искры, а также воздействия расплавленного или раскаленного металла. Электрические знаки возникают при контакте участка тела человека с токоведущими частями и представляют собой огрубления желтоватого цвета с белой каймой и припухлостью кожи. [53]

Ожоги происходят вследствие теплового действия тока и образования электрической дуги. При высокой частоте тока могут иметь место ожоги внутреннего характера, даже без заметного повреждения кожной поверхности. [54]

Это объясняется влиянием теплового действия тока на упругие свойства спиральных противодействующих пружинок. Максимальное значение тока, пропускаемо. [56]

Рабочая температура поддерживается тепловым действием тока между 50 и 55; более высокая температура снижает напряжение, но понижает использование тока. Амальгама должна быстро удаляться из ванны в сосуд для разложения, иначе она делается тестообразной и непригодной к работе, при этом значительно возрастают потери тока. [57]

Опасность перегрузки объясняется тепловым действием тока , сущность и количественная сторона которого выражается законом Джоуля – Ленца. При прохождении по проводникам тока больше допустимого их температура может быть выше допустимой. При двухкратной и более перегрузке проводников со сгораемой изоляцией происходит ее воспламенение. При небольших перегрузках воспламенение изоляции не наблюдается, но происходит быстрое ее старение. Срок службы изоляции проводников резко сокращается. Так, например, перегрузка проводов с изоляцией класса А на 25 % сокращает срок службы их примерно до 3 – 5 месяцев ( вместо 20 лет), а перегрузка на 50 % приводит в негодность провода в течение нескольких часов. Таким образом, перегрузка проводников опасна как большая, так и малая. [58]

Читайте так же:
Приборы измерения теплового действия тока

Действие электрического тока на человека

Электрический ток, проходя через тело человека, оказывает тепловое, химическое и биологическое воздействия.

Тепловое действие проявляется в виде ожогов участков кожи тела, перегрева различных органов, а также возникающих в результате перегрева разрывов кровеносных сосудов и нервных волокон.

Химическое действие ведет к электролизу крови и других содержащихся в организме растворов, что приводит к изменению их физико-химических составов, а значит, и к нарушению нормального функционирования организма.

Биологическое действие электрического тока проявляется в опасном возбуждении живых клеток и тканей организма. В результате такого возбуждения они могут погибнуть.

Различают два основных вида поражения человека электрическим током: электрический удар и электрические травмы.

Электрическим ударом называется такое действие тока на организм человека, в результате которого мышцы тела начинают судорожно сокращаться. При этом в зависимости от величины тока и времени его действия человек может находиться в сознании или без сознания, но при нормальной работе сердца и дыхания. В более тяжелых случаях потеря сознания сопровождается нарушением работы сердечнососудистой системы, что ведет даже к смертельному исходу. В результате электрического удара возможен паралич важнейших органов (сердца, мозга и пр.).

Электрической травмой называют такое действие тока на организм, при котором повреждаются ткани организма: кожа, мышцы, кости, связки. Особую опасность представляют электрические травмы в виде ожогов. Такой ожог появляется в месте контакта тела человека с токоведущей частью электроустановки или электрической дугой. Бывают также такие травмы, как металлизация кожи, различные механические повреждения, возникающие в результате резких непроизвольных движений человека. В результате тяжелых форм электрического удара человек может оказаться в состоянии клинической смерти: у него прекращается дыхание и кровообращение. При отсутствии медицинской помощи клиническая смерть (мнимая) может перейти в смерть биологическую. В ряде случаев, однако, при правильной медицинской помощи (искусственном дыхании и массаже сердца) можно добиться оживления мнимоумершего.

Непосредственными причинами смерти человека, пораженного электрическим током, является прекращение работы сердца, остановка дыхания вследствие паралича мышц грудной клетки и так называемый электрический шок.

Прекращение работы сердца возможно в результате непосредственного действия электрического тока на сердечную мышцу или рефлекторно из-за паралича нервной системы. При этом может наблюдаться полная остановка работы сердца или так называемая фибрилляция, при которой волокна сердечной мышцы приходят в состояние быстрых хаотических сокращений.

Остановка дыхания (вследствие паралича мышц грудной клетки) может быть результатом или непосредственного прохождения электрического тока через область грудной клетки, или вызвана рефлекторно вследствие паралича нервной системы.

Электрический шок представляет собой нервную реакцию организма на возбуждение электрическим током, которая проявляется в нарушении нормального дыхания, кровообращения и обмена веществ. При длительном шоковом состоянии может наступить смерть.

Если оказана необходимая врачебная помощь, то шоковое состояние может быть снято без дальнейших последствий для человека.

Из вышесказанного становится понятно, что на тяжесть поражения человека электрическим током влияет много факторов. Наиболее неблагоприятный исход поражения будет в случаях, когда прикосновение к токоведущим частям произошло влажными руками в сыром или жарком помещении.

Поражение человека электрическим током в результате электрического удара может быть различным по тяжести, т. к. на степень поражения влияет ряд факторов: величина тока, продолжительность его прохождения через тело, частота, путь, проходимый током в теле человека, а также индивидуальные свойства пострадавшего (состояние здоровья, возраст и др.). Основным фактором, влияющим на исход поражения, является величина тока, которая, согласно закону Ома, зависит от величины приложенного напряжения и сопротивления тела человека. Большую роль играет величина напряжения, т. к. при напряжениях около 100 В и выше наступает пробой верхнего рогового слоя кожи, вследствие чего и электрическое сопротивление человека резко уменьшается, а ток возрастает.

Обычно человек начинает ощущать раздражающее действие переменного тока промышленной частоты при величине тока 1-1,5 мА и постоянного тока 5-7 мА. Эти токи называются пороговыми ощутимыми токами. Они не представляют серьезной опасности, и при таком токе человек может самостоятельно освободиться от воздействия.

При переменных токах 5-10 мА раздражающее действие тока становится более сильным, появляется боль в мышцах, сопровождаемая судорожным их сокращением. При токах 10-15 мА боль становится трудно переносимой, а судороги мышц рук или ног становятся такими сильными, что человек не в состоянии самостоятельно освободиться от действия тока.

Основным фактором, определяющим величину сопротивления тела человека (принято считать 1000 Ом), является кожа, ее роговой верхний слой, в котором нет кровеносных сосудов. Этот слой обладает очень большим удельным сопротивлением, и его можно рассматривать как диэлектрик. Внутренние слои кожи, имеющие кровеносные сосуды, железы и нервные окончания, обладают сравнительно небольшим удельным сопротивлением.

Внутреннее сопротивление тела человека является величиной переменной, зависящей от состояния кожи (толщины, влажности) и окружающей среды (влажности, температуры и т. д.).

Читайте так же:
Тепловое действие тока это формула

При повреждении рогового слоя кожи (ссадина, царапина и пр.) резко снижается величина электрического сопротивления тела человека и, следовательно, увеличивается проходящий через тело ток. При повышении напряжения, приложенного к телу человека, возможен пробой рогового слоя, отчего сопротивление тела резко понижается, а величина поражающего тока возрастает.

Переменные токи 10-15 мА и выше и постоянные токи 50-80 мА и выше называются неотпускающими токами, а наименьшая их величина 10-15 мА при напряжении промышленной частоты 50 Гц и 50-80 мА при постоянном напряжении источника называется пороговым неотпускающим током.

Переменный ток промышленной частоты величиной 25 мА и выше воздействует не только на мышцы рук и ног, но также и на мышцы грудной клетки, что может привести к параличу дыхания и вызвать смерть. Ток 50 мА при частоте 50 Гц вызывает быстрое нарушение работы органов дыхания, а ток около 100 мА и более при 50 Гц и 300 мА при постоянном напряжении за короткое время (1-2 с) поражает мышцу сердца и вызывает его фибрилляцию. Эти токи называются фибрилляционными. При фибрилляции сердца прекращается его работа как насоса по перекачиванию крови. Поэтому вследствие недостатка в организме кислорода происходит остановка дыхания, т. е. наступает клиническая (мнимая) смерть. Токи более 5 А вызывают паралич сердца и дыхания, минуя стадию фибрилляции сердца. Чем больше время протекания тока через тело человека, тем тяжелее его результаты и больше вероятность летального исхода.

Большое значение в исходе поражения имеет путь тока. Поражение будет более тяжелым, если на пути тока оказывается сердце, грудная клетка, головной и спинной мозг.

Путь тока имеет еще то значение, что при различных случаях прикосновения будет различной величина сопротивления тела человека, а следовательно, и величина протекающего через него тока.

Наиболее опасными путями прохождения тока через человека являются: «рука — ноги», «рука — рука». Менее опасным считается путь тока «нога — нога».

Как показывает статистика, наибольшее число несчастных случаев происходит вследствие случайного прикосновения или приближения к голым, незащищенным частям электроустановок, находящихся под напряжением. Для защиты от поражения током голые провода, шины и другие токоведущие части либо располагают в недоступных местах, либо защищают ограждениями. В некоторых случаях для защиты от прикосновения применяют крышки, короба и т. п.

Поражение током может возникнуть при прикосновении к нетоковедущим частям электроустановки, которые оказываются под напряжением при пробое изоляции. В этом случае потенциал нетоковедущей части оказывается равным потенциалу той точки электрической цепи, в которой произошло нарушение изоляции.

Опасность поражения усугубляется тем, что прикосновение к нетоковедущим частям в условиях эксплуатации является нормальной рабочей операцией, поэтому поражение всегда является неожиданным.

Влияние на уровень электробезопасности режима нейтрали трехфазных электрических сетей

Место соединения концов фаз источника питания (генератора или трансформатора) называется нейтралью (точка 0).

  1. заземленная нейтраль,
  2. изолированная нейтраль,
  3. компенсированная нейтраль.

Заземленная нейтраль

Ток однофазного короткого замыкания в сети с заземленной нейтралью достаточно велик и сопровождается возникновением дуги, что делает невозможным использование таких сетей в угольных шахтах и помещениях, опасных в отношении взрыва и пожара. Поэтому сети с заземленной нейтралью могут использоваться в помещениях, не опасных в отношении взрыва и пожара. Защита от короткого замыкания осуществляется плавкими вставками или реле максимальной токовой защиты, что удешевляет эксплуатационные расходы. Напряжение поврежденной фазы при однофазном замыкании падает до 0, напряжения неповрежденных фаз меняются незначительно, поэтому нет повышенных требований к изоляции.

На промышленных предприятиях используется наиболее распространенная система 220/380 В с заземленной нейтралью. В случае прикосновения к фазному проводу через тело человека будет протекать ток
что очень опасно.

Прикосновение тела человека к фазному проводу в сети с заземленной нейтралью всегда опасно.

Изолированная нейтраль

При однофазном замыкании на землю в сети с изолированной нейтралью ток короткого замыкания определяется сопротивлением изоляции, которое, в свою очередь, определяется активным и емкостным сопротивлением. При хорошем состоянии изоляции и небольшой длине кабелей (емкость кабеля невелика) сопротивление изоляции достаточно велико, ток однофазного замыкания небольшой — возможно возникновение искрения при отсутствии дугового разряда, что делает возможным применение таких сетей во взрывоопасных и пожароопасных помещениях.

Прикосновение к фазному проводу в сети с изолированной нейтралью может быть безопасным при хорошем состоянии изоляции, так как ток через тело человека определяется сопротивлением изоляции.

Ток с одной из фаз проходит через тело человека, через сопротивление изоляции на другие фазы. В сети 220/380 В при сопротивлении изоляции 60 кОм ток через человека:

что безопасно.

При большой длине кабельных линий суммарная емкость сети увеличивается, сопротивление изоляции снижается, прикосновение человека к фазному проводу может стать опасным. Кроме того, в случае пробоя изоляции одной из фаз и прикосновения к другой фазе на тело человека воздействует линейное напряжение и в токовой цепи отсутствует сопротивление изоляции, что гораздо опаснее. Поэтому необходим непрерывный контроль изоляции и немедленное отключение участка сети при пробое одной из фаз или опасном снижении сопротивления.

Компенсированная нейтраль

Нейтральная точка соединяется с землей через индуктивное сопротивление XL, примерно равное емкостному сопротивлению изоляции Хс, что приводит к образованию «электрической пробки», при которой емкостная проводимость сравнивается с проводимостью индуктивной.

Читайте так же:
Ток потребления теплового извещателя

Поскольку они соединены параллельно, суммарная проводимость становится равной примерно 0, а это соответствует бесконечно большому сопротивлению. Величина тока, протекающего через тело человека при прикосновении его к фазному проводу в сети с компенсированной нейтралью, существенно уменьшается.

Презентация на тему: Тепловое действие тока

№ слайда 1 Презентация на тему: Выполнила работу: Хамедова Хасиба 10 класса «А» Тепловое де

Презентация на тему: Выполнила работу: Хамедова Хасиба 10 класса «А» Тепловое действие тока

№ слайда 2 Электрический ток. Электрический ток нагревает проводник. Объясняется оно тем, ч

Электрический ток. Электрический ток нагревает проводник. Объясняется оно тем, что свободные электроны в металлах, перемещаясь под действием электрического поля, взаимодействуют с ионами или атомами вещества проводника и передают им свою энергию. В результате работы электрического тока увеличивается скорость колебаний ионов и атомов и внутренняя энергия проводника увеличивается. Опыты показывают, что в неподвижных металлических проводниках вся работа тока идет на увеличение их внутренней энергии. Нагретый проводник отдает полученную энергию окружающим телам, но уже путем теплопередачи. Значит, количество теплоты, выделяемое проводником, по которому течет ток, равно работе тока. Мы знаем, что работу тока рассчитывают по формуле: А = U·I·t. Электрический ток в проводнике

№ слайда 3 Закон Ома. Обозначим количество теплоты буквой Q. Согласно сказанному выше Q = A

Закон Ома. Обозначим количество теплоты буквой Q. Согласно сказанному выше Q = A, или Q = U·I·t. Пользуясь законом Ома, можно количество теплоты, выделяемое проводником с током, выразить через силу тока, сопротивление участка цепи и время. Зная, что U = IR, получим: Q = I·R·I·t, т. е. Q=I ·R·t Количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени. К этому же выводу, но на основании опытов впервые пришли независимо друг от друга английский ученый Джоуль и русский ученый Ленц. Поэтому сформулированный выше вывод называется законом Джоуля — Ленца. Закон Ома для участка цепи

№ слайда 4 Задача на закон Ома для участка цепи.

Задача на закон Ома для участка цепи.

№ слайда 5
№ слайда 6
№ слайда 7
№ слайда 8 Устройство лампы накаливания. Рассмотрим устройство лампы накаливания. Нагреваем

Устройство лампы накаливания. Рассмотрим устройство лампы накаливания. Нагреваемым элементом в ней является свернутая в спираль тонкая вольфрамовая нить 1. Вольфрам для изготовления нити выбран потому, что он тугоплавок и имеет достаточно большое удельное сопротивление. Спираль с помощью специальных держателей 2 укрепляется внутри стеклянного баллона, наполненного инертным газом, в присутствии которого вольфрам не окисляется. Баллон крепится к цоколю 3, к которому припаян один конец токоведущего провода в точке 4. Второй конец провода через изолирующую прокладку 5 припаян к нижнему контакту. Лампа ввертывается в патрон. Он представляет собой пластмассовый корпус А, в котором имеется металлическая гильза Б с резьбой; к ней присоединен один из проводов сети. Патрон контактирует с цоколем 3. Второй провод от сети присоединен к контакту В, который касается нижнего контакта лампы. Лампы накаливания удобны, просты и надежны, но экономически они невыгодны. Так, например, в лампе мощностью 100 Вт лишь небольшая часть электроэнергии (4 Вт) преобразуется в энергию видимого света, а остальная энергия преобразуется в невидимое инфракрасное излучение и в форме тепла передается окружающей среде.

№ слайда 9 Коэффициент полезного действия (КПД). Для оценки эффективности того или иного ус

Коэффициент полезного действия (КПД). Для оценки эффективности того или иного устройства в технике введена специальная величина — коэффициент полезного действия (КПД). Коэффициентом полезного действия называют отношение энергии, полезно преобразованной (работы или мощности), ко всей потребленной энергии, или затраченной (работе или мощности):

№ слайда 10 Часто КПД выражают в процентах (%). Вычислим КПД электрической лампы накаливания

Часто КПД выражают в процентах (%). Вычислим КПД электрической лампы накаливания по данным, приведенным выше: h=4/100=0.04=4%; Для сравнения укажем, что КПД лампы дневного света примерно 15%, а у натриевых ламп наружного освещения около 25%. Схема питания лампы дневного света

№ слайда 11 Существует большое число электрических нагревательных приборов, например электри

Существует большое число электрических нагревательных приборов, например электрические плиты, утюги, самовары, кипятильники, обогреватели, электрические одеяла, фены для сушки волос, в которых используется тепловое действие тока. Основным нагревательным элементом является спираль из материала с большим удельным сопротивлением. Она помещается в керамические изоляторы с хорошей теплопроводностью, которые изготовлены в виде своеобразных бус. В приборах, предназначенных для нагревания жидкостей, изолированная спираль помещается в трубки из нержавеющей стали. Ее выводы тоже тщательно изолируются от металлических частей приборов. Температура спирали при работе нагревательного прибора остается постоянной. Объясняется это тем, что очень быстро устанавливается баланс между потребляемой из сети электроэнергией и количеством теплоты, отдаваемым путём теплообмена окружающей среде.

№ слайда 12 Электрическая дуга. Очень эффективным преобразователем электрической энергии, да

Электрическая дуга. Очень эффективным преобразователем электрической энергии, дающим много тепла и света, является электрическая дуга. Ее широко используют для электрической сварки металлов, а также в качестве мощного источника света. Для наблюдения электрической дуги надо два угольных стержня с присоединенными к ним проводами закрепить в хорошо изолирующих держателях, а затем подключить стержни к источнику тока, дающему невысокое напряжение (от 20 до 36 В) и рассчитанному на большие силы тока (до 20 А). Последовательно стержням обязательно надо включить реостат. Ни в коем случае нельзя подключать угли в городскую сеть (220 или 127 В), так как это приведет к сгоранию проводов и к пожару. Коснувшись углями друг друга, можно заметить, что в месте соприкосновения они сильно раскалились. Если в этот момент угли раздвинуть, между ними возникает яркое слепящее пламя, имеющее форму дуги. Это пламя вредно для зрения. Пламя электрической дуги имеет высокую температуру, при которой плавятся самые тугоплавкие материалы, поэтому электрическая дуга используется в дуговых электрических печах для плавки металлов. Пламя дуги является очень ярким источником света, поэтому его часто используют в прожекторах, стационарных кинопроекторах и т. д.

Читайте так же:
Как найти количество теплоты выделяемое проводником с током

№ слайда 13 Электрические цепи. Электрические цепи всегда рассчитаны на определенную силу то

Электрические цепи. Электрические цепи всегда рассчитаны на определенную силу тока. Если по той или иной причине сила тока в цепи становится больше допустимой, то провода могут значительно нагреться, а покрывающая их изоляция — воспламениться. Причиной значительного увеличения силы тока в сети может быть или одновременное включение мощных потребителей тока, например электрических плиток, или короткое замыкание. Коротким замыканием называют соединение концов участка цепи проводником, сопротивление которого очень мало по сравнению с сопротивлением участка цепи. Короткое замыкание может возникнуть, например, при ремонте проводки под током или при случайном соприкосновении оголенных проводов. Сопротивление цепи при коротком замыкании незначительно, поэтому в цепи возникает большая сила тока, провода при этом могут сильно накалиться и стать причиной пожара. Чтобы избежать этого, в сеть включают предохранители. Назначение предохранителей — сразу отключить линию, если сила тока вдруг окажется больше допустимой нормы.

№ слайда 14 Рассмотрим устройство предохранителей, применяемых в квартирной проводке. Главна

Рассмотрим устройство предохранителей, применяемых в квартирной проводке. Главная часть предохранителя, изображенного на рисунке проволока С из легкоплавкого металла (например, из свинца), проходящая внутри фарфоровой пробки П. Пробка имеет винтовую нарезку Р и центральный контакт К. Нарезка соединена с центральным контактом свинцовой проволокой. Пробку ввинчивают в патрон, находящийся внутри фарфоровой коробки Свинцовая проволока представляет, таким образом часть общей цепи. Толщина свинцовых проволок рассчитана так, что они выдерживают определенную силу тока, например 5, 10 А и т.д. Если сила тока превысит допустимое значение, то свинцовая проволока расплавится и цепь окажется разомкнутой. Предохранители с плавящимся проводником называют плавкими предохранителями.

№ слайда 15 Вопросы. Какие изменения вызывает ток в теле человека? Ответ. Почему во время гр

Вопросы. Какие изменения вызывает ток в теле человека? Ответ. Почему во время грозы стоять в толпе? Ответ. Почему птицы слетают с провода высокого напряжения, когда включают ток? Ответ.

№ слайда 16 Ток, проходя через тело человека, воздействует на центральную и периферическую н

Ток, проходя через тело человека, воздействует на центральную и периферическую нервные системы, вызывая нарушение работы сердце и дыхания.

№ слайда 17 Во время грозы опасно стоять в толпе потому, что пары выделяющиеся при дыхании л

Во время грозы опасно стоять в толпе потому, что пары выделяющиеся при дыхании людей увеличивают электропроводность воздуха.

№ слайда 18 При включении высокого напряжения на перьях птицы возникает статический заряд, и

При включении высокого напряжения на перьях птицы возникает статический заряд, из-за наличия которого перья птицы расходятся кисти бумажного султана, соединенного с электростатической

Тепловое действие электрического тока – закон Джоуля-Ленца

Одним из явлений, происходящих при прохождении электрического тока по проводнику, является выделение энергии в виде тепла. Рассмотрим тепловое действие электрического тока более подробно.

Тепловое действие электрического тока – закон Джоуля-Ленца

Тепловое действие электрического тока

Еще в девятнадцатом веке опыты по изучению проводимости свидетельствовали, что ток, проходящий по нагрузке, нагревает ее. Исследования показали, что нагревается не только нагрузка, но и проводники.

Тепловое действие электрического тока – закон Джоуля-Ленца

Рис. 1. Тепловое действие электрического тока.

Данный факт легко объясним, если вспомнить, что электрический ток – это перемещение зарядов в веществе нагрузки. При движении заряды взаимодействуют с ионами кристаллической решетки, и отдают им часть энергии, которая и переходит в тепло.

Закон Джоуля-Ленца

Поскольку разность потенциалов (напряжение) на нагрузке равна работе, которую совершит единичный заряд, двигаясь по нагрузке, то для вычисления работы тока, необходимо напряжение умножить на заряд, прошедший через нагрузку. Заряд же равен произведению тока, проходящего по нагрузке, на время прохождения. Таким образом:

Детальным изучением теплового действия электрического тока в середине XIXв занимались независимо Д.Джоуль (Великобритания) и Э.Ленц (Россия).

Тепловое действие электрического тока – закон Джоуля-Ленца

Рис. 2. Джоуль и Ленц.

Было выяснено, что если нагрузка неподвижна, то вся работа электрического тока в этой нагрузке перейдет в тепло:

Как правило, напряжение на элементах электрической цепи различно, а ток в ней общий. Поэтому для определения теплового действия удобнее выразить напряжение через ток, учитывая сопротивление:

То есть, количество тепла, образующееся в нагрузке, равно произведению значения тока в квадрате, сопротивления и времени. Этот вывод носит название Закона Джоуля-Ленца.

Иногда ток нагрузки неизвестен, но известно ее сопротивление и подводимое напряжение. В этом случае удобнее выразить ток через известные величины:

и, подставив в формулу выше, получаем:

Из данной формулы можно видеть интересный факт – если в нагревательной плите сгорит часть спирали, и мы просто исключим сгоревшие места, то сопротивление спирали уменьшится, а поскольку напряжение сети останется прежним, то тепло, выделяемое плитой, возрастет. Мощность плитки увеличится.

Использование теплового действия электричества

Тепловое действие электрического тока находит широкое применение, в первую очередь, в нагревательных приборах.

Еще одним важным направлением использования теплового действия являются плавкие предохранители. Если необходимо отключить электрическую цепь при превышение допустимого тока, то в цепь можно включить плавкий предохранитель.

Тепловое действие электрического тока – закон Джоуля-Ленца

Рис. 3. Устройство плавкого предохранителя.

Это небольшая колба из негорючего материала, внутри которой проходит плавкая проволочка или лента, сопротивление которой рассчитано так, чтобы при превышении предельного тока она расплавилась, тем самым разорвав электрическую цепь.

Что мы узнали?

Вся работа тока в неподвижной нагрузке превращается в тепло. Тепловое действие электрического тока по закону Джоуля Ленца пропорционально квадрату тока, сопротивлению и времени. Данное явление широко применяется в плавких предохранителях и нагревательных приборах.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector