Buderus-trade.ru

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

Работа и мощность. Закон Джоуля – Ленца

Работа и мощность. Закон Джоуля – Ленца

Работа тока – это работа электрического поля по переносу электрических зарядов вдоль проводника. Работа тока на участке цепи равна произведению силы тока, напряжения и времени, в течение которого работа совершалась. Применяя формулу закона Ома для участка цепи, можно записать несколько вариантов формулы для расчета работы тока:

(A=Ucdot I cdot t = I^2Rcdot t = fracRcdot t) .

По закону сохранения энергии, работа равна изменению энергии участка цепи, поэтому выделяемая проводником энергия равна работе тока.

([A]=Bcdot Acdot c= ) Вт (cdot c = ) Дж

В системе СИ 1 кВт · ч (=3 600 000) Дж.

ЗАКОН ДЖОУЛЯ – ЛЕНЦА

При прохождении тока по проводнику проводник нагревается и происходит теплообмен с окружающей средой, т. е. проводник отдает теплоту окружающим его телам.

Количество теплоты, выделяемое проводником с током в окружающую среду, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени прохождения тока по проводнику:

(A=Q=Ucdot Icdot t = I^2R cdot t= frac Rcdot t) .

По закону сохранения энергии, количество теплоты, выделяемое проводником, численно равно работе, которую совершает протекающий по проводнику ток за это же время. Действительно, если рассмотрим однородный проводник, к концам которого приложено напряжение U, за время dt через сечение проводника переносится заряд dq = dt. Так как ток представляет собой перемещение заряда dq под действием электрического поля, то, по формуле, работа тока будет:

Если сопротивление проводника R, то, используя закон Ома (1), получим:

Из (1) и (2) следует, что мощность тока:

(P=frac

= UI = I^2R =frac< U^2>R (3)) .

Если ток проходит по неподвижному металлическому проводнику, то вся работа тока идет на его нагревание и, по закону сохранения энергии,

Таким образом, используя выражения (4), (1) и (2), получим:

Выражение (5) и представляет собой закон ДжоуляЛенца, экспериментально установленный независимо друг от друга Дж. Джоулем и Э.X. Ленцем.

МОЩНОСТЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА – это отношение работы тока за время (t) к этому интервалу времени.

В системе СИ: ([P] = B cdot A =) Вт.

Если силу тока в проводнике уменьшить в (2) раза, то количество теплоты, выделяемое проводником с током

При перемещении заряда (20cdot10^<-9>) Кл из точки с потенциалом (700) В в точку с потенциалом (200) В поле совершит работу

Для того чтобы расплавить за (1) мин (6) кг свинца, взятого при температуре плавления, мощность нагревателя должна быть ( (lambda=22,6) кДж/кг)

Напряжение на электрической лампе – (20) В, а сила тока в ней – (5) А. Работа тока за (2) с равна

При перемещении положительного заряда 20 нКл из точки с потенциалом (φ_1=) (+100 В) в точку с потенциалом (φ_2 = ) (–400 В) электрическое поле совершит работу

Выражение для вычисления работы электрического тока

Количество теплоты, выделяемое в единицу времени в рассматриваемом участке цепи, определяется по

Две электрические лампы имеют одинаковые мощности и рассчитаны на напряжения (U_1=5) В и (U_2=20) В. Определите отношение сопротивлений (frac) .

Что можно измерить электросчетчиком в квартире?

Вычислите работу тока в паяльнике за (15) минут, если он рассчитан на напряжение (130) В и силу тока (0,7) А.

Какова сила тока в лампе карманного фонарика, если ее мощность – (1) Вт, а напряжение на ней – (2,!5) В?

Сколько времени понадобится, чтобы вскипятить (0,5) литра воды, находящейся при температуре (20^ C) , если для ее кипячения используют кипятильник из нихромовой проволоки длиной (1) м и площадью поперечного сечения (0,02) мм (_2) ?

Читайте так же:
Тепловое реле защищает от токов короткого замыкания

Напряжение равно (110) В (Удельное сопротивление нихрома – (1,1) (cfrac< Омcdot мм^2><м>) ). Потерями теплоты в окружающую среду пренебречь.

Урок по физике 8 класс

Урок по физике 8 класс

Цель урока. Изучить закон Джоуля—Ленца, показать универсальность закона сохранения и пре- вращения энергии.

Демонстрация. Нагревание проводников из различ ных веществ электрическим током Содержание опроса. 1. Как объяснить, почему про водники обладают сопротивлением? 2. Как понимать выражение: «Внутренняя энергия проводника увеличилась»? 3. В каких единицах удобнее выражать работу тока на практике? 4. Преобразуйте работу тока из Вт•ч, гВт•ч, кВт•ч в Дж.

Содержание нового материала. Формула для расчета количества теплоты, выделяющегося в проводнике при протекании по нему электрического тока. Закон Джоуля—Ленца. Решение задач.

Закрепление материала. 1. Каков механизм тока в металлах? 2. Как объяснить нагревание проводников при прохождении по ним тока? 3. От чего зависит количество теплоты, выделяемое провод- ником с током?

Домашнее задание. § 53. Упражнение 37 (1—3).

Планируемые результаты обучения

Метапредметные : овладеть навыками самостоятельного приобретения знаний о нагревании проводника электрическим током, закон Джоуля—Ленца, постановки цели, планирования, самоконтроля и оценки результатов своей деятельности при нагревании проводников током, регулятивными универсальными учебными действиями при решении задач на закон Джоуля—Ленца, познавательными универсальными учебными действиями на примерах гипотез для объяснения нагревания проводников электрическим током, выделять основное содержание прочитанного текста, находить в нем ответы на поставленные вопросы, анализировать и излагать его, работать в группе.

Личностные : осознать необходимость самостоя тельного приобретения знаний о нагревании про- водников электрическим током, законе Джоуля— Ленца и практическую значимость изученного мате- риала, сформировать познавательный интерес, развивать интеллектуальные и творческие способ- ности, убежденность в познании природы, самостоятельность в приобретении новых знаний, уважительное отношение к творцам науки и техники, друг к другу, к учителю.

Общие предметные : понимать явление нагревания проводников электрическим током, проводить наблюдения, планировать и выполнять эксперимент по изучению нагревания проводников электрическим током, объяснять полученные результаты и делать выводы, применять знания на практике для объяснения принципа работы технических устройств и приборов, обнаруживать зависимость количества теплоты, выделяемое проводником, от силы тока, сопротивления и времени, кратко и четко отвечать на вопросы.

Частные предметные : понимать явление нагревания проводников электрическим током, смысл закона Джоуля—Ленца, измерять количество теп- лоты, выделяемое проводником с током, применять знания в повседневной жизни.

В начале урока проводим анализ лабораторной работы. Изложение нового материала начинаем с повторения процессов, происходящих в проводнике, в результате которых он нагревается. Просим учащихся вспомнить, что собой представляет ток в металлах. Даем немного времени, чтобы они смогли воспользоваться материалом учебника, записями в тетрадях и обсудить в парах возможные варианты ответа. Затем приступаем к обсуждению. В металлах свободные электроны, двигаясь под действием электрического поля, взаимодействуют с ионами кристаллической решетки вещества проводника и передают им часть своей энергии, приобретенной в результате действия на них электрического поля. При этом скорость колебательного движения ионов увеличивается, увеличивается и их кинетическая энергия. Задаем вопрос: к чему это приводит? Выясняем, что при этом происходит увеличение внутренней энергии проводника и он нагревается. Акцентируем внимание на том, что в неподвижных проводниках вся работа, совершаемая электрическим полем, идет на увеличение внутренней энергии про- водника. Так как мерой изменения внутренней энергии является количество теплоты, то A = Q или

Читайте так же:
Доклад использование теплового действия электрического тока в устройстве теплиц

Q = IUt . Далее один из учеников у доски, используя закон Ома, получает формулу для расчета коли- чества теплоты, выделяемого проводником с током

U 2 t (используют при параллельном

соединении). Формулируем закон Джоуля—Ленца. Обращаем внимание на то, что при последователь- ном соединении отдельных участков цепи большее количество теплоты выделяется на участках, имеющих большее сопротивление, а при параллельном — на проводниках с меньшим сопротивлением. Для лучшего запоминания можно продемонстрировать опыты. Изготавливаем цепочку из отрезков спирали, толстого медного провода или других проводников. При пропускании тока, который регулируется реостатом, отрезок спирали раскаляется, а медный провод остается темным. Если один из контактов между проводниками закрепить слабее, то при постепенном увеличении тока этот контакт начинает разогреваться (светится), тогда как отрезки спирали еще не нагрелись. Во время опыта он остается более ярким, чем спираль, и может перегореть.

На основании опыта учащиеся пытаются сделать вывод: почему спирали лампы накаливаются, а подводящие провода нагреваются слабо; почему в местах соединения проводов должен быть хороший кон- такт; почему выключатели иногда греются? И т. д.

Конспект урока по физике для 8 класса "Закон Джоуля-Ленца"

Нажмите, чтобы узнать подробности

Оборудование: рабочие карточки, электронное приложение к учебнику.

План урока:

  1. Организационный момент (1 мин.).
  2. Актуализация знаний (5 мин.)
  3. Мотивация.
  4. Изучение нового материала (20 мин.).
  5. Закрепление нового материала (10 мин.).
  6. Первичный контроль знаний (5 мин.).
  7. Рефлексия (2 мин.).
  8. Домашнее задание (2 мин.).

Ход урока

1. Организационный момент.

(На партах лежат рабочие карты урока; ручки со стержнями 2-х цветов (синий, зеленый)).

Напомнить, как заполнять рабочую карту урока. (Нужно ответить на вопросы с.р. № 1, сравнить свои ответы с представленными ответами на экране. Сделать исправления зеленым цветом, если ваши ответы не совпадают с правильными. Согласно критериям оценки, представленными в рабочей карте, выставить оценки самостоятельно или можно провести взаимооценку между учащимися, сидящими за одной парой).

Рабочая карта урока

2. Актуализация прежних знаний

Выполнение самостоятельной работы №1 ( в рабочей карте урока).

Проводим проверку выполнения с.р. № 1.

Выставляем отметки, согласно приведенным критериям.

Выясняем, какое количество учащихся поставили себе "5", "4", "3" и ничего не поставили.

3.Формирование умений и навыков.

— Что называют электрическим током?

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

— Какие действия может оказывать электрический ток?

Остановимся на тепловом действии электрического тока. Электрический ток нагревает проводник. Это явление хорошо известно: электрические нагревательные приборы, осветительные лампы; в промышленности тепловое действие тока используют для выплавки специальных сортов стали и других металлов, для электросварки; в сельском хозяйстве с помощью электрического тока обогревают теплицы, инкубаторы, сушат зерно и т.д. 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.

Q — количество теплоты;

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

Читайте так же:
Тепловое реле тока ртт 141

Из сказанного выше следует, что

А=Q, а это означает, что Q= UIt.

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

Если это учесть и подставить в формулу для расчета количества теплоты, то получим: Q=I²Rt.

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

К такому выводу на основании опытов, впервые пришли независимо друг от друга английский ученый Джеймс Джоуль и русский ученый Эмилий Христианович Ленц. Сформулированный вывод называют законом Джоуля-Ленца. Итак, для расчета количества теплоты, выделяемого током в проводнике, мы получили:

Получим еще одну формулу для расчета количества теплоты:

I=U/R подставляем в формулу Q=UIt, получаем :

Выясним, какую из этих формул удобнее применять для последовательного, а какую для параллельного соединения проводников. Для этого вспомним законы различных видов соединения.

(Два ученика на доске записывают законы последовательного и параллельного соединения проводников).

Мы видим, что при последовательном соединении не изменяется сила тока (I) , то для этого вида соединения проводников удобнее использовать формулу: Q=I²Rt.

При параллельном соединении проводников не изменяется напряжение (U), тогда для этого вида соединения проводников удобнее использовать формулу: Q=U²t/R.

Вспомним единицы измерения физических величин, входящих в формулы:

4. Систематизация умений и навыков

Решение задач:

1. В проводнике сопротивлением 2 Ом сила тока 20 А. Какое количество теплоты выделится в проводнике за 1 минуту?

2. Электрический паяльник рассчитан на напряжение 12 В и силу тока 5А. Какое количество теплоты выделится в паяльнике за 30 минут работы?

5) Первичный контроль знаний.

  • Выполнение самостоятельной работы №2 в рабочей карте урока. (Приложение 1).
  • Проводим проверку выполнения с.р. № 2.
  • Выставляем отметки согласно приведенным критериям.
  • Выясняем, какое количество учащихся поставили себе "5", "4", "3" и ничего не поставили.

5. Домашнее задание: по показаниям лампочки, вычислить ее количество теплоты за 2 часа

6. Рефлексия.

Учащиеся заполняют табличку:

1.На уроке я работал

2. Своей работой на уроке я

доволен / не доволен

3. Урок для меня показался

не устал / устал

стало лучше / стало хуже

6.Материал урока мне был

понятен / не понятен
полезен / бесполезен
интересен / скучен
легким / трудным

7.Домашнее задание мне кажется

интересно / не интересно

В рабочих картах урока поставьте оценку за урок. Выяснить, какое количество учащихся поставили себе за урок "5", "4", "3" и ничего не поставили. (Приложение 1).

Просмотр содержимого документа
«Конспект урока по физике для 8 класса «Закон Джоуля-Ленца» »

Цели урока: Особенности нагревания проводников электрическим током. Закон Джоуля-Ленца.

Задача урока:

ознакомить учащихся с законом Джоуля — Ленца;

сформировать умение вычислять количество теплоты, выделяемое

проводником, по которому течет ток, применительно к различным видам соединения.

воспитывать у учащихся умение самостоятельной работы;

воспитывать сопричастность к собственной деятельности и деятельности других.

воспитывать интерес к предмету

развитие памяти и внимания;

развитие применения знаний при решении задач;

развитие познавательного интереса.

Тип урока: сообщение нового материала (беседа), с применением ИКТ

Оборудование: рабочие карточки, электронное приложение к учебнику.

План урока:

Организационный момент (1 мин.).

Актуализация знаний (5 мин.)

Изучение нового материала (20 мин.).

Закрепление нового материала (10 мин.).

Первичный контроль знаний (5 мин.).

Рефлексия (2 мин.).

Домашнее задание (2 мин.).

Ход урока

1. Организационный момент.

(На партах лежат рабочие карты урока; ручки со стержнями 2-х цветов (синий, зеленый)).

Читайте так же:
Электропаяльник это тепловое действие тока

Напомнить, как заполнять рабочую карту урока. (Нужно ответить на вопросы с.р. № 1, сравнить свои ответы с представленными ответами на экране. Сделать исправления зеленым цветом, если ваши ответы не совпадают с правильными. Согласно критериям оценки, представленными в рабочей карте, выставить оценки самостоятельно или можно провести взаимооценку между учащимися, сидящими за одной парой).

Рабочая карта урока

2. Актуализация прежних знаний

Выполнение самостоятельной работы №1 ( в рабочей карте урока).

Проводим проверку выполнения с.р. № 1.

Выставляем отметки, согласно приведенным критериям.

Выясняем, какое количество учащихся поставили себе "5", "4", "3" и ничего не поставили.

3.Формирование умений и навыков.

— Что называют электрическим током?

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

— Какие действия может оказывать электрический ток?

Остановимся на тепловом действии электрического тока. Электрический ток нагревает проводник. Это явление хорошо известно: электрические нагревательные приборы, осветительные лампы; в промышленности тепловое действие тока используют для выплавки специальных сортов стали и других металлов, для электросварки; в сельском хозяйстве с помощью электрического тока обогревают теплицы, инкубаторы, сушат зерно и т.д. 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.

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.

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

Если это учесть и подставить в формулу для расчета количества теплоты, то получим: Q=I²Rt.

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

К такому выводу на основании опытов, впервые пришли независимо друг от друга английский ученый Джеймс Джоуль и русский ученый Эмилий Христианович Ленц. Сформулированный вывод называют законом Джоуля-Ленца. Итак, для расчета количества теплоты, выделяемого током в проводнике, мы получили:

Получим еще одну формулу для расчета количества теплоты:

I=U/R подставляем в формулу Q=UIt, получаем :

Выясним, какую из этих формул удобнее применять для последовательного, а какую для параллельного соединения проводников. Для этого вспомним законы различных видов соединения.

(Два ученика на доске записывают законы последовательного и параллельного соединения проводников).

Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля–Ленца

Задачи урока: осмыслить применение изученных физических величин и связывающих их величин.

Актуализация знаний. Опрос фронтальный.

1. Какие три величины связывает закон Ома?

I, U, R; сила тока, напряжение, сопротивление.

2. Как формулируется закон Ома?

Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению.

3. Как записывается формула закона Ома?

4. Единицы измерения физических величин, входящих в закон Ома.

5. Как выразить работу тока за некоторое время?

6. Что называют мощностью?

Чтобы найти среднюю мощность электрического тока, надо его работу разделить на время P=A/t.

7. Как рассчитать мощность?

8. Что принимают за единицу мощности?

Читайте так же:
Мощность тепловых потерь в источнике тока

За единицу измерения мощности принят 1 Вт, равный 1 Дж/с, 1 Вт=1Дж/с.

9. Какое соединение проводников называют последовательным?

10. Какая величина одинакова для всех проводников, соединённых последовательно?

11. Как найти общее сопротивление цепи, зная сопротивление отдельных проводников, при последовательном соединении?

12. Как найти напряжение участка цепи, состоящего из последовательно соединённых проводников, зная напряжение на каждом из них?

13. Какое соединение проводников называют параллельным?

14. Какая величина одинакова для всех проводников, соединённых параллельно?

15. Как найти общее сопротивление цепи, зная сопротивление отдельных проводников, при параллельном соединении?

16. Как найти силу тока на участке цепи при параллельном соединении?

17. Электрическим током называется:

упорядоченное движение свободных электронов.

18. Формула для расчёта сопротивления проводника?

19. Амперметр включается в цепь :

20. Все потребители находятся под одним и тем же напряжением при :

21. Отгадайте загадку.

Очень строгий контролёр со стены глядит в упор,
Смотрит, не моргает. Стоит только свет зажечь,
Или включить в розетку печь —
Всё на ус мотает. (Электросчётчик).

А что мотает на «ус» электросчётчик?

Расход электрической энергии.

Демонстрация эксперимента.

Определение мощности электрической лампочки.

Упражнение 27(2) из [1].

Вопрос: С какой целью провода в местах соединения не просто скручивают, но ещё и спаивают? Ответ обоснуйте.

Сила тока в обоих проводах одинакова, так как проводники соединены последовательно.

Если место контакта двух проводников не будет спаяно, то его сопротивление будет достаточно большое по сравнению с сопротивлением самих проводников. Тогда в месте будет выделяться наибольшее количество теплоты. Это приведёт к расплавлению места контакта двух проводников и размыканию электрической цепи.

Формулировка закона Джоуля — Ленца.

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

Организация самостоятельной деятельности учащихся.

1. Как изменится количество теплоты, выделяемое проводником с током, если силу тока в проводнике увеличить в 2 раза?

А. Увеличится в 2 раза. Б. Уменьшится в 2 раза. В. Увеличится в 4 раза.

Ответ. По закону Джоуля — Ленца Q=I 2 *R*t, следовательно увеличится в 4 раза.

В. Увеличится в 4 раз.

2. Какое количество теплоты выделит за 30 минут проволочная спираль сопротивлением 20 Ом, если сила тока в цепи 2А?

А. 144000 Дж. Б. 28800 Дж. В. 1440 Дж.

По закону Джоуля — Ленца

Ответ. А. 144000Дж.

3. Медная и нихромовая проволоки, имеющие одинаковые размеры, соединены параллельно и подключены к источнику тока. Какая из них выделит при этом большее количество теплоты?

А. Нихромовая. Б. Медная. В. Одинаково.

1. Как изменится количество теплоты, выделяемое проводником с током, если силу тока уменьшить в 4 раза?

А. Уменьшится в 2 раза. Б. Уменьшится в 16 раз. В. Увеличится в 4 раза.

Ответ. По закону Джоуля — Ленца Q=I 2 *R*t, следовательно уменьшится в 16 раз.

Б. Уменьшится в 16 раз.

2. В электрической печи при напряжении 220 В сила тока 30 А. какое количество теплоты выделит печь за 10 минут?

А. 40000 Дж. Б. 39600 Дж. В. 3960000 Дж.

Ответ. 3960000 Дж.

3. Никелиновая и стальная проволоки, имеющие одинаковые размеры, соединены последовательно и подключены к источнику тока. Какая из них выделит при этом большее количество теплоты.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector