Buderus-trade.ru

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

Работа элек­три­че­ско­го тока, мощность, закон Джоуля-Ленца

Работа элек­три­че­ско­го тока, мощность, закон Джоуля-Ленца

1. A 12 № 1406. Чему равно время про­хож­де­ния тока силой 5 А по про­вод­ни­ку, если при на­пря­же­нии на его кон­цах 120 В в про­вод­ни­ке вы­де­ля­ет­ся ко­ли­че­ство теп­ло­ты, рав­ное 540 кДж?

1) 0,9 с 2) 187,5 с 3) 900 с 4) 22 500 с

2. A 12 № 1418. В элек­тро­на­гре­ва­те­ле с не­из­мен­ным со­про­тив­ле­ни­ем спи­ра­ли, через ко­то­рый течет по­сто­ян­ный ток, за время t вы­де­ля­ет­ся ко­ли­че­ство теп­ло­ты Q. Если силу тока и время t уве­ли­чить вдвое, то ко­ли­че­ство теп­ло­ты, вы­де­лив­ше­е­ся в на­гре­ва­те­ле, будет равно

1) Q 2) 4Q 3) 8Q 4)

3. A 12 № 1428. Ре­зи­стор 1 с элек­три­че­ским со­про­тив­ле­ни­ем 3 Ом и ре­зи­стор 2 с элек­три­че­ским со­про­тив­ле­ни­ем 6 Ом вклю­че­ны по­сле­до­ва­тель­но в цепь по­сто­ян­но­го тока. Чему равно от­но­ше­ние ко­ли­че­ства теп­ло­ты, вы­де­ля­ю­ще­го­ся на ре­зи­сто­ре 1, к ко­ли­че­ству теп­ло­ты, вы­де­ля­ю­ще­му­ся на ре­зи­сто­ре 2 за оди­на­ко­вое время?

1) 2) 2 3) 4 4)

4. A 12 № 1923. На ри­сун­ке по­ка­зан гра­фик за­ви­си­мо­сти силы тока в лампе на­ка­ли­ва­ния от на­пря­же­ния на ее клем­мах.

При на­пря­же­нии 30 В мощ­ность тока в лампе равна

1) 135 Вт 2) 67,5 Вт 3) 45 Вт 4) 20 Вт

5. A 12 № 3459. Как из­ме­нит­ся мощ­ность теп­ло­вы­де­ле­ния на ре­зи­сто­ре, если на­пря­же­ние на нем умень­шить в 3 раза?

1) умень­шит­ся в 3 раза 2) умень­шит­ся в 9 раз 3) не из­ме­нит­ся 4) уве­ли­чит­ся в 9 раз

6. A 12 № 3744. Ре­зи­стор, со­про­тив­ле­ние ко­то­ро­го можно из­ме­нять, под­со­еди­нен к ис­точ­ни­ку на­пря­же­ния с по­сто­ян­ны­ми ЭДС и внут­рен­ним со­про­тив­ле­ни­ем. При уве­ли­че­нии со­про­тив­ле­ния ре­зи­сто­ра от нуля до очень боль­шой ве­ли­чи­ны вы­де­ля­ю­ща­я­ся в этом ре­зи­сто­ре мощ­ность

1) все время уве­ли­чи­ва­ет­ся 2) не из­ме­ня­ет­ся 3) сна­ча­ла умень­ша­ет­ся, а затем уве­ли­чи­ва­ет­ся 4) сна­ча­ла уве­ли­чи­ва­ет­ся, а затем умень­ша­ет­ся

7. A 12 № 4197. На ри­сун­ке по­ка­зан уча­сток вольт-ам­пер­ной ха­рак­те­ри­сти­ки для сва­роч­ной дуги. Из ри­сун­ка сле­ду­ет, что при уве­ли­че­нии силы тока в дуге от 15 до 70по­треб­ля­е­мая дугой мощ­ность

1) уве­ли­чи­ва­ет­ся 2) умень­ша­ет­ся 3) не из­ме­ня­ет­ся 4) ста­но­вит­ся рав­ной нулю

8. A 12 № 4232. На ри­сун­ке по­ка­зан уча­сток вольт-ам­пер­ной ха­рак­те­ри­сти­ки для сва­роч­ной дуги. Из ри­сун­ка сле­ду­ет, что при уве­ли­че­нии на­пря­же­ния на дуге от 10 В до 30 В по­треб­ля­е­мая дугой мощ­ность

1) уве­ли­чи­ва­ет­ся 2) умень­ша­ет­ся 3) не из­ме­ня­ет­ся 4) ста­но­вит­ся рав­ной нулю

9. A 12 № 4735. Ком­на­та осве­ща­ет­ся люст­рой из четырёх оди­на­ко­вых па­рал­лель­но включённых лам­по­чек. Рас­ход элек­тро­энер­гии за час равен Q. Каким будет рас­ход элек­тро­энер­гии в час, если в квар­ти­ре вклю­чить ещё че­ты­ре таких же па­рал­лель­но со­единённых лам­поч­ки?

1) 2)3)4)

10. A 12 № 4770. Ком­на­та осве­ща­ет­ся че­тырь­мя оди­на­ко­вы­ми па­рал­лель­но включёнными лам­поч­ка­ми. Рас­ход элек­тро­энер­гии за час равен Q. Каким будет рас­ход элек­тро­энер­гии в час, если число этих лам­по­чек умень­шить вдвое?

1) 2Q 2) 3)Q 4) 4Q

11. A 12 № 4805. Элек­тро­энер­гия, по­треб­ля­е­мая че­тырь­мя оди­на­ко­вы­ми по­сле­до­ва­тель­но включёнными лам­поч­ка­ми за час, равна Q. Каким будет по­треб­ле­ние элек­тро­энер­гии за час, если и число по­сле­до­ва­тель­но включённых лам­по­чек, и под­во­ди­мое к ним на­пря­же­ние уве­ли­чить вдвое?

1) 4Q 2) 2Q 3) Q 4)

12. A 12 № 4910. Ком­на­та осве­ща­ет­ся че­тырь­мя оди­на­ко­вы­ми па­рал­лель­но включёнными лам­поч­ка­ми. Рас­ход элек­тро­энер­гии за час равен Q. Каким долж­но быть число па­рал­лель­но включённых лам­по­чек, чтобы рас­ход элек­тро­энер­гии в час был равен 2Q?

Читайте так же:
Автоматический выключатель с тепловой отсечкой

Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца

Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца

Привитие ценностей осуществляется посредством/через привитие основ уважения и сотрудничества при совместном планировании эксперимента при работе в группах, а также в ходе выслушивания и анализа идей других групп.

Межпредметные связи

Межпредметная связь на уроке реализуется при помощи использования сквозных тем с химией. Урок имеет тесную взаимосвязь с этим предметом, поскольку на уроке обсуждаются строение металлов, кристаллическая решетка металлов.

Навыки использования ИКТ

В ходе проведения данного урока учащиеся улучшат навыки работы с программным обеспечением, необходимым для презентации идей. Также будут развиваться навыки поиска информации.

Предварительные

Учащиеся из курса физики 8 класса хорошо знакомы с основными понятиями и законами электродинамики.

Запланированные этапы урока

Запланированная деятельность на уроке

Обзор формул для нахождения величин, характеризующих проводник и протекающий в нем ток.

Материалы этой таблицы помогут нам при выводе формул и решении задач на сегодняшнем уроке.

Раздаточный материал – таблица с пропусками

Обсуждение нового материала

Итак, мы вспомнили, что электрическое поле способно переместить заряженную частицу вдоль силовой линии, а значит оно (поле) может совершать работу. Это составляет понятие- работа тока.

Работа тока – работа электрического поля по перемещению заряженных частиц внутри проводника.

Как вычислить работу тока?

Надо найти работу электрического поля по перемещению заряда ?q из одной точки в другую , разность потенциалов между которыми U, т.е. из определения силы тока:

Работа тока на участке цепи равна произведению силы тока, напряжения и времени, в течение которого совершалась работа.

Электрический ток нагревает проводник. Почему проводник нагревается? (слайд №3)

Электрическое поле действует с силой на свободные электроны, которые начинают двигаться упорядоченно, одновременно участвуя в хаотическом движении, ускоряясь в промежутках между столкновениями с ионами кристаллической решетки. Приобретаемая электронами под действием электрического поля энергия направленного движения тратится на нагревание кристаллической решетки проводника, т.к. последующие столкновения ионов с другими электронами увеличивают амплитуду их колебаний и соответственно температуру всего проводника.

Опыты показывают, что в неподвижных металлических проводниках вся работа тока идет на увеличение их внутренней энергии. Нагретый проводник отдает полученную энергию окружающим телам (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.

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.

Количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени. Сформулированный выше вывод называется законом Джоуля — Ленца.

Важно! Закон Джоуля-Ленца позволяет вычислить количество теплоты, выделяемое на любом участке цепи, содержащем какие угодно проводники.

Кроме работы тока надо уметь вычислять мощность тока Р, т.е. работу, совершенную в единицу времени

Презентация с основными понятиями.

Анимация «Закон Джоуля-Ленца»

Для закрепления материала учащиеся находят ошибки к тексте и исправляют их.

Читайте так же:
Пробил провод теплого пола

Работа в парах : Качественные задачи и вопросы

1. Нихромовый проводник заменили константановым таких же размеров. Как при этом изменилась мощность плитки? (Мощность плитки увеличилась.)

2. Как изменяется мощность лампочки при ее длительной работе? (Мощность лампочки уменьшается, так как при работе лампочки вольфрамовая нить испаряется, площадь сечения уменьшается, сопротивление увеличивается.)

3. Как изменяется количество теплоты, выделяющееся в проводнике, включенном в сеть с неизменным напряжением, при уменьшении длины проводника в два раза, увеличении в четыре раза? (Количество теплоты увеличивается в два раза.При увеличении длины проводника в четыре раза количество теплоты уменьшается в четыре раза.)

4. Как изменится работа электрического тока в проводнике при замене проводника на провод, сечение которого в два раза больше? (Работа электрического тока увеличится в два раза.)

5. Две лампочки сначала соединили последовательно, а затем параллельно. В каком случае выделяется мощность больше, если лампочки включали в сеть напряжением 200 В? (При последовательном соединении общее сопротивление лампочек равно 2 R, при параллельном соединении лампочек общее сопротивление равно R/2. Следовательно, мощность при параллельном соединении в четыре раза больше, чем при последовательном соединении лампочек.)

6. Две лампочки сначала соединили последовательно, а затем параллельно. В каком случае мощность соединения больше, если лампочки включали в сеть, сила тока в которой 200 мА? (При последовательном соединении общее сопротивление лампочек равно 2 R, при параллельном соединении лампочек общее сопротивление равно RJ2.Следовательно, мощность при параллельном соединении в четыре раза меньше, чем при последовательном соединении лампочек.)

Влияние параметров режима сварки на формирование шва

Влияние параметров режима сварки под флюсом на формирование шва

Режим автоматической сварки под флюсом включает ряд параметров. Основные из них:

  • сила сварочного тока,
  • напряжение дуги,
  • скорость сварки,
  • диаметр электрода,
  • род тока,
  • полярность тока.
  • вылет электрода,
  • наклон электрода
  • и др.

Параметры режима сварки выбирают исходя из толщины свариваемого металла и требуемой формы сварного шва, которая определяется глубиной проплавления и шириной шва. Режим сварки определяют по экспериментальным (справочным) таблицам или приближенным расчетом с последующей проверкой на технологических пробах. Обычно режим сварки выбирают в следующем порядке: в зависимости от толщины свариваемого металла выбирают диаметр электродной проволоки, затем в зависимости от диаметра устанавливают силу сварочного тока, далее скорость подачи электрода и скорость сварки. Примерные режимы автоматической сварки под флюсом приведены в табл. 1.

Таблица 1. Режим сварки под флюсом

Толщина металла, мм

Диаметр электрода, мм

Сварочный ток, А

Напряжение дуги, В

Скорость сварки, м/ч

Ниже рассматривается влияние перечисленных параметров режимов на формирование шва и приводятся рекомендации к их выбору.

Сила сварочного тока. От силы тока зависит тепловая мощность дуги. При увеличении силы тока количество выделяющейся теплоты возрастает и увеличивается давление дуги на ванну. Это приводит к увеличению глубины проплавления основного металла и доли участия его в формировании швов. Ширина шва при этом практически мало изменяется (рис. 1, а).

Влияние параметров режима на форму шва

Рис. 1. Влияние параметров режима на форму шва: а – сварочный ток, б – напряжение дуги, в – скорость сварки

Диаметр электродной проволоки. При увеличении диаметра электродной проволоки и неизменном сварочном токе плотность тока на электроде уменьшается, одновременно усиливается блуждание дуги между концом электрода и поверхностью сварочной ванны, что приводит к возрастанию ширины шва и уменьшению глубины провара. И, наоборот, при уменьшении диаметра электродной проволоки плотность тока в ней увеличивается, уменьшается блуждание дуги, происходит концентрация теплоты на малой площади сварочной ванны и глубина провара возрастает, ширина шва при этом уменьшается. Это позволяет при сварке тонкой электродной проволокой сравнительно на небольших токах получать глубокий провар.

Читайте так же:
Тепловой ток коллекторного перехода

Напряжение дуги. Из всех параметров режимов автоматических способов дуговой сварки напряжение дуги (рис. 1, б) оказывает наибольшее влияние на ширину шва. С повышением напряжения увеличиваются ее длина и подвижность, в результате чего возрастает доля теплоты идущей на плавление поверхности основного металла и флюса. Это приводит к значительному увеличению ширины шва, причем глубина проплавления уменьшается, что особенно важно при сварке тонкого металла. Несколько уменьшается и высота выпуклости шва.

С повышением напряжения дуги увеличение ширины шва зависит и от рода тока. При одних и тех же напряжениях дуги ширина шва при сварке на постоянном токе, а в особенности при обратной полярности, значительно больше ширины шва, выполненного на переменном токе.

Род тока и полярность. Характер зависимости формы и размеров шва от основных параметров режимов сварки при переменном примерно такой же, как и при постоянном. Однако полярность постоянного тока оказывает различное влияние на глубину и плавления, что объясняется разным количеством теплоты, выделяемой на катоде и аноде. При дуговой сварке под флюсом постояным током применяется, как правило. обратная полярность.

Скорость сварки. Влияние скорости сварки (рис. 1, в) на глубину проплавления и ширину шва носит сложный характер. Сначала при увеличении скорости сварки столб дуги все больше вытесняет жидкий металл, толщина прослойки жидкого мета. под дугой уменьшается и глубина проплавления возрастает. При дальнейшем увеличении скорости сварки (более 40 – 50 м/ч) заметно уменьшается погонная энергия и глубина проплавления на начинает уменьшаться. Во всех случаях при увеличении скорости сварки ширина постоянно уменьшается. При скорости сварки более 70 – 80 м/ч основной металл не успевает достаточно прогреваться, в результате чего по обеим сторонам шва возможны несплавления кромок или подрезы. При необходимости ведения сварки на больших скоростях применяют специальные методы (двухдуговая, сварка трехфазной дугой и др.).

Скорость подачи электродной проволоки. Этот параметр режима сварки тесно связан с силой сварочного тока и напряжением дуги. Для устойчивого процесса сварки скорость подачи электродной проволоки должна быть равна скорости ее плавления. При недостаточной скорости подачи проволоки возможны периодические обрывы дуги, при слишком большой скорости происходят частые короткие замыкания электрода на сварочную ванну. Все это ведет к появлению непроваров и неудовлетворительному формированию шва.

Вылет электрода. С увеличением вылета электрода возрастает интенсивность его предварительного подогрева проходящим сварочным током. Электрод плавится быстрее, а основной металл остается сравнительно холодным. Кроме того, увеличивается длина дуги, что приводит к уменьшению глубины проплавления и некоторому увеличению ширины шва. Обычно вылет составляет 40 – 60 мм.

Наклон электрода вдоль шва. Обычно сварку выполняют вертикально расположенным электродом, но в отдельных случаях она может производиться с наклоном электрода углом вперед или углом назад (рис. 2, а).

Читайте так же:
Тепловое реле трн 40 номинальный ток 30а

При сварке углом вперед жидкий металл подтекает под дугу, толщина его прослойки увеличивается, а глубина проплавления уменьшается. Уменьшается также высота выпуклости шва, но заметно возрастает ширина, что позволяет использовать этот метод при сварке металла небольшой толщины. Кроме того, при сварке углом вперед лучше проплавляются свариваемые кромки, что дает возможность производить сварку на повышенных скоростях. При сварке углом назад жидкий металл давлением газов вытесняется из-под дуги, т. е. толщина его прослойки под дугой уменьшается, а глубина проплавления увеличивается. Увеличивается также высота выпуклости шва, но значительно уменьшается его ширина. Ввиду глубокого проплавления и недостаточного прогрева свариваемых кромок возможны несплавление основного металла с наплавленным и образованием пористости шва. Учитывая это, данный метод применяют ограниченно, в основном при сварке металла большой толщины на больших скоростях, например при двухдуговой сварке или выполнении кольцевых швов небольшого диаметра.

Влияние наклона при сварке на форму шва: а – электрода, б – детали

Рис. 2. Влияние наклона при сварке на форму шва: а – электрода, б – детали

Наклон изделия. Обычно автоматическая и механизированная сварка под флюсом производится в нижнем положении (рис. 2, а). Возможна сварка на подъем или на спуск (рис. 2, б). При сварке на подъем жидкий металл под действием собственного веса вытекает из-под дуги, толщина его прослойки уменьшается, что приводит к увеличению глубины проплавления и уменьшению ширины шва. При угле наклона 6 – 8° по обе стороны шва могут образоваться подрезы, ухудшающие форму шва.

При сварке на спуск расплавленный металл подтекает под дугу, что приводит к увеличению толщины его прослойки. Глубина проплавления при этом уменьшается. Этот метод, позволяющий несколько увеличить скорость сварки при хорошем формировании шва и небольшой глубине проплавления, применяется при сварке тонкого металла. При угле наклона более 15 – 20° происходит сильное растекание электродного металла, который только натекает на поверхность свариваемого изделия, но не сплавляется с ним, поэтому не применяется.

Марка флюса и его грануляция. Различные флюсы обладают разными стабилизирующими свойствами, с повышением которых увеличиваются длина дуги и ее напряжение в результате чего возрастает ширина шва и уменьшается глубина проплавления. Чем крупнее флюс, тем меньше его объемная масса. Флюсы с малой объемной массой (крупнозернистые стекловидные и пемзовидные) оказывают меньшее давление на газовую полость зоны сварки, что способствует получению более широкого шва с меньшей глубиной проплавления. Применение мелкозернистого флюса с большей объемной массой приводит к увеличению глубины проплавления и уменьшению ширины шва.

Нагревание проводников электрическим током

Одним из свойств электрического тока является нагрев проводников, по которым он протекает. Этот эффект был замечен многими исследователями, но его понимание пришло только выяснения механизма взаимодействия заряженных частиц с атомами и молекулами проводников. Нагрев приводит к выделению тепла и повышению температуры, а количество выделяемого тепла можно рассчитать с помощью формулы закона Джоуля-Ленца.

Почему нагреваются проводники

Электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц. В проводниках этими частицами выступают отрицательно заряженные электроны. Воздействие электрического поля сообщает электронам дополнительную кинетическую энергию. В процессе движения они сталкиваются с атомами (или молекулами) проводника, отдавая часть приобретенной энергии. По этой причине начинает увеличиваться внутренняя энергия вещества, что приводит к повышению температуры и выделению тепла.

Читайте так же:
Тепловоз с электрической передачей переменно переменного тока

Рис. 1. Электрический ток в проводнике нагревает проводник

Если взять обычную лампочку накаливания и подключить ее к источнику напряжения через реостат (переменное сопротивление), то можно наблюдать тепловой эффект от протекания тока. Постепенно увеличивая ток, мы можем сначала на ощупь почувствовать, что стеклянная колба лампочки постепенно начнет нагреваться, а затем увидим, как начинает светиться раскаленная нить накаливания.

Заметим, что в этом эксперименте подводящие провода сильно не нагреваются и не светятся. Это происходит потому, что сопротивление нити накаливания намного больше сопротивления подводящих проводов .

Закон Джоуля-Ленца

На основании этого и других экспериментов можно сделать следующие предположения:

  • чем больше сопротивление, тем сильнее нагреваются проводники. То есть количество теплоты Q, которое выделяется при протекании электрического тока по проводнику, прямо пропорционально величине сопротивления проводника R;
  • чем больше сила тока, тем большее количества тепла выделяется. При возрастании тока большее количество частиц проходит через поперечное сечение проводника в единицу времени, то есть число столкновений возрастает, а значит больше энергии передается атомам проводника.

Формулу для вычисления количества тепла получили независимо друг от друга в 1842 г. английский физик Джеймс Джоуль и российский ученый Эмилий Ленц:

Q — количество теплоты, Дж;

Согласно закону Ома:

Пользуясь этой формулой, закон Джоуля-Ленца может быть представлен еще в одном варианте, когда известно напряжение на участке проводника, а сила тока неизвестна:

Формулы закона Джоуля-Ленца справедливы тогда, когда работа, совершаемая электрическим током идет исключительно на нагревание. Если в цепи есть потребление энергии на выполнение механической работы (электродвигатель) или на совершение химических реакций (электролит), то для расчета необходимо применять другие формулы.

Плюсы и минусы от нагрева электрическим током

  • Плюсы. Нагревание проводников электрическим током находит свое применение в различных полезных приборах и устройствах: электроплитах, чайниках, кофеварках, кипятильниках, фенах, утюгах, обогревателях.
  • Минусы. Очень часто инженерам-электронщикам приходится бороться с этим эффектом для того, чтобы, например, обеспечить работоспособность электронных плат, которые напичканы огромным количеством электронных деталей, микросхем и т.д. Все эти элементы греются в соответствие с законом Джоуля-Ленца. И если не предпринять меры для принудительного охлаждения с помощью металлических радиаторов или вентиляторов (кулеров), то платы быстро выйдут из строя от перегрева.

Часто для быстрого соединения проводов многие пользуются способом “скрутки”. Это приводит к значительному увеличению сопротивления, а следовательно, место “скрутки” будет греться сильнее, чем остальная часть проводки. Поэтому скрутка проводов часто бывает причиной пожаров в домах и квартирах. Для улучшения контакта требуется хорошо пропаять это место.

Что мы узнали?

Итак, мы поговорили кратко о нагревании проводников электрическим током. Нагрев проводников происходит из-за того, что электроны, движущиеся упорядоченно с определенной скоростью, сталкиваются с атомами вещества и отдают часть своей энергии, которая переходит в тепло. Количество тепла можно определить, применив формулу Джоуля-Ленца.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector