Sibprompost.ru

Стройка и ремонт
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Тепловое действие электрического тока

Тепловое действие электрического тока. Закон Джоуля — Ленца.

Количество теплоты, которое выделилось в проводнике, прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока по проводнику.

Закон также может быть сформулирован в интегральной форме для случая протекания токов в тонких проводах [3] :

Количество теплоты, выделяемое в единицу времени в рассматриваемом участке цепи, пропорционально произведению квадрата силы тока на этом участке и сопротивлению участка

В математической форме этот закон имеет вид

где dQ — количество теплоты, выделяемое за промежуток времени dt, I — сила тока, R — сопротивление, Q — полное количество теплоты, выделенное за промежуток времени от t1 до t2. В случае постоянных силы тока и сопротивления:

Механические колебания. Характеристики колебательных движений: амплитуда, период, частота. Соотношение между периодом и частотой.

Механические колебания — движения тел, которые точно (или приблизительно) повторяются через равные промежутки времени.

Свободные(собственные) колебания совершаются под действием внутренних сил колебательной системы, а вынужденные — совершаются под действиям внешних сил.

Электрический ток в металлах. Недостатки классической электронной теории.

электрический ток в металлах — это направленное движением свободных электронов.

Так как электрический ток в металлах образуют свободные электроны, то проводимость металлических проводников называетсяэлектронной проводимостью.

Потенциальная и кинетическая энергия. Закон сохранения механической энергии.

Потенциальная энергия – это энергия взаимодействия тел.

Потенциальная энергия поднятого над Землей тела – это энергия взаимодействия тела и Землигравитационными силами. Потенциальная энергия упруго деформированного тела – это энергия взаимодействия отдельных частей тела между собой силами упругости.

Потенциальными называются силы, работа которых зависит только от начального и конечногоположения движущейся материальной точки или тела и не зависит от формы траектории.

Электрический ток в электролитах. Электролиз.

Электрический ток в электролитах представляет собой перемещение ионов обоих знаков в противоположных направлениях. Положительные ионы движутся к отрицательному электроду (катоду), отрицательные ионы – к положительному электроду (аноду). Ионы обоих знаков появляются в водных растворах солей, кислот и щелочей в результате расщепления части нейтральных молекул. Это явление называется электролитической диссоциацией.

Электро́лиз — физико-химический процесс, состоящий в выделении наэлектродахсоставных частей растворённых веществ или других веществ, являющихся результатом вторичных реакций на электродах, который возникает при прохожденииэлектрического тока через раствор либо расплав электролита.

Тепловое действие тока. Закон Джоуля–Ленца

Разделы: Физика

Цель урока: создание условий для формирования у учащихся представления о тепловом действии электрического тока и его причинах; установления количественного закона теплового действия тока и его применения на практике.

Задачи

  • Образовательные
    • Содействовать формированию у учащихся представления о тепловом действии электрического тока и его причинах.
    • Вывести закона Джоуля-Ленца.
    • Содействовать в понимании практической значимости данной темы.
  • Развивающие
    • Развивать интеллектуальных умений учащихся (наблюдать, сравнивать, применять ранее усвоенные знания в новой ситуации, размышлять, анализировать, делать выводы)
  • Воспитательные.
    • Формировать коммуникативных умений учащихся.

Урок является отражением работы по методической теме: “Применение активных форм познавательной деятельности учащихся на уроке”.

Оборудование к занятию:

  • Карточки с задачами (Приложение 1).
  • Ответы к задачам на обратной стороне доски.

Оборудование на партах: низковольтные лампы на подставке – 4 шт., 2 ключа, соединительные провода, 2 источника тока.

При изучении данной темы, учащиеся могут активно использовать знания, полученные ими при изучении курса физики 8 класса.

План проведения занятия

— Какое устройство называют резистором?

— Для каких целей резисторы можно включать в цепь, соединяя их различными способами?

— Приведите примеры различного соединения потребителей тока, с которыми вы встречались в быту.

— На каком физическом явлении основано действие этих приборов?

— Проводник постоянного сопротивления.

— С целью изменения сопротивления, а следовательно силы тока и напряжения на отдельных участках цепи.

— Люстры, гирлянды, электрические конфорки и т.д.

— Тепловое действие тока — при прохождении тока, проводники нагреваются.

Итак, электрический ток оказывает тепловое действие. Какова причина этого действия? Предлагает выяснить на примере металлических проводников.

В результате столкновений электронов с ионами кристаллической решетки, ионы получают дополнительный импульс от электронов, что увеличивает амплитуду колебания ионов, среднюю кинетическую энергию решетки, а следовательно, и температуру проводника.

Предлагает вопросы для обсуждения:

— К чему приводит нагревание проводника?

— Как определить количество теплоты, выделяющееся при этом?

К доске приглашает учащегося для вывода формулы (закона Джоуля– Ленца)

Сообщает, что честь открытия количественного закона теплового действия тока принадлежит английскому физику Джеймсу Прескотту Джоулю (1818–1889 гг.). В 1841 г. он установил, что количество теплоты, выделяющееся в проводнике, прямо пропорционально его сопротивлению и квадрату силы тока. Независимо от Джоуля российский физик Эмилий Христианович Ленц (1804-1865 гг.) в 1842 г. нашел ту же закономерность, позднее она получила название закона Джоуля–Ленца.

Просит ответить на вопросы:

— Какие еще законы физики носят двойное название?

— А если в электрической цепи несколько потребителей, то какой из них выделит большее количество теплоты?

Предлагает проверить это на практике. С помощью имеющегося на столах оборудования, просит учащихся выяснить зависимость выделившейся энергии от сопротивления лампы при последовательном и параллельном соединении ламп.

Урок «Работа электрического тока. Закон Джоуля — Ленца»

Урок изучения нового материала с решением задач.

Просмотр содержимого документа
«Урок «Работа электрического тока. Закон Джоуля — Ленца»»

Тема урока: Работа электрического тока. Закон Джоуля – Ленца.

Образовательные:

выяснить причины нагревания проводника с током;

усвоить закона Джоуля Ленца, показать универсальность закона сохранения и превращения энергии.

Развивающие:

развитие коммуникативных навыков через разнообразные виды речевой деятельности;

развитие таких аналитических способностей учащихся, как умение анализировать, сопоставлять, сравнивать, обобщать познавательные объекты, делать выводы; развития памяти, внимания, воображения.

Воспитательные: содействовать повышению уровня мотивации на уроках через средства обучения.

Оборудование: электронагревательные приборы, проводник для демонстрации нагревания электрическим током, источник питания, соединительные провода.

Тип урока: урок изучения нового материала.

Структура урока:

I. Организационный этап.
II. Мотивация.
III. Актуализация опорных знаний.
IV. Изучение нового материала.
V. Закрепление и обратная связь.
VI. Домашнее задание.

I. Организационный этап

Сообщение темы урока, целей и плана урока.

II. Мотивация

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

Ученики: Утюги, кипятильники, электрические чайники, нагреватели, плиты.

Учитель: В промышленности используется в паяльниках, сварочных аппаратах.

III. Актуализация опорных знаний

Фронтальный опрос:

Учитель: С чего состоит каждое вещество, которое нас окружает?

Учитель: Чтобы понять, почему нагревается проводник, нужно вспомнить какая связь между температурой вещества и движением молекул или атомов, из которых оно состоит.

Учитель: Что называется электрическим током?

Учитель: Условия возникновения тока?

Учитель: Прибор для измерения электрического тока?

IV. Изучение нового материала

Учитель: В быту нас окружают различные электрические нагревательные приборы: электрическая плита, лампа накаливания, паяльник, фен. Все они устроены примерно одинаково. Электрический ток нагревает проводник. Это явление всем известно.

Демонстрация:

На опыте с нихромовой проволокой видно, что когда сила тока достигает 3А проволока начинает светится, а при 5А она разогревается до яркого оранжевого цвета.

Как выделяемое в проволоке тепло связано с протеканием по ней электрического тока?

Рассмотрим проводник к которому приложено напряжение в 1В. Создано внутри проводника электрическое поле, совершает над зарядом работу в 1Дж, перешедший с одного конца проводника на другой. Поскольку проводник обладает сопротивлением, разгоняемые электрическим током электроны все время сталкиваются с атомами проводника, их кинетическая энергия переходит в тепловую энергию и проводник нагревается.

В общем случае если напряжение равно U, а электрический заряд q, значит совершенная полем работа равна А= U* q. Из формулы I = , q = It, получим формулу работы электрического тока A = UIt.

Запишем в тетради:

q – электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника

Из формулы I = , q = It, где I – сила тока, t – время прохождения тока.
Работу тока можно вычислить так: A = UIt

Из сказанного выше следует, что количество теплоты, выделяемое проводником, по которому течет ток, равно работе тока.

Из закона Ома для участка цепи I = , U = IR, где R – сопротивление проводника.

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 = IRIt, т.е.

Закон Джоуля – Ленца: количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени протекания тока.

Вопрос: От чего зависит количество теплоты выделяемое электрическим током?

Из опыта мы можем сделать вывод, что нагревание проводников зависит от их сопротивления. Чем больше сопротивление проводника, тем большее количество теплоты он выделяет.

К этому выводу независимо друг от друга впервые пришли английский физик Джеймс Джоуль и русский физик Эмилий Христианович Ленц.

Закон в 1831-1842 гг. был получен экспериментально двумя учеными Джоулем и Ленцем независимо друг от друга. Метод, которым пользовался Ленц был более совершенным, а результаты получены более точные. Вывод из опытов Ленц сделал на несколько лет раньше, но публикация Джоуля опередила публикацию Ленца. Поэтому принято называть данный закон «Законом Джоуля – Ленца» на честь открывателей.

По данному свойству (свойству накала провода при протекании электрического тока по проводнику) основа принцип работы ламп накаливания. А историческую справку по открытию ламп накаливания нам подготовила Денисова М.

Историческая справка.

V. Закрепление и обратная связь

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

Дано: СИ: Решение:

=60с

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

Дано: СИ: Решение:

U=12 В , ,

I=5 А

t=30 мин =1800с

Q=?
Ответ: Q=108000 Дж

VII. Рефлексия

Учащимся раздаются карточки с заданием для самостоятельного решения.

Рабочая карточка урока

Написать как обозначают и в каких единицах измеряют:

Работа электрического тока:

Запишите формулы для расчета работы электрического тока:

Запишите формулу закона Ома для участка цепи:

Выразите из закона Ома другие величины:

В спирали электроплитки сопротивлением 80 Ом сила тока 2 А. Сколько времени была включена в сеть плитка, если в ней выделилось 320 кДж тепла?

VI. Домашнее задание

Прочитать параграф 40, задача в тетради.

Задача:

Сколько времени нагревалась проволока сопротивлением 20 Ом, если при силе тока 1 А в ней выделилось 6 кДж теплоты.

Тепловое движение электрического тока закон джоуля ленца

Урок № 37-169 Работа и мощность тока. Тепловое действие тока.

Закон Джоуля-Ленца Д/з: П.8.11; п.8.12 [1]

При упорядоченном движении заряженных частиц в проводнике электрическое поле совершает работу, ее принято называть работой тока.

Работа тока . Рассмотрим произвольный участок цепи. Это может быть однородный проводник, например нить лам­ пы накаливания, обмотка электродвигателя и др. Пусть за время Δ t через поперечное сечение проводника проходит за­ ряд Δ q .

Тогда электрическое поле совершит работу А= Δ q U .

Так как сила тока I = , то Δ q = IΔt , то работа равна: A = IU Δt

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

Согласно закону сохранения энергии эта работа долж­на быть равна изменению энергии рассматриваемого уча­стка цепи. Поэтому энергия, выделяемая на данном уча­стке цепи за время Δ t , равна работе тока A = IU Δt

В случае, если на участке цепи не совершается меха­ническая работа и ток не производит химических дейст­вий, происходит только нагревание проводника. Нагре­тый проводник отдает теплоту окружающим телам.

Нагревание проводника происходит следующим обра­зом. Электрическое поле ускоряет электроны. После столк­новения с ионами кристаллической решетки они переда­ют ионам свою энергию. В результате энергия беспоря­дочного движения ионов около положений равновесия воз­растает. Это и означает увеличение внутренней энергии. Температура проводника при этом повышается, и он на­чинает передавать теплоту окружающим телам. Спустя небольшое время после замыкания цепи процесс устанав­ливается, и температура перестает изменяться со време­нем. К проводнику за счет работы электрического поля непрерывно поступает энергия. Но его внутренняя энер­гия остается неизменной, так как проводник передает ок­ружающим телам количество теплоты, равное работе то­ка. Таким образом, формула A = IU Δt для работы тока определяет количество теплоты, передаваемое проводни­ком другим телам.

Если в формуле A = IU Δt выразить либо напряжение че­ рез силу тока, либо силу тока через напряжение с помо­ щью закона Ома для участка цепи, то получим три эк­ вивалентные формулы: A = IU Δt = I 2 R Δt = ∙ Δt = Q

Формулой A = I 2 R Δt удобно пользоваться для последо­ вательного соединения проводников, так как сила тока в этом случае одинакова во всех проводниках. При парал­ лельном соединении удобна формула А= ∙ Δt , так как на­ пряжение на всех проводниках одинаково.

Закон Джоуля—Ленца : количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопро­тивления проводника и времени прохождения тока по проводнику: Q =I 2 RΔt

Мы получили этот закон с помощью рассуждений, основанных на законе сохранения энергии. Эта формула позволяет вычислить количество теплоты, выде­ляемое на любом участке цепи, содержащем какие угод­но проводники.

Мощность тока. Любой электрический прибор (лампа, электродвигатель) рассчитан на потребление определен­ной энергии в единицу времени. Поэтому наряду с рабо­той тока особое значение имеет понятие мощность тока. Мощность тока равна отношению работы тока за время Δt к этому интервалу времени.

Согласно этому определению Р = = IU . Это выражение для мощности можно переписать в не­скольких эквивалентных формах, если использовать за­кон Ома для участка цепи: Р = IU = I 2 R =

Основные формулы для решения задач

A=IUΔt=I 2 RΔt=Δt=Q

P==IU

33. Какую работу совершили силы электростатического поля при перемещении 2 Кл из точки с потенциалом 20 В в точку с потенциалом 0 В? А. 40 Дж. Б. 20 Дж. В. 10 Дж. Г. 0 Дж.

34. Какая из приведенных ниже формул применяется для вычисления мощности электрического то ка?

А . I = ; Б . I = ; В .IUΔt; Г . P = UI ; Д. ρ = ρ 0 (1+α t ).

35. При перемещении электрического заряда в электрическом поле по любой замкнутой тр аектории работа сил электрического поля оказалась равной нулю. Какое это было поле?

А. Это могло быть любое поле. Б. Это могло быть только поле точечного заряда. В. Это могло быть только однородное электрическое поле. Г. Это могло быть только поле двух равных по модулю и пр отивоположных по знаку двух точечных зарядов. Д. Такого поля быть не может.

36 . Какая из приведенных ниже формул применяется для вычисления работы электрического тока?

А. ; Б. ; В. IUΔt ; Г. UI ; Д. ρ 0 (1+α t ).

37 . При перемещении заряда 2 Кл в электрическом поле силы, действующие со стороны этого поля, совершили работу 8 Дж. Чему равна разность потенциалов между начальной и конечной точками пути?

А. 16 В. Б. 4 В. В. 0,25 В. Г. По условию задачи разность определить нельзя. Д. Среди ответов А — Г нет правильного.

38. При перемещении электрического заряда q между точками с разностью потенциалов 8 В силы, действующие на заряд со стороны электрического поля, совершили работу 4 Дж. Чему равен заряд q ?

А. По условию задачи заряд определить невозможно. Б. 32 Кл. В. 2 Кл. Г. 0,5 Кл. Д.Среди ответов А-Г правильного нет.

1. Мощность электрического утюга 1 кВт. Каково его сопротивление при включении в сеть с напряжением 220 В?

2. Сопротивление резистора 440 Ом, напряжение в цепи равно 220 В. Определить мощность тока.

3. По проводнику сопротивлением 20 Ом за 5 минут прошло количество электричества 300 Кл. Вычислить работу тока за это время.

4. В сеть с напряжением 220В включены параллельно одинаковые лампочки с сопротивлением 484 Ом каждая. Сколько лампочек включили в сеть, если они потребляют мощность 800 Вт?

5. Гальванический элемент с ЭДС 6 В и внутренним сопротивлением 1 Ом замкнут на сопротивление 5 Ом. Какое количество теплоты выделится на проводнике и внутреннем сопротивлении за 10 с?

6. ЭДС источника электрической энергии равна 100 В. При внешнем сопротивлении 49 Ом сила тока в цепи 2 А. Найти падение напряжения внутри источника и его внутреннее сопротивление.

7. Аккумулятор с ЭДС 6 В и внутренним сопротивлением 0,1 Ом питает внешнюю цепь сопротивлением 12,4 Ом. Какое количество теплоты выделится за время 10 минут во всей цепи?

8. На каком из сопротивлений будет выделяться наибольшее количество теплоты

в единицу времени, если R 1 =4 Ом ; R 2 =2 Ом ; R 3 =1 Ом ; R 4 =2 Ом?

9. При ремонте электроплитки её спираль укоротили на 0,2 первоначальной длины.

Как при этом изменится мощность плитки?

№ 1.Определить сопротивление электрического паяльника мощностью 300 Вт, включенного в сеть напряжением 220 В.

№ 2. По проводнику сопротивлением 20 Ом за 5 мин прошло количество электричества 300 Кл. Вычислить работу тока за это время.

№ 3. Сколько электронов проходит каждую секунду через поперечное сечение вольфрамовой нити лампочки мощностью 70 Вт, включенной в сеть с напряжением 220 В?

№ 4. Определить стоимость электрической энергии, потребляемой лампой мощностью 100 Вт за 200 ч горения

( k =0,04 ).

№ 5. Какое сопротивление нужно включить в сеть с напряжением 220 В, чтобы в нем за 10 минут выделилось 66 кДж теплоты?

голоса
Рейтинг статьи
Читайте так же:
Номинальный тепловой ток кнопочного поста
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector