Работа электрического тока определяется формулой: A=U*I*t (1.11) Работу, совершаемую в единицу времени называют мощностью: P=A/t=U*I (1.12) Если напряжение U измеряется в вольтах, сила тока I - в амперах, то мощность будет измеряться в ваттах. 1Вт=1В*1А; Используя закон Ома, вместо уравнения (1.12) для определения мощности можно получить и другие формулы. P=U*I=U^2/R (1.13) P=I^2*R (1.14) Эти формулы используются для определения мощности на участке цепи с заданным сопротивлением R, если на этом участке известно напряжение или протекающий ток. Переменным называют такой ток, сила и направление которого изменяются периодически. Характерным примером переменного тока является ток синусоидальной формы. Естественно, что в цепях переменного тока напряжения на ее участках также являются переменными. Основными параметрами, определяющими характер изменения переменного тока, являются период, частота и амплитуда. Под периодом (Т) понимают время, в течение которого происходит полный цикл изменений переменного тока или одно полное его колебание. Число полных изменений за 1 секунду называют частотой () переменного тока или частотой колебаний. Период и частота связаны между собой такой зависимостью: T=1/(1.15) Период измеряется в секундах или их долях миллисекундах (мс) 1с=10^3мс=10^6мкс=10^9нс=10^12пс; Частота измеряется в герцах (Гц) Частота в 1 Гц соответствует одному полному колебанию в секунду. Если за одну секунду происходит 10 полных колебаний , частота такого тока (напряжения) равна 10 Гц, а период Т=0,1с. Переменный ток, применяемый в промышленности, имеет частоту =50Гц, что соответствует периоду Т=0,02с=20мс, и называется током промышленной частоты. Кроме того по частоте колебаний различают переменные токи (напряжения) низкой (звуковой), средней, высокой и сверхвысокой частоты. Амплитудами переменного тока (Im) и напряжения (Um) называют наибольшие их отношения от нулевого значения. За один период переменные ток и напряжения дважды достигают своего наибольшего значения (рис 1) в течение отрицательного и положительного полупериодов. Кроме амплитудного переменные токи и напряжения характеризуются мгновенными и действующими значениями. Мгновенными значениями называют значения тока и напряжения в любой момент времени. Их обозначают строчными буквами i и u. Мгновенные значения синусоидальных тока и напряжения можно выразить через их амплитуду и угловую скорость : i=Imsin t; u=Umsin t; Угловая скорость связана с частотой и периодом T зависимостью:=2=2/T; Коэффициент соответствует 180^о , т.е. половине длины окружности. Под действующим (эффективным) значением переменного тока понимают величину, равную силе постоянного тока, при протекании которого через проводник в нем выделяется такое же количество тепла, которое выделяет переменный ток за то же самое время. Оно связано с амплитудным значением зависимостью: Im=I=1,41*I Рис. 1 Полупроводники - в-ва, которые по своей электропроводности занимают промежуточное значение между проводниками и диэлектриками. Отличительной особенностью п/п является сильная зависимость их электропроводности от температуры, концентрации примесей, светового и ионизирующего излучения. Используемые в настоящее время п/п имеют кристалическую структуру. Наибольшее распространение получили Ge, Si, расположенные в N группе таблицы Менделеева. Все вещества состоят из атомов, образованных положительно заряженного ядра и вращающихся вокруг него отрицательно заряженных электронов. Радиус орбиты электронов характеризует уровень их энергии: чем больше этот уровень, т. е. чем дальше от ядра находится электрон, тем больше его энергия. Согласно принципу Паули одинаковую энергию или иными словами одинаковую орбиту могут иметь не более двух электронов атома. Кроме того, электроны атома могут иметь только вполне определённые значения энергии, напр. w1,w2,w3, как показано на рис. 1а. Расположенные между ними энергетические уровни являются запрещёнными. Электроны, вращающиеся на внешних оболочках, наз. валентными. По сравнению с электронами, вращающимися на других орбитах с меньшими радиусами, они обладают наибольшей энергией. Поскольку в веществе содержится большое кол-во атомов (в 1 см^3 вещества содержится N=10^22 атомов), а одинаковые значения энергии могут иметь не более двух электронов, то энергетические уровни валентных электронов расщепляются во множество энергетических подуровней, которые образуют валентную зону (рис. 1б). Число подуровней в валентной зоне определяется числом взаимодействующих атомов. Поскольку ширина разрешённой зоны в твёрдом теле не превосходит нескольких электронвольт (эВ), то при N=10^22 разность между подуровнями составляет примерно 10^-22 эВ. Разрешённые зоны отделены друг от друга запрещёнными зонами. При T=0K(абсолютный нуль) все валентные электроны ПП прочно связаны с его атомами. Поэтому если к такому ПП подключить внешний источник напряжения, то из-за отсутствия в нём подвижных (свободных) носителей электрического заряда ток через ПП протекать не будет,т.е. при T=0K ПП являются идеальным диэлектриком. С ростом температуры валентные электроны получают дополнительную энергию, некоторые из них отрываются от атомов и становятся свободными. Такой ПП уже способен пропускать электрический ток. Энергетические уровни свободных электронов образуют "свободную" зону или зону проводимости, отделённую от валентной зоны запрещенной зоной шириной W (рис. 1в). Ширина запрещённой зоны, расположенной между валентной зоной (ВЗ) и зоной проводимости (ЗП) является важным параметром, определяющим свойства твёрдого тела: чем она меньше, тем больше свободных электронов образуется в веществе при заданной температуре и тем больше его электропроводность. Вещества, у которых W3эВ относятся к ПП, а приW> 3эВ - к диэлектрикам. У металлов запрещённая зона между ЗП и ВЗ отсутствует, чем и объясняется их наибольшая электропроводность по сравнению с другими веществами. Рис. 1 studfiles.net Просмотр видеофильма Электрическое поле совершает работу по перемещению заряда →работа тока. Обозначается: А А = Δq · U Т.к. Δq= I·Δt → А = I·U·Δt Работа тока на участке цепи равна произведению силы тока, напряжения и времени, в течение которого совершалась работа. За единицу работы электрического тока принят Джоуль, который равен работе, выполняемой электрическим током силой 1А при напряжении 1В за 1с: 1 Дж = 1В×1А×1с Каждый из вас видел у себя дома электрический счетчик. И, конечно, вы знаете, что там есть цифры, они постепенно «набегают», т.е. увеличиваются. Каждый месяц вашим родителям приходят квитанции, куда они вписывают показания счетчика и оплачивают их. Как вы думаете, за что они платят? Любая работа оплачивается, в том числе и работа электрического тока. Итак, счётчик - прибор для измерения работы электрического тока. Вспомните, как называлась в механике величина, которая показывает, какая работа совершается за единицу времени. Любой электроприбор рассчитан на потреблении определенной энергии в единицу времени, т.е. на определенную мощность. Мощность тока равна отношению работы тока за время Δt к этому интервалу времени. 1 гВт = 100 Вт 1 кВт = 1000 Вт 1МВт = 1000000 Вт Измерение работы и мощности Работа Мощность С помощью вольтметра, амперметра, часов С помощью вольтметра и амперметра. На практике: Счетчики Ваттметры В быту используют очень много различных электрических приборов: холодильники, пылесосы, утюги и др. мощность этих приборов изменяется в кВт. ТАБЛИЦА А сколько приборов мы можем включить в квартире, чтобы не вырубило пробки? Напряжение в наших квартирах 220 В, допустимая сила тока 10А. Рассчитайте допустимую мощность. Тепловое действие тока Все проводники при прохождении по ним электрического тока нагреваются и отдают тепло окружающей среде (воздуху, жидкости, твердому телу). Видео опыт Закон Джоуля – Ленца Q = I2Rt Количество теплоты, выделяемое проводником с током равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени прохождения по нему тока Применение теплового действия тока Быт: Электрические нагревательные приборы получили очень большое распространение в домашнем быту (утюги, кипятильники, обогреватели, кофемолка, электросамовары, миксеры). Основной частью электроплит, электросамоваров, электрочайников является проводник, в котором выделяется тепло, когда по нему течет ток. Чаще всего проводник делают в виде спирали, которую укладывают в жаростойкие или огнеупорные основания, например, из керамики и асбеста. Материалом для спиралей, нагревающихся в воздухе, обычно служат нихром, т.е. для спиралей электроплит, т.к. спираль электрочайников, электросамоваров опускается в воду, то в этом случае для спиралей используют проволоку из реотана или никеля. Производство: Дуговая сталеплавильная печь. Цех производства динамной стали. compedu.ru Цели: 1. Ввести понятие работы и мощности электрического тока, выяснить характер зависимости этих величин от других характеристик электрического поля. 2. В целях воспитания показать практическую значимость данного вопроса, воспитывать интерес к предмету. 3. Развивать мышление учащихся путем наблюдения, умения анализировать, сравнивать и делать выводы. Оборудование: ВУП, электродвигатель, груз на нити, лампа накаливания, вольтметр, ключи, ваттметр, соединительные провода. Тип урока: урок изучения нового материала. Методы: объяснительно-иллюстративный, проблемный, частично-поисковый. Структура урока Вот я, например, хочу купить новый пылесос, помогите мне сделать правильный выбор. На что я должна обратить внимание? (учащиеся делают предположения) То есть, чем больше его мощность, тем комнату я уберу быстрее. Но у многих была, наверное, ситуация, когда включив телевизор, компьютер, стиральную машину, да еще и чайник электрический – выбивает пробки. Что мы тогда делаем? Почему так происходит? А в школе и дома вам постоянно напоминают, чтобы не забывали выключать свет когда уходите, отключали телевизор, чтобы он не работал зря и т.д. Как же правильно выбирать электрические приборы, на что нужно обращать внимание, как избежать перегрузок в электрической цепи, как рассчитать расход электроэнергии и на многие другие вопросы нам помогут ответить такие характеристики электрического поля, как работа и мощность электрического тока. Эти характеристики мы и рассмотрим на сегодняшнем уроке. Откройте тетради и запишите тему: «Работа и мощность электрического тока» (на экране) Но для рассмотрения данного вопроса, нам понадобятся основные понятия, с которыми мы познакомились на предыдущих уроках. Демонстрация 1(подъем груза электродвигателем) Давайте рассмотрим на примере процесс превращения электрической энергии в механическую, используя электродвигатель и источник тока. Замыкаем ключ. Что мы видим? Какие превращения энергий происходят? Попытаемся установить, от каких факторов зависит работа электрического тока. Для этого воспользуемся установкой, состоящей из лампы накаливания, вольтметра, источника тока, ключа, соеденительных проводов. Чем ярче светит лампа, тем больше выделяется в ней энергии и тем большую работу совершает электрический ток. Демонстрация 2 (зависимость работы тока от напряжения, силы тока, времени) Выводится формула работы тока. А~U, А~I, А~t, А=I·U·t Данную зависимость мы получили экспериментально, а теперь попробуем вывести эту формулу, используя теорию. Из формулы U=видно, чтобы найти работу, нужно напряжение на концах этого участка умножить на электрический заряд, прошедший по нему A= U·q Заряд можно определить q=I·t Используя это соотношение получим формулу работы электрического тока A=U·I·t Работа электрического тока на участке цепи равна произведению напряжения на концах участка, на силу тока и время, в течение которого совершалась работа. В каких единицах можно измерять работу? (1В·с=Дж) Полученная формула является основной, но используя закон Ома давайте выведем еще две. (на экране вывод формулы) I=, А=Ut=t. U=I·R, A=I·R·I·t=I2Rt. Демонстрация 3 (подъем груза при помощи электродвигателя (совершение одной и той же работы за разный интервал времени)). -Что вы заметили? (учащиеся делают предположения) Мощность – работа в единицу времени. P=, Зная формулу для работы электрического тока, скажите, как определить мощность тока? P=I·U Из выведенных нами формул для определения работы, скажите, по каким еще формулам можно определить мощность электрического тока? P=, P=I2·R. Внимательно посмотрите на основные формулы для определения работы и мощности электрического тока, подумайте и скажите, каким образом можно экспериментально определить мощность и работу? Мощность в цепи постоянного тока можно измерить так же при помощи специального измерительного прибора - ваттметра. В его устройстве сочетаются принципы амперметра и вольтметра. Демонстрация 4 (молния (видеоролик)). Давайте оценим мощность молнии. Задача: Максимальная сила тока оценивается в 10000 А, напряжение между грозовыми облаками равно 50 млн. В. Дано: Решение: I=10000А P=I ·U U=50000000В P=10000А·50000000В=5·1011Вт P-? Ответ: 5·1011Вт. Давайте сравним мощность молнии с мощностью различных электрических устройств, которые указаны в таблице на стр. 120. Вы видите, какое большое значение принимает мощность молнии. Если бы люди смогли «приучить» данное природное явление, была бы решена проблема энергоресурсов. Задача: По характеристикам, указанным на цоколе лампы накаливания определить силу тока в лампе и работу, которую совершает электрический ток за 1 час. Дано: СИ Решение: U=220В P=I·U, I=, P=100Вт t=1ч 3600с I==0,45А I-? А=I·U·t=356,4кДж, А-? А=P·t=100Вт·3600с=360000Дж=360кДж Ответ: 0,45А, 360кДж. На следующем уроке мы будем учиться рассчитывать стоимость работы электрического тока. Для этого дома поинтересуйтесь у родителей, сколько вы расходуете электроэнергии за месяц, а так же выпишите электроприборы, которыми вы чаще всего пользуетесь и укажите их мощность. А так же попробуйте ответить на следующий вопрос: какая из люстр экономически более выгодна: на 3 лампочки по 100Вт или на 5 лампочек по 60Вт? -Что это за характеристики? -Каков физический смысл работы электрического тока? -Каков физический смысл мощности электрического тока? -По какой формуле можно определить работу тока? -В каких единицах измеряется работа? - Используя какие приборы можно экспериментально определить работу тока? - По какой формуле можно определить мощность? -Единицы измерения мощности тока? 6. Домашнее задание. Поможет вам в систематизации знаний материал в учебнике, изложенный в параграфе §50,51, а так же вам предлагается решить задачи: упр. 24(1), упр. 25(1) koledj.ru10. Работа и мощность электрического тока. Мощность и работа эл тока
10. Работа и мощность электрического тока.
11. Переменный электрический ток и его основные параметры: период, частота, амплитуда, мгновенное и среднее (действующее) значения.
12. Основные сведения о полупроводниках. Разрешенные и запрещенные зоны. Валентная зона и зона проводимости.
Работа и мощность электрического тока, тепловое действие тока
Обозначается: Р 
«Работа и мощность электрического тока»
Тема: «Работа и мощность электрического тока»
В повседневной жизни мы часто встречаемся с таким понятием как электрический ток. Мы пользуемся различными электроприборами , а когда приобретаем их, обращаем внимание на их характеристики.
Фронтальный опрос проводится с использованием компьютера, на экране появляется вопрос, учащиеся отвечают, а потом имеют возможность проверить правильность ответа.
Вы уже знаете, что во всякой замкнутой цепи обязательно имеет место двойное превращение энергии. В источниках тока происходит превращение какого-нибудь вида энергии в электрическую. В цепи же тока электрическая энергия снова превращается в эквивалентное количество энергии другого вида. Мерой превращения в цепи тока электрической энергии в другие виды энергий является величина работы тока.
Мы привыкли, что электричество создается искусственно человеком, но оно может создаваться и самой природой. Примером может служить такое природное явление, как молния.
Ответить на эти вопросы вам помогут характеристики электрического поля, с которыми мы познакомились на сегодняшнем уроке.
интернет-магазин светодиодного освещения
Пн - Вс с 10:30 до 20:00
Санкт-Петербург, просп. Энгельса, 138, корп. 1, тк ''Стройдвор''
Поделиться с друзьями: