При протекании тока по однородному участку цепи электрическое поле совершает работу. За время Δt по цепи протекает заряд Δq = I Δt. Электрическое поле на выделенном учестке совершает работу ΔA = (φ1 – φ2) Δq = Δφ12 I Δt = U I Δt, где U = Δφ12 – напряжение. Эту работу называют работой электрического тока. Если обе части формулы выражающей закон Ома для однородного участка цепи с сопротивлением R, умножить на IΔt, то получится соотношение R I2 Δt = U I Δt = ΔA. Это соотношение выражает закон сохранения энергии для однородного участка цепи. Работа ΔA электрического тока I, протекающего по неподвижному проводнику с сопротивлением R, преобразуется в тепло ΔQ, выделяющееся на проводнике. ΔQ = ΔA = R I2 Δt. Закон преобразования работы тока в тепло был экспериментально установлен независимо друг от друга Дж. Джоулем и Э. Ленцем и носит название закона Джоуля–Ленца. Мощность электрического тока равна отношению работы тока ΔA к интервалу времени Δt, за которое эта работа была совершена: Работа электрического тока в СИ выражается в джоулях (Дж), мощность – в ваттах (Вт). Если в проводнике течет постоянный ток и проводник остается неподвижным, то работа сторонних сил расходуется на его нагревание. Опыт показывает, что в любом проводнике происходит выделение теплоты, равное работе, совершаемой электрическими силами по переносу заряда вдоль проводника. Если на концах участка проводника имеется разность потенциалов , тогда работу по переносу заряда q на этом участке равна По определению I= q/t. откуда q= I t. Следовательно Так как работа идет па нагревание проводника, то выделяющаяся в проводнике теплота Q равна работе электростатических сил 17,13 Соотношение (17.13) выражает закон Джоуля-Ленца в интегральной форме. Введем плотность тепловой мощности , равную энергии выделенной за единицу время прохождения тока в каждой единице объема проводника где S - поперечное сечение проводника, - его длина. Используя (1.13) и соотношение, получим Но плотность тока, а, тогдас учетом закона Ома в дифференциальной форме, окончательно получаем Формула (17.14) выражает закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме: объемная плотность тепловой мощности тока в проводнике равна произведению его удельной электрической проводимости на квадрат напряженности электрического поля. Смещение под действием электрического поля зарядов в проводнике всегда происходит таким образом, что электрическое поле в проводнике исчезает и ток прекращается. Для протекания тока в течение продолжительного времени на заряды в электрической цепи должны действовать силы, отличные по природе от сил электростатического поля, такие силы получили название сторонних сил. Эти силы могут быть обусловлены химическими процессами, диффузией носителей тока в неоднородной среде, электрическими (но не электростатическими) полями, порождаемыми переменными во времени магнитными полями, и т. д. Всякое устройство, в котором возникают сторонние силы, называется источником электрического тока. Сторонние силы характеризуют работой, которую они совершают над перемещаемыми по электрической цепи носителями заряда. Величина, равная работе сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда, называется электродвижущей силой (ЭДС) , действующей в электрической цепи или на ее участке. Представим стороннюю силу , действующую на заряд q, в виде , где векторная величина представляетнапряженность поля сторонних сил. Тогда на участке цепи ЭДС равна .Интеграл, вычисленный для замкнутой цепи, дает ЭДС, действующую в этой цепи, .Последнее выражение дает самое общее определение ЭДС и пригодно для любых случаев. Если известно, какие силы вызывают движение зарядов в данном источнике, то всегда можно найти напряженность поля сторонних сил и вычислить ЭДС источника. Физическая природа электродвижущих сил в разных источниках весьма различна. Рассмотрим пример. Пусть имеется металлический диск радиуса R (рис. 4.2), вращающийся с угловой скоростью . Диск включен в электрическую цепь при помощи скользящих контактов, касающихся оси диска и его окружности. Центростремительная сила, гдеm - масса электрона; r - расстояние от оси диска. Эта сила действует на электрон и поэтому , возникающая ЭДС равна . studfiles.net Источник электрической энергии совершает полезную работу в замкнутой электрической цепи, при этом возникает электрический ток. Работа источника связана с перемещением электрического заряда Q и зависит от ЭДС: A = E∙Q. (1.49) Так как Q = I∙ t, E = U+UBT, то A = (U+UBT)I∙t или A = U∙I∙t + UBТ ∙I∙t, где U∙I∙t = А - работа, совершаемая источником на внешнем участке цепи, UBТ ∙I∙t = АBT - потери энергии внутри источника. Используя закон Ома для участка цепи, можно записать: . (1.50) Мощностью источника постоянного тока называют работу источника, совершаемую за единицу времени: . (1.51) Мощность потребителей: . (1.52) Мощность потерь энергии внутри источника: . (1.53) Единица мощности - ватт (Вт): . Единица электрической работы - джоуль (Дж): . На практике пользуются единицей мощности киловатт (кВт): и единицей работы (киловатт-час): . При прохождении тока по проводнику свободные электроны, перемещаясь под действием поля, сталкиваются с ионами кристаллической решетки проводника. При этом кинетическая энергия электронов передается ионам, увеличивая при этом их амплитуду колебания, что приводит к нагреванию проводника. Количество теплоты, выделяемой в проводнике при прохождении тока, пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока, и носит название закона Джоуля - Ленца: (Дж). (1.54) Преобразование электрической энергии в тепловую энергию имеет большое практическое значение и широко используется в нагревательных приборах, в устройствах электрического освещения. Однако часто тепловые потери являются нежелательными, например, в электрических машинах, трансформаторах и других устройствах, что снижает их КПД. Во избежание перегрева проводов, обмоток электрических машин, электрических аппаратов установлены нормы допустимого значения силы тока и сечений проводников, которые приводятся в Правилах устройства электрических установок. Например, необходимо рассчитать сечение провода на допустимый ток. Если расстояние между источником электрической энергии и потребителем (м), то длина двух проводов - 2(м). Сопротивление проводов сечением S (м²) с удельным сопротивлением (Ом · м) равно: . Падение напряжения на проводах , тогда сечение проводов . Найденное сечение проводов округляют до большего стандартного ближайшего значения. Для защиты электрических аппаратов, машин и приборов от больших токов используются предохранители и автоматы. При расчете параметров электрических цепей необходимо соблюдать баланс мощностей: алгебраическая сумма мощностей всех источников энергии электрической цепи равна арифметической сумме мощностей всех приемников энергии: . (1.55) Если и совпадают по направлению, то мощности источников электрической энергии положительны. При несовпадении направлений и - мощности источников электрической энергии отрицательны. studfiles.net Источник электрической энергии совершает полезную работу в замкнутой электрической цепи, при этом возникает электрический ток. Работа источника связана с перемещением электрического заряда Q и зависит от ЭДС: A = E∙Q. (1.49) Так как Q = I∙ t, E = U+UBT, то A = (U+UBT)I∙t или A = U∙I∙t + UBТ ∙I∙t, где U∙I∙t = А - работа, совершаемая источником на внешнем участке цепи, UBТ ∙I∙t = АBT - потери энергии внутри источника. Используя закон Ома для участка цепи, можно записать: . (1.50) Мощностью источника постоянного тока называют работу источника, совершаемую за единицу времени: . (1.51) Мощность потребителей: . (1.52) Мощность потерь энергии внутри источника: . (1.53) Единица мощности - ватт (Вт): . Единица электрической работы - джоуль (Дж): . На практике пользуются единицей мощности киловатт (кВт): и единицей работы (киловатт-час): . При прохождении тока по проводнику свободные электроны, перемещаясь под действием поля, сталкиваются с ионами кристаллической решетки проводника. При этом кинетическая энергия электронов передается ионам, увеличивая при этом их амплитуду колебания, что приводит к нагреванию проводника. Количество теплоты, выделяемой в проводнике при прохождении тока, пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока, и носит название закона Джоуля - Ленца: [Дж] . (1.54) Преобразование электрической энергии в тепловую энергию имеет большое практическое значение и широко используется в нагревательных приборах, в устройствах электрического освещения. Однако часто тепловые потери являются нежелательными, например, в электрических машинах, трансформаторах и других устройствах, что снижает их КПД. Во избежание перегрева проводов, обмоток электрических машин, электрических аппаратов установлены нормы допустимого значения силы тока и сечений проводников, которые приводятся в Правилах устройства электрических установок. Например, необходимо рассчитать сечение провода на допустимый ток. Если расстояние между источником электрической энергии и потребителем [м], то длина двух проводов - 2 [м]. Сопротивление проводов сечением S [м²] с удельным сопротивлением [Ом · м] равно: . Падение напряжения на проводах , тогда сечение проводов . Найденное сечение проводов округляют до большего стандартного ближайшего значения. Для защиты электрических аппаратов, машин и приборов от больших токов используются предохранители и автоматы. При расчете параметров электрических цепей необходимо соблюдать баланс мощностей: алгебраическая сумма мощностей всех источников энергии электрической цепи равна арифметической сумме мощностей всех приемников энергии: . (1.55) Если и совпадают по направлению, то мощности источников электрической энергии положительны. При несовпадении направлений и - мощности источников электрической энергии отрицательны. studfiles.net Урок в 10 классе Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля-Ленца. Цель урока: познакомить учащихся с такими понятиями как работа и мощность электрического тока. Этапы урока: Организационный этап. Проверка домашнего задания. Объяснение нового материала: Каждый из вас видел у себя эл.счётчики. И, конечно, вы знаете, что там есть цифры, они постепенно «набегают», т.е. увеличиваются. В конце месяца ваши родители переписывают эти цифры, делают какие-то расчёты и идут оплачивать. Как вы думаете, за что же они платят? (за работу электрического тока) Любая работа оплачивается, в том числе и работа эл.тока. Ток совершает работу! Работу по освещению наших квартир, обеспечивает работу эл.приборов. ! ЗАПИСЬ ТЕМЫ Какие действия эл.тока вы знаете? (тепловое, химическое, магнитное). Итак, тепловое. Прохождение эл.тока по проводнику всегда сопровождается нагреванием проводника. Почему происходит нагревание? Нагревание происходит потому, что разогнавшиеся под действием эл.поля электроны при столкновении с колеблющимися кристаллической решётки проводника передают им свою кинетическую энергию. Так, энергия эл.поля переходит во внутреннюю энергию проводника. Выясним, как вычисляется работа тока в эл.цепи. Полную работу тока на участке цепи, который является потребителем, можно найти по формуле: где U – напряжение на участке цепи. Так как А=UIt – работа эл.тока. в СИ: [А]=[ВАС]=[Дж] Поскольку напряжение и ток на участке цепи можно измерить вольтметром и амперметром, то эта формула удобна на практике для вычисления полной работы тока. Когда вся эл.энергия превращается во внутреннюю энергию проводника справедлива формула закона Ома для участка цепи: I А= Рассмотрим участок цепи с ЭДС А=εIt Мощность эл.тока. Вспомним, что называют мощностью? (Мощностью называют величину, характеризующую скорость выполнения работы) Мощностью тока на участке цепи измеряют работой тока в единицу времени А=UIt А= А= А=εIt При расчётах следует помнить, что мощность тока во всей внешней цепи при любом соединении равна сумме мощностей на отдельных участках цепи. Прибор для измерения работы тока называется электрическим счётчиком, а стоимость единицы работы тока – тарифом. Например, какой тариф сейчас у нас? Закон Джоуля – Ленца. Итак, мы говорили, что у эл.тока есть тепловое действие. Тепловое действие тока на опытах было изучено английским учёным Джоулем и русским физиком Ленцем. Закон Джоуля-Ленца определяет количество теплоты, выделяемое потребителями при прохождении эл.тока. Количество теплоты выделяемое током в проводнике равно работе эл.тока: Q=А Закон Джоуля-Ленца: количество тепла, выделяемое током прямо пропорционально сопротивлению проводника, квадрату силы тока и времени его прохождения Q=А= Q1= Q2= При параллельном соединении проводников без ЭДС с сопротивлениями R1и R2 Q= Q= При последовательном соединении большее количество теплоты выделяется в проводнике с большим сопротивлением, а при параллельном соединении – с меньшим. infourok.ru Рассмотрим произвольный участок цепи постоянного тока, к концам которого приложено напряжение U . За время t через каждое сечение проводника проходит заряд . Это равносильно тому, что заряд q переносится за время t из одного конца проводника в другой. Работа и мощность электрического тока Не понятно(06:43) Я как понимаю, по логике, что может совершаться только тогда, если тело(частицы) движется поступательно и УПОРЯДОЧЕННО. А так, как ток- это УПОРЯДОЧЕННОЕ движение заряженных частиц, следовательно ток в данном случае не течет. Неужели если проводник нагревается, то по нем. Читать полностью Не понятно(06:43) Я как понимаю, по логике, что работа может совершаться только тогда, если тело(частицы) движется поступательно и УПОРЯДОЧЕННО. § 41. И МОЩНОСТЬ ПОСТОЯННОГО. Электрический ток является универсальным поставщиком энергии, которая может быть преобразована в тепловую, механическую или энергию химических связей. Ток освещает наши дома, снабжает энергией холодильники, телевизоры, компьютеры, телефоны и множество других устройств, без которых жизнь современного человека трудно представить. Ток, проходя по проводнику, совершает (15.1) в результате чего в проводнике выделяется тепло Джоуля-Ленца. Мощность, развиваемая В истории законом Джоуля-Ленца называют формулу (15.3), а не формулу (15.2). Закон был открыт в 1841 г. Дж. Джоулем (1818–1889) и в последующем подробно исследован Ленцем. Вопросы устного экзамена, МФТИ, 2 курс Сообщение №29648 от Преподаватель 03 января 2004 г. 12:49 Тема: Вопросы устного экзамена, МФТИ, 2 курс ВОПРОСЫ ЭКЗАМЕНАЦИОННЫХ БИЛЕТОВ ПО РАЗДЕЛУ «ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ» (2003-2004 учебный год) 1. Закон Кулона Напряженность электрического поля. Элементарный заряд. Принцип суперпозиции. ПОСТОЯННОГО тока — работа электрического поля по переносу электрических зарядов вдоль проводника; на участке цепи равна произведению силы, напряжения и времени, в течение которого работа совершалась. Применяя формулу закона Ома для участка цепи, можно записать несколько вариантов формулы для расчета работы тока: Урок физики в 10-м классе «Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля–Ленца» Оборудование: Компьютер, проектор, раздаточный материал к уроку для обучающихся Программное обеспечение: Windows XP, Word 2003, Power Point 2003 I. Организационный момент урока. II. Сообщение цели урока: разъяснить сущность понятий: тока, мощность тока; систематизировать знания обучающихся о закономерностях, происходящих в проводниках при протекании по ним электрического тока; использовать закономерности темы при решении задач. Электрическая энергия легко преобразуется в другие виды энергии — механическую, химическую, световую, внутреннюю энергию вещества, что широко применяется в промышленности и в быту. Мерой изменения энергии электрического тока служит работа источника тока, создающего и поддерживающего электрическое поле в цепи. Стационарное электрическое поле, перемещающее заряды по проводнику, совершает. 63. РАБОТА И МОЩНОСТЬ ПОСТОЯННОГО В электрической цепи происходит ряд превращений энергии. При упорядоченном движении заряженных частиц в проводнике электрическое поле совершает. Эту работу принято называть тока. Рассмотрим произвольный участок цепи. Это может быть однородный проводник, например нить лампы накаливания, обмотка электродвигателя и т. д. Пусть за время через поперечное сечение проводника проходит заряд Тогда электрическое поле совершит Так как сила то эта работа равна: Работа тока на участке цепи равна произведению силы тока на напряжение и на время, в течение которого совершалась работа. vigor24.ru Тақырып /Тема: « Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля - Ленца» Класс: 8 Сабақтың мақсаттары / цели урока: білімдік: образовательная ввести понятия работы и мощности тока; ознакомить учащихся с законом Джоуля - Ленца; сформировать умение вычислять количество теплоты, выделяемое проводником, по которому течет ток, применительно к различным видам соединения. пайдалану: развивающая: развитие памяти и внимания; развитие применения знаний при решении задач; развитие познавательного интереса. 3. түсіндік: воспитательная воспитывать у учащихся умение самостоятельной работы; воспитывать сопричастность к собственной деятельности и деятельности других. Жабдықтар / оборудование : ПК, видеопроектор,(Приложение 1) Сабақтың түрі / тип урока : комбинированный Виды педагогических технологий, применяемые на данном уроке: информационная технололгия; личностно-ориентированное обучение (беседа - ответы на вопросы; развитие, понимание и объяснение опытов, творчество и исследовательский поиск при решение проблемного вопроса). План урока: Организационный момент . Психологический настрой. Целевая ориентация. Актуализация знаний Изучение нового материала . Закрепление нового материала. Домашнее задание Рефлексия. Ход урока. Первый этап урока. Организационный момент. Психологический настрой. Здравствуйте уважаемые коллеги, ребята. .Определите ваше состояние, с которым вы пришли на урок. Посмотрим, измениться ли оно к концу урока. Приложение 1. СПОКОЕНРАВНОДУШЕНБЕЗРАЗЛИЧЕНУВЛЕЧЕНВСТРЕВОЖЕН Давайте создадим хорошее настроение, улыбнемся друг другу. Улыбаясь, мы снимаем с себя напряжение и создаем вокруг себя атмосферу доброжелательности. Начнем урок. Второй этап. Целевая ориентация По пословице определите, о какой физической величине идет речь? Век живи – век учись. (время) У лжи короткие ноги. (длина) Не засыпай старого колодца, пока новый не выкопал. (работа) – Пламя не больше чаши, а весь мир греет (количество теплоты) – В быту мы используем различные электрические приборы, в которых электрическое поле совершает работу (слайд №1). В полотняной стране По реке – простыне Плывет пароход То назад, то вперед. То назад, то вперед Проплывает пароход. Остановишь – горе: Продырявишь море! ( утюг) Дом – стеклянный пузырек. И живет в нем огонек! Днем он спит, а как проснется, Ярким пламенем зажжется (электрическая лампочка) Назовите еще приборы, действие которых подобно изображенным на слайде Ученики: Действие электрического тока можно использовать в работе всех электрических приборов: печи, камины, нагреватели, обогреватели, плиты, утюги, чайники, паяльники, плавкие предохранители, лампы накаливания, тостер и др. Все они работают потому, что через них протекает электрический ток. Давайте вспомним ряд понятий и определений. Что называют электрическим током? Каковы условия существования тока? Какие существуют виды источников тока? Назовите характеристики тока. Сформулируйте закон Ома для участка цепи. Перечислите какие действия оказывает электрический ток? Задание 2. Цифровой диктант. 1. СИЛУ ТОКА ОПРЕДЕЛЯЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД, ПРОХОДЯЩИЙ ЧЕРЕЗ ПРОДОЛЬНОЕ СЕЧЕНИЕ ПРОВОДНИКА В 1с. 2. Данная формула выражает закон Ома для участка цепи. I=U/R 3. ПРИБОР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛЫ ТОКА-АМПЕРМЕТР. 4. Напряжение - физическая величина, измеряемая в джоулях 5. Напряжение на участке цепи можно измерить ареометром. 6. СОПРОТИВЛЕНИЕ ПРЯМО ПРОПОРЦИОНАЛЬНО ДЛИНЕ ПРОВОДНИКА. Задание 3. Игра « Веришь – не веришь» Если согласны – ставите “+”, если не согласны, ставите “-” Задание 4. Решение расчетных задач Задача 1. Задача 2. Дано: Дано: R=0.25Ом R=12000Ом U=12В I=30A Найти: Найти: I-? U-? Четвертый этап. Изучение 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? Создание проблемной ситуации. -Давайте подумаем: от чего зависит работа тока? Учитель демонстрирует опыты согласно схемам (рис.1) Рисунок 1. Схемы цепей показывает на экране (см. приложение ) Ученики видят ,что лампа в (1) светит ярче, чем лампа в (2). Сила тока в цепях одинаковая, а напряжения разные. Значит, работа тока зависит от напряжения. Вывод: A~U Этот вывод записывает учитель на доску , ученики- в тетрадь . -Давайте выясним , еще от чего зависит работа тока . - Соберите цепь согласно схеме, представленной на экране(открыть приложение 2) Схема (рис.2) -Измените силу тока реостатом (при увеличении силы тока лампа светит ярче). Значит,работа тока зависит от силы тока Вывод: A~I Записываем вывод на доску и в тетрадь. -Если лампа будет работать 1 час, большую работу совершит ток? (да) Значит, работа тока зависит от времени работы цепи Вывод: A~t Записываем вывод на доску и в тетрадь. Теперь выведем формулу для расчета работы тока на основе результатов наших опытов и рассуждений (рис.4). Вспомним, в чем измеряется работа? ( в Джоулях ) [А ] = [ Дж ] = [ А .В .c] -Чтобы измерить работу тока, надо взять амперметр, вольтметр и часы, все это сочетается в счетчике электрической энергии, которые есть в наших домах. Очень строгий контролер Со стены глядит в упор, Смотрит, не моргает: Стоит только свет зажечь Иль включить в розетку печь – Все на ус мотает.Что на ус мотает? ( счетчик) Но одинаковую работу можно совершить за различное время. Например, нагрев воды электрическим чайником старой и новой модели. -Какой величиной характеризуется быстрота выполнения работы? ( мощностью: N=A/t ) -В чем измеряют мощность? (в Ваттах) -Мощность электрического тока обозначается P. P- мощность электрического тока. -Выведем формулу мощности электрического тока Для измерения мощности нужны: амперметр и вольтметр - это сочетается в ваттметре. Учитель показывает ваттметр. . 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. (Запись на доске и в тетрадях учащихся). А - работа 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=I?Rt. 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: Q=UIt; Q=I2Rt. Получим еще одну формулу для расчета количества теплоты: I=U/R подставляем в формулу Q=UIt, получаем : Q=U2t/R. 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). Последовательное соединение: Параллельное соединение: I=I1=I2; U=U1=U2; U=U1+U2; I=I1+I2; R=R1+R2. 1/R=1/R1+1/R2. Мы видим, что при последовательном соединении не изменяется сила тока (I) , то для этого вида соединения проводников удобнее использовать формулу: Q=I 2Rt. При параллельном соединении проводников не изменяется напряжение (U), тогда для этого вида соединения проводников удобнее использовать формулу: Q=U 2t/R. Пятый этап. Закрепление нового материала. Задание 1. Итак, мы выяснили от чего зависит работа и мощность тока, узнали много формул и теперь все обобщим, заполним таблицу, предложенную на доске (см. приложение). На экран проецируется слайд, одновременно каждому ученику раздается лист с подобным заданием. Необходимо заполнить недостающие данные в таблице. Проверка правильности осуществляется взаимопроверкой в парах по образцу заполнения таблицы . Задание 2. Предлагается решить задачи по вариантам . Краткое условие задач представлена на экране. Вариант 1. 1. .Какова мощность электрического тока в электрической плитке при напряжении 200 В и силе тока 2А? 2. .Какое количество теплоты выделяется в проводнике сопротивлением 20 Ом за 10 мин при силе тока в цепи 2А? Вариант 2. 1. Какова мощность электрического тока в электрической лампе при напряжении 100 В и силе тока 0,5 А? 2. Какое количество теплоты выделяется в проводнике сопротивлением 100 Ом за 20 с при силе тока в цепи 3А? Задание 2. Почему на одной из лампочек (слайд ) выделится большее количество теплоты? Q=I2R а) Так как сила тока в последовательно соединенных лампах одинакова, то количество теплоты, выделяемое в единицу времени, больше в лампе с большим сопротивлением. б) Так как при параллельном соединении напряжение на концах ламп одинаково, то количество теплоты, выделяемое на лампе, обратно пропорционально сопротивлению проводника а) Так как сила тока в последовательно соединенных лампах одинакова, то количество теплоты, выделяемое в единицу времени, больше в лампе с большим сопротивлением. б) Так как при параллельном соединении напряжение на концах ламп одинаково, то количество теплоты, выделяемое на лампе, обратно пропорционально сопротивлению проводника. Седьмой этап. Домашнее задание. Прочитать §108, решить задачу №4 упражнения 19 (используйте закономерности последовательного и параллельного соединения проводников). Восьмой этап. Рефлексия. Подведение итогов урока. . Что получилось? Что не получилось? Что вызвало затруднение? На что нужно обратить внимание в первую очередь? Как вы оцениваете свою работу на уроке в целом? 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). Определите ваше состояние. СПОКОЕН РАВНОДУШЕН БЕЗРАЗЛИЧЕН УВЛЕЧЕН ВСТРЕВОЖЕН …. Закончить урок мне хотелось бы следующим четверостишием: Науку все глубже постигнуть стремись,Познанием вечного жаждой томись.Лишь первых познаний блеснет тебе свет, Узнаешь: предела для знания нет. Фирдоуси Приложение1 Самоанализ урока Тақырып /Тема: « Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля - Ленца» Класс: 8 Сабақтың мақсаттары / цели урока: білімдік: образовательная ввести понятия работы и мощности тока; ознакомить учащихся с законом Джоуля - Ленца; сформировать умение вычислять количество теплоты, выделяемое проводником, по которому течет ток, применительно к различным видам соединения. пайдалану: развивающая: развитие памяти и внимания; развитие применения знаний при решении задач; развитие познавательного интереса. 3. түсіндік: воспитательная воспитывать у учащихся умение самостоятельной работы; воспитывать сопричастность к собственной деятельности и деятельности других. Жабдықтар / оборудование : ПК, видеопроектор,(Приложение 1) Сабақтың түрі / тип урока : комбинированный В начале урока, при объявлении целей урока применяется прием переключения внимания детей на учебную деятельность. На этапе повторения пройденного материала, заключающегося в смене различных видов работы происходит актуализация знаний, полученных на предыдущих уроках. Подведение учащихся к введению понятия работы и мощности тока проводится через исследовательскую деятельность, осуществляющуюся в группах. Фиксация нового физического понятия проводится на основе проблемного эксперимента, оборудование для которого предлагается группам учащихся. На данном этапе происходит преобразование абстрактного понятия в сенситивное ощущение, практическое осмысление понятия «работа тока». Построение умозаключения на основе имеющихся теоретических знаний и проведенного исследовательского эксперимента развивает умения слушать выступление своего товарища, доказывать свою точку зрения, позволяет реализовать руководящие качества отдельных учащихся. Действия учеников отслеживаются учителем и оценивается. Внимание переключается с абстрактных понятий на визуальное восприятие, теоретические знания применяются к окружающим явлениям. Развитие логических действий на основе полученных из экспериментов знаний имеет место на этапе обсуждения результатов. Учителем проводится подведение учащихся к обоснованию ответа на поставленный вопрос. План проведения исследования дается учителем для актуализации учебных действий для решения поставленной задачи. Закрепление знаний происходит через моторно-визуальное восприятие. На уроке наиболее оптимальным образом были использованы фронтальная, групповая, индивидуальная, коллективная формы организации познавательной деятельности. Используемые формы организации познавательной деятельности соответствуют цели урока. методам обучения. Познавательная, развивающая и воспитательная цели урока достигнуты через различные методы и приемы учебной деятельности. Характеристика результатов работы. Ребятам очень нравится такой вид деятельности, прежде всего из-за того, что они не являются пассивными слушателями, а становятся исследователями, экспериментаторами, делают для себя открытия, мимо которых они прошли бы в обычной жизни. Для домашнего исследования они выбирают темы, которые при серьезном подходе могут вырасти в ученическую научную работу. kopilkaurokov.ru Рассмотрим однородный участок цепи, между концами которого существует напряжение U. При силе тока I за время t через цепь пройдет заряд q = It. Поэтому работа электрического тока на этом участке будет равна: A = Uq = IUt. (20.1) Комбинируя законом Ома для однородного участка цепи U = IR, можно получить еще два выражения работы тока: A = IUt = t = I2Rt. (20.2) Выражение (20.2) справедливо для постоянного тока в любом случае, для какого угодно участка цепи. Мощность тока, т.е. работа в единицу времени равна: Р = = IU = = I2R. (20.3) Формулу (20.3) в системе СИ используют для определения единицы напряжения. Единица напряжения вольт есть [U] = [P] / [I] = 1 Вт/А = 1 В. Вольт – электрическое напряжение, вызывающее в электрической цепи постоянный ток силой 1 А при мощности 1 Вт. Если сила тока выражается в Амперах, напряжение - в Вольтах, сопротивление - в Омах, то работа тока выражается в Джоулях, а мощность - в Ваттах. На практике применяются также внесистемные единицы работы тока: ватт×час (Вт×ч) и киловатт×час (кВт×ч). 1 Вт×ч - работа тока мощностью в 1 Вт в течение 1 часа: 1 Вт×ч = 3 600 Вт×с = 3,6×103 Дж; 1 кВт×ч = 103 Вт×ч = 3,6×106 Дж. В однородном неподвижном проводнике при отсутствии в нем химических превращений вся работа тока идет на увеличение внутренней энергии проводника, в результате чего проводник нагревается. По закону сохранения энергии количество теплоты Q, выделившейся в неподвижном проводнике, при пропускании тока за время t равно А, то из (20.2) имеем Q = IUt = t = I2Rt. (20.4) Выражение (20.4) представляет собой закон Джоуля-Ленца, экспериментально установленный независимо друг от друга Дж. Джоулем и Э. X. Ленцем. Джоуль и Ленц установили свой закон для однородного участка цепи. Однако он справедлив и для неоднородного участка цепи при условии, что действующие в нем сторонние силы имеют нехимическое происхождение. Выделим в проводнике элементарный цилиндрический объем dV = dS×dl (ось цилиндра совпадает с направлением тока), электрическое сопротивление которого равно R = r×dl/dS. По закону Джоуля - Ленца, за время dt в объеме dV выделится теплота dQ = I2Rdt = (jdS)2dt = rj2×dV×dt. Количество теплоты, выделяющееся за единицу времени в единице объема, называется удельной тепловой мощностью тока. Она равна w = = rj2 . (20.5) Используя дифференциальную форму закона Ома (18.3) из соотношения (20.5) получим: w = rj2 = = sЕ2 = jE. (20.6) Формулы (20.6) являются обобщенным выражением закона Джоуля-Ленца в дифференциальной форме, пригодным для любого проводника. Тепловое действие тока находит широкое применение в технике, которое началось с изобретения в 1873 г. русским инженером А. Н. Лодыгиным (1847-1923) лампы накаливания. На нагревании проводников электрическим током основано действие электрических муфельных печей, электрической дуги (открыта русским инженером В. В. Петровым (1761-1834)), контактной электросварки, бытовых электронагревательных приборов и т. д. Теперь рассмотрим энергетические превращения в замкнутой цепи, содержащей ЭДС (см. рисунок 23). При этом будем учитывать полученные ранее соотношения (18.6), (18.7) и (18.8). Мощность, потребляемая цепью (т.е. мощность, развиваемая источником тока), равна P = EI. Мощности, выделяемые на нагрузке PR и внутреннем сопротивлении Pr , соответственно, равны PR = I2R = R = E2 , Pr = I2r = E2 . (20.7) Согласно закону сохранения энергии P = PR + Pr , т.е. EI = URI + UrI = I2(R+r). (20.8) Коэффициент полезного действия h источника тока равен: h = = = = = . (20.9) Из выражения (20.9) видно, что h достигает наибольшего значения h = 1 в случае разомкнутой цепи (R®¥, при этом PR®0) и обращается в нуль (h = 0) при коротком замыкании (R = 0). Зависимость полезной мощности от сопротивления нагрузки R PR(R) = E2 (20.10) изображена на рисунке 26. Как видно из графика PR(R), одна и та же мощность Р0 выделяется при двух разных значениях R1 и R2 сопротивления нагрузки (при R1 ¹ R2 значения КПД различны, т.е. h2 ¹ h3). Если в (20.10) вместо PR подставить Р0, получим квадратное уравнение, из которого можно определить значения R1 и R2: P0(R) = P0 = E2 или R2 + R + r2 = 0. (20.11) Значение внешнего сопротивления Rmax , при котором на нем выделяется максимальная мощность Pmax , найдем, дифференцируя выражение P0(R) по R и приравнивая первую производную нулю: P0(R)¢R = = E2 = 0, (20.12) откуда, с учетом того, что r > 0 и R > 0, получаем Rmax = r. Полезная мощность, т.е. мощность, выделяемая во внешней цепи, достигает наибольшего значения, если сопротивление внешней цепи равно внутреннему сопротивлению, т.е. при R = r. При этом сила тока в цепи равна: Imax = = = = Iкз , (20.13) т.е. половине силы тока короткого замыкания Iкз. В этом случае КПД источника тока равен 0,5 (50 %): hmax = = = . (20.14) А максимальная мощность, выделяемая на нагрузке, равна Pmax = E2= E2= . (20.15) Если к квадратному уравнению (20.11) для определения R1 и R2 применить теорему Виета, то она дает формулы, связывающие корни этого уравнения: R1 + R2 = - r и R1 × R2 = r2. (20.16) Практический интерес представляет вторая формула в (20.16), т.е. (R1 × R2 = r2), которая связывает внутреннее сопротивление источника r и сопротивления нагрузки R1 и R2, при которых на нагрузке выделяется одинаковая мощность (Р0). Контрольные вопросы 1 Что называется силой тока? плотностью тока? Каковы их единицы измерения? (Дать определения.) 2 Назовите условия возникновения и существования электрического тока. 3 Что такое сторонние силы? Какова их природа? 4 В чем заключается физический смысл электродвижущей силы, действующей в цепи? напряжения? разности потенциалов? 5 Почему напряжение является обобщенным понятием разности потенциалов? 6 Какова связь между сопротивлением и проводимостью, удельным сопротивлением и удельной проводимостью? Каковы их единицы измерения? (Дать определения.) 7 Что понимают под средней, дрейфовой или упорядоченной скоростью движения носителей тока? 8 Что понимают под напряженностью поля сторонних сил? 9 Выведите законы Ома и Джоуля - Ленца в дифференциальной форме. 10 В чем заключается физический смысл удельной тепловой мощности тока? 11 Проанализируйте обобщенный закон Ома. Какие частные законы можно из него получить? 12 Как формулируются правила Кирхгофа? На чем они основаны? 13 Как составляются уравнения, выражающие правила Кирхгофа? Как избежать лишних уравнений? 14 Какие участки цепи называют однородными (неоднородными)? Тесты 1. Выражение представляет собой: А) силу тока в замкнутой цепи В) мощность, выделяющуюся во внешней цепи С) мощность, выделяющуюся во внутренней цепи источника тока Д) напряжение на зажимах источника тока Е) работу перемещения единичного положительного заряда по замкнутой цепи 2. Аккумулятор с внутренним сопротивлением r=0,08 Ом при токе I1=4 А отдает во внешнюю цепь мощность Р1=8 Вт. Какую мощность Р2 отдаст он во внешнюю цепь при токе I2=6 А? 3. Определите ток короткого замыкания аккумулятора, если при внешнем сопротивлении R1=50 Ом ток в цепи I1=0,2 А, а при R2=110 Ом ток I2=0,1 А. 4. Два резистора с одинаковым сопротивлением каждый включаются в сеть постоянного напряжения первый раз параллельно, а второй раз последовательно. Найти соотношение между потребляемыми мощностями в этих случаях. 5. Гальванический элемент с внутренним сопротивлением r=6 Ом замкнут на сопротивление R=24 Ом. При каком другом внешнем сопротивлении полезная мощность цепи будет такой же? 6. Элемент с ЭДС, равной 6 В, дает максимальную силу тока 3 А. Найдите наибольшее количество теплоты, которое может быть выделено внешним сопротивлением за 2 минуты. 7. Напряжение на (внешнем) участке цепи U1=5 В, сила тока I1=3 А. После изменения сопротивления этого участка напряжение стало U2=8 В, а сила тока I2=2 A. Каково внутреннее сопротивление источника тока? 8. Вычислите сопротивление спирали лампы от карманного фонаря, если при напряжении 3,5 В сила тока в ней 280 мА. 9. К источнику с ЭДС Е=2 В и внутренним сопротивлением r=1 Ом подключают нагрузку. Если ток в цепи равен I=1 А, то нагрузка потребляет мощность, равную … 10. Какой силы ток должен проходить по проводнику, включенному в сеть напряжением 220 В, чтобы в нем ежеминутно выделялось по 6,6 кДж теплоты? 11. К источнику постоянного тока, ЭДС которого 36 В, а внутреннее сопротивление 1 Ом, подключены параллельно два резистора с сопротивлением 4 Ом каждый. Каково напряжение на выходе источника тока? 12. Электрический утюг рассчитан на напряжение 220 В. Сопротивление его нагревательного элемента 88 Ом. Чему равна мощность этого утюга? 13. При замыкании источника тока на внешнее сопротивление 4 Ом в цепи протекает ток 0,3 А, а при замыкании на сопротивление 7 Ом протекает ток 0,2 А. Определите ток короткого замыкания этого источника. 14. Аккумуляторная батарея перед зарядкой имела ЭДС Е1=90 В, после зарядки Е2=100 В. Величина тока в начале зарядки была I1=10 А. Какова была величина тока I2 в конце зарядки, если внутреннее сопротивление батареи r=2 Ом, а напряжение U, создаваемое зарядным устройством, постоянно. 15. Коэффициент полезного действия источника тока может быть вычислен по формуле … 16. Каково сопротивление R отрезка медного провода диаметром d=2 мм, если его масса m=0,89 кг? Удельное сопротивление меди r=0,017×10-4 Ом×см, ее плотность t=8,9 г/см3. 17. Два проводника, соединенные последовательно, имеют сопротивление в 6,25 раза большее, чем при их параллельном соединении. Найдите во сколько раз сопротивление одного проводника больше сопротивления другого. 18. Если при неизменных размерах и температуре проводника плотность тока возросла в 2 раза, то во сколько раз увеличилось напряжение на концах этого проводника? 19. Определите плотность тока в медной проволоке длиной L=10 м, если разность потенциалов на ее концах Dj=0,12 В. Удельное сопротивление меди r=1,7×10-8 Ом×м. 20. По проводнику с площадью сечения 50 мм2 течет ток. Средняя скорость дрейфа свободных электронов 0,282 мм/с, а их концентрация 7,9×1021 см-3. Найдите силу тока в проводнике. Элементарный заряд е=1,6×10-19 Кл. 21. Какая работа будет произведена, если к концам проводника с сопротивлением R=10 Ом на время t=20 с приложено напряжение U=12 В? 22. Найдите КПД насосной установки, которая подает в единицу времени объем воды Vt=75 л/с на высоту h=4,7 м через трубу, имеющую сечение S=0,01 м2, если мотор потребляет мощность N=10 кВт. Плотность воды r=1 000 кг/м3. Ускорение силы тяжести g=9,8 м/с2. 23. Если элемент с ЭДС 12 В и внутренним сопротивлением 2 Ом замкнуть на сопротивление 10 Ом, то мощность, выделяемая во внешней цепи, будет равна … 24. Проволока растягивается до тех пор, пока ее длина не удваивается. Как изменяется сопротивление проволоки? А) увеличится в 2 раза В) увеличится в 4 раза С) не изменится Д) уменьшится в 2 раза Е) верный ответ не указан 25. Сколько энергии израсходовала электрическая лампа накаливания при постоянном напряжении 12 В, если по ней протекло 600 Кл электричества? 26. Мощность электронагревательного прибора при уменьшении длины нагревательной спирали вдвое и уменьшении напряжения в цепи вдвое … А) уменьшится в 8 раз В) уменьшится в 4 раза С) уменьшится в 2 раза Д) увеличится в 2 раза Е) не изменится 27. Два резистора, сопротивления которых отличаются в n=4,8 раза, включают в цепь постоянного тока при неизменном напряжении в цепи один раз последовательно, а другой – параллельно. Каково отношение тепловых мощностей, выделяющихся на резисторах во втором (Р2) и в первом (Р1) случаях? 28. Сопротивления R1=300 Ом и R2=100 Ом включены последовательно в сеть. Какое количество теплоты Q1 выделилось на первом сопротивлении, если на втором за это же время выделилось Q2=60 кДж? 29. Во сколько раз увеличится сила тока, протекающего по проводнику, если напряжение на концах проводника увеличить в 2 раза, а длину проводника уменьшить в 4 раза? 30. Физическая величина, размерность которой можно представить как , является А) сопротивлением В) ЭДС источника тока С) удельным сопротивлением Д) силой тока Е) проводимостью Верные ответы в заданиях отмечены красным цветом. megaobuchalka.ruРазработка урока: « Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля - Ленца». Работа и мощность постоянного тока закон джоуля ленца
12)Работа и мощность в цепи постоянного тока!! Закон Джоуля-Ленца в интегральной и дифференцальной форме!!!
13)Сторонние силы!! Электродвижущая сила источника тока!!закон Ома для участка цепи содержащей эдс и для замкнутой цепи!!!
1.6. Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля – Ленца
1.6. Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля – Ленца
"Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля-Ленца"
q – заряд перенесённый через поперечное сечение проводника за время прохождения тока t.
, то q=It
=
, U=IR А=UIt=
при вычислении работы тока на участке цепи без ЭДС
можно пользоваться любой из этих формул
в СИ: [Р]=[
]=[Вт]
Q=А=UIt Q=А= 
Работа и мощность постоянного тока закон джоуля ленца
Работа и мощность постоянного тока закон джоуля ленца
Работа и мощность электрического тока
Политех в Сети
Урок физики в 10-м классе — Работа и мощность электрического тока
Электрический ток
Разработка урока: « Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля - Ленца»
.
t =IU t =
Работа и мощность тока. Закон Джоуля – Ленца — Мегаобучалка
А) 16 Вт
В) 12 Вт
С) 8 Вт
Д) 10 Вт
Е) 11 Вт
А) 9,6 А
В) 4,8 А
С) 2,4 А
Д) 1,2 А
Е) 0,6 А
А) Р1=Р2 В) Р2=4Р1 С) Р1=4Р2 Д) Р2=2Р1 Е) Р1=2Р2 А) 9,5 Ом
В) 6,5 Ом
С) 4,5 Ом
Д) 2,5 Ом
Е) 1,5 Ом
А) 2 160 Дж
В) 540 Дж
С) 1 540 Дж
Д) 480 Дж
Е) 40 Дж
А) 1 Ом
В) 2 Ом
С) 3 Ом
Д) 4 Ом
Е) 5 Ом
А) 12,5 Ом
В) 125 Ом
С) 50 Ом
Д) 25 Ом
Е) 250 Ом
А) 1 Вт
В) 2 Вт
С) 4 Вт
Д) Вт
Е) 2 Вт
А) 0,33 А
В) 0,5 А
С) 0,66 А
Д) 0,4 А
Е) 0,44 А
А) 28,8 В
В) 7,2 В
С) 12 В
Д) 24 В
Е) 32 В
А) 4×102 Вт
В) 5,5×102 Вт
С) 2×103 Вт
Д) 4×103 Вт
Е) 5,5×103 Вт
А) 1,2 А
В) 2,1 А
С) 0,5 А
Д) 1,6 А
Е) 0,9 А
А) 8 А
В) 9 А
С) 6 А
Д) 5А
Е) 4 А
А) 0,17 Ом
В) 0,34 Ом
С) 1,7 Ом
Д) 3,4 Ом
Е) 0,85 Ом
А) 8
В) 2
С) 3
Д) 4
Е) 5
А) 8 раз
В) раза
С) 2 раза
Д) 4 раза
Е) не изменилось
А) 13,8 А
В) 14,8 А
С) 15,8 А
Д) 16,8 А
Е) 17,8 А
А) 324 Дж
В) 168 Дж
С) 256 Дж
Д) 240 Дж
Е) 288 Дж
А) 53,6 %
В) 55,6 %
С) 57,6 %
Д) 59,6 %
Е) 61,6 %
А) 10Вт
В) 8 Вт
С) 6 Вт
Д) 12 Вт
Е) 24 Вт
А) 5 кДж
В) 50 Дж
С) 7,2 кДж
Д) 72 кДж
Е) 72 Дж
А) 3
В) 4
С) 5
Д) 6
Е) 7
А) 20 кДж
В) 30 кДж
С) 60 кДж
Д) 120 кДж
Е) 180 кДж
А) 2 раза
В) 4 раза
С) раз
Д) 8 раз
Е) 16 раз
интернет-магазин светодиодного освещения
Пн - Вс с 10:30 до 20:00
Санкт-Петербург, просп. Энгельса, 138, корп. 1, тк ''Стройдвор''
Поделиться с друзьями: