Пишу для школьников (для наилучшего осознания ими основ физики). Материал излагаю в согласовании с признанной сейчас научной трактовкой физических явлений. Критике имеющейся теории и глубочайшим теоретическим рассуждениям тут не место.
При прохождении тока по проводнику совершается работа , её совершают электрические силы (либо электрическое поле). Коротко эту работу именуют работой тока .
Рассматривая участок цепи, по которому проходит ток, получим следующее выражение для работы тока :
Работа тока равна произведению напряжения между концами участка на протекающий ток и время его протекания.
В случае, если участок цепи однородный (не содержит источника тока), то
тогда получим ещё две формулы для работы тока:
Если ток проходит через недвижный проводник, то единственным результатом работы тока является его н агревание . Тогда количество выделившейся теплоты
Это запись закона Джоуля — Ленца.
Если не считая нагревания ток совершает ещё механическую работу , к примеру, приводя в действие электродвигатель (мотор), то работа
только отчасти перебегает в тепло .
В данном случае работа тока больше количества выделившейся теплоты , но закон Джоуля — Ленца осуществляется .
Работа, совершаемая током в единицу времени , именуется мощностью тока:
Единицей мощности тока является 1 Вт:
1 Вт — мощность выделяемая током 1 А в проводнике, между концами которого поддерживается напряжение 1 В.
Основная формула мощности для участка цепи:
Мощность неизменного тока на любом участке цепи выражается произведением силы тока на напряжение между концами участка цепи.
Так как для однородного участка цепи
то мощность можно отыскать ещё по формулам:
Обычно молвят не о работе , а о потребляемой из сети некоторым устройством (электроплитка, лампочки и др.) либо движком (мотором) мощности электрического тока. Говоря о мощности (к примеру, электродвигателя), отмечают, что работа мотора совершается за счёт тока.
На устройствах нередко отмечается потребляемая ими мощность — мощность, нужная для обычной работы этого устройства.
До этого побеседуем об электрических лампочках , в работе которых применяется термическое действие тока.
Всем знакомая л ампа накаливания представляет собой стеклянный баллон с откачанным воздухом, в который встроена спиральная вольфрамовая нить. Через железный цоколь концы нити соединяются с проводами осветительной сети.
Нагреваясь до очень высочайшей температуры (до белоснежного каления), нить лампы становится источником света .
На лампе указывается потребляемая ею мощность и напряжение , на которое она рассчитана.
Поставим для себя ВОПРОСЫ и ответим на них.
Какое количество теплоты выделяется лампой мощностью 100 Вт в секунду?
Ответ : 100 Дж.
Какое сопротивление имеет нить лампы мощностью 100 Вт, рассчитанная на напряжение 220 В, и какой ток она потребляет?
Ответ : Воспользуемся формулами для мощности:
Сопротивление лампы найдём, разделив квадрат напряжения( на которое лампа рассчитана ) на мощность лампы. Выходит, что сопротивление нити лампы равно 484 Ом. Ток, протекающий по нити лампы найдём из первого равенства, другими словами лампа потребляет ток 0,45 А.
Можно ли включить последовательно две лампы одинаковой мощности, рассчитанные на 110 В, в сеть с напряжением 220 В?
Ответ : Так как лампы имеют однообразные мощности и рассчитаны на однообразное напряжение, то они имеют и о динаковые сопротивления . Общее напряжение 220 В распределится между ними поровну, и на каждую лампу придётся напряжение 110 В, на которое они и рассчитаны. Таким макаром, лампы последовательно включить можно. При всем этом они будут "пылать полным накалом".
Что произойдёт, если в сеть с напряжением 220 В включить последовательно две лампы рассчитанные на однообразное напряжение (110 В), но имеющие различные мощности , к примеру 40 Вт и 100 Вт?
Ответ : Сопротивление нити каждой лампы находится через отношение квадрата напряжения, на которое она рассчитана , к мощности лампы.
Обе лампы рассчитаны на однообразное напряжение , означает более мощная лампа (100 Вт) имеет наименьшее сопротивление .
Ток через лампы идёт один и тот же , тогда согласно формуле
напряжение на более сильной лампе будет меньше , чем на наименее сильной лампе.
Нужно ориентироваться на р асчётное напряжения ламп (в нашем случае это 110 В).
Если напряжение на лампе окажется меньше 110 В, то она будет пылать меркло (с недокалом). В этом случае это относится к лампе мощностью 100 Вт. Лампа же мощностью 40 Вт будет пылать ярко (с перекалом) и стремительно перегорит. Вывод : лампы разной мощности последовательно включать нельзя.
Итак, работа ламп накаливания базирована на термическом действии света, другими словами на превращении электроэнергии в тепло и свет.
Природа тепла и света одна — это электромагнитные волны. Наш глаз принимает их как свет исключительно в узеньком спектре длин волн, а в широком спектре длин волн чувствуем их как тепло.
Это означает, что при освещении помещений лампами накаливания значимая часть энергии пропадает в виде тепла.
Есть более экономные осветительные приборы — это люминесцентные и светодиодные лампы. Они работают не на термическом действии тока, принцип их работы совершенно другой. О механизме работы люминесцентных ламп коротко будет сказано в теме "Электрический ток в газах", а о механизме работы светодиодных ламп — в теме "Электрический ток в полупроводниках".
Вернёмся к термическому действию тока.
Ответьте на таковой вопрос : Сколько тепла выделяется в утюге в секунду, если сопротивление утюга, работающего от сети с напряжением 220 В, равно 1210 Ом? Ответ: 403 Дж.
Урок на тему: "Работа и мощность электрического тока"
Здрасти, ребята! Сейчас нам с вами предстоит совершить путешествие в изумительную и таинственную страну, которая именуется «Электричество» и познакомиться с очередной ее областью «Работа и мощность электрического тока».
Много у этой страны загадок и загадок. Обитатели ее очень многообразны, иногда даже противоречивы по нраву, но они все почетают законы и обычаи собственной страны и заботливо хранят в памяти собственных героев.
Наше путешествие не будет легким. В дороге нас ожидают тесты, преодолеть которые можно только при помощи познаний, приобретенных на уроках физики.
Итак, цель урока: получить познания по теме «Работа и мощность электрического тока»
Учитель : Все готовы? Тогда в путь! Но дабы попасть в область тока, необходимо пройти через ворота, которые сторожит вредный волшебник по имени «Диэлектрик»
Вспомните, какие вещества мы называем диэлектриками тогда и вы поймете, почему диэлектрик вытерпеть не может электричества?
Ответ: диэлектрики – это вещества, не способные переносить электрические заряды от заряженных тел к незаряженным.
Учитель: Дабы диэлектрик открыл ворота, нужно ответить на вопросы терминологического диктанта.
Итак, я буду в роли диэлектрика, а вы -…в роли проводников.
А пока мы будем открывать ворота, трое учеников соберут схемы электрических цепей по заданию на листе.
1. Что именуют электрическим током? (упорядоченное движение заряженных частей).
2. Что такое источник эл. тока и какие виды источников вы понимаете? (Источник тока- это учтройтсво, в каком совершается работа по разделению положительно и негативно заряженных частиц на два полюса). Виды источников: гальванические элементы,
3. Какие деяния оказывает эл. ток? (хим, термическое, световое, магнитное).
4. Что такое сила тока? Какова формула? В чем измеряется в СИ? (сила тока- физическая величина, равная отношению заряда, проходящего в единицу времени через поперечное сечение проводника ко времени его прохождения.
I = q/t I = A A = Кл/с)
5. Как именуется устройство, измеряющий силу тока? Как он подключается в цепь? (амперметр, подключается последовательно).
6. Что такое напряжение? По какой формуле оно определяется? В чем измеряется в СИ? (Напряжение – это физическая величина, равная отношению работы по перемещению единичного положительного заряда из одной точки электрического поля в другую к этому заряду: U = A/g [U] = Дж/Кл
7. Как именуется устройство, измеряющий напряжение в цепи? Как он врубается в цепь? (вольтметр, врубается в цепь параллельно тому устройству, напряжение которого необходимо измерить)
8. Что такое электрическое сопротивление? (сопротивление – это величина, способная регулировать силу тока в цепи)
9. От каких величин зависит эл. сопротивление? (от плотности материала проводника, длины проводника и площади поперечного сечения проводника)
10. По какой формуле рассчитывается эл. сопротивление? В чем измеряется в СИ?
11. Как именуется устройство, измеряющий сопротивление? (Омметр)
12. Каким законом связаны между собой сила тока, напряжение и сопротивление? (законом Ома)
13. Сформулируйте закон Ома. ( С ила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах проводника и назад пропорциональна его сопротивлению)
Итак, все выше произнесенное можно свести в таблицу:
I = g/t, g = I*t,
U = A/g, A = g/U,
R = r * l/S
Учитель : Молодцы! Вы отлично совладали с этим сложным заданием и Диэлектрику ничего не остается, как пропустить нас в область Работы и мощности эл. тока.
Из курса 7 класса мы знаем, что работа совершается, если на тело действует сила и тело под действием этой силы перемещается.
В электричестве по проводнику движутся …электроны, и движутся они под действием силы со стороны электрического поля, т.е. электрической силы.
Поэтому, электрический ток совершает работу.
Примеры совершения эл. током работы: вентилятор, миксер, эл. чайник, лампа и т.д.
Учитель : Работа эл. тока обозначается – А. Дабы узнать по какой формуле определяется работа, давайте выясним от чего она зависит? Для этого поглядим на эл. цепи, собранные нашими ребятами.
1 учащийся собрал цепь из источника тока, ключа, реостата, лампы и амперметра. Давайте изобразим эту схему на доске, а вы – в тетради.
Поставим ползунок реостата в наибольшее положение и поглядим, чему равна сила тока в цепи? А сейчас будем перемещать ползунок реостата в малое положение, т.е. будем уменьшать сопротивление цепи. Мы увидим, что лампа начнет пылать ярче, почему? (так как сила тока в цепи возросла)
Поэтому, работа эл.тока находится в зависимости от силы тока в цепи A ∼ I
2 и 3 учащиеся собрали очень похожие цепи, но есть и различия.
2 ученик собрал цепь из источника тока, ключа, лампы, амперметра и вольтметра, присоединенного параллельно источнику тока.
3 ученик собрал цепь из 2-ух источников тока, соединенных последовательно, ключа, лампы, амперметра и вольтметра, присоединенного параллельно двум источникам.
Давайте зарисуем эти схемы и поглядим на эл. лампу. Что мы лицезреем? Там, где два источника лампа светит ярче)
(т.к. источник тока указывает напряжение в цепи, то при последовательном соединении общее напряжение складывается и потому лампа пылает ярче)
Поэтому, работа эл. тока находится в зависимости от напряжения в цепи A ∼ U
Учитель: А сейчас ответьте на вопрос: если лампа будет пылать 1 час, огромную работу совершит ток?
Поэтому, работа эл. тока находится в зависимости от времени эл. цепи A ∼ t
Итак, мы узнали, что работа эл. тока находится в зависимости от
A ∼ I
A ∼ U A = I*U*t
A ∼ t
Работа эл. тока – это физическая величина, равная произведению силы тока на напряжение и время работы эл. цепи.
A = I*U*t, т . к . I = U/R, то A = U 2 *t/R, A = I 2 *R*t
Дабы измерить работу эл. тока, необходимо взять амперметр, вольтметр и часы. Все это смешивается в одном приборе, именуемом счетчиком электроэнергии, который есть в каждом доме.
Учитель : Но одинаковую ли работу можно совершить за различное время? К примеру, дабы воду подогреть эл. чайником старенькой модели, необходимо затратить большее время, чем эл. чайником последнего поколения. Быстроту выполнения работы эл. тока охарактеризовывает величина, именуемая мощностью эл. тока Р
Мощность эл. тока – физическая величина, равная отношению работы эл. тока ко времени прохождения эл. тока по цепи P = A/t, P = A/t = I*U*t/t = I*U
Устройство для измерения мощности эл. тока именуется ваттметром. Ваттметр указывает, какую работу совершает эл. ток в единицу времени, т.е. A = P*t. = Вт*с Но данная величина очень мала при вычислении работы эл. тока при оплате электроэнергии по счетчику. Потому применяется величина кВТ*ч 1 кВТ*ч = 1000 Вт*3600 с = 3600 000 Дж Учитель: Итак, мы познакомились еще с 2-мя физическими величинами, характеризующими эл. ток: работой эл. тока и мощностью эл. тока.
А сейчас для закрепления этой темы давайте решим задачку.
Задачка: Источник эл. тока, установленный на велике, производит ток для лампы. Сопротивление лампы 20 Ом при напряжении 6 В. Найти мощность генератора и работу тока за 2ч.
Входные данные: СИ Решение:
R = 20 Ом Р = I*U, I = U/R P = U 2 /R
U = 6 В A = I*U*t A = U 2 *t/R
t = 2 ч 7200 с P = 36 В 2 /20 Ом = 1,8 Вт
Р — ? А = 36 В 2 *7200 с / 20 Ом = 12960 Дж
А — ? Ответ: P = 1.8 Вт, А = 12960 Дж
Учитель : Итак, сейчас на уроке мы познакомились с такими понятиями как работа и мощность эл. тока, узнали от чего зависят и узнали много новых формул.
А сейчас давайте обобщим всю тему «Электричество» в виде таблицы. У каждого из вас листок с физической таблицей. Ее мы и будем заполнять. (весь класс заполняет таблицу).
