43.Работа. Мощность тока. Закон Джоуля – Ленца (1). Закона ДжоуляЛенца
 Скачать 121.36 Kb.
|
|
43 Работа. Мощность тока. Закон Джоуля – Ленца Экспериментально установлено, что количество теплоты, выделившееся при прохождении электрического тока по проводнику, прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени, в течение которого шел ток:. Это утверждение носит название закона Джоуля-Ленца. Вывести данную зависимость можно и из теоретических соображений. Силы, перемещающие заряды по проводнику, совершают работу. Эту работу называют работой тока. Работа электрического тока на участке цепи, как следует из определения напряжения, , где электрический заряд, проходящий по участку цепи, а напряжение на этом участке. Учитывая, что , где сила тока в проводнике, а время прохождения электрического тока, для работы тока получим . Эта формула для работы справедлива в любом случае при любом действии электрического тока (тепловом, механическом, химическом и т. д.). Если сопротивление однородного участка цепи, то, используя закон Ома для участка цепи, можно получить формулу для расчета работы тока: Если единственной причиной электрического сопротивления являются неупругие столкновения заряженных частиц с частицами окружающей среды, то работа электрического поля по поддержанию электрического тока равна количеству теплоты, выделяющемуся в проводнике при прохождении электрического тока: На практике проще использовать ту формулу, в которой больше сохраняющихся величин. Если соединение параллельное, то на резисторах одинаковое напряжение, если последовательное соединение, то одинаковой оказывается сила тока. Единица работы электрического тока в СИ — джоуль (Дж). 1 Дж представляет работу тока, эквивалентную механической работе в 1 Дж. Скорость совершения работы тока на данном участке цепи характеризует мощность тока. Мощность тока определяют по формуле или . Данная формула также носит универсальный характер и может применяться не только для теплового действия тока. Используя закон Ома для участка цепи, можно записать иначе формулу для мощности тока: В этом случае речь идет о тепловой мощности. Единица мощности тока — Ватт: 1 Вт = Дж/с. Отсюда Дж = Втс. Кроме того, применяют внесистемные единицы: киловатт-час или гектоватт-час: 1 кВтч = 3,6106 Дж = 3,6 МДж; 1 гВтч = 3,6105 Дж = 360 кДж. Прямое применение закона Джоуля-Ленца невозможно, если сила тока изменяется со временем. В этом случае для поиска выделившегося тепла остается воспользоваться интегрированием (нахождением площади под графиком зависимости мощности от времени).  Если цепь содержит конденсаторы и требуется найти тепло, выделившееся на резисторах при коммутации (замыкании/размыкании ключей), то удобно применить закон сохранения энергии с учетом работы источников тока. Для измерения мощности тока существуют специальные приборы — ваттметры. На большинстве электрических приборов указываются значения их мощности. Но надо понимать, что на эти значения устройства выходят только при подсоединении к расчетному (номинальному) напряжению. Здесь синонимом слова номинальное выступает проектное, расчетное, то есть то, в котором устройство долго будет работать в нормальном режиме. Соответственно, такие значения мощности, силы тока тоже называют номинальными. Например, лампочка, на которой написано 60 Вт, 220 В, будет потреблять мощность 60 Вт при включении в сеть с напряжением 220 В. Она будет гореть и при меньшем напряжении, но только более тускло, потребляя меньшую мощность. Какую именно, можно рассчитать, зная поданное напряжение и сопротивление лампы. ЗАДАНИЯ Часть 1 1. Силу тока в проводнике увеличили в 2 раза. Как изменится количество теплоты, выделяющееся в нём за единицу времени, при неизменном сопротивлении проводника? 1) увеличится в 4 раза 2) уменьшится в 2 раза 3) увеличится в 2 раза 4) уменьшится в 4 раза 2. Длину спирали электроплитки уменьшили в 2 раза. Как изменится количество теплоты, выделяющееся в спирали за единицу времени, при неизменном напряжении сети? 1) увеличится в 4 раза 2) уменьшится в 2 раза 3) увеличится в 2 раза 4) уменьшится в 4 раза 3. Сопротивления резистор R1 в четыре раза меньше сопротивления резистора R2. Работа тока в резисторе 2  1) в 4 раза больше, чем в резисторе 1 2) в 16 раз больше, чем в резисторе 1 3) в 4 раза меньше, чем в резисторе 1 4) в 16 раз меньше, чем в резисторе 1 4. Сопротивление резистора R1 в 3 раза больше сопротивления резистора R2. Количество теплоты, которое выделится в резисторе 1  1) в 3 раза больше, чем в резисторе 2 2) в 9 раз больше, чем в резисторе 2 3) в 3 раза меньше, чем в резисторе 2 4) в 9 раз меньше, чем в резисторе 2 5. Цепь собрана из источника тока, лампочки и тонкой железной проволоки, соединенных последовательно. Лампочка станет гореть ярче, если 1) проволоку заменить на более тонкую железную 2) уменьшить длину проволоки 3) поменять местами проволоку и лампочку 4) железную проволоку заменить на нихромовую 6. На рисунке приведена столбчатая диаграмма. На ней представлены значения напряжения на концах двух проводников (1) и (2) одинакового сопротивления. Сравните значения работы тока A1 и A2 в этих проводниках за одно и то же время.  1) A1=A2 2) A1=3A2 3) 9A1=A2 4) 3A1=A2 7. На рисунке приведена столбчатая диаграмма. На ней представлены значения силы тока в двух проводниках (1) и (2) одинакового сопротивления. Сравните значения работы тока A1 и A2 в этих проводниках за одно и то же время.  A1=A2 A1=3A2 9A1=A2 3A1=A2 8. Если в люстре для освещения помещения использовать лампы мощностью 60 и 100 Вт, то А. Большая сила тока будет в лампе мощностью 100 Вт. Б. Большее сопротивление имеет лампа мощностью 60 Вт. Верным(-и) является(-ются) утверждение(-я) 1) только А 2) только Б 3) и А, и Б 4) ни А, ни Б 9. Электрическая плитка, подключённая к источнику постоянного тока, за 120 с потребляет 108 кДж энергии. Чему равна сила тока в спирали плитки, если её сопротивление 25 Ом? 1) 36 А 2) 6 А 3) 2,16 А 4) 1,5 А 10. Электрическая плитка при силе тока 5 А потребляет 1000 кДж энергии. Чему равно время прохождения тока по спирали плитки, если её сопротивление 20 Ом? 1) 10000 с 2) 2000 с 3) 10 с 4) 2 с 11. Никелиновую спираль электроплитки заменили на нихромовую такой же длины и площади поперечного сечения. Установите соответствие между физическими величинами и их возможными изменениями при включении плитки в электрическую сеть. Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами. Цифры в ответе могут повторяться. ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА A) электрическое сопротивление спирали Б) сила электрического тока в спирали B) мощность электрического тока, потребляемая плиткой ХАРАКТЕР ИЗМЕНЕНИЯ 1) увеличилась 2) уменьшилась 3) не изменилась 12. Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым эти величины определяются. Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами. ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ A) работа тока Б) сила тока B) мощность тока ФОРМУЛЫ 1) q/t 2) qU 3) R/SL 4) UI 5) U/I Часть 2 13. Нагреватель включён последовательно с реостатом сопротивлением 7,5 Ом в сеть с напряжением 220 В. Каково сопротивление нагревателя, если мощность электрического тока в реостате составляет 480 Вт? Ответы   |