Меню

Мощность тока закон джоуля ленца реферат

Работа и мощность тока закон джоуля-ленца

Таким образом, работа тока может быть рассчитана с помощью нескольких формул. Какое именно выражение следует использовать в конкретной задаче, определяется её условием. Например, если в условии дана сила тока и разность потенциалов на концах однородного участка цепи, то, А = /(2)t, если же известны сила тока и сопротивление цепи, то, А =I2Rt. В 1841 г. англичанин Джеймс П. Джоуль и независимо… Читать ещё >

  • физика: механика
  • электричество и магнетизм

Работа и мощность тока закон джоуля-ленца ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

Рассмотрим участок цени, напряжение на концах которой равно U. В рассматриваемой цепи будет протекать электрический ток, сила которого, в соответствии с законом Ома, равна U/R.

По определению (см. разд. 3.1), напряжение равно работе электростатических и сторонних сил по перемещению единичного заряда в электрической цепи. Следовательно, при протекании тока кулоновские и сторонние силы, действующие на заряды в рассматриваемом участке, совершат работу А = qU .

Эту работу называют работой электрического тока.

Если ток постоянный, то q = It, где / — сила тока; t — время, в течение которого в проводнике течёт ток. В этом случае работа тока может быть рассчитана по формуле А = UIt.

Так как U = IR, работа тока («https://referat.bookap.info», 29).

Работа и мощность тока закон джоуля-ленца.

Таким образом, работа тока может быть рассчитана с помощью нескольких формул. Какое именно выражение следует использовать в конкретной задаче, определяется её условием. Например, если в условии дана сила тока и разность потенциалов на концах однородного участка цепи, то А = /(2 )t, если же известны сила тока и сопротивление цепи, то А =I 2 Rt .

Мощность есть работа, совершённая за единицу времени: Р = —.

Поэтому мощность тока можно рассчитать по следующим формулам:

Работа и мощность тока закон джоуля-ленца.

Если проводник с током неподвижен и ток не вызывает химических реакций, то вся работа идёт на увеличение внутренней энергии проводника, т. е. на его нагрев.

Другими словами, при протекании тока в проводнике выделяется тепло.

Работа и мощность тока закон джоуля-ленца.

В 1841 г. англичанин Джеймс П. Джоуль и независимо от него в 1842 г. русский физик Эмилий Христианович Ленц, обобщая результаты своих экспериментов, получили именно такое выражение для расчета количества тепла, выделяемого проводником при протекании в нём тока. Поэтому последнее выражение принято называть законом Джоул я-Л ен ца.

Если сила тока изменяется с течением времени, то количество тепла, выделяющееся в цепи, можно рассчитать с помощью следующих выражений:

Работа и мощность тока закон джоуля-ленца.

Закон Джоуля-Ленца может быть записан и в дифференциальной форме:

Работа и мощность тока закон джоуля-ленца.

где т — удельная тепловая мощность тока (это количество тепла, выделяющееся за единицу времени в единице объёма проводника).

Источник

Закон Джоуля — Ленца

Введение

Закон Джоуля — Ленца — физический закон, дающий количественную оценку теплового действия электрического тока. Установлен в 1841 году Джеймсом Джоулем и независимо от него в 1842 году Эмилием Ленцом [1] .

В словесной формулировке звучит следующим образом [2]

Мощность тепла, выделяемого в единице объёма среды при протекании электрического тока, пропорциональна произведению плотности электрического тока на величину электрического поля

Математически может быть выражен в следующей форме:

где w — мощность выделения тепла в единице объёма, — плотность электрического тока, — напряжённость электрического поля, σ — проводимость среды.

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:

1. Практическое значение

1.1. Снижение потерь энергии

При передаче электроэнергии тепловое действие тока является нежелательным, поскольку ведёт к потерям энергии. Поскольку передаваемая мощность линейно зависит как от напряжения, так и от силы тока, а мощность нагрева зависит от силы тока квадратично, то выгодно повышать напряжение перед передачей электроэнергии, понижая в результате силу тока. Однако, повышение напряжения снижает электробезопасность линий электропередачи.

Для применения высокого напряжения в цепи для сохранения прежней мощности на полезной нагрузке приходится увеличивать сопротивление нагрузки. Подводящие провода и нагрузка соединены последовательно. Сопротивление проводов ( ) можно считать постоянным. А вот сопротивление нагрузки ( ) растёт при выборе более высокого напряжения в сети. Также растёт соотношение сопротивления нагрузки и сопротивления проводов. При последовательном включении сопротивлений (провод — нагрузка — провод) распределение выделяемой мощности ( ) пропорционально сопротивлению подключённых сопротивлений.

Ток в сети для всех сопротивлений постоянен. Следовательно, выполняются соотношение

Читайте также:  Ток в обмотке катушки формула

и в каждом конкретном случае являются константами. Следовательно, мощность, выделяемая на проводах, обратно пропорциональна сопротивлению нагрузки, то есть уменьшается с ростом напряжения, так как . Откуда следует, что . В каждом конкретном случае величина является константой, следовательно, тепло выделяемое на проводе обратно пропорционально квадрату напряжения на потребителе.

1.2. Выбор проводов для цепей

Тепло, выделяемое проводником с током, в той или иной степени выделяется в окружающую среду. В случае, если сила тока в выбранном проводнике превысит некоторое предельно допустимое значение, возможен столь сильный нагрев, что проводник может спровоцировать возгорание находящихся рядом с ним объектов или расплавиться сам. Как правило, при сборке электрических цепей достаточно следовать принятым нормативным документам, которые регламентируют, в частности, выбор сечения проводников.

1.3. Электронагревательные приборы

Если сила тока одна и та же на всём протяжении электрической цепи, то в любом выбранном участке будет выделять тепла тем больше, чем выше сопротивление данного участка.

За счёт сознательного увеличения сопротивления участка цепи можно добиться локализованного выделения тепла в этом участке. По этому принципу работают электронагревательные приборы. В них используется нагревательный элемент — проводник с высоким сопротивлением. Повышение сопротивления достигается (совместно или по отдельности) выбором сплава с высоким удельным сопротивлением (например, нихром, константан), увеличением длины проводника и уменьшением его поперечного сечения. Подводящие провода имеют обычное низкое сопротивление и поэтому их нагрев, как правило, незаметен.

1.4. Плавкие предохранители

Для защиты электрических цепей от протекания чрезмерно больших токов используется отрезок проводника со специальными характеристиками. Это проводник относительно малого сечения и из такого сплава, что при допустимых токах нагрев проводника не перегревает его, а при чрезмерно больших перегрев проводника столь значителен, что проводник расплавляется и размыкает цепь.

Примечания

  1. Джоуля — Ленца закон — slovari.yandex.ru/

книги/БСЭ/Джоуля — Ленца закон/ // Большая советская энциклопедия.

  • Сивухин Д. В. Общий курс физики. — М .: Наука, 1977. — Т. III. Электричество. — С. 186. — 688 с.
  • Сивухин Д. В. Общий курс физики. — М .: Наука, 1977. — Т. III. Электричество. — С. 197—198. — 688 с.
  • Источник

    Реферат — Закон Джоуля-Ленца

    Эмилий Христианович Ленц

    В XIX веке, независимо друг от друга, англичанин Д. Джоуль и русский ученый Э. Ленц изучали нагревание проводников электрическим током и экспериментальным путем установили следующий закон: количество теплоты, выделяющееся в проводнике с током, прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока.

    Получим закон Джоуля-Ленца теоретическим путем. Используя закон Ома, запишем формулу для вычисления работы тока A=IUt в двух других формах.

    В левых частях нижних равенств стоит работа тока. Выясним, как она связана с количеством теплоты, выделяющимся в проводнике с током. Для этого запишем первый закон термодинамики и выразим из него работу, совершенную над проводником:

    Вспомним, что U – это изменение внутренней энергии тела (проводника), Q – количество теплоты, отданное проводником (на это указывает «минус»), A’ – работа, совершенная над проводником.

    Какая же работа совершается над проводником? Вы помните, что тепловое действие тока мы объясняем ударами электронов об ионы кристаллической решетки, в результате чего часть кинетической энергии электронов передается ионам, и их колебания усиливаются. А поскольку направленное движение электронов возникает за счет энергии электрического поля, то работу в проводнике с током совершают силы электрического поля.

    Выясним теперь, что происходит с внутренней энергией проводника. Если ток в цепи только что включили, то проводник будет постепенно нагреваться, а его внутренняя энергия – увеличиваться. По мере роста температуры будет возрастать величина t° – разность между температурой проводника и температурой окружающей среды. Согласно закономерности Ньютона, будет возрастать и мощность теплоотдачи проводника в окружающую среду. Через некоторое время это приведет к тому, что температура проводника перестанет увеличиваться.

    С этого момента внутренняя энергия проводника перестанет изменяться, то есть величина U станет равной нулю. Тогда первый закон термодинамики для этого состояния проводника запишется так: A’ = –Q. То есть если внутренняя энергия проводника не меняется, то работа тока полностью превращается в теплоту.

    Используя этот вывод, запишем все три формулы для вычисления работы тока в другом виде.

    Формула, заключенная в рамку, и была получена Джоулем и Ленцем опытным путем, а рисунке показана схема установки, при помощи которой можно экспериментально проверить справедливость закона Джоуля-Ленца. Силу тока измеряют амперметром, сопротивление проводника – вычисляют, используя показания вольтметра.

    Термометром измеряют повышение температуры жидкости в калориметре. По формулам Q=I 2 Rt и Q=cmt° подсчитывают количества теплоты. Теоретически оба значения должны совпадать. Это и проверяют на опыте.

    Закон Джоуля-Ленца в интегральной и дифференциальной формах

    Количество теплоты, которое выделяется в проводнике при прохождении постоянного электрического тока, определяется выражением:

    , (1)

    где I – сила тока в проводнике, R – сопротивление проводника, t время, в течение которого проходит электрический ток.

    Если сила тока в проводнике изменяется со временем I = I(t), то количество теплоты, которое выделяется за бесконечно малый интервал времени, равно:

    ,

    а количество теплоты, выделяемое за интервал времени равно:

    (2)

    закон Джоуля-Ленца в интегральной форме.

    За счет чего происходит нагревание проводника?

    Рассмотрим однородный проводник, к концам которого приложено напряжение U. За время dt через каждое сечение проходит заряд

    .

    Работа по перемещению заряда

    Учитывая, что U = RI (в соответствии с законом Ома), получим

    ,

    , (3)

    т.е. нагревание проводника происходит за счет работы, совершаемой силами поля над носителями тока.

    Для выражения закона Джоуля-Ленца в дифференциальной форме, представим следующие величины в виде:

    , ,

    где dl – длина выделенного проводника, ds – площадь поперечного сечения проводника, через которую проходит ток, плотность которого j. Тогда получим

    , откуда .

    Выражение – называется удельной мощностью тока Руд..

    Таким образом, получим:

    (4)

    «закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме», т.е. удельная мощность тока пропорциональна квадрату напряженности электрического поля. Коэффициентом пропорциональности является удельная электропроводность проводника.

    Закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме носит совершенно общий характер, т. е. не зависит от природы сил, возбуждающих электрический ток. Закон Джоуля-Ленца, как показывает опыт, справедлив и для электролитов и для полупроводников.

    В качестве примера технической реализации явления Джоуля-Ленца изображена лампочка накаливания.

    Применение эффекта.

    Тепловое действие тока находит широкое применение в технике. В1873 г. русский инженер А. Н. Лодыгин (1847-1923) впервые использовал тепловое действие тока для устройства электрического освещения (лампа накаливания). На нагревании проводников электрическим током основано действие электрических муфельных печей, электрической дуги (открыта в 1802 русским инженером В. В. Петровым (1761-1834)), контактной электросварки, бытовых электронагревательных приборов и т. д.

    Источник

    

    Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца

    1. Электрический ток, проходя по цепи, производит разные действия: тепловое, механическое, химическое, магнитное. При этом электрическое поле совершает работу, и электрическая энергия превращается в другие виды энергии: во внутреннюю, механическую, энергию магнитного поля и пр.

    Как было показано, напряжение ​ \( (U) \) ​ на участке цепи равно отношению работы ​ \( (F) \) ​, совершаемой при перемещении электрического заряда ​ \( (q) \) ​ на этом участке, к заряду: ​ \( U=A/q \) ​. Отсюда ​ \( A=qU \) ​. Поскольку заряд равен произведению силы тока ​ \( (I) \) ​ и времени ​ \( (t) \) ​ ​ \( q=It \) ​, то ​ \( A=IUt \) ​, т.е. работа электрического тока на участке цепи равна произведению напряжения на этом участке, силы тока и времени, в течение которого совершается работа.

    Единицей работы является джоуль (1 Дж). Эту единицу можно выразить через электрические единицы:

    ​ \( [A] \) ​= 1 Дж = 1 В · 1 А · 1 с

    Для измерения работы используют три измерительных прибора: амперметр, вольтметр и часы, однако, в реальной жизни для измерения работы электрического тока используют счётчики электрической энергии.

    Если нужно найти работу тока, но при этом сила тока или напряжение неизвестны, то можно воспользоваться законом Ома, выразить неизвестные величины и рассчитать работу по формулам: ​ \( A=\fract \) ​ или ​ \( A=I^2Rt \) ​.

    2. Мощность электрического тока равна отношению работы ко времени, за которое она совершена: ​ \( P=A/t \) ​ или ​ \( P=IUt/t \) ​; ​ \( P=IU \) ​, т.е. мощность электрического тока равна произведению напряжения и силы тока в цепи.

    Единицей мощности является ватт (1 Вт): ​ \( [P]=[I]\cdot[U] \) ​; ​ \( [P] \) ​ = 1 А · 1 В = 1 Вт.

    Используя закон Ома, можно получить другие формулы для расчета мощности тока: ​ \( P=\frac;P=I^2R \) ​.

    Значение мощности электрического тока в проводнике можно определить с помощью амперметра и вольтметра, измерив соответственно силу тока и напряжение. Можно для измерения мощности использовать специальный прибор, называемый ваттметром, в котором объединены амперметр и вольтметр.

    3. При прохождении электрического тока по проводнику он нагревается. Это происходит потому, что перемещающиеся под действием электрического поля свободные электроны в металлах и ионы в растворах электролитов сталкиваются с молекулами или атомами проводников и передают им свою энергию. Таким образом, при совершении током работы увеличивается внутренняя энергия проводника, в нём выделяется некоторое количество теплоты, равное работе тока, и проводник нагревается: ​ \( Q=A \) ​ или ​ \( Q=IUt \) ​. Учитывая, что ​ \( U=IR \) ​, ​ \( Q=I^2Rt \) ​.

    Количество теплоты, выделяющееся при прохождении тока но проводнику, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени.

    Этот закон называют законом Джоуля-Ленца.

    ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ

    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 ​ \( R_1 \) ​ в четыре раза меньше сопротивления резистора ​ \( R_2 \) ​. 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 ​ \( R_1 \) ​ в 3 раза больше сопротивления резистора ​ \( R_2 \) ​. 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 ​ \( A_1 \) ​ и ​ \( A_2 \) ​ в этих проводниках за одно и то же время.

    1) ​ \( A_1=A_2 \) ​
    2) \( A_1=3A_2 \)
    3) \( 9A_1=A_2 \)
    4) \( 3A_1=A_2 \)

    7. На рисунке приведена столбчатая диаграмма. На ней представлены значения силы тока в двух проводниках (1) и (2) одинакового сопротивления. Сравните значения работы тока \( A_1 \) ​ и ​ \( A_2 \) в этих проводниках за одно и то же время.

    1) ​ \( A_1=A_2 \) ​
    2) \( A_1=3A_2 \)
    3) \( 9A_1=A_2 \)
    4) \( 3A_1=A_2 \)

    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

    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?

    Источник

    Мощность тока закон джоуля ленца реферат

    Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца

    1.9 Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца.

    Работу сил электрического поля, создающего упорядоченное движение заряженных частиц в проводнике, т.е. электрический ток, называют работой тока.

    Работа, совершаемая электрическим полем по перемещению заряда q на участке цепи, равна:

    A=q•U=I•U•t=I 2 *R•t= U 2 /R*t

    где I — сила тока на данном участке, U — напряжение на участке цепи, t — время прохождения тока по участку цепи, q == It — электрический заряд (количество электричества), протекающий через поперечное сечение проводника за промежуток времени t. Единицей измерения работы служит джоуль: 1 Дж = 1 А* 1 В* 1 с. 1 Дж есть работа постоянного тока силой в 1 А в течение 1 с на участке напряжением в 1 В.

    По закону сохранения энергии эта работа равна изменению энергии проводника.

    Мощность электрического тока при прохождении его по про­воднику с сопротивлением R равна работе, совершаемой током за единицу времени:

    Единицей измерения мощности электрического тока в СИ служит ватт: 1 Вт = 1 Дж/с. Работу тока можно также определить следующим образом:

    Единицей измерения работы также является киловатт-час (кВт • ч) или ватт-час (Вт • ч):

    В этих единицах работу обычно выражают в электротехнике. Полную мощность, развиваемую источником тока с ЭДС и внутренним сопротивлением г, когда во внешней цепи включена нагрузка с сопротивлением R, определяют по формуле:

    Полная мощность идет на выделение тепла во внешнем и внутреннем сопротивлении.

    Полезная мощность (мощность, выделяемая во внешнем со­противлении) равна:

    Pполез=I 2 R=e 2 R/(R+r) 2

    Она используется в электронагревательных и осветительных приборах.

    Теряемая мощность (мощность, выделяемая во внутреннем сопротивлении) равна:

    Она не используется.

    Мощность тока во всей внешней цепи при любом соединении равна сумме мощностей на отдельных участках цепи.

    Работа электрического поля приводит к нагреванию провод­ника, если на участке цепи под действием электрического поля не совершается механическая работа и не происходят химические превращения веществ. Поэтому энергия (количество теплоты), выделяемая на данном участке цепи за время t, равна работе электрического тока:

    Количество теплоты, выделяющееся проводником при нагре­вании его током, определяют по закону Джоуля-Ленца:

    Этот закон был установлен экспериментально английским ученым Джеймсом Джоулем (1818-1889) и русским ученым Эмилием Христиановичем Ленцем (1804—1865) и сформулирован сле­дующим образом.

    Количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени прохождения тока по проводнику.

    При последовательном соединении проводников с сопротив­лением R1 и R2 количество теплоты, выделенное током в каждом проводнике, прямо пропорционально сопротивлению этих про­водников:

    Количество теплоты, выделенное током в параллельно соеди­ненных двух участках цепи без ЭДС с сопротивлениями 2^ и И^, обратно пропорционально сопротивлению этих участков:

    1.10. Электрический ток в металлах.

    Прохождение тока через металлы (проводники I рода) не со­провождается химическим изменением, следовательно, атомы металла не перемещаются вместе с током. Согласно представле­ниям электронной теории, положительно заряженные ионы (или атомы) составляют остов металла, образуя его кристаллическую решетку. Электроны, отделившиеся от атомов и блуждающие по металлу, являются носителями свободного заряда. Они участву­ют в хаотическом тепловом движении. Эти свободные электроны под действием электрического поля начинают перемещаться упорядоченно с некоторой средней скоростью. Таким образом, прово­димость металлов обусловлена движением свободных электро­нов. Экспериментальным доказательством этих представлений явились опыты, выполненные впервые в 1912 г. советским акаде­миком Леонидом Исааковичем Мандельштамом (1879-1944) и Николаем Дмитриевичем Папалекси (1880-1947), но не опубли­кованные ими. Позже в 1916 г. американские физики Т.Стюарт и Ричард Чейс Толлин (1881-1948) опубликовали результаты своих опытов, оказавшихся аналогичными опытам советских ученых.

    Концы проволоки, намотанной на катушку, припаивают к двум изолированным друг от Друга металлическим дискам. При помощи скользящих контактов (щеток) к концам дисков присо­единяют гальванометр.

    Катушку приводят во вращение, а затем резко останавлива­ют. Если предположить, что в металле есть свободные заряды, то после резкой остановки катушки свободные заряженные частицы будут двигаться некоторое время относительно проводника по инерции. Следовательно, в катушке возникнет электрический ток, который из-за сопротивления проводника будет длиться не­большое время. Направление этого тока позволит судить о знаке тех частиц, которые двигались по инерции. Так как возникаю­щий ток зависит от величины и массы зарядов, то этот опыт по­зволяет не только предположить существование в металле свобод­ных зарядов, но и определить знак зарядов, их массу и величину (точнее, определить удельный заряд — отношение заряда к массе).

    Читайте также:  Ток из лимона проект

    Опыт показал, что после остановки катушки в гальванометре возникает кратковременный электрический ток. Направление этого тока говорит о том, что по инерции движутся отрицательно заряженные частицы. Измерив величину заряда, переносимого этим кратковременным током через гальванометр, удалось опре­делить отношение величины свободных зарядов к их массе. Оно оказалось равным е/т = 1,8 • 10 11 Кл/кг, что совпадает со значе­нием такого отношения для электрона, найденным ранее другими способами.

    Итак, опыт показывает, что в металлах имеются свободные электроны, упорядоченное движение которых создает в металлах электрический ток.

    Под влиянием постоянной силы со стороны электрического поля электроны в металле приобретают определенную скорость упорядоченного движения, которая является постоянной. Упоря­доченное движение электронов в металле можно рассматривать как равномерное движение, т.к. со стороны ионов кристалличес­кой решетки на них действует некоторая тормозящая сила — при столкновениях с ионами свободные электроны передают им кине­тическую энергию, приобретенную при свободном пробеге под действием электрического поля. Следовательно, средняя ско­рость упорядоченного движения электронов пропорциональна напряженности электрического поля в проводнике v см Е. Учиты­вая связь напряженности и разности потенциалов на концах проводника (Е = U/d), можно сказать, что скорость движения электронов пропорциональна разности потенциалов на концах проводника v

    От скорости упорядоченного движения частиц зависит сила тока в проводнике: I = qnv S, поэтому сила тока пропор­циональна разности потенциалов на концах проводника I

    U, что дает качественное объяснение закона Ома на основе электронной теории проводимости металлов.

    Нагревание проводника при прохождении по нему постоянного тока можно объяснить тем, что кинетическая энергия электронов передается при столкновении ионов кристаллической решетки.

    Количественную теорию движения электронов в металле можно построить на основе законов квантовой механики, класси­ческая механика Ньютона неприменима для описания этого движения.

    Источник

    

    Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца

    1. Электрический ток, проходя по цепи, производит разные действия: тепловое, механическое, химическое, магнитное. При этом электрическое поле совершает работу, и электрическая энергия превращается в другие виды энергии: во внутреннюю, механическую, энергию магнитного поля и пр.

    Как было показано, напряжение ​ \( (U) \) ​ на участке цепи равно отношению работы ​ \( (F) \) ​, совершаемой при перемещении электрического заряда ​ \( (q) \) ​ на этом участке, к заряду: ​ \( U=A/q \) ​. Отсюда ​ \( A=qU \) ​. Поскольку заряд равен произведению силы тока ​ \( (I) \) ​ и времени ​ \( (t) \) ​ ​ \( q=It \) ​, то ​ \( A=IUt \) ​, т.е. работа электрического тока на участке цепи равна произведению напряжения на этом участке, силы тока и времени, в течение которого совершается работа.

    Единицей работы является джоуль (1 Дж). Эту единицу можно выразить через электрические единицы:

    ​ \( [A] \) ​= 1 Дж = 1 В · 1 А · 1 с

    Для измерения работы используют три измерительных прибора: амперметр, вольтметр и часы, однако, в реальной жизни для измерения работы электрического тока используют счётчики электрической энергии.

    Если нужно найти работу тока, но при этом сила тока или напряжение неизвестны, то можно воспользоваться законом Ома, выразить неизвестные величины и рассчитать работу по формулам: ​ \( A=\fract \) ​ или ​ \( A=I^2Rt \) ​.

    2. Мощность электрического тока равна отношению работы ко времени, за которое она совершена: ​ \( P=A/t \) ​ или ​ \( P=IUt/t \) ​; ​ \( P=IU \) ​, т.е. мощность электрического тока равна произведению напряжения и силы тока в цепи.

    Единицей мощности является ватт (1 Вт): ​ \( [P]=[I]\cdot[U] \) ​; ​ \( [P] \) ​ = 1 А · 1 В = 1 Вт.

    Читайте также:  Токи поселок хабаровский край время

    Используя закон Ома, можно получить другие формулы для расчета мощности тока: ​ \( P=\frac;P=I^2R \) ​.

    Значение мощности электрического тока в проводнике можно определить с помощью амперметра и вольтметра, измерив соответственно силу тока и напряжение. Можно для измерения мощности использовать специальный прибор, называемый ваттметром, в котором объединены амперметр и вольтметр.

    3. При прохождении электрического тока по проводнику он нагревается. Это происходит потому, что перемещающиеся под действием электрического поля свободные электроны в металлах и ионы в растворах электролитов сталкиваются с молекулами или атомами проводников и передают им свою энергию. Таким образом, при совершении током работы увеличивается внутренняя энергия проводника, в нём выделяется некоторое количество теплоты, равное работе тока, и проводник нагревается: ​ \( Q=A \) ​ или ​ \( Q=IUt \) ​. Учитывая, что ​ \( U=IR \) ​, ​ \( Q=I^2Rt \) ​.

    Количество теплоты, выделяющееся при прохождении тока но проводнику, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени.

    Этот закон называют законом Джоуля-Ленца.

    ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ

    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 ​ \( R_1 \) ​ в четыре раза меньше сопротивления резистора ​ \( R_2 \) ​. 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 ​ \( R_1 \) ​ в 3 раза больше сопротивления резистора ​ \( R_2 \) ​. 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 ​ \( A_1 \) ​ и ​ \( A_2 \) ​ в этих проводниках за одно и то же время.

    1) ​ \( A_1=A_2 \) ​
    2) \( A_1=3A_2 \)
    3) \( 9A_1=A_2 \)
    4) \( 3A_1=A_2 \)

    7. На рисунке приведена столбчатая диаграмма. На ней представлены значения силы тока в двух проводниках (1) и (2) одинакового сопротивления. Сравните значения работы тока \( A_1 \) ​ и ​ \( A_2 \) в этих проводниках за одно и то же время.

    1) ​ \( A_1=A_2 \) ​
    2) \( A_1=3A_2 \)
    3) \( 9A_1=A_2 \)
    4) \( 3A_1=A_2 \)

    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?

    Читайте также:  Вентилятор для компьютера переменного тока

    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

    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?

    Источник

    Работа и мощность тока закон джоуля-ленца

    Таким образом, работа тока может быть рассчитана с помощью нескольких формул. Какое именно выражение следует использовать в конкретной задаче, определяется её условием. Например, если в условии дана сила тока и разность потенциалов на концах однородного участка цепи, то, А = /(2)t, если же известны сила тока и сопротивление цепи, то, А =I2Rt. В 1841 г. англичанин Джеймс П. Джоуль и независимо… Читать ещё >

    • физика: механика
    • электричество и магнетизм

    Работа и мощность тока закон джоуля-ленца ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

    Рассмотрим участок цени, напряжение на концах которой равно U. В рассматриваемой цепи будет протекать электрический ток, сила которого, в соответствии с законом Ома, равна U/R.

    По определению (см. разд. 3.1), напряжение равно работе электростатических и сторонних сил по перемещению единичного заряда в электрической цепи. Следовательно, при протекании тока кулоновские и сторонние силы, действующие на заряды в рассматриваемом участке, совершат работу А = qU .

    Эту работу называют работой электрического тока.

    Если ток постоянный, то q = It, где / — сила тока; t — время, в течение которого в проводнике течёт ток. В этом случае работа тока может быть рассчитана по формуле А = UIt.

    Так как U = IR, работа тока («https://referat.bookap.info», 29).

    Работа и мощность тока закон джоуля-ленца.

    Таким образом, работа тока может быть рассчитана с помощью нескольких формул. Какое именно выражение следует использовать в конкретной задаче, определяется её условием. Например, если в условии дана сила тока и разность потенциалов на концах однородного участка цепи, то А = /(2 )t, если же известны сила тока и сопротивление цепи, то А =I 2 Rt .

    Мощность есть работа, совершённая за единицу времени: Р = —.

    Поэтому мощность тока можно рассчитать по следующим формулам:

    Работа и мощность тока закон джоуля-ленца.

    Если проводник с током неподвижен и ток не вызывает химических реакций, то вся работа идёт на увеличение внутренней энергии проводника, т. е. на его нагрев.

    Другими словами, при протекании тока в проводнике выделяется тепло.

    Работа и мощность тока закон джоуля-ленца.

    В 1841 г. англичанин Джеймс П. Джоуль и независимо от него в 1842 г. русский физик Эмилий Христианович Ленц, обобщая результаты своих экспериментов, получили именно такое выражение для расчета количества тепла, выделяемого проводником при протекании в нём тока. Поэтому последнее выражение принято называть законом Джоул я-Л ен ца.

    Если сила тока изменяется с течением времени, то количество тепла, выделяющееся в цепи, можно рассчитать с помощью следующих выражений:

    Работа и мощность тока закон джоуля-ленца.

    Закон Джоуля-Ленца может быть записан и в дифференциальной форме:

    Работа и мощность тока закон джоуля-ленца.

    где т — удельная тепловая мощность тока (это количество тепла, выделяющееся за единицу времени в единице объёма проводника).

    Источник