Меню

Работа постоянного тока вычисляется по формуле пользуясь этой формулой

Закон Джоуля-Ленца: определение, формулы

Мы ежедневно пользуемся электронагревательными приборами, не задумываясь, откуда берётся тепло. Разумеется, вы знаете, что тепловую энергию вырабатывает электричество. Но как это происходит, а тем более, как оценить количество выделяемого тепла, знают не все. На данный вопрос отвечает закон Джоуля-Ленца, обнародованный в позапрошлом столетии.

В 1841 году усилия английского физика Джоуля, а в 1842 г. исследования русского учёного Ленца увенчались открытием закона, применение которого позволяет количественно оценить результаты теплового действия электрического тока [ 1 ]. С тех пор изобретено множество приборов, в основе которых лежит тепловое действие тока. Некоторые из них, изображены на рис. 1.

Тепловые приборы

Рис. 1. Тепловые приборы

Определение и формула

Тепловой закон можно сформулировать и записать в следующей редакции: «Количество тепла, выработанного током, прямо пропорционально квадрату приложенного к данному участку цепи тока, сопротивления проводника и промежутка времени, в течение которого электричество действовало на проводник».

Обозначим символом Q количество выделяемого тепла, а символами I, R и Δt – силу тока, сопротивление и промежуток времени, соответственно. Тогда формула закона Джоуля-Ленца будет иметь вид: Q = I 2 *R*Δt

Согласно законам Ома I=U/R, откуда R = U/I. Подставляя выражения в формулу Джоуля-Ленца получим: Q = U 2 /R * Δt ⇒ Q = U*I*Δt.

Выведенные нами формулы – различные формы записи закона Джоуля-Ленца. Зная такие параметры как напряжение или силу тока, можно легко рассчитать количество тепла, выделяемого на участке цепи, обладающем сопротивлением R.

Дифференциальная форма

Чтобы перейти к дифференциальной форме закона, проанализируем утверждение Джоуля-Ленца применительно к электронной теории. Приращение энергии электрона ΔW за счёт работы электрических сил поля равно разности энергий электрона в конце пробега (m/2)*(u=υmax) 2 и в начале пробега (mu 2 )/2 , то есть

формула приращение энергии электрона

Здесь u скорость хаотического движение (векторная величина), а υmax – максимальная скорость электрического заряда в данный момент времени.

Поскольку установлено, что скорость хаотического движения с одинаковой вероятностью совпадает с максимальной (по направлению и в противоположном направлении), то выражение 2*u*υmax в среднем равно нулю. Тогда полная энергия, выделяющаяся при столкновениях электронов с атомами, образующими узлы кристаллической решётки, составляет:

Формула полной энергии

Это и есть закон Джоуля-Ленца, записанный в дифференциальной форме. Здесь γ – согласующий коэффициент, E – напряжённость поля.

Интегральная форма

Предположим, что проводник имеет цилиндрическую форму с сечением S. Пусть длина этого проводника составляет l. Тогда мощность P, выделяемая в объёме V= lS составляет:

Формула мощности P выделяемой в объеме

гдеR – полное сопротивление проводника.

Учитывая, чтоU = I×R, из последней формулы имеем:

  • P = U×I;
  • P = I 2 R;
  • P = U 2 /R.

Если величина тока со временем меняется, то количество теплоты вычисляется по формуле:

Формула количества теплоты

Данное выражение, а также вышеперечисленные формулы, которые можно переписать в таком же виде, принято называть интегральной формой закона Джоуля-Ленца.

Формулы очень удобны при вычислении мощности тока в нагревательных элементах. Если известно сопротивление такого элемента, то зная напряжение бытовой сети легко определить мощность прибора, например, электрочайника или паяльника.

Физический смысл

Вспомним, как электрический ток протекает по металлическому проводнику. Как только электрическая цепь замкнётся, то под действием ЭДС движение свободных электронов упорядочивается, и они устремляются к положительному полюсу источника питания. Однако на их пути встречаются стройные ряды кристаллических решёток, атомы которых создают препятствия упорядоченному движению, то есть оказывают сопротивление.

На преодоление сопротивления уходит часть энергии движущихся электронов. В соответствии с фундаментальным законом сохранения энергии, она не может бесследно исчезнуть. Она-то и превращается в тепло, вызывающее нагревание проводника. Накапливаемая тепловая энергия излучается в окружающее пространство или нагревает другие предметы, соприкасающиеся с проводником.

На рисунке 2 изображёна схема опыта, демонстрирующего закон теплового действия тока, разогревающего участок провода в электрической цепи.

Тепловое действие тока

Рис. 2. Тепловое действие тока

Явление нагревания проводников было известно практически с момента получения электротока, но исследователи не могли тогда объяснить его природу, и тем более, предложить способ оценки количества выделяемого тепла. Эту проблему решает закон Джоуля-Ленца, которым мы пользуемся по сегодняшний день.

Читайте также:  Что называют электрическим током что принимают за направление электрического тока

Практическая польза закона Джоуля-Ленца

При сильном нагревании можно наблюдать излучение видимого спектра света, что происходит, например, в лампочке накаливания. Слабо нагретые тела тоже излучают тепловую энергию, но в диапазоне инфракрасного излучения, которого мы не видим, но можем ощутить своими тепловыми рецепторами.

Допускать сильное нагревание проводников нельзя, так как чрезмерная температура разрушает структуру металла, проще говоря – плавит его. Это может привести к выводу из строя электрооборудования, а также стать причиной пожара. Для того, чтобы не допустить критических параметров нагревания необходимо делать расчёты тепловых элементов, пользуясь формулами, описывающими закон Джоуля-Ленца.

Проанализировав выражение U 2 /R убеждаемся, что когда сопротивление стремится к нулю, то количество выделенного тепла стремится к бесконечности. Такая ситуация возникает при коротких замыканиях. В это основная опасность КЗ.

В борьбе с короткими замыканиями используют:

  • автоматические выключатели:
  • электронные защитные блоки;
  • плавкие предохранители;
  • другие защитные устройства.

Применение и практический смысл

Непосредственное превращение электричества в тепловую энергию нельзя назвать экономически выгодным. Однако, с точки зрения удобства и доступности современного человечества к источникам электроэнергии различные нагревательные приборы продолжают массово применяться как в быту, так и на производстве.

Перечислим некоторые из них:

  • электрочайники;
  • утюги;
  • фены;
  • варочные плиты;
  • паяльники;
  • сварочные аппараты и многое другое.

На рисунке 3 изображены бытовые нагревательные приборы, которыми мы часто пользуемся.

Бытовые нагревательные приборы

Рис. 3. Бытовые нагревательные приборы

Использование тепловых мощностей в химической, металлургической и в других промышленных отраслях тесно связно с использованием электрической энергии.

Без знания физического закона Джоуля-Ленца было бы невозможно сконструировать безопасный нагревательный прибор. Для этого нужны расчёты, которые невозможно сделать без применения рассмотренных нами формул. На основе расчётов происходит выбор материалов с нужным удельным сопротивлением, влияющим на нагревательную способность устройств.

Закон Джоуля-Ленца без преувеличения можно назвать гениальным. Это один из тех законов, которые повлияли на развитие электротехники.

Источник

Работа постоянного тока вычисляется по формуле пользуясь этой формулой

Вопрос по физике:

Работа постоянного тока (в джоулях) вычисляется по формуле 2 A = I Rt, где I — сила тока (в амперах), R — сопротивление (в омах), t — время (в секундах). Пользуясь этой формулой, найдите A (в джоулях), если 10 t c, I = 4 А и R = 2 Ом

Ответы и объяснения 1
Знаете ответ? Поделитесь им!

Как написать хороший ответ?

Чтобы добавить хороший ответ необходимо:

  • Отвечать достоверно на те вопросы, на которые знаете правильный ответ;
  • Писать подробно, чтобы ответ был исчерпывающий и не побуждал на дополнительные вопросы к нему;
  • Писать без грамматических, орфографических и пунктуационных ошибок.

Этого делать не стоит:

  • Копировать ответы со сторонних ресурсов. Хорошо ценятся уникальные и личные объяснения;
  • Отвечать не по сути: «Подумай сам(а)», «Легкотня», «Не знаю» и так далее;
  • Использовать мат — это неуважительно по отношению к пользователям;
  • Писать в ВЕРХНЕМ РЕГИСТРЕ.
Есть сомнения?

Не нашли подходящего ответа на вопрос или ответ отсутствует? Воспользуйтесь поиском по сайту, чтобы найти все ответы на похожие вопросы в разделе Физика.

Трудности с домашними заданиями? Не стесняйтесь попросить о помощи — смело задавайте вопросы!

Физика — область естествознания: естественная наука о простейших и вместе с тем наиболее общих законах природы, о материи, её структуре и движении.

Источник

Вычисление по формуле

Задание 11936

Перевести температуру из шкалы Фаренгейта в шкалу Цельсия позволяет формула $$t_=\frac<5><9>(t_-32)$$, где tc — температура в градусах по шкале Цельсия, tf — температура в градусах по шкале Фаренгейта. Скольким градусам по шкале Цельсия соответствует 185 градусов по шкале Фаренгейта?

Читайте также:  Патенты по датчикам тока

Больше разборов вы найдете на моем ютуб-канале! Не забудьте подписаться!

Задание 11915

Чтобы перевести температуру из шкалы Цельсия в шкалу Фаренгейта, пользуются формулой t f =l,8fС + 32, где tc — температура в градусах по шкале Цельсия, tf — температура в градусах по шкале Фаренгейта. Скольким градусам по шкале Фаренгейта соответствует -16 градусов по шкале Цельсия?

Больше разборов вы найдете на моем ютуб-канале! Не забудьте подписаться!

Задание 11913

Перед началом первого тура чемпионата по шашкам участников разбивают на игровые пары случайным образом с помощью жребия. Всего в чемпионате участвует 71 спортсмен, среди которых 22 спортсмена из России, в том числе Т. Найдите вероятность того, что в первом туре Т. будет играть с каким-либо спортсменом из России.

Больше разборов вы найдете на моем ютуб-канале! Не забудьте подписаться!

Задание 11889

Площадь четырёхугольника можно вычислить по формуле $$S=\frac<1><2>d_<1>d_<2>\sin \alpha$$, $$d_<1>$$ и $$d_<2>$$ — длины диагоналей четырёхугольника, $$\alpha$$ — угол между диагоналями. Пользуясь этой формулой, найдите площадь $$S$$, если $$d_<1>=4$$, $$d_<2>=18$$, $$\sin \alpha=\frac<8><9>$$.

Больше разборов вы найдете на моем ютуб-канале! Не забудьте подписаться!

Задание 11867

Площадь четырёхугольника можно вычислить по формуле $$S=\frac<1><2>d_<1>d_<2>\sin \alpha$$, где d1 и d2 — длины диагоналей четырёхугольника, $$\alpha$$ — угол между диагоналями. Пользуясь этой формулой, найдите длину диагонали d2, если d1=13, $$\sin \alpha=\frac<3><13>$$, а S=25,5.

Больше разборов вы найдете на моем ютуб-канале! Не забудьте подписаться!

Задание 11825

Площадь треугольника можно вычислить по формуле $$S=\frac<4R>$$ , где а, b и с — стороны треугольника, a R — радиус окружности, описанной около этого треугольника. Пользуясь этой формулой, найдите b, если а=13, с=20, S=66 и $$R=\frac<65><6>$$

Больше разборов вы найдете на моем ютуб-канале! Не забудьте подписаться!

Задание 11803

Площадь треугольника можно вычислить по формуле $$S=\frac<4R>$$, где a, b, c — стороны треугольника, a R — радиус окружности, описанной около этого треугольника. Пользуясь этой формулой, найдите S, если a=11, b=13, c=20 и $$R=\frac<65><6>$$

Больше разборов вы найдете на моем ютуб-канале! Не забудьте подписаться!

Задание 11781

Площадь четырёхугольника можно вычислить по формуле $$S=\fracd_<2>\sin \phi><2>$$, где d1 и d2 – длины диагоналей четырёхугольника, $$\phi$$ – угол между диагоналями. Пользуясь этой формулой, найдите длину диагонали d2, если $$d_<1>=6, \sin \phi=\frac<1><12>$$, a S=3,75.

Больше разборов вы найдете на моем ютуб-канале! Не забудьте подписаться!

Задание 11657

Больше разборов вы найдете на моем ютуб-канале! Не забудьте подписаться!

Задание 11636

Из закона всемирного тяготения $$F=\frac>$$ выразите массу m и найдите её величину (в кг), если F=13,4 Н, r=5 м, M=5*10 9 кг, а гравитационная постоянная G=6,7*10 -11 м 3 /(кг*с 2 ).

Задание 11616

Чтобы перевести значение температуры по шкале Цельсия (t °C) в шкалу Фаренгейта (t °F), пользуются формулой $$F=1,8C+32$$, где C — градусы Цельсия, F — градусы Фаренгейта. Какая температура по шкале Цельсия соответствует о шкале Фаренгейта? Ответ округлите до десятых.

Задание 11593

Площадь четырёхугольника можно вычислить по формуле $$S=\frac<1><2>d_<1>d_<2>\sin \phi$$ , где d1 и d2 — длины диагоналей четырёхугольника, $$\phi$$ — угол между диагоналями. Пользуясь этой формулой, найдите длину диагонали d2 , если d1=10 , $$\cos \phi=\frac<2\sqrt<30>><11>$$, а S=5 .

Задание 11571

Мощность постоянного тока (в ваттах) вычисляется по формуле $$P=\frac>$$, где U — напряжение (в вольтах), R — сопротивление (в омах). Пользуясь этой формулой найдите Р (в ваттах), если R=8 Ом и U=16 В.

Больше разборов вы найдете на моем ютуб-канале! Не забудьте подписаться!

Задание 11549

Мощность постоянного тока (в ваттах) вычисляется по формуле $$P=I^<2>R$$ , где I — сила тока (в амперах), R — сопротивление (в омах). Пользуясь этой формулой, найдите мощность Р (в ваттах), если сопротивление составляет 8 Ом, а сила тока равна 8,5 А.

Читайте также:  Индукция магнитного поля сила тока площадь

Больше разборов вы найдете на моем ютуб-канале! Не забудьте подписаться!

Задание 11528

Зная длину своего шага, человек может приближённо подсчитать пройденное им расстояние s по формуле $$s=n\cdot l$$, где n – число шагов, l – длина шага. Какое расстояние прошёл человек, если $$l=80$$ см, $$n=1600$$ шагов? Ответ дайте в км.

Больше разборов вы найдете на моем ютуб-канале! Не забудьте подписаться!

Задание 11505

Объём пирамиды вычисляется по формуле $$V=\frac<1><3>Sh$$, где S – площадь основания пирамиды, h – её высота. Объём пирамиды равен 40, площадь основания равна 15. Найдите высоту пирамиды.

Больше разборов вы найдете на моем ютуб-канале! Не забудьте подписаться!

Задание 11481

Больше разборов вы найдете на моем ютуб-канале! Не забудьте подписаться!

Задание 11433

Больше разборов вы найдете на моем ютуб-канале! Не забудьте подписаться!

Задание 11390

Площадь треугольника вычисляется по формуле $$S=\frac<1><2>bc\sin \alpha$$, где b и с — две стороны треугольника, а $$\alpha$$ — угол между ними. Пользуясь этой формулой, найдите величину $$\sin \alpha$$, если b=10, с=5 и S=20.

Больше разборов вы найдете на моем ютуб-канале! Не забудьте подписаться!

Задание 11347

Площадь треугольника вычисляется по формуле $$S=\frac<1><2>bc\sin \alpha$$, где b и c — две стороны треугольника, a $$\alpha$$ — угол между ними. Пользуясь этой формулой, найдите площадь S, если b = 16, с = 9 и $$\sin \alpha=\frac<1><3>$$ .

Больше разборов вы найдете на моем ютуб-канале! Не забудьте подписаться!

Задание 11311

Работа постоянного тока (в джоулях) вычисляется по формуле $$A=I^<2>Rt$$, где I—сила тока (в амперах), R — сопротивление (в омах), t — время (в секундах). Пользуясь этой формулой, найдите А (в джоулях), если t=10 с, I=4 А и R=2 Ом.

Больше разборов вы найдете на моем ютуб-канале! Не забудьте подписаться!

Задание 11225

Закон Кулона можно записать в виде $$F=k\cdot \fracq_<2>>>$$, где F — сила взаимодействия зарядов (в ньютонах), q1 и q2 — величины зарядов (в кулонах), k — коэффициент пропорциональности (в Н • м 2 /Кл 2 ), а г расстояние между зарядами (в метрах). Пользуясь формулой, найдите величину заряда q1 (в кулонах), если k = 9 • 109 Н • м 2 /Кл 2 , q 2 = 0,004 Кл, r = 500 м, a F = 1,008 Н.

Больше разборов вы найдете на моем ютуб-канале! Не забудьте подписаться!

Источник



Мощность постоянного тока (в ваттах) вычисляется по формуле $P=I^2 R$, где $I$ — си…

Сложность:

Мощность постоянного тока (в ваттах) вычисляется по формуле $P=I^2 R$, где $I$ — сила тока (в амперах), $R$ — сопротивление (в омах). Пользуясь этой формулой, найдите сопротивление $R$ (в омах), если мощность составляет $242$ Вт, а сила тока равна $5<,>5$ A.

Объект авторского права ООО «Легион»

Вместе с этой задачей также решают:

Чтобы перевести значение температуры по шкале Цельсия в шкалу Фаренгейта, пользуются формулой $F=1<,>8C+32$, где $C$ — градусы Цельсия, $F$ — градусы Фаренгейта. Какая температура по шка…

В фирме «Сквозь пробки» стоимость поездки на такси (в рублях) рассчитывается по формуле $C=80+7(t-2)$, где $t$ — длительность поездки, выраженная в минутах $(t>2)$. Пользуясь этой формул…

В фирме «Оазис» стоимость (в рублях) колодца из железобетонных колец вычисляется по формуле $C=5100 +4300n$, где $n$ — число колец, установленных при рытье колодца. Пользуясь этой форм…

Чтобы перевести значение температуры по шкале Цельсия в шкалу Фаренгейта, пользуются формулой $F=1<,>8C+32$, где $C$ — градусы Цельсия, $F$ — градусы Фаренгейта. Какая температура по шка…

Источник