Работа и мощность электрического тока

На одном из прошлых уроков мы с вами говорили о том, что заряженные тела взаимодействуют друг с другом посредством особого вида материи, которую называют электрическим полем. Примером такого взаимодействия может служить электрический ток, то есть упорядоченное движение заряженных частиц, которое создаётся электрическим полем. Следовательно, электрическое поле способно совершать работу, которую называют работой тока.

Давайте вспомним, что в общем случае под работой понимают скалярную физическую величину, которая описывает действие силы (заметьте, именно силы, а не те́ла), приводящее к изменению значения скорости рассматриваемого тела.

Из этого становится очевидным, что термин «работа тока» — это своеобразный жаргонизм, с которым вы уже неоднократно сталкивались. Работа тока — это, говоря строгим языком физики, работа электрически сил, которые, перемещая заряженные частицы, увеличивают их скорость, а значит и кинетическую энергию.

Мы уже с вами знаем, что работа по переносу электрического заряда в электрическом поле оценивается произведением величины перенесённого заряда на величину разности потенциалов между начальной и конечной точками переноса, то есть на величину напряжения:

A = ΔqU.

Очевидно, что это соотношение может быть применимо и для оценки работы тока. Однако эта формула имеет неудобство в связи с тем, что и ней фигурирует перенесённый в электрическом поле заряд, измерение которого требует особых методов. Поэтому удобнее расписать этот заряд, используя формулу силы тока:

Такая запись приводит нас к удобной формуле для определения работы электрического тока: работа тока на участке цепи равна произведению силы тока, напряжения и времени, в течение которого шёл ток:

A = IUΔt.

 Единицей работы тока, как вы догадались, является джоуль. Эту единицу можно выразить через электрические единицы — ампер и вольт:

1 Дж = 1 А ∙ 1 В ∙ 1 с.

Для измерения работы тока в реальной жизни пользуются специальными приборами — счётчиками электрической энергии, которые сейчас можно увидеть в каждом доме. Однако в них работу тока принято выражать не в джоулях, а в

киловатт-часах (1 кВт ∙ час = 3,6 ∙ 10⁶ Дж).

Применяя к потребителю электротока закон Ома, можно из основной формулы работы получить ещё два варианта, исключив в первом случае из формулы напряжение, а во-втором — силу тока:

Получив формулу для работы электрического тока, мы легко получим и формулу для мощности тока. Ведь в любом случае мощность есть отношение работы ко времени её совершения:

Напомним, что единицей измерения мощности является ватт.

А для измерения мощности электрического тока в цепи используют специальные приборы, называемые ваттметрами.

Давайте для примера решим с вами такую задачу. Два потребителя, сопротивления которых равны R₁ и R₂ подключают к сети постоянного тока сначала последовательно, а потом — параллельно. В каком случае потребляется большая мощность от сети?

На одном из прошлых уроков мы с вами говорили о действиях электрического тока, которые он способен оказывать, протекая в различных средах. Давайте с вами вспомним, что тепловое действие тока проявляется в том, что при протекании тока по проводнику последний нагревается.

Химическое действие тока мы можем наблюдать при его прохождении через растворы солей, кислот или щелочей.

А магнитное действие тока проявляется в создании им магнитного поля.

Также мы с вами говорили о том, что тепловое действие ток производит в любой среде: твёрдой, жидкой и газообразной. Например, нагревание проводника происходит потому, что разогнавшиеся под действием электрического поля свободные носители зарядов — электроны — сталкиваются с ионами кристаллической решётки проводника и отдают им часть своей энергии. В результате энергия теплового движения ионов около положений равновесия возрастает. То есть происходит

переход энергии электрического поля во внутреннюю энергию проводника.

При этом, очевидно, что чем больше будет сопротивление проводника, тем большее количество теплоты в нём выделится при протекании электрического тока одной и той же силы.

Это легко проверить на простом опыте. Возьмём три последовательно соединённых проводника, изготовленных из разных материалов, например, из нихрома, никелина и меди, и подключим их к источнику постоянного тока.

Спустя некоторое время мы заметим, нихромовый проводник нагрелся почти до белого каления, никелиновый — лишь слегка покраснел, а вот медный проводник практически не изменил свой цвет.

Таким образом, действительно, чем больше сопротивление проводника, тем «труднее» двигаться зарядам в нём и тем больше нагревается проводник.

В 1841 году английский учёный Джеймс Прескотт Джоуль и независимо от него в 1842 году российский учёный Эмилий Христианович Ленц, изучая на опыте тепловые действия тока установили закон, позволяющий рассчитать количество теплоты, выделяемое в проводнике при протекании в нём электрического тока. Согласно этому закону,

количество теплоты, выделяющееся в проводнике, прямо пропорционально квадрату силы тока, проходящего по проводнику, сопротивлению проводника и времени, в течение которого поддерживается неизменный ток в проводнике.

Проверим его справедливость с помощью такого опыта. Возьмём калориметр, содержащий 100 мл миллилитров воды при температуре 18 ^оС, и поместим в неё проводник в виде спиральки известного сопротивления. Концы проводника включим в цепь, состоящую из источника тока, амперметра и ключа. С помощью секундомера будем засекать время эксперимента.

Замкнув ключ, подождём пока температура воды в калориметре не повысится на 10 ^оС.

Теперь рассчитаем количество теплоты, полученное водой, используя для этого известную нам формулу из термодинамики:

Здесь c — это удельная теплоёмкость воды; m — её масса; а Δt — изменение температуры воды. Тогда после подстановки чисел и простых расчётов, получаем, что вода получила от нагревателя 4200 Дж теплоты.

Теперь определим количество теплоты, выделившееся в проводнике, используя для этого закон Джоуля — Ленца:

Подставив в полученное уравнение данные наших опытов, найдём, что за время эксперимента в проводнике выделились те же 4200 Дж теплоты. Это подтверждает правоту закона Джоуля — Ленца.

Формулой Q =

I²RΔt удобно пользоваться при расчёте количества теплоты, которое выделяется в проводниках при последовательном соединении, так как в этом случае ток во всех проводниках один и тот же.

При параллельном же соединении проводников ток в них различен, а вот напряжение на концах этих проводников одно и то же. Поэтому расчёт количества теплоты при таком соединении удобнее вести по формуле: Q = U²Δt / R.

Эта формула показывает, что при параллельном соединении в каждом проводнике выделяется количество теплоты, обратно пропорциональное сопротивлению проводника.

Работа и мощность тока | Практическая электроника

Работа и  мощность тока  – важный параметр в электронике. Проще всего измерить мощность и работу постоянного тока. Но пока что не будем далеко заходить и рассмотрим простую аналогию с гидравликой.

Работа тока

Давайте же представим себе нашу водобашню, которая одиноко стоит где-нибудь на горке.

Не долго думая, сделаем пробоину прямо сбоку у подножия водобашни. У нас потечет ручей. Скорость течения ручья, как вы поняли, будет зависеть от того, насколько у нас большая пробоина и много ли воды в башне. Предположим, что у нас на фото этот ручей. Сбоку ручья приделаем вот такое колесо с лопастями:

Чем сильнее бежит ручей, тем быстрее будет крутиться колесо, и наоборот. Это колесо можно заставить работать, приделав к его оси, скажем, электрогенератор, или какой-нибудь механизм. И чем дольше по времени оно будет крутиться, тем больше полезной работы оно сделает.  Раньше, до появления электричества, использовали энергию воды именно так (для тех, кто не в курсе).

Так вот, работа электрического тока определяется точно также! Чем выше сила тока (сила скорости течения воды в ручье), напряжение (давление в башне), и чем дольше по времени все это  будет продолжаться, тем больше работы будет совершать электрический ток!

где

А – работа электрического тока (выражается в Джоулях)

U – напряжение (Вольты)

I – сила тока (Амперы)

t – время (секунды), в течение которого все это происходит.

Мощность тока

Рассмотрим две картинки:

Как вы думаете, у кого из них бОльшая мощность?  Допустим, они оба пришли в спортзал и нашли боксерскую грушу. Ботаник, ударяя по груше, ее даже не шелохнул, но травмировал руку))). Дядя-качок, ударяя по груше, выбил из  нее всю дурь. Следовательно, мощность качка намного больше, чем мощность ботаника. Мощность определяется как действие в мгновенный момент времени.

То же самое обстоит и с электрическим током. В такой-то момент времени мощность такая-то. Вот формула для мощности:

где, P – это мощность, I – сила тока, U – напряжение. Мощность измеряется в Ваттах (Вт).

В  статье блок питания мы вычисляли мощность вентилятора. Она составила  P=UхI=12х0,18=2,16 Ватт. Мда, мощный вентилятор 🙂

Все, что мы описали выше – это формулы для постоянного тока. Для переменного тока работа и мощность вычисляются по таким же формулам, но при условии, что если они питают только активную нагрузку, которая не имеет реактивных составляющих. Пример активной нагрузки в этом случае – это лампа накаливания, электроплитка, утюг и тд. В это случае нам бывает достаточно просто замерить переменное напряжение в розетке,  потребляемую силу тока и вычислить по формуле

Нормальный китайский электрочайник потребляет мощность около 2 кВт. Следовательно, за час работы он съест 2 кВт х час. Это уже  и есть работа. Так уж повелось, что ее привыкли измерять в Вт х час, а не в Джоулях. У меня в селе кВт х час на данный момент 2,4 рубля. Если я буду кипятить воду в течение часа, то с меня Россети сдерут 4,8 рубля ;-).

Физика 8 класс. Работа и мощность электрического тока :: Класс!ная физика

Физика 8 класс. РАБОТА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

Работа электрического тока показывает, какая работа была совершена электрическим полем при перемещении зарядов по проводнику.

Зная две формулы:
I = q/t ….. и ….. U = A/q
можно вывести формулу для расчета работы электрического тока:

Работа электрического тока равна произведению силы тока на напряжение
и на время протекания тока в цепи.

Единица измерения работы электрического тока в системе СИ:
[ A ] = 1 Дж = 1A. B . c

НАУЧИСЬ, ПРИГОДИТСЯ !

При расчетах работы электрического тока часто применяется
внесистемная кратная единица работы электрического тока:
1 кВт.ч (киловатт-час).

1 кВт.ч = ………..Вт.с = 3 600 000 Дж

В каждой квартире для учета израсходованной электроэнергии устанавливаются специальные
приборы-счетчики электроэнергии, которые показывают работу электрического тока,
совершенную за какой-то отрезок времени при включении различных бытовых электроприборов.
Эти счетчики показывают работу электрического тока ( расход электроэнергии) в «кВт.ч».

Необходимо научиться рассчитывать стоимость израсходованной электроэнергии!
Внимательно разбираемся в решении задачи на странице 122 учебника (параграф 52) !

МОЩНОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

Мощность электрического тока показывает работу тока, совершенную в единицу времени
и равна отношению совершенной работы ко времени, в течение которого эта работа была совершена.

(мощность в механике принято обозначать буквой N, в электротехнике — буквой Р)
так как А = IUt, то мощность электрического тока равна:

или

Единица мощности электрического тока в системе СИ:

[ P ] = 1 Вт (ватт) = 1 А . B

КНИЖНАЯ ПОЛКА

 

ВАУ, ИНТЕРЕСНЫЕ ЯВЛЕНИЯ !

 

Устали? — Отдыхаем!

Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца

Тема: Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца. Урок №

Цели и задачи урока:

• Активизировать работу учащихся в процессе обучения;

• Использовать стратегии критического мышления для повышения познавательной активности;

• Развивать коммуникативные качества, навыки самостоятельной работы, развивать логическое мышление, умение выделять главное, сравнивать, анализировать, работать в группах;

• Формировать целостную картину изучаемой темы;

• Развивать умения работать в группах, рационально разделять труд, уважать чужую точку зрения и уметь высказывать свою точку зрения

• Воспитывать сознательное отношение к предмету и создать для каждого ученика ситуацию успеха.

Ожидаемые результаты:

Знать:

• Понятия: работа тока, мощность тока, количество теплоты, закон Джоуля –Ленца.

Уметь:

• Применять полученные знания на практике (определять работу; мощность и количество теплоты, выделяющееся при прохождении электрического тока по проводнику.

Формы работы: Групповая и индивидуальная.

Методы работы: Наблюдения, беседа с учащимися, проблемно – поисковый диалог.

Тип урока: Комбинированный.

Необходимое техническое оборудование: Мультимедийный проектор, ИАД, стикеры, учебники, тетради и ручки, сигнальные карточки «Светофор», психологический приём «Я желаю тебе…», приёмы «Мозговой штурм и Синквейн», постеры и маркеры, карточки с заданиями для групп «ЖИГСО».

Этап

Содержание этапа

Деятельность учителя

Деятельность учащихся

Модули

Формы работы/

Оценивание

Время

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

Организацион-ный момент.

Психологический настрой. Приветствие, организация и создание групп по цветам стикеров. Психологический приём КМ: «Я желаю тебе…»

Приветствует учащихся. Предлагает написать пожелания друг другу на стикерах.

Учащиеся приветствуют друг друга, и пишут пожелания друг другу на стикерах.

-Создание коллаборативной среды.

-Новые подходы в образовании (обучение тому, как учиться).

— КМ

ФО

3мин

Провер-ка Д/З.

Приём КМ: «Светофор»

Учитель проверяет Д/З, путем сигнальных карточек. После урока собирает тетради и проверяет работы, выставляя оценки в журнал.

Учащиеся работают с сигнальными карточками.

— Диалоговое обучение

-КМ

ФО

4мин

Актуали-зация знаний / Осмысление (реализация урока).

Работа с ИАД.

Учитель объявляет тему урока, и вместе с учащимися формулирует цель урока.

Учащиеся внимательно слушают учителя и активно участвуют, формируя вместе с учителем цель урока.

-Новые подходы в образовании

-Диалоговое обучение

-КМ

-ОДО

ФО

СО

20мин

-Приём КМ: «ЖИГСО». Карточки с заданиями для трёх групп.

Приложение №1.

-Приёмы КМ: «Светофор», «Мозговой штурм».

Учитель раздает карточки с заданиями для групп. Активно наблюдает за работой учащихся в группах, выступает в роли фасилитатора (оказывая помощь, в случае необходимости).

удовлетворительно.1 этап: Получение заданий и составление постеров, распределение ролей в группах (Спикер, Лидер, Секретарь и Наблюдатель)

1 гр. – «Работа электрического тока»;

2 гр. – «Мощность электрического тока»; 3 гр. – «Закон Джоуля-Ленца».

2 этап: Защита постеров.

3 этап: Оценивание работ. Группы выставляют оценки друг другу, используя технику светофор: «зеленый цвет» – отлично, «желтый» – хорошо, «красный» –

Физминутка

Пожмите друг другу руки и скажите: «Мы молодцы!».

3 мин

— Проверка степени усвоения материала: Тест.

Приложение №2.

(Разноуровневые задания)

Учитель раздает тесты (в двух вариантах). Выброс на интерактивную доску ключей с правильными ответами к тесту и критериями оценивания.

Учащиеся выполняют тест, а после проверяют тесты, путем взаимопроверки, обмениваясь тетрадями и выставляя оценки.

9 мин

Рефлек-сия.

Приём КМ: «Синквейн»

Раздаёт стикеры и наблюдает за работой учащихся.

Составляют синквейны (пятистишье), некоторые учащиеся озвучивают вслух синквейны.

-ОДО

-КМ

ФО

СО

5 мин

Информация о домаш-нем задании.

Домашнее задание:

§42 читать, экспериментальное задание №6 (выполнить письменно)

Задаёт задание на дом.

Фиксируют домашнее задание в дневниках.

1 мин

Карточка № 1

1. Что такое электрический ток?

2. Дайте определение понятию работа электрического тока.

3. Обозначение работы электрического тока.

4. Отчего зависит работа постоянного электрического тока?

5. Выведите формулу для подсчёта работы электрического тока.

6. Единица измерения работы электрического тока в международной системе СИ?

7. Прибор для измерения работы электрического тока?

Карточка № 2

1. Дайте определение понятию мощность электрического тока.

2. Обозначение мощности электрического тока.

3. Отчего зависит мощность электрического тока?

4. Выведите формулу для подсчёта мощности электрического тока.

5. Какие единицы мощности используют на практике (в международной системе СИ)?

6. Прибор для измерения мощности электрического тока?

Карточка № 3

1. Сформулируйте закон Джоуля-Ленца.

2. Обозначение количества теплоты, выделившегося при нагревании проводников.

3. Отчего зависит нагревание проводников?

4. Формула закона Джоуля-Ленца.

5. Единица измерения количества теплоты в международной системе СИ?

6. Для чего служит предохранитель?

Тест по теме: «Мощность и работа электрического тока,

закон Джоуля — Ленца»

(8 класс)

I — вариант

Задание #1

По закону Джоуля-Ленца:

Выберите один из 4 вариантов ответа:

1) Вся работа электрического тока идет на нагревание

2) Мощность электрического тока равна отношению работы тока к промежутку времени, за который эта работа была совершена

3) Работа электрического тока не зависит от напряжения в сети

4) Степень нагревания проводов не зависит от времени работы приборов

Задание #2

Сколько энергии потребляет стоваттная лампочка за 10 минут?

Запишите число:

___________________________

Задание #3

При коротком замыкании верны следующие утверждения:

Выберите несколько из 4 вариантов ответа:

1) Сила тока в цепи резко возрастает

2) Сопротивление цепи резко возрастает

3) Значительно увеличивается риск пожара

4) Укорачиваются провода

Задание #4

Каково назначение предохранителя:

Выберите один из 4 вариантов ответа:

1) При коротком замыкании выключить из цепи прибор или целую линию

2) При коротком замыкании заново замкнуть цепь и вернуть её в нормальное состояние

3) При коротком замыкании предохранитель обеспечивает падение напряжения

4) Предохранитель ограничивает чрезмерное потребление энергии, чтобы не перегревались провода

Задание #5

В лампе накаливания могут быть использованы:

Выберите несколько из 5 вариантов ответа:

1) Хлор

2) Аргон

3) Вольфрам

4) Криптон

5) Медь

Задание #6

Верны ли утверждения?

Укажите истинность или ложность вариантов ответа:

__ В лампе накаливания порядка 30 % энергии преобразуется в свет

__ Через лампу накаливания, как правило, проходит тока порядка 5 ампер

__ В лампе накаливания более 90% энергии преобразуется в тепло

__ В промышленных лампах накаливания Эдисона устанавливаются предохранители

Задание #7

В обогревателях значительно больше тепла получает нагревательный элемент, а не провода, потому что…

Выберите несколько из 4 вариантов ответа:

1) Закон Джоуля-Ленца по-разному применяется для разных металлов

2) Нагревательный элемент имеет значительно большее сопротивление, чем провода

3) Через нагревательный элемент проходит значительно больший ток, чем через провода

4) Нагревательный элемент сделан из металла с большим удельным сопротивлением, а провода — нет

Задание #8

Вам нужно подключить 4 прибора с одинаковым сопротивлением, каким угодно образом, чтобы они работали. Сколько минимум понадобится предохранителей, чтобы в случае необходимости отключить все приборы?

Запишите число:

___________________________

Задание #9

Две лампочки с сопротивлением 2 и 4 Ом подключены параллельно. Через лампочку с сопротивлением 2 Ом проходит ток 1 ампер. Сколько джоулей теплоты они выделят за минуту?

Запишите число:

___________________________

Задание #10

К одинаковым источникам подключены приборы с одинаковыми проводами и сопротивлением. Один прибор вдвое мощнее другого. Тогда, исходя из закона Джоуля-Ленца:

Выберите один из 4 вариантов ответа:

1) Провода более мощного прибора будут нагреваться вдвое больше

2) Провода более мощного прибора будут нагреваться в 4 раза больше

3) Провода будут нагреваться одинаково у обоих приборов

4) Никакой из перечисленных вариантов не является правильным

Тест по теме: «Мощность и работа электрического тока,

закон Джоуля — Ленца» (8 класс)

II — вариант

Задание #1

Мощность электроприбора, потребляемая из сети зависит от:

Выберите несколько из 4 вариантов ответа:

1) Напряжения в розетке

2) Силы тока в несущем проводе

3) Силы тока в приборе

4) Времени работы

Задание #2

В первом чайнике нагревательный элемент обладает сопротивлением вдвое больше, чем во втором чайнике. Второй чайник рассчитан на силу тока вдвое большую, чем первый. Который из этих чайников быстрее нагреет одинаковое количество воды?

Выберите один из 4 вариантов ответа:

1) Первый чайник

2) Второй чайник

3) Оба чайника нагреют воду за одинаковое время

4) В задаче не хватает данных для того, чтоб дать однозначный ответ

Задание #3

Расположите в порядке возрастания мощности следующее:

Укажите порядок следования всех 4 вариантов ответа:

__ Лампочка

__ Молния

__ Стиральная машина

__ Генератор на электростанции

Задание #4

Напряжение между обкладками конденсатора составляет 150 В. Конденсатор включают в цепь, и он начинает разряжаться и полностью теряет свой заряд за 3 секунды. Если считать, что сила тока в цепи была постоянна и составляла 100 мА, то какова электроёмкость этого конденсатора?

Запишите число:

Электроёмкость в мФ __________________________

Задание #5

Определите, какой ток проходит через стоваттную лампочку, если считать, что напряжение в сети 200 В?

Запишите число:

__________________________

Задание #6

Чтобы прибор функционировал нормально, электрический ток должен совершать работу не менее 66 кДж за полминуты. Если этот прибор включен в стандартную розетку, то какова минимальная сила тока в нем?

Запишите число:

Сила тока в амперах ___________________________

Задание #7

Укажите величины, которые зависят от времени:

Выберите несколько из 5 вариантов ответа:

1) Мощность электрического тока

2) Работа электрического тока

3) Сила тока в цепи

4) Напряжение на полюсах источника

5) Количество теплоты, выделяемое нагревателем

Задание #8

Сопоставьте величины и единицы измерения

Укажите соответствие для всех 5 вариантов ответа:

1) Мощность

2) Работа

3) Скорость

4) Сила

__ Киловатт-часы

__ Киловатты

__ Ньютоны

__ Джоули

__ Лошадиная сила

Задание #9

Укажите величину, которая не имеет физического смысла

Выберите один из 4 вариантов ответа:

1) Количество заряда поделить на напряжение

2) Сила тока умножить на время

3) Напряжение умножить на время

4) Напряжение поделить на силу тока

Задание #10

Что больше: киловатт или лошадиная сила?

Выберите один из 4 вариантов ответа:

1) Лошадиная сила

2) Киловатт

3) Они равны

4) Вопрос некорректен, поскольку киловатт и лошадиная сила — это единицы измерения, присущие разным физическим величинам

Ответы к 1 варианту:

1) (1 б.) Верные ответы: 1;

2) (2 б.): Верный ответ: 60000.;

3) (2 б.) Верные ответы: 1; 3;

4) (1 б.) Верные ответы: 1;

5) (1 б.) Верные ответы: 2; 3; 4;

6) (1 б.) Верные ответы:

Нет;

Нет;

Да;

Нет;

7) (1 б.) Верные ответы: 2; 4;

8) (2 б.): Верный ответ: 1.;

9) (3 б.): Верный ответ: 180.;

10) (1 б.) Верные ответы: 2;

Ответы ко 2 варианту:

1) (2 б.) Верные ответы: 1; 3;

2) (2 б.) Верные ответы: 2;

3) (1 б.) Верные ответы:

1;

4;

2;

3;

4) (3 б.): Верный ответ: 2.;

5) (1 б.): Верный ответ: 0,5.;

6) (1 б.): Верный ответ: 10.;

7) (1 б.) Верные ответы: 2; 5;

8) (1 б.) Верные ответы:

2;

1;

4;

2;

1;

9) (2 б.) Верные ответы: 3;

10) (2 б.) Верные ответы: 2;