Сформулируйте закон джоуля ленца: Сформулируйте закон Джоуля – Ленца. Почему он носит такое название? Где используется на практике?

Содержание

Закон Джоуля-Ленца | Физика. Закон, формула, лекция, шпаргалка, шпора, доклад, ГДЗ, решебник, конспект, кратко

Особенно тщательные исследования бы­ли выполнены для установления количества теплоты, которое выделяется в проводниках при прохождении тока. Английский физик Джеймс Прескотт Джоуль (1818—1889) в 1841 г. и независимо от него русский физик Эмилий Христианович Ленц (1804—1865) в 1842 г. установили, что

количество теплоты, выделяющееся в проводнике при прохож­дении в нем тока, пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и вре­мени прохождения тока:

Q = I2RΔt.

Этот вывод в науке получил название закона Джоуля-Ленца, а полученная форму­ла является его математическим выражением.

В наиболее общем виде закон Джоуля-Ленца можно получить, если установить, какая энергия выделяется в единице объема проводника за единицу времени (плотность тепловой мощности

):

w = Q / VΔt.

Джоуль Джеймс Прескотт
Ленц Эмилий Христианович

Джоуль Джеймс Прескотт (1818 — 1889) — английский физик, член Лондонского королевского общества с 1859 г. По­лучил домашнее образование; первые уроки по физике с ним провел Джон Дальтон. Написал выдающиеся работы по теплоте и электромагнетизму, один из первооткрывателей закона сохране­ния энергии, в 1841 г. (независимо от Э. X. Ленца) открыл закон, который называется законом Джоуля—Ленца.

Ленц Эмилий Христианович (1804 — 1865) — русский физик, член Петербург­ской АН с 1830 г. Учился в Дерптском университете, а в 1836 г. возглавил ка­федру физики и физической географии Петербургского университета, с 1840 г. — декан физико-математического факульте­та, а с 1863 г. — ректор. Преподавал также в морском корпусе, Михайловской артил­лерийской академии, педагогическом ин­ституте. В 1833 г. установил правило для определения направления индукционного тока (закон Ленца), а в 1842 г. (независимо от Джоуля) — закон теплового действия электрического тока.

Необходимо величины, характеризующие проводник и электрическое поле в нем в целом (сопротивление проводника

R, силу тока в нем I), выразить через величины, характеризующие вещество проводника в каж­дой его точке (удельное сопротивление или удельная электропроводимость — ρ или σ) и электрическое поле в каждой точке про­водника (напряженность поля E).

Рис. 5.15. Проводник с током

Рассмотрим проводник (рис. 5.15) дли­ной l, площадью поперечного сечения S, удельное сопротивление которого ρ (удель­ная электропроводимость σ), в котором су­ществует ток силой

I.

Сопротивление такого проводника R = ρ • l / S, объем — V = S • l, сила тока I = j • S, где j — плотность тока, определяющаяся через на­пряженность электрического поля E: Материал с сайта http://worldofschool.ru

j = σE или j = (1 / ρ) • E.

Подставляем необходимые данные в фор­мулу для определения плотности тепловой мощности w.

w = Q / VΔt = σ2E2S2lΔt / SlSΔtσ =

σE2.

w = σE2 или w = (1 / ρ) • E2.

В этом случае закон Джоуля-Ленца фор­мулируется так:

плотность тепловой мощнос­ти в проводнике с током равна произведению удельной электропроводимости вещества про­водника на квадрат напряженности электри­ческого поля проводника в данной точке.

На этой странице материал по темам:
  • Закон джоуля-ленца доклад

  • Реферат на тему открытие закона джоуля и ленца

  • Правило ленца формула в общем виде

  • Доклад про джоуля ленца физика

  • Реферат закон джоуля-ленца

Вопросы по этому материалу:
  • Сформулируйте закон Джоуля-Ленца?

  • Что такое плотность тепловой мощности в проводнике?

  • Как формулируется закон Джоуля-Ленца через удельную элект­ропроводимость (или удельное сопротивление) проводника и напряженность электрического поля в каждой точке провод­ника с током?

Закон Джоуля-Ленца



При прохождении электрического тока через металлический проводник электроны сталкиваются то с нейтральными молекулами, то с молекулами, потерявшими электроны.

Движущийся электрон либо отщепляет от нейтральной молекулы новый электрон, теряя свою кинетическую энергию и образуя новый положительный ион, либо соединяется с молекулой, потерявшей электрон (с положительным ионом), образуя нейтральную молекулу.
При столкновении электронов с молекулами расходуется энергия, которая превращается в тепло.
Любое движение, при котором преодолевается сопротивление, требует эатраты определенной энергии.

Так, например, для перемещения какого -либо тела преодолевается сопротивление трения, и работа, затраченная на это, превращается в тепло.

Электрическое сопротивление проводника играет ту же роль, что и сопротивление трения.

Таким образом, для проведения тока через проводник источник тока затрачивает некоторую энергию, которая превращается в тепло.
Переход электрической энергии в тепловую отражает закон Ленца — Джоуля
или закон теплового действия тока.

Русский ученый Ленц и английский физик Джоуль одновременно и независимо один от другого установили, что

при прохождении электрического тока по проводнику количество теплоты, выделяемое в проводнике, прямо пропорционально квадрату тока, сопротивлению проводника и времени, в течение которого электрический ток протекал по проводнику.

Это положение называется законом Ленца — Джоуля.

Если обозначить количество теплоты, создаваемое током, буквой Q (Дж),  ток, протекающий по проводнику — I, сопротивление проводника — R и время, в течение которого ток протекал по проводнику — t, то закону Ленца — Джоуля можно придать следующее выражение:
Q = I2Rt.
Так как I = U/R и R = U/I, то Q = (U2/R) t = UIt.

Значение мощности, при выделении определённого количества тепла

Скачать можно здесь


(Подробно и доходчиво в видеокурсе «В мир электричества — как в первый раз!»)

Разработка урока на тему ЗАКОН ДЖОУЛЯ-ЛЕНЦА

Урок физики на тему

« Закон Джоуля-Ленца»

Цель: обобщить и повторить материал по теме «Законы постоянного тока» , научить учащихся объяснять понятия работы и мощности тока, выявить закон Джоуля-Ленца исходя из классической электронной теории, применять на практике теоретические знания.

Задачи:

Образовательные: введение понятий работы и мощности электрического тока; выведение закона Джоуля-Ленца; совершенствование навыков решения задач; повторить основные физические понятия по данной теме.

Развивающие: развивать у учащихся навыки управления своей учебной деятельностью; развитие устной и письменной речи, логического мышления; совершенствование практических навыков при решении задач; умения выделять главное в изучаемом материале.

Воспитательные: формировать коммуникативные умения в ходе коллективной работы; стремление к цели; активизировать познавательную деятельность через содержание и степень сложности задач.

Тип урока: урок изучения нового материала.

Ресурсы урока: учебники и учебные пособия разных авторов, компьютер, мультимедийный проектор, экран.

Методы и методические приемы: самостоятельная работа с текстом, индивидуальная работа, работа в группах, заполнение таблицы, выполнение тестовых заданий, работа в парах; сообщения учащихся, рассказ с элементами беседы.

Планируемые результаты:

Предметные:

знать понятие работы и мощности постоянного тока;

выявить закон Джоуля — Ленца.

Метапредметные:

уметь слушать собеседника и вести диалог; уметь признавать возможность различных точек зрения;

использовать различные способы поиска, сбора, обработки, анализа и интерпретации информации в соответствии с задачами урока;

уметь излагать свое мнение и аргументировать свою точку зрения

активно использовать информационных средств и ИКТ для решения коммуникативных и познавательных задач.

Личностные:

развивать навыки сотрудничества с учителем и сверстниками в различных ситуациях; умения не создавать конфликтов и находить выход из спорных ситуаций;

формировать уважительное отношение к чужому мнению;

осуществлять самоконтроль, взаимоконтроль

оценивать сои достижения на уроке.

ХОД УРОКА

I. Организационный этап

1. Вступительное слово учителя

Какой раздел физики мы с вами изучаем? (Электродинамика)

Какие вопросы мы рассматривали на последних уроках? (Электрический ток, Сила тока, Условия необходимые для существования электрического тока, закон Ома, Сопротивление, Соединения проводников)

На сегодняшнем уроке мы с вами продолжим изучение главы «Законы постоянного тока».  Но сначала давайте немного повторим основные понятия, формулы и определения.

2. Актуализация знаний

а) Самостоятельная работа -3 ряд

б)Фронтальный опрос по вопросам:

1. Что называют электрическим током? (Электрическим током называют упорядоченное, направленное движение заряженных частиц.)
2. Основные действия электрического тока? Приведите примеры/ (Тепловое, магнитное, химическое, механическое, физиологическое.)
3. Условия существования электрического тока? (1. Наличие свободных зарядов. 2. Наличие электрического поля.)

4.Какая величина вводится для количественной характеристики тока(сила тока).

5.Озвучьте формулу силы тока(I=q/t)/

6.Кем была установлена вольт-амперная характеристика(Георг Ом)

7.Сформулируйте закон Ома.
8. От чего зависит электрическое сопротивление проводника? (1. От длины проводника. 2. От площади поперечного сечения проводника. 3. От рода материала.)

9. Какие виды соединений вы знаете?(последовательное и параллельное).

10.При каком соединении все проводники находятся под одним и тем же напряжением?(параллельном)

11.Какая величина одинакова на всех участках при последовательном соединении? (сила тока)

Молодцы, вспомнили материал прошлого урока, а теперь мы переходим к изучению новой темы.

II. Организация познавательной деятельности

–  А сейчас прослушайте стихотворение и постарайтесь ответить о чем идет речь:

Спираль нагрелась докрасна,
Хоть и горела недолго она.
Руку подставив, тепло ощущает,
Спросишь: «Какое количество тепла спираль выделяет?»
Найти тебе ответ труда не составляет,
Из какого он закона вытекает?

(Закон Джоуля-Ленца)

Молодцы, догадались, о чем мы с вами сегодня будем вести речь. 
– Какие понятия нужно ввести, чтобы перейти к изучению этого закона? 
(Понятие работы и мощности)
Итак, открываем тетради, записываем число и тему нашего сегодняшнего урока

«Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля– Ленца»


Сформулируем цели и задачи урока? (Ответы детей)
Вы абсолютно правы. Посмотрите , перед вами вопросы на которые мы должны ответить в течение урока:

Вопросы:

Что совершает электрическое поле способное перемещать заряженную частицу вдоль силовой линии?

Вывод формулы для работы тока.

Определение работы тока.

Почему электрический ток нагревает проводник?

Вывод закона Джоуля-Ленца.

Мощность тока.

Общероссийская статистика утверждает, что 25-30% пожаров происходит из-за неисправностей и нарушений правил эксплуатации электропроводки и электроприборов. Чтобы обезопасить себя от этих трагических последствий, необходимо знать причины которые приводят к пожарам и уметь их предотвращать.

Электрический ток получил широкое применение потому , что он несет с собою энергию. Эта энергия может быть превращена в любую форму.

Когда тело совершает работу?

А совершает ли работу ток? Почему?

2.Рассмотрим произвольный участок цепи. Это может быть проводник, например нить лампы накаливания, обмотка электродвигателя.

Пусть за время ∆t через поперечное сечение проводника проходит заряд ∆q. Тогда электрическое поле совершает работу

(1)

3.Работа тока на участке цепи равна произведению силы тока, напряжения и времени, в течение которого совершалась работа.

Выразим напряжение через силу тока или силу тока через напряжение

4. Электрическое поле действует с силой на свободные электроны, которые начинают двигаться упорядоченно, одновременно участвуя в хаотическом движении, ускоряясь в промежутках между столкновениями с ионами кристаллической решетки. Приобретаемая электронами под действием электрического поля энергия направленного движения тратится на нагревание проводника, т.к. последующие столкновения ионов с другими электронами увеличивают амплитуду их колебаний и соответственно температуру всего проводника.
В неподвижных металлических проводниках вся работа тока идет на увеличение их внутренней энергии. Нагретый проводник отдает полученную энергию окружающим телам (путем теплопередачи). Значит, количество теплоты, выделяемое проводником, по которому течет ток, равно работе тока.

Q=A

5. Если обозначить количество теплоты буквой Q.

Тогда Q = A, или  . Тогда, пользуясь законом Ома,

можно количество теплоты, выделяемое проводником с током,

выразить через силу тока, сопротивление участка цепи и время.

Зная, что U = IR, получим: Q =  

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

6.Перейдем к рассмотрению вопроса о Мощности тока.

Вспомним ,что такое мощность?

Итак, любой электроприбор рассчитан на потреблении определенной энергии в единицу времени, т.е. на определенную мощность.
– Обозначается и измеряется: [Р] = [Вт].

— Находится по формуле: 


Мощность тока равна отношению работы тока ко времени прохождения тока.

Так же формулу для мощности можно переписать в нескольких эквивалентных формах:

P=IU P=I2R P=U2/R

Мощность электроприборов указывается в их паспортах.

III.Подведем итоги новой темы и перейдем к закреплению.

а). Первичное закрепление

1. Итак, на основании материала урока, заполните недостающие данные в таблице:

Перейдем к решению задач

2.задания из ЕГЭ

3.решение задач

а)Определить количество теплоты выделяемое проводником за 10 мин., если напряжение в цепи 60 В

б)Определите на сколько градусов нагревается 100г.воды, если на их нагревание израсходовано все количество теплоты, выделяемое при протекании тока по проводнику сопротивлением 10 Ом в течение 2 минут.(удельная теплоемкость воды с=4200 Дж/кг.С

4. Рефлексия

Вот и подходит наш урок к концу, закончите, пожалуйста, следующие предложения:

Сегодня я узнал…

Теперь я умею…

Я хотел бы…

Наибольшее затруднение вызвало…

Своей работой на уроке я … (доволен/ не доволен)

Подведем итоги урока.

Как вы думаете на все ли вопросы ответили ?

Пригодятся ли знания , полученные на уроке вам в жизни?

Домашнее задание:

Параграф 108.

Р. №805

Творческое задание:

Определить мощности одного или двух электроприборов, которые вы используете в быту.

Оценки за урок.

Спасибо за активную работу на уроке, я думаю, все вы хорошо усвоили сегодняшний материал.

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/229511-razrabotka-uroka-na-temuzakon-dzhoulja-lenca

КДМ по выявлению уровня обучаемости по физике в 8 классе по теме: Закон Джоуля-Ленца.

МОУ Русско-Бектяшкинская СОШ МО «Сенгилеевский район» , учитель физики Бусалаева Т.Н.

Закон Джоуля – Ленца (рассказ о законе)

Электрический ток нагревает проводник или электролит. Свободные электроны в металлах или ионы в растворах, перемещаясь под действием электрического тока, взаимодействуют с ионами или атомами вещества проводника и передают им свою энергию. В результате работы электрического тока внутренняя энергия проводника увеличивается и проводник нагревается.

В неподвижных металлических проводниках вся работа тока идет на увеличение их внутренней энергии. Нагретый проводник отдает полученную энергию окружающим телам, но уже путем теплопередачи. Значит, количество теплоты, выделяемое проводником, по которому течет ток, равно работе тока.

Работу тока рассчитывают по формуле:
    А = U·I·t.

Обозначим количество теплоты буквой Q. Согласно сказанному выше Q = A, или

Q = U·I·t. Пользуясь законом Ома, можно количество теплоты, выделяемое проводником с током, выразить через силу тока, сопротивление участка цепи и время. Зная, что U = IR, получим: Q = I·R·I·t, т. е. Q=I2·R·t .

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

Сформулированный выше вывод называется законом Джоуля — Ленца.

Закон в 1831-1842 гг. был получен экспериментально двумя учеными Дж. Джоулем (английский учёный) и Э.Х. Ленцем (русский учёный) независимо друг от друга. Метод, которым пользовался Ленц был более совершенным, а результаты получены более точные. Вывод из опытов Ленц сделал на несколько лет раньше, но публикация Джоуля опередила публикацию Ленца, поэтому сформулированный закон назвали законом Джоуля – Ленца.

Тепловое действие тока используется в различных электронагревательных приборах и установках.

Карта усвоения учащимися 8 класса закона Джоуля — Ленца.

План изучения физического закона

Содержание (суть) закона

  1. Кто и когда сформулировал данный закон

Закон в 1831-1842 гг. был получен экспериментально двумя учеными Дж. Джоулем (английский учёный) и Э.Х. Ленцем(русский учёный) независимо друг от друга. Метод, которым пользовался Ленц был более совершенным, а результаты получены более точные. Вывод из опытов Ленц сделал на несколько лет раньше, но публикация Джоуля опередила публикацию Ленца, поэтому сформулированный закон назвали законом Джоуля –Ленца.

  1. Связь между какими величинами выражает данный закон.

Связь между количеством теплоты силой тока, сопротивлением, и временем:

Q~I2

Q~R

Q~t

  1. Формулировка закона.

Количество теплоты, выделяемое в проводнике с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени.

  1. Математическое выражение данного закона

Q=I2·R·t

  1. Опыты, подтверждающие справедливость закона (характеристика экспериментальной установки, порядок проведения опыта, его основные результаты).

1вариант ответа

1.Необходимо выяснить, что накал лампы зависит от величины проходящего электрического тока:

  • Собираем цепь, в которую последовательно включаем лампу накаливания и реостат, а также амперметр для измерения силы тока.

  • Устанавливаем ползун реостата на максимальное сопротивление и замкнуть цепь.

  • Уменьшаем плавно сопротивление реостата и пронаблюдаем за показаниями приборов и яркостью свечения лампы.
    Вывод:
    1. Чем ярче горит лампочка, тем больше выделяется количество теплоты.
    2. При увеличении силы тока в электрической цепи, яркость лампочки увеличивается, а следовательно выделяется большее количество теплоты.

Вывод: количество теплоты прямо пропорционально силе тока.

2.Необходимо убедиться, что количество теплоты, выделившееся на проводнике, зависит от сопротивления проводника:

  • Собираем электрическую цепь, в которой меняем проводники (из никелина, меди и нихрома), наблюдаем за изменением показаний амперметра, обращаем внимание на нагрев проводников.
    Вывод:

Чем больше удельное сопротивление проводников, тем больше сила тока,

сильнее нагревается проводника и больше выделяется количество теплоты на проводнике.

Вывод: количество теплоты прямо пропорционально сопротивлению проводника.

ВЫВОД: количество теплоты прямо пропорционально силе тока и сопротивлению проводника.

2вариант ответа

Собираем электрическую цепь:

Силу тока измеряем амперметром, сопротивление проводника вычисляем, используя показания вольтметра.
Термометром измеряем повышение температуры жидкости в калориметре. По формулам Q=I2Rt и Q=cm∆t° подсчитываем количества теплоты. Теоретически оба значения должны совпадать. Экспериментальным путём значения, с учётом погрешностей и потерь энергии приблизительно одинаковы, следовательно

количество теплоты прямо пропорционально квадрату силы тока и сопротивлению проводника, а также времени.

  1. Объяснение закона с точки зрения современных научных теорий.

Электрический ток нагревает проводник или электролит. Свободные электроны в металлах или ионы в растворах, перемещаясь под действием электрического тока, взаимодействуют с ионами или атомами вещества проводника и передают им свою энергию. В результате работы электрического тока внутренняя энергия проводника увеличивается и проводник нагревается.
В неподвижных металлических проводниках вся работа тока идет на увеличение их внутренней энергии. Нагретый проводник отдает полученную энергию окружающим телам, но уже путем теплопередачи. Значит, количество теплоты, выделяемое проводником, по которому течет ток, равно работе тока.

Работу тока рассчитывают по формуле:
    А = U·I·t.

Обозначим количество теплоты буквой Q. Согласно сказанному выше Q = A, или

Q = U·I·t. Пользуясь законом Ома, можно количество теплоты, выделяемое проводником с током, выразить через силу тока, сопротивление участка цепи и время. Зная, что U = IR, получим: Q = I·R·I·t, т. е. Q=I2·R·t

  1. Способ практического использования закона.

Тепловое действие тока используют в различных электронагревательных приборах и установках. В домашних условиях широко применяют электрические плитки, утюги, чайники, кипятильники. В промышленности тепловое действие тока используют для выплавки специальных сортов стали и многих других металлов, для электросварки. В сельском хозяйстве с помощью электрического тока обогревают теплицы, кормозапарники, инкубаторы, сушат зерно, приготовляют силос.

(выявление уровня обучаемости)

8 класс

Разработано

учителем физики

Бусалаевой Т.Н.

Контрольно-диагностический материал по выявлению

уровня обучаемости

Предмет: Физика

Класс: 8

Тема:Закон Джоуля-Ленца.

Цель работы:выявить уровень усвоениязакона Джоуля-Ленца.

Знать/понимать:

  • закон Джоуля-Ленца;

  • математическое выражение закона;

  • зависимость количества теплоты от силы тока, сопротивления, времени;

  • причину нагревания проводников электрическим током.

Уметь:

Рефлексия:

Содержание работы

1. Сформулируйте закон Джоуля-Ленца.

2. В муфельной печи ползунок реостата передвигают так, что сила тока увеличивается в 2 раза. Изменится ли количество теплоты, выделяемое в ней? Если изменится, то как?

  1. Увеличится в 2 раза;

  2. Увеличится в 4 раза;

  3. Не изменится;

  4. Уменьшится в 2 раза;

  5. Уменьшится в 4 раза.

3.Какое количество энергии расходуется на нагревание электроутюга в течение 5 мин, если его сопротивление 20 Ом, а сила тока 6 A?

4. По проводнику с сопротивлением 6 Ом пропускали постоянный ток в течение 9 c. Какое количество теплоты выделилось в проводнике за это время, если через его сечение прошел заряд 3 Кл?

5.В спирали электроплитки, включенной в розетку с напряжением 220 В, при силе тока 3,5 А, выделилось 690 кДж теплоты. Сколько времени была включена в сеть плитка?

(листы с заданиями для учащихся)

Содержание работы

  1. Сформулируйте закон Джоуля-Ленца.

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. В муфельной печи ползунок реостата передвигают так, что сила тока увеличивается в 2 раза. Изменится ли количество теплоты, выделяемое в ней? Если изменится, то как?

  1. Увеличится в 2 раза;

  2. Увеличится в 4 раза;

  3. Не изменится;

  4. Уменьшится в 2 раза;

  5. Уменьшится в 4 раза.

Ответ___________

3.Какое количество энергии (в кДж) расходуется на нагревание электроутюга в течение 50 с, если напряжение в сети постоянно и равно 220 B, а сила тока 2 A?

Ответ___________

4. По проводнику с сопротивлением 6 Ом пропускали постоянный ток в течение 9 c. Какое количество теплоты выделилось в проводнике за это время, если через его сечение прошел заряд 3 Кл? (Запишите решение и ответ задачи.)

Ответ___________

5.В спирали электроплитки, включенной в розетку с напряжением 220 В, при силе тока 3,5 А, выделилось 690 кДж теплоты. Сколько времени была включена в сеть плитка? (Запишите решение и ответ задачи.)

Ответ___________

Поэлементный анализ контрольно-диагностического материала.

  1. Верно сформулирован закон Джоуля-Ленца.

2.1.Верно определено, как изменится количество теплоты;

2.2. Определено, во сколько раз изменится количество теплоты.

    1. Записан закон Джоуля-Ленца;

    2. Вычислено количество теплоты.

4.

4.1. Записан закон Джоуля-Ленца

4.2. Записана формула для расчета силы тока, через электрический заряд;

4.3.Вычислена сила тока;

4.4. Вычислено количество теплоты.

5.

5.1.Записан закон Джоуля-Ленца;

5.2.Записан закон Ома для участка цепи;

5.3. Закон Ома преобразован для расчета сопротивления;

5.4. Вычислено сопротивление;

5.5. Закон Джоуля-Ленца преобразован для расчета времени;

5.6. Вычислено время.

Критерии оценивания.

Для оценивания результатов выполнения работ применяются традиционные отметки «2», «3», «4», «5» и рейтинг от 0 до 15 баллов.

Максимальное число баллов за одно задание

Общее количество баллов

1 задание

2 задание

3 задание

4задание

5 задание

Количество баллов

1

2

3

4

5

1

2

2

4

6

1

2

2

4

6

15

Схема перевода рейтинга в школьную оценку.

Тестовый балл

Школьная оценка

0-4

5-8

9-13

14-15

«2»

«3»

«4»

«5»

Анализ выполнения учащимися контрольно-диагностического материала

Предмет: Физика

Класс: 8

Ф.И.О. учителя: Бусалаева Татьяна Николаевна

Количество учащихся, выполнявших контрольный срез: __7__

Ф.И. учащегося

Элементы знаний, умений,

способов деятельности

Аблапохин Юрий

Гурьянова Наталья

Игонина Татьяна

Кукушкина Инга

Миронов Станислав

Семина Ирина

Школяр Валентина

Всего

правильных ответов

1.Верно сформулирован закон Джоуля-Ленца

+

+

+

+

+

+

+

7

2.

2.1.Верно определено, как изменится количество теплоты

+

+

+

+

+

+

+

7

2.2.Определено, во сколько раз изменится количество теплоты

+

+

+

+

+

5

3.

3.1.Записан закон Джоуля-Ленца

+

+

+

+

+

+

+

7

3.2. Вычислено количество теплоты

+

+

+

+

+

+

+

7

4.

4.1.Записан закон Джоуля-Ленца

+

+

+

+

+

+

+

7

4.2. Записана формула для расчета силы тока через электрический заряд

+

+

+

+

4

4.3. Вычислена сила тока

+

+

+

+

4

4.4.Вычислено количество теплоты

+

+

+

+

4

5.

5.1. Записан закон Джоуля-Ленца

+

+

+

+

+

+

+

7

5.2.Записан закон Ома для участка цепи

+

+

+

+

4

5.3. Закон Ома преобразован для расчета сопротивления

+

+

+

3

5.4. Вычислено сопротивление

+

+

+

3

5.5. Закон Джоуля-Ленца преобразован для расчета времени

+

1

5.6. Вычислено время

+

1

Общее количество баллов

13

13

6

7

6

15

11

Оценка

4

4

3

3

3

5

4

Элементы знаний, умений,способов деятельности

Выполнили правильно

Количество %

Допустили ошибки

Количество %

Не приступили к выполнению

Количество %

%

успешности выполнения

1.

Верно сформулирован закон Джоуля-Ленца

7/100%

0/100%

0/100%

100%

2.

Верно определено, как изменится количество теплоты

7/100%

0/100%

0/100%

100%

Определено, во сколько раз изменится количество теплоты.

5/71%

2/29%

0/100%

71%

3.

Записан закон Джоуля-Ленца

7/100%

0/100%

0/100%

100%

Вычислено количество теплоты

7/100%

0/100%

0/100%

100%

4.

Записан закон Джоуля-Ленца;

7/100%

0/100%

0/100%

100%

Записана формула для расчета силы тока, через электрический заряд;

4/57%

3/43%

0/100%

57%

Вычислена сила тока

4/57%

3/43%

0/100%

57%

Вычислено количество теплоты

4/57%

3/43%

0/100%

57%

5.

Записан закон Джоуля-Ленца

7/100%

0/100%

0/100%

100%

Записан закон Ома для участка цепи

4/57%

0/100%

3/49%

57%

Закон Ома преобразован для расчета сопротивления

3/43%

1/14%

3/43%

43%

Вычислено сопротивление

3/43%

1/14%

3/43%

43%

Закон Джоуля-Ленца преобразован для расчета времени

1/14%

3/43%

3/43%

14%

Вычислено время

1/14%

3/43%

3/43%

14%

Вывод об успешности овладения учащимися знаниями,

умениями и способами деятельности

Справились

на

СОУ

Качество знаний

7

7

5

%

4

%

3

%

2

%

57,1%

57,1%

1

14%

3

43%

3

43%

0

0%

В результате работы было установлено, что учащиеся в основном овладели знаниями, умениями, способами деятельности. Но видно, чтоесть проблемы с пониманиему Миронова С. и Игониной Т., с применением знаний в измененной ситуацииу Миронова С., Игониной Т., Кукушкиной И., Школяр В..

Планируется коррекционная работа с Мироновым С., Игониной Т., Школяр В., с последующим выполнением самостоятельной работы по данной теме.

Уровень обучаемости

Уровневая группа

учащихся

Уровень обученности

1

Аблапохин Юрий

3 уровень

на конструктивном уровне

повышенный уровень

2

Гурьянова Наталья

3 уровень

на конструктивном уровне

повышенный уровень

3

Игонина Татьяна

2 уровень

на репродуктивном уровне

базовый уровень

4

Кукушкина Инга

2 уровень

на репродуктивном уровне

базовый уровень

5

Миронов Станислав

2 уровень

на репродуктивном уровне

базовый уровень

6

Семина Ирина

3 уровень

на творческом уровне

творческий уровень

7

Школяр Валентина

2 уровень

на конструктивном уровне

повышенный уровень

Урок по теме «Закон Джоуля–Ленца. Решение задач». 8-й класс

Тема «Закон Джоуля – Ленца» изучается в школьном курсе физики дважды – в 8 и в 10 классах общеобразовательной школы.  Не смотря на это, физическое содержание этого закона усваивается учащимися  достаточно формально. В дальнейшем, значительная часть абитуриентов не умеет применять теоретические знания в конкретной ситуации при решении задач.

Настоящая статья – попытка автора построить классический урок решения задач, взглянув на него с практической точки зрения. Значительное место на уроке отводится качественным задачам, которые позволяют значительно глубже усвоить физическое понимание закона, поскольку, не требуя громоздких математических выкладок, концентрируют внимание учащихся на физической сущности явлений, на их взаимосвязи и формах проявления.  Урок рассчитан на преподавание физики в 8 классе по программе с углубленным изучением предмета, рассчитанной на 3 часа в неделю. 

Поскольку контрольные измерительные материалы ГИА по физике содержат экспериментальное задание, которое выполняется выпускниками с использованием реального лабораторного оборудования, закрепление полученных знаний, их обобщение и систематизацию рекомендуется проводить с использованием  средств лаборатории «L-микро» и привлечением компьютера.

Задачи урока:

  • повторение закона Джоуля – Ленца, углубление понимания его физической сущности, изучение практического применения этого закона;
  • формирование интеллектуальных умений, овладение операциями анализа, сравнения, обобщения;
  • развитие самостоятельности и творческого анализа в умственной деятельности; создание  познавательной мотивации при постановке экспериментальных задач.

I.  Проверка домашнего задания, повторение пройденного

Урок начинается с проверки домашнего задания по теме: «Соединения проводников».

На дом учащимся было предложено домашнее задание <Презентация, слайд 2>:

Найти распределение токов и напряжений в цепи, если известно, что на резисторе R4 выделяется мощность 20 Вт, а на резисторе R3 в 5 раз меньше, R1 = 40 Ом, R2 = 20 Ом, R3 = 4 Ом, R5 = 12 Ом, R6 = 8 Ом,  R7 = 4 Ом.

                                   

Рис.1

Ответ:   I1 = 6 A, I2 = 3A, I3 = I4 = 1 A, I5 = 1 A,  I6 = I7 = 3 A, U1 = 240 B, U2 = 60 B, U3 = 4B, U4 = 20 B, U5 = 24 B, U6 = 18B, U7 = 12B, UАВ= 300 B.

Актуализация  момента осуществляется по следующим вопросам <слайды 3-5>:

  1. Какие действия тока вам известны? Какое из этих действий наблюдается в любом случае?
  2. Как бы вы могли объяснить процесс нагревания проводника с током с точки зрения электронной теории?
  3. Сформулируйте закон Джоуля – Ленца.

Учитель кратко подводит итог пройденного накануне.
О наличии электрического тока в цепи мы можем судить по действиям тока:

  • тепловому,
  • химическому,
  • магнитному.

Магнитное действие тока в отличие от теплового и химического действия является основным, так как оно сопровождает ток всегда, без каких-либо исключений. Химическое действие имеет место лишь при прохождении тока через растворы и расплавы электролитов, а нагревание током отсутствует при прохождении тока через сверхпроводники.     
Итак, если единственным результатом прохождения электрического тока по         проводнику является только нагревание проводника, то работа электрического тока равна   количеству теплоты, выделяемому проводником, т.е. справедливы соотношения <слайд 6>:

Q = I2 R t    (1)                                            Q = U2/R t    (2)

Если же на участке цепи часть электрической энергии превращается механическую или химическую, то количество теплоты нужно находить только по формуле  (1). [2]

Таким образом, допуская справедливость обеих формул, мы приходим к противоречию: количество тепла, выделяющееся в проводнике при прохождении по нему электрического тока, одновременно и прямо пропорционально, и обратно пропорционально сопротивлению участка цепи R! Учащимся предлагается объяснить противоречие. [6]

Ответ: Обе формулы тождественны, т.к. U = I R. При последовательном соединении двух проводников количество теплоты, выделяемое в них пропорционально их сопротивлениям, т.к. при одной силе тока количество теплоты будет зависеть от напряжения, а U прямо пропорционально R. При параллельном соединении двух проводников количество теплоты обратно пропорционально их сопротивлениям, т.к. при одинаковом напряжении сила тока больше у проводника с меньшим сопротивлением.

II. Формирование знаний, умений, навыков

Учитель обращает внимание на практическую сторону этого закона. Тепловое действие тока используют в различных электронагревательных приборах и установках. В домашних условиях применяют электрические плитки, утюги, чайники, кипятильники. В промышленности используют для выплавки металлов, для электросварки. В сельском хозяйстве  с помощью электрического тока обогревают теплицы, инкубаторы, сушат зерно.
Рассмотрим устройство лампы накаливания <слайд 7>. Основной частью современной лампы накаливания является спираль из тонкой вольфрамовой проволоки 2. Спираль помещают в стеклянную колбу 1, из которой выкачивают воздух, чтобы спираль не перегорела. Чтобы предотвратить испарение вольфрама, лампы наполняют азотом, иногда инертными газами – криптоном и аргоном. Молекулы газа препятствуют выходу частиц вольфрама из нити. Концы спирали приварены к двум проволокам 5, которые проходят через стеклянный баллон и припаяны к металлическим частям цоколя 7 лампы: одна к винтовой нарезке, а другая к изолированному от нарезки основанию цоколя 9.
Для углубления учебной проблемы переходят к решению задач.

Задача 1 <слайд 8>

Две электрические лампы, мощности которых 60 Вт и 100 Вт, рассчитаны на одно и то же напряжение. Сравните длины нитей накала обеих ламп, если их диаметры одинаковы.

Ответ: Мощность равна U2/R. Поэтому у лампы 100 Вт сопротивление нити накала меньше. Следовательно, ее нить короче, чем у лампы 60 Вт.  [4]

Задача 2 <слайд 9>

Из-за испарения и распыления материала с поверхности нити накала лампы нить становится тоньше. Как это отражается на потребляемой мощности? [6]
Ответ: Уменьшается.

Основной частью нагревательных электроприборов является нагревательный элемент, который представляет собой проводник с большим удельным сопротивлением, способный выдерживать, не разрушаясь, нагревание до высокой температуры (1000-1200°C) Для изготовления нагревательного элемента чаще применяется нихром с удельным сопротивлением почти в 70 раз большим, чем удельное сопротивление меди. <слайд10>

Задача 3 <слайд11>

Почему спирали электронагревательных приборов делают из материала с большим удельным сопротивлением?  Спираль нагревательного прибора – рефлектора при помощи шнура и вилки соединяется с розеткой. Шнур состоит из проводов, подводящих ток к спирали, покрытых изоляцией. Спираль и провода соединены последовательно. Как распределяется подаваемое от сети напряжение между проводами и спиралью? Почему спираль раскаляется, а провода практически не нагреваются? Какими особенностями устройства спирали и проводов достигается эта разница? [6]

Задача 4 <слайд 12>

В каком из двух резисторов мощность тока больше при последовательном  (см. рис. 2а) и  параллельном (см. рис. 2б) соединении? Во сколько раз больше, если сопротивления резисторов R1 = 10 Ом и  R2 = 100 Ом? [4]

                  

Рис. 2.

Ответ: а) Во втором в 10 раз;  б) В первом в 10 раз. При последовательном соединении сила тока в обоих резисторах одинакова. Из формулы  P = I2R следует, что при последовательном соединении мощность тока в резисторе прямо пропорциональна его сопротивлению. При параллельном соединении сила тока в резисторах неодинакова, поэтому использовать формулу P = I2R нецелесообразно. В этом случае на всех резисторах одно и то же напряжение, поэтому целесообразно воспользоваться формулой P = U2/R. Из нее следует, что при параллельном соединении мощность тока в резисторе обратно пропорциональна его сопротивлению.

 Задача 5 <слайд 13>

На двух лампочках написано «220 В, 60 Вт» и «220 В, 40 Вт». В какой из них будет меньше мощность тока, если обе лампы включить в сеть последовательно? Какова мощность тока в каждой из лампочек при последовательном включении, если напряжение в сети равно 220 В?  [4]

Ответ: В соответствии с формулой P = U2/R меньшее сопротивление имеет лампочка, рассчитанная на большую мощность, т.е. на 60 Вт. Пользоваться формулой P = U2/R для сравнения мощностей при последовательном включении лампочек нецелесообразно: ведь напряжения на лампочках в этом случае  различны. При последовательном соединении одинакова сила тока в обеих лампочках, поэтому лучше воспользоваться формулой P = I2R, из которой следует: меньшая мощность тока при последовательном включении будет в той лампе, у которой сопротивление меньше (т.е. рассчитанной на мощность 60 Вт).

Решение следующей задачи лучше продемонстрировать экспериментально для большей наглядности.

Задача 6 <слайд 14>

Последовательно с электрическим звонком включена лампа мощностью 60 Вт. Звонок работает тихо. В вашем распоряжении две лампы мощностью 25 и 100 Вт. Какой из них нужно заменить 60-ваттную лампу, чтобы усилить звук? [5]
Обычно сразу, не задумываясь, учащиеся предлагают неправильный ответ – лампой на 25 Вт. Эксперимент позволяет выбрать единственно правильное решение.

Ответ: Для усиления звука нужно увеличить силу тока в катушке звонка, а для этого уменьшить сопротивление цепи. Сделать это можно, заменив 60-ваттную лампу на ту, которая имеет меньшее сопротивление. Из формулы мощности P = U2/R следует, что 100-ваттная лампа имеет меньшее сопротивление (ведь числитель одинаковый). Ее и нужно установить.

 Задача 7 <слайд 15>

Электрический чайник имеет две обмотки. При включении одной из них вода закипает через  t1 = 12 мин, при включении другой – через  t2 = 24 мин. Через какое время закипит вода в чайнике, если включить обе обмотки параллельно? Последовательно? Теплообмен с воздухом не учитывайте. [4]

Ответ: При решении задачи мы предполагали, что необходимое количество теплоты во всех случаях одинаково. На самом деле теплопередача от чайника к окружающему воздуху достаточно велика. Потери теплоты тем больше, чем медленнее происходит нагревание. Поэтому они максимальны при последовательном включении и минимальны при параллельном.  tпосл > 36 мин,   tпарал < 8 мин.

III. Закрепление пройденного материала – творческое, вариативное применение полученных знаний.

В этой части урока, ученикам необходимо напомнить, что электрические цепи всегда рассчитаны на определенную силу тока. Причиной значительного увеличения силы тока в сети может быть или одновременное включение мощных потребителей тока, например, мощных электроплиток, стиральных машин, или короткое замыкание.

Коротким замыканием <слайд 16> называется соединение концов участка цепи проводником, сопротивление которого очень мало по сравнению с сопротивлением участка цепи. Сопротивление цепи при коротком замыкании не значительно, поэтому в цепи возникает большая сила тока, провода при этом могут сильно накалиться и стать причиной пожара.    Чтобы избежать этого, в сеть включают предохранители <слайд17>. Назначение предохранителя – сразу отключить линию в случае, если сила тока окажется больше допустимой. Главная часть предохранителя – проволочка из легкоплавкого металла (например, свинца). Свинцовая проволочка в предохранителе является частью общей цепи. Толщина свинцовой проволочки рассчитана так, что она выдерживает определенную силу тока.  Такие предохранители с плавящимся проводником, называются плавкими предохранителями.

Демонстрация действия плавкого предохранителя проводится на оборудовании лаборатории «L-микро».

Цель опыта: продемонстрировать действие плавкого предохранителя.

Оборудование:

  • резистор 2 Ом;
  • лампа 12 В, 21 Вт;
  • ключ;
  • медная проволока;
  • модуль с зажимами;
  • модуль для подключения источника тока;
  • источник постоянного тока.

Соберите на стенде электрическую цепь, схема которой показана на рис.3.

Рис. 3.

Роль плавкого предохранителя в эксперименте выполняет медная проволока диаметром 0,16 мм и длиной 12 см. Проволочка укрепляется в зажимах, смонтированных на одном из модулей. Концы проволочки необходимо тщательно зачистить. Резистор вначале остается неподключенным. На выходе выпрямителя устанавливается напряжение 10 В.
Перед проведением эксперимента напомните ученикам, что все источники питания, в том числе и электрическая сеть, рассчитаны на определенную мощность нагрузки, или, иными словами имеют максимальную силу тока, при которой эксплуатация источника питания или сети безопасна. Плавкие предохранители служат для отключения всех устройств, которые включены в сеть, если сила тока в электрической цепи превысит допустимое значение. Увеличение силы тока может произойти из-за короткого замыкания или включения слишком мощных потребителей электроэнергии.

Продемонстрируйте учащимся срабатывание предохранителя при включении слишком мощной нагрузки. Замкните ключ и покажите, что лампа является нормальной нагрузкой для собранной цепи и горит неограниченно долго. Затем попытайтесь подключить к работающей цепи дополнительный потребитель электроэнергии  – проволочный резистор. Сразу после подключения параллельно лампе резистора проволочка, имитирующая плавкий предохранитель, ярко вспыхивает, и перегорает, в результате чего цепь обесточивается.
После этого продемонстрируйте действие предохранителя при коротком замыкании. Выключите источник питания. Измените схему установки как показано на рис.4.

Рис.4.

Вставьте в зажимы новую проволочку диаметром 0,16 мм. Ключ подключите параллельно лампе и оставьте разомкнутым.
Включите источник питания и продемонстрируйте свечение лампы. Замкните ключ. Проволочка мгновенно перегорит, поскольку сопротивление цепи при замыкании ключа резко уменьшилось, (произошло короткое замыкание), и сила тока превысила допустимое значение.

Задача 8 <слайд 18>

Можно ли на место перегоревшего предохранителя вставить толстую проволоку или пучок медных проволок («жучок»)? Почему? [4]

Ответ: Недопустимо. Медная проволока имеет малое удельное сопротивление и поэтому может выдержать большой ток, превосходящий нормальную нагрузку в сети. В случае короткого замыкания такая проволока может не расплавиться, цепь не разорвется, а накалившаяся проводка может вызвать пожар.

IV. Подведение итогов. Домашнее задание <слайд 19>:

§§ 54, 55, [1], задачи стр.79 №№ 3, 7, [3].

Список литературы

  1. Перышкин А.В. Физика. Учеб. 8 кл. для общеобразоват. учреждений. – М.: Дрофа, 2009.
  2. Мякишев Г.Я., Синяков А.З., Слободсков Б.А. Физика. Электродинамика. 10 – 11кл.: Учеб. Для углубленного изучения физики. – М.:Дрофа, 2012.
  3. Кирик Л.А. Физика-8. Разноуровневые самостоятельные и контрольные работы. –  М.: Илекса, 2013.
  4. Генденштейн Л.Э., Кирик Л.А., Гельфгат И.М. Решение ключевых задач по физике для основной школы. 7-9 классы. –   М.: Илекса, 2009.
  5. Лабковский В.Б. 220 задач по физике с решениями: кн. Для учащихся 10-11 кл. общеобразовательных учреждений. – М.: Просвещение, 2006.
  6. Аганов А. В., Сафиуллин Р.К., Скворцов А.И., Таюрский Д.А. Физика вокруг нас. Качественные задачи по физике.  – Дом педагогики, 1998.
  7. Савченко Н.Е. Физика. Интенсивный курс подготовки к экзамену. Основные методы решения задач. – М.: Айрис-пресс, 2006.

Тепловое действие электрического тока. Закон Джоуля-Ленца

Одесская специализированная общеобразовательная школа І-ІІІ ступеней № 40, Одесского городского совета, Одесской области

Тема урока:

Тепловое действие электрического тока. Закон Джоуля-Ленца

Учитель физики высшей категории

Яковлев Юрий Яковлевич

Мы знаем, что:

Проходит ток

Выделяется тепло

Тепловое воздействие тока изучали

Эмилий Ленц (1804-1865)

Джеймс Джоуль (1818-1889)

Закон Джоуля — Ленца

Количество теплоты, которое выделяется в проводнике в результате прохождения тока, прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока

 

Q – колличество теплоты

I – сила тока

R сопротивление

t – время

 

 

Можно пользоваться только в том случае, когда вся электрическая энергия расходуется на нагрев.

Какое практическое значение имеет закон Джоуля — Ленца?

 

Тепловое действие тока используется

Нагревательный элемент — основная часть

 

Изменяя силу тока

Изменяя время нагрева

Регулируем температуру нагревателя

Нихром

Медь

Никелин

Короткое замыкание — резкое увеличение силы тока в цепи

Предохранители — устройства, которые размыкают круг, если сила тока в нем увеличится сверх нормы.

Плавкие

Автоматические

Предохранители

1. Какое количество теплоты выделится в течение часа в проводнике сопротивлением 10 Ом при силе тока 2 А?

2. По проводнику проходит ток

5 А. Определите сопротивление проводника, если в течение 20 мин выделяется количество теплоты 10 кДж.

3. Определите какое количество теплоты, дает электрчайник мощностью

2 кВт за 10 мин работы?

4. Определите, на сколько градусов нагреваются 100 г воды, если на нагревание их потрачено все количество теплоты, выделяющейся при протекании тока 5 А по проводнику сопротивлением 10 Ом в течение 2 мин.

5. За 10 мин в электрическом чайнике нагрели 0,5 кг воды от 20 ° С до кипения. Сила тока в сети 2 А, а сопротивление спирали электрочайника -90 Ом. Определите КПД электрочайника.

1. Почему нагреваются проводники, по которым течет электрический ток?

2. Сформулируйте закон Джоуля -Ленца. Почему он так называется?

3. Как математически записывают

закон Джоуля — Ленца?

4. Какие преобразования энергии происходят внутри электронагревателя в случае его включения в электрическую цепь?

5. Что такое короткое замыкание?

6. С какой целью применяют предохранители?

Домашнее задание:

читать § 34–35, решить упр.34,№1,4

Физика и труд

Всё перетрут!

Тепловое действие тока | Физика

Когда электрический ток проходит по проводнику, проводник нагревается. Это явление было открыто в 1800 г. французским ученым Антуаном Фуркруа. Пропустив ток через железную спираль, он сумел раскалить ее до очень высокой температуры. Через 41 год тепловым действием тока заинтересовался английский физик Дж. Джоуль, а еще через год российский ученый Э. X. Ленц. Ими было установлено, что

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

Теперь этот закон называют законом Джоуля-Ленца. Математически он выражается в виде следующей формулы:

Q=I2Rt.      (19.1)

Нагревание током проводника обусловлено взаимодействием носителей тока со встречными атомами или ионами вещества. В результате этого взаимодействия внутренняя энергия проводника возрастает и он нагревается. Нагретый проводник отдает полученную энергию окружающей среде. Эта энергия и представляет собой то количество теплоты, которое определяется по закону Джоуля-Ленца.

Закон Джоуля-Ленца был открыт экспериментально. Но ему можно дать и теоретическое обоснование.

Когда электрический ток проходит по проводнику, совершается работа, определяемая выражением (18.2): A = IUt. Но U = IR. Поэтому

A = I2Rt.

Если проводник, по которому идет ток, остается неподвижным и в нем не происходит никаких химических реакций, то вся эта работа идет на увеличение его внутренней энергии. При этом количество теплоты, выделяемое проводником с током, совпадает с работой тока и поэтому определяется тем же выражением.

При очень большом токе металлический проводник может раскалиться и перегореть (расплавиться). На этом основано действие плавких предохранителей. Их назначение — автоматическое отключение электрической цепи, когда в ней начинает идти ток больше допустимого. Условное обозначение предохранителя приведено в таблице 2 (см. § 9).

На рисунке 46 изображен предохранитель, используемый в радиоэлектронной аппаратуре. Его главной частью является проволочка из легкоплавкого металла (например, свинца), толщина которой рассчитана на определенный ток (0,5 А, 1 А, 2 А и т. д.). Если сила тока по той или иной причине (например, при коротком замыкании) превысит допустимое значение, проволочка расплавится и цепь окажется разомкнутой.

Электрическая проводка в жилых зданиях рассчитана, как правило, на 6 А или 10 А. Используемые для ее защиты квартирные предохранители (пробки) показаны на рисунке 47, а, б. В первом случае (см. рис. 47, а) после перегорания нити заменяют всю пробку, во втором случае (см. рис. 47, б) лишь ее плавкую вставку.

??? 1. Почему проводник, по которому идет ток, нагревается? 2. Сформулируйте закон Джоуля-Ленца. 3. Каково назначение предохранителей? 4. Расскажите об устройстве и принципе действия плавких предохранителей. Как они обозначаются на схемах? 5. Перечислите известные вам устройства, в которых используется тепловое действие тока.

Electronic — Закон Джоуля – Ленца .. Забытая история? — iTecTec

Закрыт . Этот вопрос основан на мнении. В настоящее время он не принимает ответы.

Хотите улучшить этот вопрос? Обновите вопрос, чтобы на него можно было ответить с помощью фактов и цитат, отредактировав это сообщение.

Закрыт 3 года назад.

Мы все или должны быть хорошо знакомы с этим рисунком.

Это, конечно, магический треугольник, используемый для обозначения закона Ома.

Мы все должны быть хорошо знакомы с подобным треугольником власти.

Что мне любопытно, так это то, что все мы сразу узнаем и говорим о законе Ома, но мне интересно, сколько именно из нас знает, кто несет ответственность за треугольник силы.

Даже хорошие учебные страницы, подобные этой, бойко рассказывают о законе Ома, а затем переходят в треугольник власти, как будто он каким-то образом является его частью. Фактические создатели никогда не упоминаются.

На самом деле закон P = IV является результатом нагрева Джоуля, первого закона Джоуля, также известного как закон Джоуля – Ленца, независимо открытого Джеймсом Прескоттом Джоулем и Эмилем Ленцем в 1842 году.

Почему Георгу Ому уделяется столько внимания, в то время как Джоуль и Ленц с законом, который, на мой взгляд, не менее важен, чем закон Ома, отодвинуты на задний план?

Стоит задаться вопросом, кто с кем спал, чтобы его либо узнали, либо забыли.

Я понимаю, что это похоже на вопрос для обсуждения, но я действительно хочу знать, есть ли какая-то причина не называть это тем, что есть. Я понимаю, что Первый закон Джоуля — это гораздо более обширная работа, чем просто электрическое нагревание.Возможно, проблема в этом.

Без каких-либо оснований для обратного, я собираюсь сделать своей миссией использование указанного имени для формулы в будущем, как, возможно, и все мы.

PS: Интересно, что на законе тоже нет ярлыка. Ленца даже нет, и единственное упоминание, которое получает Джоуль, — это «Вор Джоуля»…. вздох

PPS: Закон Ома был опубликован в 1827 году, интересно, как они выяснили, какого размера резисторы должны быть за прошедшие 15 лет…

Джоуль-ленц% 27s + закон — Перевод на китайский

▷ Ульф волна поток электромагнитной энергии в ионосферу: джоулей последствия нагрева Ультранизкочастотные (УНЧ) волны, в частности альфвеновские волны, передают энергию в ионосферу Земли посредством нагрева, но неясно, насколько они способствуют глобальным и локальным темпам нагрева по сравнению с другие источники энергии… ▷ Джоуль -эффект Томсона на теплопередачу в стволе нагнетательной СО2 … Однако модель Рэми не учитывала Джоуля -Эффект Томсона … Основное внимание в этом исследовании уделяется оценке важности охлаждения джоулей -Томсона во время закачки СО2 в истощенные резервуары природного газа … ; флип-чип; плотность тока; джоулей тепла; конечно-элементный анализ Аннотация… ▷ Суточные вариации глобального нагрева джоулей морфологии и величины из-за нейтральных ветров В полярной ионосфере вариации нагрева джоулей в значительной степени контролируются изменениями конвекции плазмы, например, вызванными изменениями межпланетного магнитного поля ( IMF) … ▷ Глава 8b первый закон термодинамики: 2. джоулей — споры Майера Два ученых-пионера связаны с формулировкой первого закона термодинамики, Джеймс Прескотт Джоуль и Джулиус Роберт Майер… ▷ Когерентные радиолокационные оценки среднего нагрева ионосферы на высоких широтах джоулей . Скандинавский эксперимент с двумя полярными сияниями (STARE) и бистатические когерентные радиолокационные системы Швеции и Великобритании (SABER) были использованы для оценки пространственных и временных изменений ионосферный нагрев джоулей в комбинированном диапазоне географических широт 63 … ▷ Оценка нагрева ионосферы джоулей с помощью моделирования gumics-4 mhd, amie и спутниковой статистики: к синтезу Мы исследуем северное полушарие джоулей нагрев из нескольких наблюдательных и вычислительных источников с целью калибровки ранее идентифицированной функциональной зависимости между параметрами солнечного ветра и общим потреблением энергии ионосферой, вычисленной с помощью глобального магнитогидродинамического (МГД) моделирования (Grand Unified Magnetosphere Ionosphere Coupling Simulation, GUMICS-4)… ▷ Эффект нагрева джоулей на микросхеме платформы электросмачивания микрокапель Операция электросмачивания (EW) была продемонстрирована для наблюдения эффекта нагрева и электролиза джоулей … ▷ Эксперименты по нагреву джоулей и рассеянию энергии в ядре Земли . geophys Мы представляем измерения выработки тепла джоулей в жидком галлиевом вихре, пронизанном однородным поперечным магнитным полем …

1 миллиард переводов с разбивкой по полям на 28 языках

Популярные запросы Английский: 1-200, -1k, — 2k, -3k, -4k, -5k, -7k, -10k, -20k, -40k, -100k, -200k, -500k, -1000k, -2000k,

Популярные запросы китайский: 1-200, -1k , -2k, -3k, -4k, -5k, -7k, -10k, -20k, -40k, -100k, -200k, -500k, -1000k, -2000k,

Перевод Перевод Traducción Übersetzung Tradução Traduzione Traducere Vertaling Tłumaczenie Mετάφραση Oversættelse Översättning Käännös Aistriúchán Traduzzjoni Prevajanje Vertimas Tõlge Preklad Fordítás Tulkojumi Превод Překlad Prijevod 翻 訳 번역 翻译 Перевод

Разработано для techDico

Издательство

Правила и условия

Политика конфиденциальности

© techdico

Разработка сильно неоднородной температуры пр воздух в электрически нагреваемых щелочно-силикатных стеклах

Недавнее открытие EFIS для стекла 19,20,21 , настоящие наблюдения локализованного нагрева и теплового разгона (рис. 2–5), а также моделирование методом конечных элементов (рис. 5–8) ясно демонстрируют, что классический макромасштабный закон Джоуля для однородных образцов не применим к электрическому нагреву обычных стекол, даже любого ионопроводящего твердого тела, когда используются обычные металлические или графитовые электроды.О макромасштабной асимметрии изменения температуры сообщалось также во время мгновенного спекания кислород-анион-проводящей оксидной керамики, стабилизированной оксидом иттрия 31,32 . Чтобы понять источник этого макромасштабного несоответствия, отметим случай простого резистивного нагрева, который обычно используется для плавления и очистки расплавов стекла 33,34 . Этот метод зависит от удельного сопротивления стекла и его температурной зависимости как ионного проводника в расплавленной фазе 35 .

В твердой стеклянной фазе на макроуровне закон Джоуля не применяется, потому что однородное стекло начинает изменяться при приложении к нему внешнего напряжения.В начале приложения напряжения однородное стекло подчиняется закону Джоуля 26 . Однако подвижные ионы в стекле начинают мигрировать к противоположно заряженным электродам, образуя обедненный ионами щелочных металлов слой в стекле, ближайшем к аноду 20 . Полученный тонкий слой имеет гораздо более высокое удельное сопротивление по сравнению с массивным стеклом, так что в течение одной минуты почти полное падение напряжения полирования происходит через этот слой в условиях термического полирования 20,30 . Было рассчитано резкое падение напряжения на образце, которое видно на рис.6а для обедненного слоя 100 нм на анодной стороне модели при напряжении 200 В. При такой толщине внутреннее электрическое поле достигает ~ 1,9 · 10 90 · 10 8 7 90 · 109 В / см, тогда как внешнее приложенное поле будет составлять 200 В / см, что делает внешнее поле макромасштаба незначительным. Диэлектрическая прочность чистого кремнезема составляет 10 7 В / см, и, следовательно, внутреннее электрическое поле достаточно велико, чтобы изменить потенциальный энергетический барьер для электронной проводимости внутри изоляционного материала 36,37 .В этот момент может произойти пробой диэлектрика, увеличивая электронную проводимость до точки, когда рассеивание электрической энергии нагревает стекло до состояния теплового разгона. Таким образом, выделение тепла во время разгона может выдержать аварию. Альтернативная точка зрения состоит в том, что тепловыделение из-за сильно неоднородного джоулева нагрева вызывает тепловой разгон, который затем приводит к пробою диэлектрика. Настоящие результаты не могут полностью разрешить эту причинно-следственную дилемму между пробоем диэлектрика и тепловым разгоном.{{t} _ {f}} v \ ast i \, dt \, $$

(1)

, где Q — тепловая энергия из-за рассеивания мощности из-за электрических потерь [Дж], v — напряжение на образце [В], i — ток [A], t s и t f — время начала и окончания EFIS [s]. Это соотношение предполагает полное преобразование электрической энергии в тепловую без потерь.Затем тепловая энергия, оцененная по уравнению 1, может быть использована для расчета соответствующего повышения температуры в образце на основе простой теплопередачи со следующим соотношением:

$$ Q = m \ ast {C} _ {p} \ ast {\ Delta} T \, $$

(2)

, где м — масса образца [г], C p — удельная теплоемкость стекла [Дж / гК], а ΔT — изменение температуры от начальной до конечное значение [K].Этот расчет предполагает, что тепловыделение намного больше, чем тепловые потери, и что температура образца везде одинакова с постоянной теплоемкостью.

Очевидно, что очень высокие температуры могут быть реализованы в слое, обедненном щелочными ионами, рядом с анодом при одновременном приложении постоянного напряжения и нагрева печи — достаточно высоких, чтобы вызвать испарение и повторное осаждение стекловидного порошка, как показано на рис. 1a. 30,38 . Например, рассмотрим стекло NS с напряжением 150 В постоянного тока, приложенное к печи T при температуре 350 ° C.Энергия, рассеиваемая внутри стекла во время такой обработки, была рассчитана на основе плотности мощности с использованием уравнения 1. Она представлена ​​на фиг.9 для временного интервала во время пробоя диэлектрика вместе с соответствующим увеличением температуры образца за пределами T печи . Изменение температуры образца было аппроксимировано уравнением 2 с удельной теплоемкостью 1,15 Дж / г · К и массой 0,5921 г 39 . На рис. 9 наблюдаются две важные особенности. Во-первых, диссипация энергии в начале пробоя диэлектрика увеличивается экспоненциально, что обозначено как «Thermal Runaway».Вторая особенность — линейное увеличение рассеиваемой энергии, которое является результатом ограничения тока, налагаемого силовым резистором, включенным последовательно с образцом. Рассеяние энергии в конечном итоге выравнивается из-за снятия приложенного напряжения. Это простое приближение дает ограничивающую оценку увеличения температуры образца на 2500 ° C после двух минут ограниченного током теплового неуправляемого нагрева. Этот интенсивный нагрев объясняет размягчение и последующее испарение стекла, в результате чего остаются отложения, богатые щелочью и кремнеземом, которые видны на рис.1.

Рисунок 9

Рассеяние энергии и соответствующее повышение температуры образца (в пределе отсутствия тепловыделения) за пределами печи T для стекла NS при 150 В постоянного тока при 350 ° C. Диссипация энергии рассчитывается по формуле. 1 и повышение температуры по формуле. 2. Примечание. Красная пунктирная линия указывает на линейный режим ограничения тока из-за включенного последовательно включенного силового резистора.

Графики на рис. 9 основаны на простых приближениях, но они, кажется, правильно показывают величину температуры, при которой может происходить размягчение и испарение стекла.Большинство образцов размягчаются после ~ 30 с теплового разгона, и согласно рис. 9 однородная температура стекла будет порядка 1500 ° C. Чтобы оценить справедливость этого предположения, использовалось тепловизионное изображение для непосредственного измерения фактической температуры поверхности образца. Это также позволило детально наблюдать процесс теплового разгона, в том числе то, как соответствующее большое тепловложение распределяется в образце. Роль обедненного слоя вблизи анода наглядно показывает график профиля температуры на рис.3. Здесь в течение первых 20 с пробоя диэлектрика, вызванного протеканием большого тока, сильно локализованные области стекла вблизи анода нагреваются. Считается, что локализованный нагрев соответствует процессу термического пробоя диэлектрика, который, вероятно, инициируется на неровностях поверхности или диэлектрических неоднородностях, где напряженность электрического поля локально максимальна 11 . Это могло бы объяснить неравномерный нагрев, наблюдаемый на рисунках 2 и 3.

Различия в EFIS, наблюдаемые между приложенными напряжениями постоянного и переменного тока, как полагают, связаны с разницей в рассеиваемой мощности во время EFIS для двух случаев, что приводит к до самонагрева и теплового разгона 21 .Сравнение проводится для NS с 150 В постоянного тока на рис. 4 и 150 В переменного тока при 1 кГц на рис. 5. Обратите внимание, что образец на ИК-изображениях расположен в центре с анодом вверху и катодом внизу. для случая DC. На рисунке 4 сравнивается тот же образец NS с напряжением 150 В постоянного тока при двух значениях T печи , 353,5 ° C и 363,6 ° C. Поскольку скорость нагрева печи составляла 10 ° C / мин, и два изображения были получены с интервалом в 40 секунд, огромная разница в температуре образца объясняется тепловым разгоном.Для случая постоянного тока на рис. 4 самая высокая температура была измерена на анодной стороне стекла, как показано на рис. 2. В течение 40 секунд температура образца подскочила примерно на 1400 ° C и стала очень неоднородной. В случае переменного тока на рис. 5 два изображения были получены с интервалом примерно 270 с в печи T = 385,3 ° C и 428,6 ° C. Между двумя изображениями температура образца увеличилась с 500,8 ° C до 514,4 ° C, показывая, что изменение в печи T было больше, чем в стеклянном образце, скорее всего, из-за более однородного внутреннего поля и соответствующего распределения тепла под Переменного тока, чем в аналогичном случае постоянного тока.Очевидно, резистивный нагрев в AC-EFIS может быть более управляемым по сравнению с резким тепловым разгоном DC-EFIS.

Наблюдаемая разница в ИК-изображениях для полей постоянного и переменного тока подтверждается измеренной плотностью мощности на единицу объема. Мощность в DC-EFIS рассчитывалась по напряжению и току, а в AC-EFIS — по среднеквадратичному напряжению и току [Мощность, рассчитанная на основе среднеквадратичных значений напряжения и тока, включает ненагревающий компонент, в результате чего коэффициент мощности меньше чем один.Его значение трудно определить напрямую из-за постоянно меняющейся температуры и сопротивления обедненного слоя, но этот фактор не изменит настоящего вывода.]. Например, стекло NS, испытанное при 150 В постоянного тока, показало максимальную плотность мощности 91 мВт / мм 3 , тогда как при 150 В — 1 кГц переменного тока максимальная плотность мощности составила 55 мВт / мм 3 . Аналогичная тенденция была измерена с составом 5Л5НС при напряжении 150 В. При постоянном токе максимальная плотность мощности составляла 78 мВт / мм 3 , но при 150 В — 1 кГц переменного тока удельная мощность составляла 54 мВт / мм 3 .Следует отметить, что при постоянном токе рассеивание мощности намного более локально вблизи анода по сравнению со случаем переменного тока, что преувеличивает разницу в плотности мощности на единицу объема.

Самонагрев НЗ на переменном токе является равномерным, и самое горячее измерение было в центре образца между электродами. Этот профиль указывает на то, что резистивный джоулев нагрев, вероятно, является результатом колебательного напряжения, которое заставляет протекать ток и джоулева нагревание начинается и прекращается каждый полупериод частоты.Для сравнения, использование постоянного напряжения приводит к экстремальному локальному нагреву и размягчению стекла, в то время как переменный ток способствует равномерному нагреву и постепенному размягчению. Как обсуждалось в предыдущей работе AC-EFIS 21 , приложение переменного напряжения создает два процесса, которым подвергаются подвижные катионы. В первом полупериоде переменного напряжения электрод имеет временное положительное смещение, которое отводит подвижные катионы от границы раздела электрод / стекло в объем. Миграция ионов доминирует над диффузией в этом полупериоде.Во втором полупериоде смещение временно меняется на противоположное, теперь имеется большой градиент концентрации катионов, приводящий к диффузии катионов обратно к обедненному слою, и обратное смещение напряжения также вызывает обратную миграцию катионов. Этот процесс, вероятно, предотвращает пробой диэлектрика и интенсивный локальный нагрев, как измерено в DC-EFIS.

Экспоненциальный рост тока на рис. 7a показывает положительную обратную связь резистивного нагрева. Однако рост тока достигает асимптоты, демонстрирующей конкуренцию между тепловыделением за счет резистивного нагрева и тепловыми потерями из-за конвекции в электроды и излучения в окружающую печь.Расчетные температуры вместе с тепловым профилем хорошо согласуются с экспериментальными измерениями. Тепловидение показало, что температуры выше 1300 ° C (см. Рис. 2) часто достигаются при использовании постоянного напряжения. Максимальная температура 1868 ° C была измерена в NS около области обедненного слоя во время DC-EFIS при 150 В после ~ 30 с пробоя диэлектрика, как показано на рис. 4. Эти расчеты показывают, что размягчение стекла происходит от анода к катоду, как показано на рис. передача тепла от обедненного слоя в объем стеклянного образца.Это предположение подтверждается рис. 4б. Моделирование методом конечных элементов предсказывает общую температуру истощенного слоя около 1600 ° C, в то время как инфракрасное изображение измеряет около 1800 ° C. Расхождение в значениях могло быть результатом моделирования FEA образца как одномерного твердого тела, которое не учитывает накопление тепла в центре стекла с радиальным градиентом температуры. Модель также использовала для расчетов не зависящую от температуры теплопроводность.

В настройке модели FEA ограничение тока с помощью логического оператора было наложено на 0.3A, что было больше, чем асимптота, достигнутая во время FEA. Подобный максимум тока около 0,23 А был аналогичным образом измерен экспериментально во время EFIS, как показано на рис. 7a. Последовательный силовой резистор теоретически ограничивал максимальный ток до 0,5 А, но никогда не был полностью достигнут экспериментально 20 . Сравнение теоретической и экспериментальной асимптот тока показывает, что процесс EFIS является самоподдерживающимся. Ток, протекающий через стекло, рассеивается в виде тепла, которое увеличивает температуру и увеличивает ионную миграцию и диффузию.Однако создание богатой диоксидом кремния области увеличивает сопротивление образца, предотвращая дальнейшее экспоненциальное увеличение тока. Это ограничение тепловыделения не соблюдалось во время AC-EFIS 21 . Рассеивание мощности постоянно увеличивалось во время AC-EFIS, но событие размягчения происходило при более низкой температуре печи. О последнем факте сообщалось в результате более равномерного нагрева и постепенного размягчения образца, в отличие от DC-EFIS, который был резким и резким 21 .В принципе, асимптотический ток будет наблюдаться также в AC-EFIS, если используется достаточно низкая частота, чтобы дать достаточно времени для образования слоя, обедненного ионами щелочных металлов, и сохранения его стабильности на обоих электродах.

Для оптимизации тепловыделения моделирование профилей температуры методом FEA для различных значений δ выявляет проницательную тенденцию на рис. 8. При очень малых δ, скажем при 5 нм, удельное сопротивление обедненного слоя не создавало локализованного нагрева вблизи анод. Вместо этого в объеме стекла наблюдался равномерный джоулев нагрев.Тепло, которое генерировалось в обедненном слое 5 нм, могло быстро рассеиваться в электрод за счет теплопроводности. Максимальная температура, которую испытывал обедненный слой, приходилась на его толщину 100 нм. Значение δ выше 100 нм начинает ограничивать количество тока, который может проходить через образец из-за большего сопротивления обедненного слоя. В свою очередь, уменьшенный ток уменьшил сопутствующие эффекты джоулева нагрева, как показано на рис. 8. Следовательно, тепловой разгон либо расширяется до более длительного временного масштаба, либо подавляется до тех пор, пока теплопотери уже не являются незначительными по сравнению с тепловыделением и достигают устойчивое состояние.Это понимание, полученное с помощью теплового моделирования, объясняет динамический джоулев нагрев, наблюдаемый с помощью экспериментального тепловизора.

Видео тепловизоров показывают, что нагрев во время EFIS вблизи анода сильно локализован и неравномерен. Локализованная «горячая точка» также имеет тенденцию изгибаться в боковом направлении на границе раздела анод / стекло. Результаты модели FEA объясняют это наблюдение, когда интенсивный локализованный нагрев создает большое значение δ из-за термически усиленной миграции катионов. Затем δ может вырасти до порядка 50 мкм, как измерено с помощью линейных сканеров EDS 21 .При достижении относительно «толстого» обедненного слоя в 50 мкм тепловое бегство в этой локальной области подавляется ограниченным током через более резистивный слой. Этот процесс служит петлей отрицательной обратной связи способности диэлектрического материала поддерживать ток в этой локализованной области. Однако в области, прилегающей к локализованному нагреву, условия могут способствовать продолжению пробоя диэлектрика, переходя в боковом направлении в соседнюю область, которая была нагрета в результате близкого теплового разгона, но сохранила « оптимальное » значение δ на ~ 100 нм. .Процесс теплового разгона продолжается в этой новой области, пока он, в свою очередь, также не будет подавлен растущим обедняющим слоем, заставляя его снова перемещаться в соседнюю область и так далее. По мере того как соседние области «горячих точек» соединяются друг с другом, коллективное сопротивление расширенного обедненного слоя будет уменьшаться, и будет генерироваться достаточно тепла для инициирования EFIS. Таким образом, передача тепла из обедненного слоя в объемную часть в конечном итоге приведет к тому, что температура объемного образца достигнет температур размягчения, что позволит возникать вязкому течению.

Тепловое воздействие тока: закон Джоуля-Ленца, примеры

Двигаясь в каком-либо проводнике, электрический ток дает ему некоторую энергию, из-за чего проводник нагревается. Передача энергии осуществляется на уровне молекул: в результате взаимодействия текущих электронов с ионами или атомами проводника часть энергии остается в последнем.

Тепловое воздействие тока приводит к более быстрому перемещению частиц проводника. Затем его внутренняя энергия увеличивается и превращается в тепловую энергию.

Расчетная формула и ее элементы

Тепловое воздействие тока подтверждается различными экспериментами, в которых работа тока преобразуется во внутреннюю проводящую энергию. Последний увеличивается. Затем проводник отдает его окружающим телам, то есть теплопередача происходит с нагревом проводника.

Формула расчета в этом случае следующая: A = U * I * t.

Количество тепла можно обозначить Q. Тогда Q = A или Q = U * I * t.Зная, что U = IR, мы получаем Q = I * R * t, что было сформулировано в законе Джоуля-Ленца.

Закон теплового действия тока — закон Джоуля-Ленца

Проводник, по которому протекает электрический ток, изучали многие ученые. Однако наиболее заметных результатов добились Джеймс Джоуль из Англии и Эмилия Христианович Ленц из России. Оба ученых работали отдельно и выводили результаты экспериментов независимо друг от друга.

Они вывели закон, который позволяет нам оценить тепло, полученное в результате воздействия тока на проводник.Это называлось законом Джоуля-Ленца.

Рассмотрим на практике тепловое воздействие тока. Возьмем следующие примеры:

  1. Обычная лампочка.
  2. Приборы отопительные.
  3. Предохранитель в квартире.
  4. Электрическая дуга.

Лампа накаливания

Тепловое воздействие тока и открытие закона способствовали развитию электротехники и расширению возможностей использования электричества.Способ применения результатов исследований можно рассмотреть на примере обычной лампы накаливания.

Он устроен таким образом, что внутри натягивается нить из вольфрамовой проволоки. Этот металл тугоплавкий с высоким удельным сопротивлением. При прохождении через колбу реализуется тепловое воздействие электрического тока.

Энергия проводника превращается в тепловую. Спираль нагревается и начинает светиться. Недостаток лампочки заключается в больших потерях энергии, так как только за счет небольшой части энергии она начинает светиться.Основная часть просто нагревается.

Чтобы лучше это понять, вводится коэффициент полезного действия, демонстрирующий эффективность работы и преобразования в электричество. Эффективность и тепловое воздействие тока используются в разных областях, поскольку существует множество устройств, изготовленных на основе этого принципа. В большей степени это отопительные приборы, электрические плиты, бойлеры и другие подобные устройства.

Устройство нагревательных приборов

Обычно в конструкции всех нагревателей присутствует металлическая спираль, в функцию которой входит нагрев.Если вода нагревается, то спираль устанавливается изолированно, и в таких устройствах предусмотрено соблюдение баланса между энергией от сети и теплообменом.

Перед учеными постоянно стоят задачи по снижению потерь энергии и поиску оптимальных способов и наиболее эффективных схем их реализации, чтобы уменьшить тепловое воздействие тока. Например, используется метод увеличения напряжения во время передачи энергии, тем самым уменьшая силу тока.Но такой способ, в то же время, снижает безопасность работы ЛЭП.

Еще одно направление исследований — выбор проводов. Ведь от их свойств зависят теплопотери и другие показатели. Кроме того, при работе отопительных приборов происходит большое выделение энергии. Поэтому спирали изготавливаются из материалов, специально разработанных для этих целей, способных выдерживать высокие нагрузки.

Квартирные предохранители

Для улучшения защиты и защиты электрических цепей используются специальные предохранители.В роли основной детали выступает проволока из легкоплавкого металла. Он проходит в пробку из фарфора, имеет резьбу и контакт в центре. Вилка вставляется в картридж, расположенный в фарфоровой коробке.

Подводящий провод является частью общей цепи. Если термическое воздействие электрического тока резко возрастет, сечение проводника не выдержит, и он начнет плавиться. В результате сеть откроется, и перегрузки по току не произойдет.

Электрическая дуга

Электрическая дуга — довольно эффективный преобразователь электрической энергии.Применяется для сварки металлических конструкций, а также служит мощным источником света.

Основа устройства следующая. Возьмите два угольных стержня, соедините провода и прикрепите их к изоляционным держателям. После этого стержни подключаются к источнику тока, который дает небольшое напряжение, но рассчитан на большую силу тока. Подключите реостат. Угли в городской сети запрещены, так как это может вызвать пожар. Если коснуться одного угля другим, можно увидеть, сколько они сгорят.На это пламя лучше не смотреть, потому что оно вредно для зрения. Электрическая дуга используется в печах для плавки металла, а также в таких мощных осветительных приборах, как прожекторы, кинопроекторы и так далее.

Закон Джоуля-Ленца

Эмиль Христианович Ленц (1804 — 1865) — известный русский физик. Он один из основоположников электромеханики. Его имя связано с открытием закона, определяющего направление индукционного тока, и закона, определяющего электрическое поле в проводнике с током.

Кроме того, Эмили Ленц и английский физик Джоуль, экспериментально изучая тепловые эффекты тока независимо друг от друга, открыли закон, согласно которому количество тепла, выделяемого в проводнике, будет прямо пропорционально квадрату электрический ток, проходящий через проводник, его сопротивление И время, в течение которого электрический ток поддерживается неизменным в проводнике.

Этот закон получил название закона Джоуля-Ленца, его формула выглядит следующим образом:

Q = kl²Rt, (1)

Где Q — количество выделяемого тепла, l — ток, R — сопротивление проводника, t — время; Величина k называется тепловым эквивалентом работы.Числовое значение этой величины зависит от выбора единиц измерения остальных величин в формуле.

Если количество тепла измеряется в калориях, сила тока — в амперах, сопротивление — в Омах, а время — в секундах, то k будет численно 0,24. Это означает, что ток в 1a обеспечивает в проводнике, имеющем сопротивление 1 Ом, за одну секунду тепловое число, равное 0,24 ккал. Исходя из этого, количество выделяемого в проводнике тепла в калориях можно рассчитать по формуле:

Q = 0.24l²Rt.

В системе единиц СИ энергия, количество тепла и работа измеряются в единицах — джоулях. Следовательно, коэффициент пропорциональности в законе Джоуля-Ленца равен единице. В этой системе формула Джоуля-Ленца имеет вид:

Q = l²Rt. (2)

Закон Джоуля-Ленца можно проверить на опыте. Ток пропускается через проволочную спираль, погруженную в жидкость, налитую в калориметр. Затем подсчитывают количество тепла, выделяемого в калориметре. Сопротивление спирали известно заранее, ток измеряется амперметром, а время — секундомером.Изменяя ток в цепи и используя разные спирали, можно проверить закон Джоуля-Ленца.

По закону Ома

I = U / R,

Подставляя ток в формулу (2), получаем новое выражение для формулы закона Джоуля-Ленца:

Q = (U² / R) т.

Удобно использовать формулу Q = l²Rt при расчете количества тепла, выделяемого при последовательном соединении, потому что в этом случае электрический ток во всех проводниках одинаков.Следовательно, когда несколько проводников соединены последовательно, каждому из них будет передано количество тепла, пропорциональное сопротивлению проводника. Если, например, последовательно соединить три провода одинакового размера — медь, железо и никель, наибольшее количество тепла будет отводиться от никеля, так как его удельное сопротивление наибольшее, он сильнее и нагревается.

Если жилы соединить параллельно, то электрический ток в них будет разным, а напряжение на концах таких жил будет одинаковым.Расчет количества тепла, которое будет выделяться при таком подключении, лучше проводить, используя формулу Q = (U² / R) t.

Эта формула показывает, что при параллельном подключении каждый проводник будет выделять столько тепла, сколько будет обратно пропорционально его проводимости.

Если вы соедините три провода одинаковой толщины — медь, железо и никель — параллельно друг другу и пропустите через них ток, то наибольшее количество тепла будет выделяться в медном проводе, и он нагревается сильнее других.

Взяв за основу закон Джоуля-Ленца, рассчитывают различные электроосветительные установки, нагревательные и нагревательные электрические приборы. Также широко используется преобразование энергии электричества в тепло.

Логический класс

| Дом

ТОК ЭЛЕКТРИЧЕСТВА

Введение:

Когда электрический ток проходит через проводник, через некоторое время проводник нагревается и выделяет тепло.Это происходит из-за преобразования некоторой электрической энергии, проходящей через проводник, в тепловую. Этот эффект электрического тока называется тепловым эффектом тока.

Когда ток течет по проводнику, в проводнике генерируется тепловая энергия. Нагревательный эффект электрического тока зависит от трех факторов:

  • Сопротивление R проводника. Чем выше сопротивление, тем больше тепла.
  • Время t, в течение которого течет ток.Чем больше время, тем больше выделяется тепла
  • Величина тока I. Чем выше сила тока, тем больше выделяется тепла.

Следовательно, эффект нагрева, создаваемый электрическим током I через проводник сопротивления R в течение некоторого времени, t определяется как H = I 2 Rt. Это уравнение называется уравнением Джоуля электрического нагрева.

Электроэнергия и мощность

Работа, совершаемая при проталкивании заряда по электрической цепи, определяется выражением w.d = VIt

Так что мощность, P = w.d / t = VI

Электрическая мощность, потребляемая электроприбором, определяется как P = VI = I 2 R = V 2 / R

Области применения нагрева электрическим током

Таким образом, большинство бытовых электроприборов преобразуют электрическую энергию в тепло. К ним относятся лампы накаливания, электрический нагреватель, электрический утюг, электрический чайник и т. Д.

В осветительных приборах

  1. Лампы накаливания — изготовлены из вольфрамовой проволоки, заключенной в стеклянную колбу, из которой удален воздух.Это потому, что воздух окисляет нить. Нить нагревается до высокой температуры и становится раскаленной добела. Вольфрам используется из-за его высокой температуры плавления; 3400 0 Колба заполнена неактивным газом, например. аргон или азот при низком давлении, что снижает испарение вольфрамовой проволоки. Однако одним из недостатков инертного газа является то, что он вызывает конвекционные токи, которые охлаждают нить накала. Эта проблема сводится к минимуму за счет наматывания проволоки таким образом, чтобы она занимала меньшую площадь, что снижает потери тепла за счет конвекции.
  2. Люминесцентные лампы — эти лампы более эффективны по сравнению с лампами накаливания и служат намного дольше. У них есть пары ртути в стеклянной трубке, которая при включении испускает ультрафиолетовое излучение. Это излучение заставляет порошок в трубке светиться (флуоресцировать), то есть испускать видимый свет. Из разных порошков получаются разные цвета. Обратите внимание, что люминесцентные лампы дороги в установке, но их эксплуатационные расходы намного меньше.

В электрическом обогреве

  1. Электрические плиты — электрические плиты раскалены докрасна, и произведенная тепловая энергия поглощается кастрюлей за счет теплопроводности.
  2. Электрические обогреватели — лучистые обогреватели становятся красными при температуре около 900 0 C, а испускаемое излучение направляется в комнату с помощью полированных отражателей.
  3. Электрические чайники — нагревательный элемент размещается на дне чайника так, чтобы нагреваемая жидкость покрывала его. Затем тепло поглощается водой и распределяется по всей жидкости за счет конвекции.

Электрические утюги — когда через нагревательный элемент протекает ток, выделяемая тепловая энергия передается на основание из тяжелого металла, повышая его температуру.Затем эта энергия используется для прессования одежды. Температуру утюга можно контролировать с помощью термостата (биметаллической планки).

Когда между концами резистора приложена разность потенциалов V, электрический разряд

Поле

будет действовать на свободные электроны. Работа электрического поля на бесплатном

электронов за время t равно W = Vq

Вт = V это W = i2 Rt

ii) Эта работа, совершаемая полем, преобразуется в тепловую энергию резистора через столкновения с решеткой.{2}} \)

б) Тепло, выделяемое в данном резисторе заданным током, пропорционально времени, в течение которого в нем существует ток, т. Е. \ (H \ propto t \)

c) Тепло, выделяемое в резисторе заданным током в заданное время, пропорционально его сопротивлению.

v) Электрический нагреватель, электрический утюг, электрическая лампочка, электрическая плита — вот некоторые из инструментов, которые воздействуют на тепловой эффект Джоуля и преобразуют электрическую энергию в тепловую.Эффект Джоуля необратим .

Джоулев нагрев , также известный как Омический нагрев и резистивный нагрев , представляет собой процесс, при котором прохождение электрического тока через проводник производит тепло. Первый закон Джоуля , также известный как закон Джоуля-Ленца , [1] , утверждает, что мощность нагрева, создаваемая электрическим проводником, пропорциональна произведению его сопротивления на квадрат тока: Джоулевое нагревание влияет на весь электрический проводник, в отличие от эффекта Пельтье, который передает тепло от одного электрического спая к другому.

Постоянный ток :

Самая общая и основная формула для джоулева нагрева:

{\ displaystyle P = (V_ {A} -V_ {B}) I}, где

  • P — мощность (энергия в единицу времени), преобразованная из электрической энергии в тепловую,
  • I — ток, проходящий через резистор или другой элемент,
  • {\ displaystyle V_ {A} -V_ {B}} — падение напряжения на элементе.{2} / R} где R — сопротивление.

    Переменный ток :

    Основная статья: Питание переменного тока

    Когда ток меняется, как в цепях переменного тока,

    \ (P \ влево (т \ вправо) = U \ влево (т \ вправо) I \ влево (т \ вправо) \)

    , где t — время, а P — мгновенная мощность, преобразуемая из электрической энергии в тепло.

    Намного чаще средняя мощность представляет больший интерес, чем мгновенная мощность:

    \ ({{P} _ {avg}} = {{U} _ {rms}} {{I} _ {rms}} = I_ {rms} ^ {2} R = U_ {rms} ^ {2} / R \)

    {\ displaystyle P_ {avg} = U _ {\ text {rms}} I _ {\ text {rms}} = I _ {\ text {rms}} ^ {2} R = U _ {\ text {rms}} ^ { 2} / R}, где «avg» обозначает среднее значение за один или несколько циклов, а «rms» обозначает среднеквадратичное значение.{*}} \ right) \)

    , где \ (\ varnothing \) — разность фаз между током и напряжением, {\ displaystyle \ operatorname {Re}} Re — действительная часть, Z — комплексный импеданс, а Y * — комплексное сопряжение проводимости. (равно 1/ Z * ).

    Химическое воздействие электрического тока :

    Прохождение электрического тока через проводящую жидкость вызывает химические реакции.Возникающие в результате эффекты получили название химического

    .

    воздействия токов. Процесс нанесения слоя любого желаемого металла на другой материал с помощью электричества называется гальваникой.

    1. Найдите энергию, рассеиваемую за 5 минут электрической лампочкой с нитью накала 500 Ом, подключенной к источнику питания 240 В.

    Решение:

    E = Pt = V2 / R * t = (240 2 * 5 * 60) / 500 = 34,560 Дж.

    2. Электрическая лампочка имеет маркировку 100 Вт, 240 В. Вычислить:
    и) Ток через нить накала
    ii) Сопротивление нити накала лампы
    .

    Решение:

    P = VI I = P / V = ​​100/240 = 0,4167A
    По закону Ома V = IR R = V / I = 240 / 0,4167 = 575,95 Ом.

    1. Для нагрева воды используется погружной нагреватель мощностью 2,5 кВт. Вычислить:

    i) Рабочее напряжение нагревателя, если его сопротивление 24 Ом

    ii) Преобразование электрической энергии в тепловую за 2 часа.

    Решение

    P = VI = I 2 R

    I = (2500/24) 1/2 = 10.2062A

    В = ИК = 10,2062 * 24 = 244,9488 В

    E = VIt = Pt = 2500 * 2 * 60 * 60 = 1,8 * 10 7 Дж

    ИЛИ E = VIt = 244,9488 * 10,2062 * 2 * 60 * 60 = 1,8 * 10 7 Дж.

    1. Найдите напряжение на клеммах E 1 и E 2 , как показано на рисунке.

    Решение:

    Ток на рисунке

    \ (I = \ frac {9-3} {10} = 0,6A \)

    \ ({{V} _ {1}} = {{E} _ {1}} + I {{r} _ {1}} = 3 + 0,6 \ times 1 = 3,6 В; {{V} _ {2}} = {{E} _ {2}} — Я {{r} _ {2}} = 9-0,6 \ умножить на 2 = 7,8 В \)

    2. Рассчитайте установившийся ток в показанном резисторе 2 Вт .Внутреннее Сопротивление батареи незначительно, а емкость конденсатора 0,2 м F.

    Решение:

    Сопротивление параллельной комбинации резисторов 2 Вт и 3 Вт равно

    .

    \ (\ frac {1} {R} = \ frac {1} {2} + \ frac {1} {3} = \ frac {5} {6} \ Rightarrow \, \, \, \, \, R = 1.2 \, \, \ Omega \)

    Это сопротивление последовательно с 2,8 W , что дает общее эффективное сопротивление

    = 1,2 + 2,8 W = 4 W . {2}} {Power} \, \, = \, \, \ frac {100 \, x \, 100} {1000} \, \, \, = \, \, 100 \, \ Omega \)

    И как рассеивается 62.{2}} {{{R} _ {H}}} \, \, = \, \, 62.5 \)

    В H = 25 В.

    .

    Закон нагрева Джоуля | Примечания, видео, контроль качества и тесты | 12 класс> Физика> Тепло и энергия

    Закон нагрева Джоуля

    Когда электрический ток проходит через проводник, через некоторое время выделяется тепло, что называется эффектом нагрева от тока.2Rt} {J} \\ \ end {align *}

    где J называется механическим эквивалентом тепла Джоуля. Его значение составляет 4,18 Джкал -1 .

    Выведение для выражения тепла, выделяемого в проводе

    Рассмотрим сопротивление R между двумя точками A и B в цепи, как показано на рисунке. Пусть я буду постоянным током, проходящим через него.

    За время t общий заряд, проходящий через A в B, равен \ begin {align *} \\ I & = \ frac Qt \\ \ text {или,} \: Q & = It \ dots (i) \\ \ end {align *} Пусть разность потенциалов между A и B равна V.2} {R} \\ \ end {align *}

    Мощность устройства считается равной одному ватту, если через него протекает ток в один ампер под напряжением. одного вольт.

    Электрическая энергия

    Определяется как общая работа, проделанная для поддержания тока в электрической цепи в течение заданного времени.

    \ begin {align *} \ text {Электроэнергия} = W = VIt = Pt \\ \ text {Электроэнергия} = \ text {Электроэнергия} \ times \ text {Время} \\ \ text {SI} — \ text {единицы электрической энергии — джоуль, Дж} \\ \ text {На практике электрическая энергия измеряется в киловатт-часах.} \\ \ text {Электрическая энергия в киловаттах} = \ text {Мощность в киловаттах} \ times \ text {Время в часах} \\ \ end {align *}

    Одна единица электрической энергии равна 1 кВтч.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.