Теплота через силу тока: Теплота и электрический ток

      Комментариев к записи Теплота через силу тока: Теплота и электрический ток нет

Содержание

Теплота и электрический ток

Теплота и электрический ток

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ

Начиная с 1794 г. Вольта многократно проводил такой опыт: он помещал лягушку, препарированную по методу Гальвани, таким образом, чтобы ее задние лапки были опущены в воду одной банки, а спинка и позвоночный столб погружались в другую банку с водой. Если цепь замыкалась железной проволокой, один конец которой опускался на несколько минут в кипящую воду, то наблюдались сильные конвульсии лягушки, продолжавшиеся до тех пор, пока конец проволоки не остывал.

Этот опыт прошел незамеченным, и о нем, вероятно, ничего не знал также Томас Зеебек (1770—1831), выступивший в 1821 г. с докладами в Берлинской Академии наук. На основе этих докладов Зеебеком впоследствии была напитана известная работа, вышедшая лишь в 1825 г. Открытое им явление теперь хорошо известно.

Сам Зеебек описывает один из своих многочисленных  опытов следующим образом. Небольшой кусок висмута был припаян с обоих концов к медной спирали. Если один конец нагревался с помощью лампы, а другой оставался холодным, то магнитная стрелка, заключенная внутри спирали, поворачивалась, указывая на прохождение тока, который в холодном спае шел от меди к висмуту.

Это явление стало известно в 1823 г. благодаря Эрстеду, который и дал ему название, укоренившееся до наших дней. В том же 1823 г. Фурье и Эрстед доказали, что термоэлектрический эффект обладает свойством суперпозиции, и построили первую термоэлектрическую батарею, состоявшую из трех пластин сурьмы, чередовавшихся с тремя пластинами висмута и спаянных на концах так, что они образовывали шестиугольник. Эта батарея была значительно усовершенствована в 1829 г. Нобили, который расположил биметаллические палочки, соединив их не торцами, а плоскостями, в наклонном положении, почти вертикально, по краям цилиндрической поверхности и поместил в сосуд, залитый камедью, так что одна группа спаев была погружена в камедь, а другая выступала наружу.

Дальнейшее усовершенствование было внесено через год Меллони, сконструировавшим призматическую модель, используемую и сейчас. На основе батареи Меллони и гальванометра своей конструкции Нобили построил в том же 1830 г. термомультипликатор такой чувствительности, что он реагировал на тепло человеческого тела  на расстоянии 18—20 локтей.

В 1834 г. в ходе экспериментальных исследований проводимости сурьмы и висмута Жан Шарль Пельтье (1785—1845) намеревался определить, как изменяется температура вдоль однородного или разнородного проводника, по которому проходит ток. В связи с этим Пельтье исследовал температуру в разных точках термоэлектрической цепи с помощью термопары, соединенной с гальванометром, причем обнаружил, что в местах спаев разных металлов температура резко меняется, имеются даже случаи охлаждения. Наибольшего эффекта ему удалось добиться с парой висмут — сурьма. Таким образом, электроток может вызывать и охлаждение. Беккерель, Де ла Рив и другие физики отнеслись с недоверием к опытам Пельтье, отчасти, вероятно, потому, что он был в науке, так сказать, случайным человеком — до тридцати лет Пельтье был часовщиком.

Чтобы исключить всякие сомнения, Пельтье подтвердил открытое им явление непосредственно с помощью воздушного термометра. Именно этот метод и сейчас описывается в учебниках. В других своих опытах Пельтье спаивал накрест два куска металла, затем, подключив гальванометр, пропускал через два последовательных конца креста и через гальванометр термоэлектрический ток, а спустя некоторое время цепь разъединял и подсоединял тот же гальванометр, но к другим двум концам креста — и гальванометр показывал ток, вызывавшийся либо нагреванием, либо охлаждением спая креста. В каких случаях получается нагревание, а в каких охлаждение в месте спая, точно определил в 1838 г. Поггендорф и независимо от него в 1840 г. Луиджи Пачинотти (1807—1889), отец Антонио Пачинотти, изобретателя динамо-машины постоянного тока.


ЗАКОН ДЖОУЛЯ


В течение первых сорока лет после изобретения батареи предпринималось множество попыток, частью неудачных, а частью незавершенных, выяснить, какому закону подчиняется выделение тепла электрическим током.

Неудачи этих попыток можно объяснить недостаточной ясностью понятий силы тока и электрического сопротивления и как следствие — отсутствием точно определенных единиц измерения. К тому же из-за незнания закона Ома исследователи подключали в цепь последовательно провода с разным сопротивлением, считая, что они тем самым изменяют только сопротивление, а не силу тока. Этим объясняется неудача некоторых исследований, таких, как исследования Уильяма Харриса (1791 — 1867), которые, как стало ясно теперь, вполне могли привести к желаемой цели.

В 1841 г. Джоуль начал экспериментальное исследование теплоты, выделяемой проводником. Ему пришла удачная мысль прокалибровать сначала свою тангенс-буссоль в цепи с вольтаметром, как это предлагал делать Фарадей. Нагревающее приспособление состояло из исследуемого проводника, обмотанного спиралью вокруг тонкой стеклянной трубки, погруженной в стеклянный резервуар с определенным количеством воды, и чувствительного термометра. В трех проводившихся опытах, в каждом из которых последовательно соединялись два сопротивления, погруженные в одинаковые калориметры, Джоуль установил, что при одной и той же силе тока количество выделяемой теплоты пропорционально сопротивлениям проводников.

(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Этот первый результат привел его к формулировке гипотезы о влиянии силы тока. Он выразил ее в таком не очень ясном рассуждении: «Размышляя над вышеуказанным законом, я подумал, что действие тока должно изменяться при увеличении силы электрического тока как квадрат силы тока, потому что ясно, что в таком случае сопротивление должно изменяться в двойном отношении: из-за увеличения количества проходящего электричества в данный промежуток времени, а также из-за увеличения самой его скорости».

Джоуль, вероятно, хотел сказать, что теплота, выделяемая током, вызывается ударами частиц электрического флюида о частицы проводника. Поэтому, если увеличивается сила тока, увеличивается скорость частиц электрического флюида и удары получаются более сильными, а также более частыми вследствие увеличения количества электрического флюида, проходящего за данный промежуток времени через сечение проводника.

Но как бы там ни было, Джоуль подверг свою гипотезу опытной проверке и обнаружил, что количество тепла, измеренное калориметром, в который была погружена медная спираль, столь мало отличалось от расчетного, что можно было признать закон вполне подтвержденным, по крайней мере для металлических  проводников.

Гораздо более оригинальными были опыты, проведенные Джоулем для проверки этого закона для токов в электролитах и для токов индукции. Результаты этих исследований были изложены в работе 1843 г. В этой работе устанавливается, что в любом случае, с любым проводником, при любом токе выделяемое тепло пропорционально сопротивлению проводника и квадрату силы тока.

Естественно, что многие ученые повторили опыты Джоуля, видоизменяя их, и подтвердили полученные Джоулем результаты, выведя из них первые следствия. Среди этих следствий мы упомянем лишь результат, полученный в 1844 г. в Петербурге Ленцем и независимо от него в 1845 г. профессором физики в Турине Доменико Ботто (1791—1865). Эти исследователи установили, что генератор может отдать во внешнюю цепь максимальное количество тепла, если сопротивление цепи равно внутреннему сопротивлению генератора. Именно в этой связи Ленц начал нелегкую работу по определению зависимости температуры нагрева проводника от проходящего по нему тока и от среды, в которой он находится.

Составила к.т.н. Савельева Ф.Н.


Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля-Ленца

Электрический ток нагревает проводник. Это явление нам хорошо известно. Объясняется оно тем, что свободные электроны в металлах или ионы в растворах электролитов, перемещаясь под действием электрического поля, взаимодействуют с молекулами или атомами вещества проводника и передают им свою энергию.

Опыты показывают, что в неподвижных металлических проводниках вся работа тока идет на нагревание проводников, т. е. на увеличение их внутренней энергии. Мерой же изменения внутренней энергии тела является количество теплоты. Значит, количество теплоты, выделяющееся в проводнике, равно работе тока.

Мы знаем, что работу тока рассчитывают по формуле:

А = UIt.

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

Q = UIt.

Пользуясь законом Ома, можно выразить количество теплоты, выделяющееся в участке цепи при работе тока, через силу тока, сопротивление участка цепи и время.

Зная, что U= IR, получим:

Q=IRIt

т. е.

Q=I2Rt

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

К этому же выводу, но на основании опытов впервые пришли независимо друг от друга английский ученый Джоуль и русский ученый Ленц. Поэтому сформулированный выше вывод называется законом Джоуля — Ленца.

Вопросы. 1. Как можно объяснить нагревание проводника электрическим током? 2. По какой формуле можно рассчитать количество теплоты, выделяемое в проводнике током? 3. Как, пользуясь законом Ома, можно выразить количество теплоты, выделяемое током в проводнике, через силу тока, сопротивление проводника и время? 4. Как формулируется закон Джоуля Ленца?

Упражнения. 1. Какое количество теплоты выделится за 30 мин в проволочной спирали сопротивлением 20 Ом при силе тока 5 A? 2. С какой целью провода в местах соединения не просто скручивают, а еще и спаивают? Ответ обоснуйте.  3.    Если нагревательный прибор (кипятильник) вынуть из воды, не выкормив предварительно его из сети, то он быстро перегорает. Почем? 4. В цепь источника тока включены последовательно три проволоки одинакового сечения и длины: медная, стальная и никелиновая. Какая из них больше нагреется? Ответ обоснуйте и по возможности проверьте в классе на опыте.

Урок физики 8 класс. Тема: «Закон Джоуля

Урок №_______ Дата________

Тема: Тепловое действие электрического тока. Закон Джоуля–Ленца.

Цели урока:

  • объяснить явление нагревания проводников электрическим током;

  • установить зависимость выделяющейся при этом тепловой энергии от параметров электрической цепи;

  • сформулировать закон Джоуля – Ленца;

  • формировать умение применять этот закон для решения качественных и количественных задач.

Тип урока: комбинированный.

Задачи урока.

Образовательные

    • опираясь на знания, полученные ранее, установить связь выделяющейся тепловой энергии на проводнике с силой тока и сопротивлением проводника;

    • опираясь на эксперимент, определить от каких величин зависит количество теплоты, выделяющейся на проводнике с током;

    • сформулировать закон Джоуля – Ленца;

    • формировать умение применять этот закон для решения задач.

Воспитательные:

    • содействовать формированию мировоззренческой идеи познаваемости явлений и свойств окружающего мира;

    • формировать умение работать в парах, уважительно относиться друг к другу, прислушиваться к мнению товарищей;

    • побуждать использовать полученные на уроках знания в повседневной жизни.

Развивающие:

    • показать учащимся различные пути и методы получения знаний об окружающем нас мире;

    • формировать умение обобщать и анализировать опытный материал,  самостоятельно делать выводы.

Оборудование: компьютер, презентация к уроку, источник тока, амперметр, вольтметр, низковольтная лампа на подставке, ключ, соединительные провода.

Ход урока:

  1. Организационный момент.

Приветствие учителя.

II. Активизация знаний.

Вспомним некоторые вопросы, которые потребуются, чтобы изучить новую тему:

1.Что называют электрическим током? (Упорядоченное движение заряженных частиц)

2. Какие действия тока вам известны? (Тепловое, электрическое, магнитное, химическое)

3. Какие три величины связывают закон Ома? (I, U, R; сила тока, напряжение, сопротивление.).

4. Как формулируется закон Ома? (Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению.)

Слайд 1

5. Какова зависимость силы тока от напряжения? ( Прямая зависимость. Во сколько раз увеличивается напряжение в цепи, во столько же раз увеличивается и сила тока)

6. Что представляет собой график этой зависимости? (прямая)

7. Какова зависимость силы тока от сопротивления? ( Обратная зависимость. Во сколько раз увеличивается сопротивление в цепи, во столько же раз уменьшается сила тока )

8. Что представляет собой график этой зависимости? (гипербола)

9. От каких величин зависит сопротивление? (длины проводника, площади поперечного сечения, рода вещества) Рассмотреть как зависит сопротивление от длины проводника, площади поперечного сечения

III. Новый материал.

ТБ

  1. Собрать цепь по схеме. (Источник тока, ключ, амперметр, реостат, лампочка).

Почему лампочка горит?

Почему это происходит?

(Основная часть лампы — спираль из тонкой вольфрамовой проволоки, она нагревается до 3000 0С, при такой температуре достигает белого накала и светится ярким светом)

Разомкнув ключ потрогать лампочку.

  • Что произошло с лампочкой? (Нагрелась)

  • Какое действие электрического тока вы наблюдаете? (Тепловое)

Попытаемся сформулировать тему урока….

Слайд 2 Итак, мы имеем дело с тепловым действием тока, следовательно,  тема сегодняшнего урока «Тепловое действие электрического тока» (Записать тему урока в тетрадь)

Каких целей мы должны достигнуть?

УЗ

  1. Причина нагревания проводника.

  2. От каких величин зависит нагревание проводника.

  3. Какому закону подчиняется.

  4. Практическое применение.

  1. Слайд 3. Какова причина нагревания проводника электрическим током?

  2. (Движущиеся электроны взаимодействуют с ионами кристаллической решетки и передают им свою кинетическую энергию, следовательно увеличивается внутренняя энергия проводника, и следовательно его температура. А это и значит что, проводник нагревается)

Электрическая энергия превращается во внутреннюю по закону сохранения.

В неподвижных металлических проводниках вся работа электрического тока идёт на увеличение внутренней энергии.

  • Замкнуть цепь и изменить сопротивление, что наблюдаем?

  • Что произошло с силой тока?

  • Как накал лампы зависит от силы тока? (чем больше сила тока, тем ярче горит лампочка, а значит больше тепла она выделяет)

Но не только сила тока отвечает за то, что выделяется большое количество теплоты, посмотрим эксперимент. ДЕМОНСТРАЦИЯ

Сайт (Были взяты 3 проводника одинаковой длины и площади поперечного сечения, но из разного вещества. Все проводники соединены между собой последовательно. Следовательно, сила тока на всех участках цепи одинаковая. Но при включении в цепь все 3 проводника выделили разное количество теплоты.

ВЫВОД: количество теплоты зависит не только от силы тока, но и от того, из какого вещества изготовлен проводник. Точнее — от электрического сопротивления проводника (R)

ВЫВОД: Количество теплоты, которое выделяется при протекании электрического тока по проводнику, зависит от силы тока в этом проводнике и от его электрического сопротивления.

Слайд 4.

  1. Закон, определяющий тепловое действие тока – ЗАКОН ДЖОУЛЯ-ЛЕНЦА

Автобиографическая справка

Рассказать о английском физике Джеймсе Прескотте Джоулье (1818-1889 гг.)

и русском физике Ленц Эмилий Христианович (1804 – 1865)

Слайд 5

Записать закон Джоуля-Ленца

Q=I2Rt

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

Q – количество теплоты — [Дж]

I – сила тока – [A]

R – сопротивление – [Ом]

t – время – [c]

Используя закон Ома можно получить различные виды этого закона:

Q=I2Rt

Формулу, которую мы получили, в точности соответствует формуле, которую мы изучили ранее. Это формула работы электрического тока

ВЫВОД: Количество теплоты электрического тока равно работе электрического тока. Q=A

  1. Практическое применение

Ребята, скажите, а где используют явление нагревание проводника эл. током, в жизни. В каких бытовых приборах? (утюг, фен, эл. чайник, плойка для завивки волос, кипятильник, паяльник).

Самым важным применением теплового действия тока является электрическое освещение.

Короткое замыкание.

IV. Первичное закрепление.

№ 1450

№1453

№ 1456

  1. Итог работы

  1. Домашнее задание: § 53, 55, 56 вопр., выуч. опред., № 1413,1418

Вариант 1

  1. Чему равно количество теплоты, выделяемое неподвижным проводником, по которому протекает электрический ток?

  1. Внутренней энергии проводника

  2. Работе электрического тока

  3. Мощности электрического тока

с. Среди ответов нет верного

2. Какова формула закона Джоуля-Ленца?

  1. P=UI

  2. Q=cm(t2-t1)

  3. U=IR

Q=I2Rt

Отрезки одного и того же медного провода разной длины (1,5 м, 6 м, 3 м и 10 м) подключены к источнику тока последовательно. Какой из них выделяет наибольшее количество тепла? Какой наименьшее?

  1. Длиной 10 м; 3 м

  2. Длиной 10 м; 1,5 м

  3. Длиной 6 м; 3 м

Длиной 6 м; 1,5 м

Вариант 2

В цепь включены последовательно три проволоки одинакового сечения и длины: 1) медная, 2) железная, 3) никелиновая. Какая из них нагреется меньше других?

А. 1. Б. 2. В. 3. Г. Все проволоки нагреются одинаково.

№ 1832 (Лукашик)

Определите кол-во теплоты, выделяемое эл-м чайником за 15 мин, если он при включении в сеть с напряжением 220 В потребляет ток 2 А?

t = 15 мин = 900 с Q = I2Rt; R = U/I

U = 220 В Q = I2Ut/I = IUt

I = 2 А Q = 2 А ∙ 220 В ∙ 900 с = 396000 Дж = 396 кДж

Q — ?

6. № 1833 (Лукашик)

Сколько энергии выделит за 10 мин спираль сопротивлением 15 Ом питаемая током 2 А?

t = 10 мин = 600 с Q = I2Rt;

R = 15 Ом Q = (2 А)2 ∙ 15 Ом ∙ 600 с = 3600 Дж

I = 2 А 36000 Дж ∙ 0,24 ≈ 9000 кал ≈ 9 ккал

Q — ?

В конце урока собрать тетради.

Литература:

1. «Физика 6 -7 кл.» А. В. Перышкин. М. «Просвещение — 80»

2. А. В. Перышкин «Курс физики. Часть 3». «Просвещение» М – 70 г.

3. «Преподавание физики в 6 – 7 кл. средней школы». «Просвещение» М – 79 г.

4. В.И.Лукашик «Сборник вопросов и задач по физике». «Просвещение» М – 70 г.

Задание  для 3 ряда: (исследователи)

Карточки с заданием:эл. цепь, состоящая из нескольких последовательно соединенных проводников различным сопротивлением (медная, стальная, никелиновая).

 По формуле Q=I2Rt, если R= pL/S, сделать вывод как нагреваются проводники, если длина проводника Lи площадь поперечного сеченияSодинаковы. Вывод: чем больше удельное сопротивление проводника, тем сильнее он нагревается.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Как определить степень нагревания  в зависимости от p?

 

 

__________________________________________________________________

 

На доске вывешиваются на листах А3 и с помощью магнитов  выводы каждых групп и показ слайдов Слайды 6,7 и 8.

 

 

Выводы:

  1. Q=I2Rt

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

  3. Нагревание проводников зависит от их сопротивления. Чем больше сопротивление проводников, тем больше он нагревается.

 

К этому же выводу пришли, независимо друг от друга, анг. учен. Джеймс Джоуль и русский ученый Эмиль Христианович  Ленц. Поэтому закон называется Закон Джоуля – Ленца.  

 Оформить доску.

Устали? Давайте проведем физминутку.

 

Ребята встаньте возле своих парт, давайте потрем ладошки. Что мы чувствуем? Почему они нагреваются?

(Ребята рассуждают)

 

 

2) Закрепление изученного материала:(ребята работают по карточке, решение задачи)  используя закон – Джоуля – Ленца:

 

Определите количество теплоты выделяемое проводником, сопротивление которого 20 Ом, в течении 3 мин. Сила тока в проводнике 5А.

Формулой Q = I2Rt удобно

пользоваться при расчете количества теплоты, которое выделяется в проводниках при последовательном соединении, так как в этом случае ток во всех проводниках один и тот же (I = I1 = I2). Поэтому при последовательном соединении нескольких проводников в каждом из них выделяется количество теплоты, пропорциональное сопротивлению. Т.е. чем больше R, тем больше Q и наоборот. Если соединить три проволоки одинаковых размеров медную, никелиновую и железную – последовательно, то наибольшее кол-во теплоты будет выд-ся в никелиновой, так как удельное сопротивление ее наибольшее, она сильнее и нагревается. Теперь рассмотрим параллельное соединение.

На основании закона Ома I = U/R, подставляя значение тока в закон Джоуля-Ленца Q = I2Rt, получим новое выражение для закона Джоуля-Ленца.

(*) Q = U2t/R, т. е.

Q = U2/R ∙ Rt = tU2/R

При параллельном соединении проводников ток в них различен, но напряжение на концах цепи одно и то же. И поэтому расчет кол-ва теплоты при таком соединении удобнее вести по формуле (*). Эта формула показывает, что при параллельном соединении в каждом проводнике выделяется кол-во теплоты, обратно пропорциональное сопротивлению, то есть чем больше R, тем меньше Q.

. Спираль эл-ой плитки укоротили. Изменится ли от этого и как накал плитки, если ее включить в сеть эл. тока? (накал будет больше)

2. Полюсы элемента соединены последовательно с двумя проволоками – медной и железной – одинаковой длины и одинакового сечения. Какая из проволок при замыкании цепи больше нагреется? (железная, т.к. ρж = 0,1 Ом∙мм2/м, а ρм = 0,017 Ом∙мм2/м, а 0,1 > 0,017, а при послед-ом соединении – чем больше R, тем больше Q)

3. В каком из трех сопротивлений при протекании тока выделяется большее кол-во теплоты?

Соединение параллельное. R1,2 = 30 Ом, а R3 = 60 Ом, значит в

в первом сопротивлении R1 выделяется большего всего кол-во

теплоты, так как чем больше R, тем меньше Q, а 10 < 20 и

10 < 60.

4. Как формулируется закон Джоуля-Ленца? (Q = I2Rt)

  1. Закрепление

(Слайд 10)

1) В чем проявляется тепловое действие тока?

(В нагревании проводника)

2) Как можно объяснить нагревание проводника с током?

(Движущиеся электроны взаимодействуют с ионами кристаллической решетки и передают им свою энергию)

3) Какие превращения энергии происходят при протекании тока через проводник?

(Электрическая энергия превращается во внутреннюю)

4) Как по закону Джоуля – Ленца рассчитать количество теплоты, выделяемое в проводнике?

(Q=I²Rt)

(Слайд 11)

  1. Решение задач

(Слайд 12)

Определить количество теплоты, выделяемое проводником, сопротивление которого 35 Ом, в течении 5 минут. Сила тока в проводнике 5 А.

  1. Итог работы

  2. Домашнее задание

§53 вопр., выуч.опред., упр. 27(1),

Свободные электроны в металлах и ионы в электролитах, двигаясь под действием эл-го поля, взаимодействуют с молекулами и атомами вещ-ва проводника и передают им часть энергии, которую они приобрели в результате действия на них электрического поля. Так как средняя кинетическая энергия увеличивается, то увеличивается и внутренняя энергия проводника, от этого и происходит нагревание.

Мерой изменения внутренней энергии тела является количество выделяющейся теплоты. Значит, количество теплоты, выделяющейся в проводнике, равно работе тока. Мы знаем, что работу эл. тока рассчитывают по формуле: A = IUt, где……… Обозначим кол-во теплоты буквой Q. Следовательно Q = A или Q = UIt. Q в этой формуле выражается как и работа в Дж. Пользуясь законом Ома, можно выразить Q, выделяющееся на участке цепи при работе тока, через силу тока, сопротивление участка цепи и время. Для этого заменим в формуле Q = UIt напряжение U через силу тока I и сопротивление участка цепи R:

U = RI; Q = IRIt => Q = I2Rt

Количество теплоты, выделяющееся в проводнике, прямо пропорционально квадрату тока, проходящего по проводнику, сопротивлению проводника и времени в течении которого поддерживается постоянный ток в проводнике. Этот закон носит название закон Джоуля-Ленца, его еще можно выразить формулой: Q = kI2Rt, где k – тепловой эквивалент работы. Численное значение этой величины зависит от выбора единиц, в которых производится измерение остальных величин, входящих в формулу.

Если количество теплоты Q измеряется в калориях, ток в амперах, сопротивление в Омах, время в секундах, то k = 0,24. Это значит, что ток в 1 А выделяет в проводнике, имеющем сопротивление 10 м, за 1 секунду количество теплоты, равное 0,24 кал. Таким образом, количество теплоты в калориях, рассчитывается по формуле: Q = 0,24I2Rt. В системе единиц СИ количество теплоты как и работа измеряется в Джоулях. Поэтому коэффициент пропорциональности k = 1. В этой системе (которой мы будем пользоваться и дальше) формула закона Джоуля-Ленца имеет вид: Q = I2Rt.

На основании закона Джоуля-Ленца можно установить, что 1 кал = 4,2 Дж или 1 Дж = 0,24 кал. Для этого нужно количество теплоты, полученное водой при нагревании ее в калориметре эл-м током, измерить в калориях, а затраченную при этом энергию тока – в джоулях, и найденные результаты сравнить.

схему повесить на доске.

На этом рисунке показана схема установки, с

помощью которой можно на опыте проверить

закон Джоуля-Ленца. По проволочной спиральке

С, погруженной в жидкость, налитую в калори –

метр, пропускается некоторое время ток. Затем

подсчитывается количество теплоты, выделив –

шейся в калориметре. Сопротивление спиральки

известно заранее, ток измеряется амперметром,

время – секундомером. Меняя ток в цепи и беря

различные спиральки, можно проверить закон Джоуля-Ленца. Формулой Q = I2Rt удобно

пользоваться при расчете количества теплоты, которое выделяется в проводниках при последовательном соединении, так как в этом случае ток во всех проводниках один и тот же (I = I1 = I2). Поэтому при последовательном соединении нескольких проводников в каждом из них выделяется количество теплоты, пропорциональное сопротивлению. Т.е. чем больше R, тем больше Q и наоборот. Если соединить три проволоки одинаковых размеров медную, никелиновую и железную – последовательно, то наибольшее кол-во теплоты будет выд-ся в никелиновой, так как удельное сопротивление ее наибольшее, она сильнее и нагревается. Теперь рассмотрим параллельное соединение.

На основании закона Ома I = U/R, подставляя значение тока в закон Джоуля-Ленца Q = I2Rt, получим новое выражение для закона Джоуля-Ленца.

(*) Q = U2t/R, т. е.

Q = U2/R ∙ Rt = tU2/R

При параллельном соединении проводников ток в них различен, но напряжение на концах цепи одно и то же. И поэтому расчет кол-ва теплоты при таком соединении удобнее вести по формуле (*). Эта формула показывает, что при параллельном соединении в каждом проводнике выделяется кол-во теплоты, обратно пропорциональное сопротивлению, то есть чем больше R, тем меньше Q.

Если соединить три одинаковой толщины проволоки – медную, железную и никелиновую – параллельно между собой и пропустить через них ток, то наибольшее кол-во теплоты выд-ся в медной проволоке, она и нагреется сильнее остальных.

4. Д/з § 53 вопросы после §-а.

5. Вопросы:

1. Спираль эл-ой плитки укоротили. Изменится ли от этого и как накал плитки, если ее включить в сеть эл. тока? (накал будет больше)

2. Полюсы элемента соединены последовательно с двумя проволоками – медной и железной – одинаковой длины и одинакового сечения. Какая из проволок при замыкании цепи больше нагреется? (железная, т. к. ρж = 0,1 Ом∙мм2/м, а ρм = 0,017 Ом∙мм2/м, а 0,1 > 0,017, а при послед-ом соединении – чем больше R, тем больше Q)

3. В каком из трех сопротивлений при протекании тока выделяется большее кол-во теплоты?

Соединение параллельное. R1,2 = 30 Ом, а R3 = 60 Ом, значит в

в первом сопротивлении R1 выделяется большего всего кол-во

теплоты, так как чем больше R, тем меньше Q, а 10 < 20 и

10 < 60.

4. Как формулируется закон Джоуля-Ленца? (Q = I2Rt)

5.

Электрическая энергия равна работе тока: A=IUT. Проводник неподвижен (механическая энергия не совершается), поэтому вся работа тока идет на увеличение внутренней энергии проводника.

Итак, при протекании тока в неподвижном проводнике выполняется закон сохранения и превращения энергии, и вся работа тока идет на увеличение внутренней энергии проводника. Проводник нагревается из-за взаимодействия свободных электронов с ионами вещества проводника.

2. Закон Джоуля – Ленца.

Нагретый проводник отдает тепло окружающим телам. Количество теплоты, выделяемое в проводнике с током, равно изменению его внутренней энергии, а изменение внутренней энергии равно работе тока.

Можем записать Q = A

Q – количество теплоты, выделяемое в проводнике с током, измеряется в Джоулях.

Q=UIt

Из закона Ома U=IR Q=IRIt

Q=I²Rt

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

К этому выводу, но на основании опытов, впервые независимо друг от друга пришли английский ученый Джеймс Джоуль и русский ученый-электротехник Эмилий Христианович Ленц. Поэтому данный вывод носит название закона Джоуля – Ленца.

На основании законов Ома и Джоуля – Ленца получим формулу

Q=U²t/R

Итак, в неподвижном проводнике количество теплоты, выделившееся в проводнике, равно расходу электрической энергии.

IV. Закрепление.

1) В чем проявляется тепловое действие тока?

(В нагревании проводника)

2) Как можно объяснить нагревание проводника с током?

(Движущиеся электроны взаимодействуют с ионами кристаллической решетки и передают им свою энергию)

3) Какие превращения энергии происходят при протекании тока через проводник?

(Электрическая энергия превращается во внутреннюю)

4) Как по закону Джоуля – Ленца рассчитать количество теплоты, выделяемое в проводнике?

(Q=I²Rt)

V. Решение задач.

Задача № 1

Известно, что безопасным для человека является постоянный ток 100 мкА. Какое количество теплоты выделится за 1 мин в теле человека при прохождении тока от конца одной руки до конца другой руки (при сухой коже), если сопротивление этого участка равно 15000 Ом?

Дано: СИ: Решение:

I = 100 мкА 0,0001 А Q=I²Rt

t = 1 мин 60 с Q=(0,0001 А)² 15000 Ом 60 с=0,0009 Дж

R = 15000 Ом

Q- ? Ответ: Q =0,0009 Дж

Протекание через тело человека тока большой силы вызывает нагрев и ожог участков тела, разложение крови, непроизвольное сокращение мышц, смерть.

Задача № 2 Ученик к доске

Чему будет равен расход электроэнергии за 10 мин в проволочной спирали сопротивлением 2,5 кОм, если сила тока в ней 2 А?

Дано: СИ: Решение:

I = 2 А W=Q=I²Rt

t = 10 мин 600 с W=(2А)² 2500 Ом 600 с=6000000Дж

R = 2,5 кОм 2500 А

W — ? Ответ: W=6 МДж

VI. Обучающая проверочная работа по уровневым карточкам.

Учащиеся самостоятельно выбирают уровень.

Начальный уровень +

Средний уровень «3»

Достаточный уровень «4»

Высокий уровень «5»

I вариант

Начальный уровень

1. В чем проявляется тепловое действие тока?

2* Какое количество теплоты выделиться в электрической лампе в течение t=10 с, если лампа сопротивлением R=3 Ом потребляет ток силой I=1 А ?

Средний уровень

3. Определите количество теплоты, выделяемое в проводнике сопротивлением 50 Ом при силе тока в нем 0,5 А, за время 20 с?

4*.В течение 1 мин в проводнике выделяется количество теплоты 500 Дж при силе тока 2 А. Чему равно сопротивление проводника?

Достаточный уровень

5. Два резистора сопротивлением 6 Ом и 4 Ом включены в цепь последовательно. Сколько электроэнергии будет израсходовано в этой цепи за 2 мин, если сила тока в ней 2 А.

*6. Сколько энергии израсходует электрическая лампа мощностью 50 Вт за месяц (30 дней), если она горит 8 ч в сутки?

Высокий уровень

7. Определите количество теплоты, выделяемое в константановом проводнике длиной 1 м и площадью поперечного сечения 0,2 мм², за 0,5 ч при силе тока 0,2 А.

Сколько времени будут нагреваться 1,5 л воды от 20 до 100 ºC в электрическом чайнике мощностью 600 Вт, если КПД его 80%.

II вариант

Начальный уровень

1. Как можно объяснить нагревание проводника электрическим током?

2* Какое количество теплоты выделяет за время t=5 с проводник с сопротивлением R=25 Ом, если сила тока I=2 А?

Средний уровень

3. Определите количество теплоты, выделяемое в проводнике сопротивлением 25 Ом с током при силе тока в нем 0,2 А, за время 40 с?

4*. За 1 ч в проводнике выделяется 7200 Дж теплоты. Сопротивление проводника равно 4 Ом. Определите силу тока в проводнике.

Достаточный уровень

5. Участок цепи состоит из двух резисторов сопротивлением 8 Ом каждый, соединенных параллельно. Сила тока в цепи 0,3 А.Какое количество теплоты выделится в участке за 1 мин?

* 6. Сколько электроэнергии потребляет электрический утюг за 4 ч работы, если он включен в сеть напряжением 220 В при силе тока 4,55 А?

Высокий уровень

7. Определите количество теплоты, выделяемое в никелиновом проводнике длиной 2 м и площадью поперечного сечения 0,5 мм², за 1,5 ч при силе тока 0,25 А.

8*. Башенный кран равномерно поднимает груз массой 0,6 т со скоростью 20 м/мин. Мощность, развиваемая двигателем, равна 7,22 кВт. Определите КПД крана.

VII. Итак, подведем итоги.

Мы знаем, что тепловое действие тока объясняется взаимодействием свободных частиц, с ионами или атомами вещества.

В неподвижном проводнике работа тока равна количеству теплоты, выделяемому в проводнике с током.

Мы вывели закон Ома, который позволяет рассчитать количество теплоты и научились применять закон Ома при решении задач.

VIII. Домашнее задание.

§ 53 прочитать, ответить на вопросы, выучить формулы и закон Джоуля – Ленца.

Упражнение 27 (№ 1, № 2 — устно), № 3 – по желанию устно.

Оценки за урок будут выставлены на следующем уроке, причем только положительные и удовлетворительные.

100 ballov.kz образовательный портал для подготовки к ЕНТ и КТА

В 2021 году казахстанские школьники будут сдавать по-новому Единое национальное тестирование. Помимо того, что главный школьный экзамен будет проходить электронно, выпускникам предоставят возможность испытать свою удачу дважды. Корреспондент zakon.kz побеседовал с вице-министром образования и науки Мирасом Дауленовым и узнал, к чему готовиться будущим абитуриентам.

— О переводе ЕНТ на электронный формат говорилось не раз. И вот, с 2021 года тестирование начнут проводить по-новому. Мирас Мухтарович, расскажите, как это будет?

— По содержанию все остается по-прежнему, но меняется формат. Если раньше школьник садился за парту и ему выдавали бумажный вариант книжки и лист ответа, то теперь тест будут сдавать за компьютером в электронном формате. У каждого выпускника будет свое место, огороженное оргстеклом.

Зарегистрироваться можно будет электронно на сайте Национального центра тестирования. Но, удобство в том, что школьник сам сможет выбрать дату, время и место сдачи тестирования.

Кроме того, в этом году ЕНТ для претендующих на грант будет длиться три месяца, и в течение 100 дней сдать его можно будет два раза.

— Расскажите поподробнее?

— В марте пройдет тестирование для желающих поступить на платной основе, а для претендующих на грант мы ввели новые правила. Школьник, чтобы поступить на грант, по желанию может сдать ЕНТ два раза в апреле, мае или в июне, а наилучший результат отправить на конкурс. Но есть ограничение — два раза в один день сдавать тест нельзя. К примеру, если ты сдал ЕНТ в апреле, то потом повторно можно пересдать его через несколько дней или в мае, июне. Мы рекомендуем все-таки брать небольшой перерыв, чтобы еще лучше подготовиться. Но в любом случае это выбор школьника.

— Система оценивания останется прежней?

— Количество предметов остается прежним — три обязательных предмета и два на выбор. Если в бумажном формате закрашенный вариант ответа уже нельзя было исправить, то в электронном формате школьник сможет вернуться к вопросу и поменять ответ, но до того, как завершил тест.

Самое главное — результаты теста можно будет получить сразу же после нажатия кнопки «завершить тестирование». Раньше уходило очень много времени на проверку ответов, дети и родители переживали, ждали вечера, чтобы узнать результат. Сейчас мы все автоматизировали и набранное количество баллов будет выведено на экран сразу же после завершения тестирования.
Максимальное количество баллов остается прежним — 140.

— А апелляция?

— Если сдающий не будет согласен с какими-то вопросами, посчитает их некорректными, то он сразу же на месте сможет подать заявку на апелляцию. Не нужно будет ждать следующего дня, идти в центр тестирования, вуз или школу, все это будет электронно.

— С учетом того, что школьникам не придется вручную закрашивать листы ответов, будет ли изменено время сдачи тестирования?

— Мы решили оставить прежнее время — 240 минут. Но теперь, как вы отметили, школьникам не нужно будет тратить час на то, чтобы правильно закрасить лист ответов, они спокойно смогут использовать это время на решение задач.

— Не секрет, что в некоторых селах и отдаленных населенных пунктах не хватает компьютеров. Как сельские школьники будут сдавать ЕНТ по новому формату?

— Задача в том, чтобы правильно выбрать время и дату тестирования. Центры тестирования есть во всех регионах, в Нур-Султане, Алматы и Шымкенте их несколько. Школьники, проживающие в отдаленных населенных пунктах, как и раньше смогут приехать в город, где есть эти центры, и сдать тестирование.

— На сколько процентов будет обновлена база вопросов?

— База вопросов ежегодно обновляется как минимум на 30%. В этом году мы добавили контекстные задания, то что школьники всегда просили. Мы уделили большое внимание истории Казахстана и всемирной истории — исключили практически все даты. Для нас главное не зазубривание дат, а понимание значения исторических событий. Но по каждому предмету будут контекстные вопросы.

— По вашему мнению система справится с возможными хакерскими атаками, взломами?

— Информационная безопасность — это первостепенный и приоритетный вопрос. Центральный аппарат всей системы находится в Нур-Султане. Связь с региональными центрами сдачи ЕНТ проводится по закрытому VPN-каналу. Коды правильных ответов только в Национальном центре тестирования.

Кроме того, дополнительно через ГТС КНБ (Государственная техническая служба) все тесты проходят проверку на предмет возможного вмешательства. Здесь все не просто, это специальные защищенные каналы связи.

— А что с санитарными требованиями? Нужно ли будет школьникам сдавать ПЦР-тест перед ЕНТ?

— ПЦР-тест сдавать не нужно будет. Требование по маскам будет. При необходимости Центр национального тестирования будет выдавать маски школьникам во время сдачи ЕНТ. И, конечно же, будем измерять температуру. Социальная дистанция будет соблюдаться в каждой аудитории.

— Сколько человек будет сидеть в одной аудитории?

— Участники ЕНТ не за семь дней будут сдавать тестирование, как это было раньше, а в течение трех месяцев. Поэтому по заполняемости аудитории вопросов не будет.

— Будут ли ужесточены требования по дисциплине, запрещенным предметам?

— Мы уделяем большое внимание академической честности. На входе в центры тестирования, как и в предыдущие годы, будут стоять металлоискатели. Перечень запрещенных предметов остается прежним — телефоны, шпаргалки и прочее. Но, помимо фронтальной камеры, которая будет транслировать происходящее в аудитории, над каждым столом будет установлена еще одна камера. Она же будет использоваться в качестве идентификации школьника — как Face ID. Сел, зарегистрировался и приступил к заданиям. Мы применеям систему прокторинга.

Понятно, что каждое движение абитуриента нам будет видно. Если во время сдачи ЕНТ обнаружим, что сдающий использовал телефон или шпаргалку, то тестирование автоматически будет прекращено, система отключится.

— А наблюдатели будут присутствовать во время сдачи тестирования?

— Когда в бумажном формате проводили ЕНТ, мы привлекали очень много дежурных. В одной аудитории было по 3-4 человека. При электронной сдаче такого не будет, максимум один наблюдатель, потому что все будет видно по камерам.

— По вашим наблюдениям школьники стали меньше использовать запрещенные предметы, к примеру, пользоваться телефонами?

— Практика показывает, что школьники стали ответственнее относиться к ЕНТ. Если в 2019 году на 120 тыс. школьников мы изъяли 120 тыс. запрещенных предметов, по сути у каждого сдающего был телефон. То в прошлом году мы на 120 тыс. школьников обнаружили всего 2,5 тыс. телефонов, и у всех были аннулированы результаты.

Напомню, что в 2020 году мы также начали использовать систему искусственного интеллекта. Это анализ видеозаписей, который проводится после тестирования. Так, в прошлом году 100 абитуриентов лишились грантов за то, что во время сдачи ЕНТ использовали запрещенные предметы.

— Сколько средств выделено на проведение ЕНТ в этом году?

Если раньше на ЕНТ требовалось 1,5 млрд тенге из-за распечатки книжек и листов ответов, то сейчас расходы значительно сокращены за счет перехода на электронный формат. Они будут, но несущественные.

— Все-таки почему именно в 2021 году было принято решение проводить ЕНТ в электронном формате. Это как-то связано с пандемией?

— Это не связано с пандемией. Просто нужно переходить на качественно новый уровень. Мы апробировали данный формат на педагогах школ, вы знаете, что они сдают квалификационный тест, на магистрантах, так почему бы не использовать этот же формат при сдаче ЕНТ. Тем более, что это удобно, и для школьников теперь будет много плюсов.

«Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля — Ленца. Лампа накаливания» — Конспекты уроков — МАТЕРИАЛЫ К УРОКАМ — Каталог статей

8 класс

                             Тема урока:«Нагревание проводников  электрическим током.                                        Закон Джоуля — Ленца. Лампа накаливания». 

Цель урока: Учащиеся должны обобщить знания по вопросу выделения тепла при прохождении тока по проводнику на уровне понимания; оценить свои умения применять знания о законе Джоуля — Ленца; познакомиться с конструкцией лампы накаливания. Учащимся необходимо научиться применять закон Джоуля — Ленца к объяснению и анализу явлений окружающего мира; применять знания и умения, полученные на уроке к решению физических задач; усвоить характерные особенности закона Джоуля – Ленца.

Задачи урока:

Образовательная: Выявить уровень усвоения формулы закона Джоуля — Ленца и его понимания. Дать знания о величинах, характеризующих количество теплоты, выделяемой проводником при прохождении по нему электрического тока.

Воспитательная: Показать значение работ А. Н. Лодыгина в области конструирования ламп накаливания. Подчеркнуть взаимосвязь строения вещества с количеством выделившейся теплоты при прохождении тока по проводнику как проявления одного из признаков метода диалектического познания явлений.

Развивающая: Продолжить работу по развитию внимания и умения логически и творчески мыслить. Продолжить формировать умение решать задачи.

Оборудование: Источника тока, амперметр, проводники с разным сопротивлением, ключ, вольтметр. Интерактивная доска, проектор.

Ход урока:

1.Актуализация знаний

Первые 10-15 минут урока целесообразно посвятить проверке усвоения материала по теме «Работа и мощность электрического тока». С этой целью можно провести  письменную проверочную работу по индивидуальным карточкам. Для карточек можно предложить следующие варианты разноуровневые заданий:

Уровень 1

1. Напряжение на концах электрической цепи 1 В. Какую работу совершит в ней электрический ток в течение 1 с при силе тока 1 А?

2. Одна электрическая лампа включена в сеть напряжением 127 В, а другая — в сеть напряжением 220 В. В какой лампе при прохождении 1 Кл совершается большая работа?

Уровень 2

1. По проводнику, к концам которого приложено напряжение 5 В, прошло 100 Кл электричества. Определите работу тока.

2. Электрическая лампочка включена в цепь с напряжением 10 В. Током была совершена работа 150 Дж. Какое количество электричества прошло через нить накала лампочки?

Уровень 3

1. Какую работу совершит ток силой 3 А за 10 мин при напряжении в цепи 15 В?

2. К источнику тока напряжением 120 В поочередно присоединяли на одно и то же время проводники сопротивлением 20 Ом и 40 Ом. В каком случае работа электрического тока была меньше и во сколько раз?

Уровень 4

1. Башенный кран равномерно поднимает груз массой 0,5 т на высоту 30 м за 2 мин. Сила тока в электродвигателе равна 16,5 А при напряжении 220 В. Определите КПД электродвигателя крана.

2. Транспортер поднимает за время 1 мин груз массой 300 кг на высоту 8 м. КПД транспортера 60%. Определите силу тока через электродвигатель транспортера, если напряжение в сети 380 В.

2.Изложение нового материала.

При введении понятия работы электрического тока мы уже пользовались, тепловым действием тока (нагревание проводников). Собираем электрическую цепь, в которую последовательно включаем лампу накаливания и реостат. Для измерения силы тока и напряжения на лампе применяем амперметр и вольтметр, учащимся уже известно, что в проводнике при протекании тока происходит превращение электрической энергии во внутреннюю, и проводник нагревается.

— Почему при прохождении электрического тока проводник нагревается?

Они неоднократно наблюдали тепловое действие тока в бытовых приборах. На опыте с лампой накаливания учащиеся убедились, что накал лампы возрастал при увеличении тока. Но нагревание проводников зависит не только от силы тока, но и от сопротивления проводников.

3.Демонстрация:

Показывающий тепловое действие тока в цепочке, состоящей из двух последовательно соединенных проводников разного сопротивления. Ток во всех последовательно соединенных проводниках одинаков. Количество же выделяющейся теплоты в проводниках разное. Из опыта делается вывод:

Нагревание проводников зависит от их сопротивления. Чем больше сопротивление проводника, тем больше он нагревается.

— Из какого материала необходимо изготовлять спирали для лампочек накаливания?

— Какими свойствами должен обладать металл, из которого изготовляют спирали нагревательных элементов?

4. Закон Джоуля-Ленца. Учащиеся знают уже формулу для работы A = Ult. Кроме того, им известно, что в неподвижных проводниках вся работа тока идет лишь на нагревание проводников, т. е. на то, чтобы увеличь их внутреннюю энергию. Следовательно, количество теплоты

Из закона Ома для участка цепи U = IR. Если это учесть, то Q = I2Rt.

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

Необходимо заметить, что формулы Q — l2Rt, Q = Ult и Q=U2t/R, вообще говоря, не идентичны. Дело в том, что первая формула всегда определяет превращение электрической энергии во внутреннюю, т. е. количество теплоты. По другим формулам в общем случае определяют расход электрической энергии, идущей как на нагревание, так и на совершение механической работы, Для неподвижных проводников эти формулы совпадают.

 

Устройство лампы накаливания:

На рисунке изображена газонаполненная лампа накаливания. Концы спирали 1 приварены к двум проволокам, которые проходят сквозь стержень из стекла 2 и припаяны к металлическим частям цоколя 3 лампы: одна проволока — к винтовой нарезке, а другая — к изолированному от нарезки основанию цоколя 4. Для включения лампы в сеть ее ввинчивают в патрон. Внутренняя часть патрона содержит пружинящий контакт 5, касающийся основания цоколя лампы, и винтовую нарезку 6, удерживающую лампу. Пружинящий контакт и винтовая нарезка патрона имеют зажимы, к которым прикрепляют провода от сети.

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.

Основная часть всякого нагревательного электрического прибора — нагревательный элемент. Нагревательный элемент представляет собой проводник с большим удельным сопротивлением, способный, кроме того, выдерживать, не разрушаясь, нагревание до высокой температуры (до 1000—1200 °С). Чаще всего для изготовления нагревательного элемента применяют сплав никеля, железа, хрома и марганца, известный под названием «нихром». Удельное сопротивление нихрома р = 1,1Ом-мм2/м что примерно в 70 раз больше удельного сопротивления меди. Большое удельное сопротивление нихрома дает возможность изготовлять из него весьма удобные — малые по размерам — нагревательные элементы.

5.Систематизация знаний.

В конце урока можно коллективно обсудить решения нескольких задач:

— Две проволоки одинаковой длины и сечения — железная и                     медная — соединены параллельно. В какой из них выделится большее количество теплоты?

— Спираль электрической плитки укоротили. Как изменится количество выделяемой в ней теплоты, если плитку включить в то же напряжение?

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

— Определите количество теплоты, которое дает электроприбор         мощностью 2 кВт за 10 мин работы?

— В чем проявляется тепловое действие тока? При каких условиях оно наблюдается?

— Почему при прохождении тока проводник нагревается?

— Почему, когда по проводнику пропускают электрический ток, проводник удлиняется?

6.Домашнее задание: § 53, 54 вопросы к параграфам

Желающие учащиеся могут подготовить к следующему уроку доклады учащихся по темам:

«Первое электрическое освещение свечами Н. Яблочкова».

«Использование теплового действия тока в промышленности и сельском хозяйстве».

 

Кол во теплоты выделяемое током

Знаменитый русский физик Ленц и английский физик Джоуль, проводя опыты по изучению тепловых действий электрического тока, независимо друг от друга вывели закон Джоуля-Ленца. Данный закон отражает взаимосвязь количества теплоты, выделяемого в проводнике, и электрического тока, проходящего по этому проводнику в течение определенного периода времени.

Свойства электрического тока

Когда электрический ток проходит через металлический проводник, его электроны постоянно сталкиваются с различными посторонними частицами. Это могут быть обычные нейтральные молекулы или молекулы, потерявшие электроны. Электрон в процессе движения может отщепить от нейтральной молекулы еще один электрон. В результате, его кинетическая энергия теряется, а вместо молекулы происходит образование положительного иона. В других случаях электрон, наоборот, соединиться с положительным ионом и образовать нейтральную молекулу.

В процессе столкновений электронов и молекул происходит расход энергии, в дальнейшем превращающейся в тепло. Затраты определенного количества энергии связаны со всеми движениями, во время которых приходится преодолевать сопротивление. В это время происходит превращение работы, затраченной на преодоление сопротивления трения, в тепловую энергию.

Сопротивление в электрических проводниках обладает теми же качествами, как и у обычного сопротивления. Для того чтобы провести ток через проводник, источником тока затрачивается определенное количество энергии, превращающейся в тепло. Данное превращение как раз и отражает закон Джоуля – Ленца, известного также, как закон теплового действия тока.

Закон джоуля Ленца формула и определение

Согласно закону джоуля Ленца, электрический ток, проходящий по проводнику, сопровождается количеством теплоты, прямо пропорциональным квадрату тока и сопротивлению, а также времени течения этого тока по проводнику.

В виде формулы закон Джоуля-Ленца выражается следующим образом: Q = I 2 Rt, в которой Q отображает количество выделенной теплоты, I – силу тока, R – сопротивление проводника, t – период времени. Величина «к» представляет собой тепловой эквивалент работы и применяется в тех случаях, когда количество теплоты измеряется в калориях, сила тока – в амперах, сопротивление – в Омах, а время – в секундах. Численное значение величины к составляет 0,24, что соответствует току в 1 ампер, который при сопротивлении проводника в 1 Ом, выделяет в течение 1 секунды количество теплоты, равное 0,24 ккал. Поэтому для расчетов количества выделенной теплоты в калориях применяется формула Q = 0,24I 2 Rt.

При использовании системы единиц СИ измерение количества теплоты производится в джоулях, поэтому величина «к», применительно к закону Джоуля-Ленца, будет равна 1, а формула будет выглядеть: Q = I 2 Rt. В соответствии с законом Ома I = U/R. Если это значение силы тока подставить в основную формулу, она приобретет следующий вид: Q = (U 2 /R)t.

Основная формула Q = I 2 Rt очень удобна для использования при расчетах количества теплоты, которое выделяется в случае последовательного соединения. Сила тока во всех проводниках будет одинаковая. При последовательном соединении сразу нескольких проводников, каждый из них выделит столько теплоты, которое будет пропорционально сопротивлению проводника. Если последовательно соединить три одинаковые проволочки из меди, железа и никелина, то максимальное количество теплоты будет выделено последней. Это связано с наибольшим удельным сопротивлением никелина и более сильным нагревом этой проволочки.

При параллельном соединении этих же проводников, значение электрического тока в каждом из них будет различным, а напряжение на концах – одинаковым. В этом случае для расчетов больше подойдет формула Q = (U 2 /R)t. Количество теплоты, выделяемое проводником, будет обратно пропорционально его проводимости. Таким образом, закон Джоуля – Ленца широко используется для расчетов установок электрического освещения, различных отопительных и нагревательных приборов, а также других устройств, связанных с преобразованием электрической энергии в тепловую.

Закон Джоуля-Ленца. Работа и мощность электрического тока

В случае, когда проводник неподвижен и химических превращений в нем не происходит, то работа тока целиком расходуется на нагревание проводника. Количество теплоты, выделяющееся в проводнике за конечный промежуток времени при прохождении постоянного тока I, рассчитывается по формуле

. (2.7)

Формула (2.7) выражает закон Джоуля-Ленца для участка цепи постоянного тока: количество теплоты, выделяемое постоянным электрическим током на участке цепи, равно произведению квадрата силы тока на время его прохождения и электрическое сопротивление этого участка цепи.

Так как IR = U, то формулу (2.7) можно переписать в виде

. (2.8)

Если сила тока изменяется со временем, то количество теплоты, выделяющееся за время t, вычисляется по формуле

. (2.9)

Закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме (для данной точки проводника с током) имеет вид

, (2.10)

где ω − плотность тепловой мощности; σ − удельная электропроводность; Е− напряженность электрического поля в данной точке проводника; Е * − напряженность поля сторонних сил.

Примеры решения задач

Задача 1. За время τ = 20 с при равномерно возраставшей силе тока от нуля до Io в проводнике сопротивлением R = 5 Ом выделилось количество теплоты Q = 4 кДж. Найти Io.

Io – ?Решение: Так как ток равномерно возрастает, то зависимость силы тока от времени имеет вид . (1)
τ = 20 с R = 5 Ом Q = 4 кДж

По закону Джоуля-Ленца за время dt в проводнике выделится количество тепла

.

Полное количество тепла за время от до τ

.

; .

Задача 2. При включении электромотора в сеть с напряжением U = 220 В он потребляет ток I = 5 А. Определить мощность, потребляемую мотором, и его КПД, если сопротивление обмотки мотора R = 6 Ом.

Pп – ? η – ?Решение: Полная мощность, потребляемая мотором: , Р = 1100 Вт.
U = 220 В I = 5 А R = 6 Ом

Мощность, выделяющаяся в виде тепла:

.

Полезная мощность (механическая)

.

;

.

Задача 3. Источник тока с ЭДС замкнут на реостат. При силе тока I1 = 0,2 А и I2 = 2,4 А на реостате выделяется одинаковая мощность. Найти:

1) при какой силе тока на реостате выделяется максимальная мощность?

2) чему равна сила тока короткого замыкания?

I – ? Iкз – ?Решение: При силе тока I1 на реостате выделяется мощность , при силе тока I2 ,
I1 = 0,2 А
I2 = 2,4 А P1 = P2

где R1 и R2 – сопротивления реостата в каждом случае. По условию P1 = P2, поэтому

. (1)

По закону Ома для полной цепи

, (2)

. (3)

; ,

подставив их в (1), получаем:

.

Отсюда находим отношение :

;

.

Максимальная мощность выделяется при условии R = r, при этом ток

. (4)

Ток короткого замыкания

. (5)

; .

Задача 4. При изменении внешнего сопротивления с R1 = 6 Ом до R2= 21 Ом. КПД схемы увеличился вдвое. Чему равно внутреннее сопротивление источника тока r ?

r − ?Решение: При сопротивлении R1 КПД источника тока , а при сопротивлении R2
R1 = 6 Ом R2 = 21 Ом η2 = 2η1

.

Так как по условию задачи η2=2η1, то

.

Отсюда выражаем r:

;

.

Ответ: r = 14 Ом.

Задача 5. Две батареи с ЭДС ε1= 20 В и ε2= 30 В и внутренними сопротивлениями r1= 4 Ом и r2 = 60 Ом соединены параллельно и подключены к нагрузке R = 100 Ом. Найти: 1) мощность, которая выделяется в нагрузке; 2) параметры ε и r генератора, которым можно заменить батареи без изменения тока в нагрузке; 3) КПД этого генератора.

P – ? ε, r – ? η – ?Решение: Рис. 52
ε1 = 20 В ε2 = 30 В r1 = 4 Ом r2 = 60 Ом R = 100 Ом

Используя правила Кирхгофа, найдем токи I1, I2, I в узле A:

. (1)

Для контура a с обходом против часовой стрелки

. (2)

Для контура b с обходом против часовой стрелки

. (3)

Решим систему линейных уравнений (1) – (3) относительно I1, I2, I.

. (4)

. (5)

Умножая уравнение (2) на R, а уравнение (5) – на r1, и складывая их, получаем:

. (6)

Подставляя (6) в выражение (2), находим I1:

.

. (7)

Подставляя выражения (6) и (7) в (4), находим I:

. (8)

В нагрузке выделяется мощность:

;

.

Находим параметры генератора. Если данные в задаче батареи заменить на одну с ЭДС ε и внутренним сопротивлением r, то через сопротивление R потек бы ток

. (9)

Преобразуем выражение (8), поделив числитель и знаменатель дроби на (r1+r2), получим

. (10)

Для того чтобы эти выражения были одинаковыми, необходимо выполнение условий:

;

;

.

КПД этого генератора в данной схеме

;

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Для студентов недели бывают четные, нечетные и зачетные. 9493 – | 7459 – или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно

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

Содержание

Определения [ править | править код ]

В словесной формулировке звучит следующим образом [2] :

Мощность тепла, выделяемого в единице объёма среды при протекании постоянного электрического тока, равна произведению плотности электрического тока на величину напряженности электрического поля.

Математически может быть выражен в следующей форме:

w = j → ⋅ E → = σ E 2 , <displaystyle w=<vec >cdot <vec >=sigma E^<2>,>

где w <displaystyle w> — мощность выделения тепла в единице объёма, j → <displaystyle <vec >> — плотность электрического тока, E → <displaystyle <vec >> — напряжённость электрического поля, σ — проводимость среды, а точкой обозначено скалярное произведение.<2>> является константой, то тепло выделяемое на проводе обратно пропорционально квадрату напряжения на потребителе. Повышая напряжение мы снижаем тепловые потери в проводах. Это, однако, снижает электробезопасность линий электропередачи.

Выбор проводов для цепей [ править | править код ]

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

Электронагревательные приборы [ править | править код ]

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

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

Плавкие предохранители [ править | править код ]

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

Работа электрического тока. Электрическая энергия. Количество теплоты

А 1 При протекании электрического тока через обмотку электродвигателя работающего подъёмного крана происходит превращение энергии электрического тока А) во внутреннюю энергию обмоток электродвигателя Б) в потенциальную энергию поднятого груза
  1) только А 2) только Б
  3) и А, и Б 4) ни А, ни Б
А 2 Имеются три утверждения Если пренебречь потерями на трение, то работа тока при работе электродвигателя, равномерно поднимающего груз, приводит к увеличению А. потенциальной энергии груза Б. кинетической энергии груза В. внутренней энергии обмотки электродвигателя Какие из них верны?
  1) только А 2) А и Б
  3) Б и В 4) А и В
    

Сила тока и напряжение

А 3 Какая сила тока, проходящего по проводнику, если при напряжении на его концах 220 В в течение 3 мин совершается работа 7920 Дж?
  1) 0,2 А 2) 5 А 3) 13 А 4) 300 А
А 4 Чему равно напряжение на концах проводника, если при прохождении по нему электрического тока 4 А в течение 7,5 мин выделяется 216 кДж теплоты?
  1) 0,12 В 2) 7,2 В 3) 120 В 4) 7200 В
А 5 На рисунке представлен график за­висимости напряжения U на концах резистора от силы тока I, текущего через него. Количество теплоты, выделяемое в проводнике при напряжении 60 В за полминуты равно  
  1) 75 Дж 2) 150 Дж
  3) 3750 Дж 4) 5400 Дж
А 6 На рисунке представлен график за­висимости напряжения U на концах резистора от силы тока I, текущего через него. Количество теплоты, выделяемое в проводнике при силе тока 4 А за минуту равно    
  1) 0,2 кДж 2) 2,4 кДж
  3) 12 кДж 4) 14,4 кДж

Сила тока и сопротивление

А 7 При прохождении по проводнику электрического тока силой 4 А в течение 2 мин совершается работа 96 кДж. Чему равно сопротивление проводника?
  1) 0,02 Ом 2) 50 Ом
  3) 3 кОм 4) 15 кОм
А 8 При прохождении по проводнику электрического тока силой 5 А в течение 2 мин совершается работа 150 кДж. Чему равно сопротивление проводника?
  1) 0,02 Ом 2) 50 Ом
  3) 3 кОм 4) 15 кОм
А 9

В электронагревателе с неизменным сопротивлением спирали, через который течет постоянный ток, за время t выделяется количество теплоты Q. Если силу тока и время t увеличить вдвое, то количество теплоты, выделившейся в нагревателе, будет равно

 
А 10

В электронагревателе с неизменным сопротивлением спирали, через который течет постоянный ток, за время t выделяется количество теплоты Q. Если силу тока увеличить вдвое, а время t в 2 раза уменьшить, то количество теплоты, выделившейся в нагревателе, будет равно

 
А 11

В электронагревателе, через который течет постоянный ток, за время t выделяется количество теплоты Q. Если сопротивление нагревателя R и время t увеличить вдвое, не изменяя силу тока, то количество выделившейся теплоты будет равно

 
     
А 12 На рисунке представлен график за­висимости напряжения U на концах резистора от силы тока I, текущего через него. Количество теплоты, выделяемое в проводнике при силе тока 4 А за минуту равно    
  1) 0,2 кДж 2) 4,8 кДж
  3) 12 кДж 4) 19,2 кДж
В 1 Изучая закономерности соединения резисторов, ученик собрал электрическую цепь, изображенную на рисунке. Какое количество теплоты выделится во внешней части цепи при протекании тока в течение 10 мин? Амперметр считать идеальным.
В 2 По резистору течет постоянный ток. На рисунке приведен график зависимости количества теплоты, выделяемого в резисторе, от времени. Сопротивление резистора равно 5 Ом. Чему равна сила тока в резисторе?  

Напряжение и сопротивление

А 13 Чему равно время прохождения тока по проводнику, если при напряжении на его концах 120 В совершается работа 540 кДж? Сопротивление проводника 24 Ом?
  1) 0,64 с 2) 1,56 с 3) 188 с 4) 900 с

Последовательное и параллельное соединения

А 14 Две проволоки одинаковой длины из одного и того же материала включены последовательно в электрическую цепь. Сечение первой проволоки в 3 раза больше сечения второй. Количество теплоты, выделяемое в единицу времени в первой проволоке 
  1) в 3 раза больше, чем во второй 2) в 3 раза меньше, чем во второй 3) в 9 раз больше, чем во второй 4) в раз меньше, чем во второй 
  
А 15 Три резистора, имеющие сопротивления Ом, Ом и Ом, включены последовательно в цепь постоянного тока. Чему равно отношение работ электрического тока, совершенных при прохождении тока через эти резисторы за одинаковое время? 
  1) 1 : 4 : 6 2) 1 : 2 : 3 3) 3 : 2 : 1 4) 1 : 4 : 9 
А 16 Три резистора, имеющие сопротивления Ом, Ом и Ом, включены параллельно в цепь постоянного тока. Чему равно отношение работ электрического тока, совершенных при прохождении тока через эти резисторы за одинаковое время? 
  1) 2 : 3 : 6 2) 1 : 2 : 3 
  3) 3 : 2 : 1 4) 6 : 3 : 2 
А 17 Участок цепи, состоящий из двух одинаковых резисторов, соеди­ненных первый раз параллельно, а второй раз последовательно, подключается к источнику тока, обеспечивающему в обоих случаях одинаковое напряжение на его концах. Количество теплоты, выде­ляющееся на каждом из резисторов за одинаковый промежуток времени, во втором случае 1) в 4 раза меньше, чем в первом случае 2) в 16 раза меньше, чем в первом случае 3) в 4 раза больше, чем в первом случае 4) в 16 раз больше, чем в первом случае
         
В 3 Три лампы с маркировками Л1 (3 В, 3 Ом), Л2 (2В, 1А) и Л3 (3 В, 4,5 Вт) соединены по схеме на рисунке. Какое количество теплоты выделится на лампе Л3 за 1 мин? Считать, что сопротивле-ние ламп не зависит от температуры.
А 18

Какая лампа горит ярче других? Все лампы одинаковые.

С 1 К источнику постоянного тока с внутренним сопротивлением 2 Ом подключен резистор сопротивлением 4 Ом. Напряжение на полюсах источника равно 6 В. Какое количество теплоты выделяется во всей цепи в единицу времени? 
С 2 К однородному медному цилиндрическому проводнику длиной 10 м приложили разность потенциалов 1 В. Определите промежуток времени, в течение которого температура проводника повысится на 10 К. Изменением сопротивления проводника и рассеянием тепла при его нагревании пренебречь. Плотность меди 8900 кг/м3, удельное сопротивление меди 1,7×10–8 Ом×м, удельная теплоёмкость меди 380 Дж/(кг×К). 
С 3 К однородному медному цилиндрическому проводнику длиной 40 м приложили разность потенциалов 10 В. Каким будет изменение температуры проводника за 15 с? Изменением сопротивления проводника и рассеянием тепла при его нагревании пренебречь. Плотность меди 8900 кг/м3, удельное сопротивление меди 1,7×10–8 Ом×м, удельная теплоёмкость меди 380 Дж/(кг×К). 
С 4 К однородному медному цилиндрическому проводнику на 15 с приложили разность потенциалов 1 В. Какова длина проводника, если его температура повысится на 10 К? Изменением сопротивления проводника и рассеянием тепла при его нагревании пренебречь. Плотность меди 8900 кг/м3, удельное сопротивление меди 1,7×10–8 Ом×м, удельная теплоёмкость меди 380 Дж/(кг×К). 

Что такое Джоулевое нагревание? | SimWiki

Джоулевое нагревание — это физический эффект, при котором прохождение тока через электрический проводник производит тепловую энергию. Эта тепловая энергия затем проявляется в повышении температуры материала проводника, отсюда и термин «нагрев». Можно рассматривать джоулева нагревание как преобразование между «электрической энергией» и «тепловой энергией», следуя принципу сохранения энергии.

История и терминология

Эффект нагрева был впервые изучен и охарактеризован известным тогда ученым-любителем Джеймсом Прескоттом Джоулем примерно в 1840 году.Как менеджер пивоварни своей семьи, Джоуль решил исследовать, может ли недавно изобретенный электродвигатель быть более эффективным, чем паровые двигатели, используемые в процессе, с точки зрения стоимости (оказалось, что нет, электроэнергия должна была быть более эффективной). 1 \) .

Среди этих экспериментов было исследование связи между электрическим током, протекающим через проводник, и повышением его температуры. Эксперимент состоял из погруженного в воду провода, подключенного к клеммам батареи. Когда контур был включен, можно было измерить повышение температуры воды. Анализ записанных данных привел к первоначальной форме соотношения, теперь известного как первый закон Джоуля, согласно которому «тепло, выделяемое в проводе за единицу времени, пропорционально сопротивлению провода и квадрату силы тока».2R \ tag {2} $$

Как это работает?

Тогда было известно, благодаря Джоуля, что тепло в проводнике генерируется под действием электрического тока, но как?

Электрический ток — это не что иное, как движение потока электронов, вызванное так называемой «электродвижущей силой»: разницей в электрическом потенциале через две точки в материале, которая имеет тенденцию заставлять электроны в материале двигаться. Обратите внимание, что он «имеет тенденцию» вызывать движение, потому что это движение зависит от многих факторов: наличия свободных электронов для перемещения, «легкости», с которой электроны могут двигаться, и величины электродвижущей силы.Этот эффект резюмируется в законе Ома:

$$ I = \ frac {V} {R} \ tag {3} $$

Он утверждает, что электрический ток \ (I \), который представляет собой количество движущихся электрических заряд в единицу времени, протекающий через проводник, пропорционален разности электрических потенциалов на его концах \ (V \) и обратно пропорционален сопротивлению материала проводника \ (R \).

Это сопротивление представляет собой противодействие проводника току: чем выше сопротивление, тем труднее течь току.Эксперименты показали, что сопротивление зависит не только от материала проводника, но и от его геометрии (длины и площади поперечного сечения). Следовательно, указывается внутреннее свойство материала, удельное сопротивление, такое, что сопротивление (\ (R \)) проводника можно рассчитать как:

$$ R = \ frac {\ rho l} {A} \ tag {4} $$

где:

  • \ (\ rho \) — собственное удельное сопротивление материала проводника;
  • \ (l \) — длина проводника между точками приложения разности электрических потенциалов;
  • \ (A \) — площадь поперечного сечения проводника. 3 \).

    Но как все это связано с джоулевым нагревом? Глядя на закон Джоуля, мы можем видеть, что для данного тока, чем выше сопротивление проводника, тем больше тепла выделяется. Проще говоря, чем сложнее перемещать электроны по проводнику, тем больше работы затрачивается на их перемещение, работа, которая непосредственно преобразуется в тепло в материале. А «напрямую» означает, что в этом процессе энергия не теряется в других формах. Действительно, это один из немногих в природе процессов, обладающих такой характеристикой.

    Как рассчитать Джоулевое нагревание?

    Учитывая, что у нас есть электрический проводник (может быть проволокой, стержнем или пластиной) длиной \ (l \), площадью поперечного сечения \ (A \), который сделан из материала с удельным сопротивлением \ (\ rho \ ), можно рассчитать его электрическое сопротивление с помощью уравнения 4, которое было опубликовано выше.

    $$ R = \ frac {\ rho \ l} {A} \ tag {4} $$

    Если проводник затем подвергается воздействию разности электрических потенциалов \ (V \) на его концах, клеммах (при постоянном токе ) через него будет протекать ток \ (I \) согласно закону Ома из уравнения 3:

    $$ I = \ frac {V} {R} \ tag {3} $$

    Мощность \ ( P \), рассеиваемая в проводнике и превращающаяся в тепло, определяется законом Джоуля.2R \ tag {2} $$

    Затем через некоторое время \ (t \) в проводнике накапливается количество тепла \ (Q \):

    $$ Q = Pt \ tag {5} $$

    Скорость повышения температуры в проводнике может быть определена с помощью соотношения:

    $$ T = \ frac {Q} {cm} \ tag {6} $$

    Где \ (c \) — удельная теплоемкость материала, а \ (m \) — полная масса проводника.

    Здесь предполагается, что все геометрические и материальные параметры постоянны по всей длине проводника и что для величин используется согласованная система единиц.2R \ tag {8} $$

    А в остальном расчет остается равным.

    Джоулева нагрева Применения

    Джоулева нагрева материалов широко используется во многих приложениях дома, на транспорте и в промышленных продуктах. Назовем несколько:

    Лампы накаливания , где нить накаливания нагревается электричеством и излучается свет.

    Духовки сопротивления, , в которых тепло от проводника используется за счет теплового излучения и конвекции.Например:

    • Домашняя печь-бройлер, в которой в верхней части духовки размещены резисторы для нагрева пищи с этого направления.
    • тостеры, в которых сверху и снизу размещены сопротивления для разогрева пищи со всех сторон.
    • промышленные электрические печи, в которых с каждой стороны размещены резисторы для равномерного нагрева обрабатываемого продукта, например, для отверждения краски или удаления влаги.

    Сопротивление прямого нагрева, где тепло от проводника используется за счет прямого теплового потока.Примеры: печи сопротивления

    • , где горшок размещается непосредственно над тостером для хлеба
    • , где сопротивление с каждой стороны ломтика хлеба находится в прямом контакте
    • Обогрев лобового стекла автомобиля, где сопротивление прилипает к стеклу для равномерного нагрева и предотвращения конденсации,
    • офисная кофеварка, в которой сопротивление используется в два этапа: сначала для кипячения воды и повышения ее температуры, а затем для поддержания температуры кастрюли

    Индукционный нагрев, где переменные магнитные поля индуцируют токи, протекающие в материале, что создает эффект Джоуля.2 \).

    Один важный аспект, который следует обсудить при разговоре о применении электрического отопления, — это энергоэффективность. Как было сказано ранее, преобразование электрической энергии в тепло в процессе обработки материала проводника не приводит к потерям. Это означает, что этот процесс на 100% энергоэффективен. Хотя этого нельзя сказать о том, как используется тепло от проводника. Будь то теплопроводность, конвекция, излучение или накал, применение электрического тепла имеет тенденцию быть ужасно неэффективным, потому что большая часть тепла теряется в окружающей среде, а не в полезном применении.6 \), где показано, что светодиодная лампа может потреблять примерно в пять раз меньше энергии при том же количестве излучаемого света. Забота об окружающей среде привела к замене многих неэффективных приложений электрического отопления на более эффективные технологии, такие как лампы накаливания для светодиодов или электрические плиты, духовки и обогреватели для природного газа.

    Последнее обновление: 24 февраля 2021 г.

    Решила ли эта статья вашу проблему?
    Как мы можем добиться большего?

    Мы ценим и ценим ваши отзывы.

    Отправьте свой отзыв