Содержание

A. Закон Джоуля—Ленца — PhysBook

Закон Джоуля—Ленца

В электрической цепи при прохождении тока происходит ряд превращений энергии. Во внешнем участке цепи работу по перемещению заряда совершают силы стационарного электрического поля и энергия этого поля превращается в другие виды: механическую, тепловую, химическую, в энергию электромагнитного излучения. Следовательно, полная работа тока на внешнем участке цепи

\(~A_0 = W_{meh} + A_{him} + W_{izl} + Q .\)

Если же на участке цепи под действием электрического поля не совершается механическая работа и не происходят химические превращения, то работа электрического тока приводит только к нагреванию проводника.

В этом случае количество выделившейся теплоты равно работе, совершаемой током.

Количество теплоты Q, выделяемой током I за время t на участке цепи сопротивлением R, равно \(~Q = I^2Rt\).

Эта формула выражает закон Джоуля—Ленца, установленный опытным путем в XIX в. двумя учеными (английским — Дж. Джоулем и русским Э. X. Ленцем).

При прохождении электрического тока по проводнику количество теплоты, выделяющейся в проводнике, прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока.

На законе Джоуля Ленца основано действие многих электронагревательных приборов. Это утюги, электроплиты, электрочайники, кипятильники, паяльники, электрокамины и т.д.

Основной частью любого электронагревательного прибора является нагревательный элемент (проводник с большим удельным сопротивлением наматывается на пластинку из жаростойкого материала: слюды, керамики).

Вышеприведенную формулу закона Джоуля—Ленца удобно применять при последовательном соединении резисторов, так как сила тока во всех участках последовательно соединенной цепи одинакова. Если последовательно соединены два резистора с сопротивлениями R1 и R2, то \(~Q_1 = I^2R_1t\), \(~Q_2 = I^2R_2t\) , откуда \(~\frac{Q_1}{Q_2} = \frac{R_1}{R_2}\) , т.е. количество теплоты, выделяемой током в участках последовательно соединенной цепи, пропорционально сопротивлениям этих участков.

Согласно закону Ома, для однородного участка цепи постоянного тока \(~I = \frac UR\). Тогда \(~Q = \frac{U^2}{R} t\) .

Эту формулу удобно использовать при параллельном соединении резисторов, так как напряжение на каждой ветви такой цепи одинаково. Если параллельно соединены два резистора с сопротивлениями R1 и R2, то \(~Q_1 = \frac{U^2}{R_1} t\) , \(~Q_2 = \frac{U^2}{R_2} t\), откуда

\(~\frac{Q_1}{Q_2} = \frac{R_2}{R_1} ,\)

т.е. количество теплоты, выделяемой током в ветвях параллельно соединенной цепи, обратно пропорционально сопротивлениям резисторов, включенных в эти ветви.

Литература

Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. — Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. — C. 269-270.

www.physbook.ru

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

  • Закон джоуля - ленца 10 класс

  • Вывод закона джоуля-ленца для проводника длиной l площадью s

  • Доклад джоуль прескотт ленц эмилий

  • Лекция или реферат на тему 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?

worldofschool.ru

работа тока равна количеству теплоты

 

Абсолютно каждому человеку знаком самый распространенный в мире электрический прибор – лампочка. Невозможно представить себе современный мир без этого изобретения.

Но не каждый знает, как ее изобрели, за счет чего появляется в ней свет, как свет в лампе связан с электричеством. Интересно? Разберемся.

Как связаны свет и электричество?

Правильно лампочку называть лампой накаливания. Внутри в стеклянном корпусе расположена спираль из вольфрама. Электрический ток, проходя через эту спираль, раскаляет ее добела, и она начинает светиться. Вольфрам используется потому, что он обладает таким свойством – ярко светиться при нагревании. Металлическая нить сворачивается в спираль для того, чтобы увеличить длину нити, и, соответственно, количество получаемого света. Что касается устройства лампочки – разобрались. Все довольно просто. А вот почему вообще раскаляется спираль лампочки, и кто первым додумался это использовать?

Первые эксперименты с электричеством показали, что ток обладает тепловым действием. Он нагревает проводник, по которому идет. Величина нагревания зависит от вещества, из которого изготовлен проводник. Но какой-то нагрев происходит в любом случае. Обусловлено это тем, что отрицательно заряженные электроны, которые и представляют собой ток, при своем движении взаимодействуют с положительно заряженными ядрами кристаллической решетки, из которой состоит вещество проводника.

От этого взаимодействия уменьшается энергия электронов и увеличивается внутренняя энергия проводника. А от величины внутренней энергии и зависит температура вещества. Ток обладает еще магнитным и химическим действием. Если наш проводник неподвижен, и химического действия тока не происходит, то вся энергия, расходуемая током, идет на нагрев проводника. Энергия, израсходованная током, равна совершаемой током работе.

Закон Джоуля-Ленца

Тогда работа тока будет равна количеству теплоты, которое выделит нагревшийся проводник. На основании этого независимо друг от друга в одно время два ученых вывели закон, который и назвали в их честь законом Джоуля-Ленца. Вывод закона Джоуля-Ленца в виде формулы осуществляется следующим образом: работа тока A=U*I*t . Количество теплоты Q=A=U*I*t. Из закона Ома U=I*R , поэтому закон Джоуля-Ленца  выглядит следующим образом:

Q=(I^2 )*R*t ,

где Q - количество теплоты, I - сила тока, R - сопротивление тока, t - время.

Открытие этого закона позволило существенно умножить области применения электричества в быту и промышленности. Были созданы различные электронагревательные приборы. А когда обнаружили свойство некоторых веществ ярко светиться при нагревании, изобрели лампу накаливания. Фактически, это изобретение русского ученого Александра Лодыгина, хотя подобные изобретения делались и Томасом Эдисоном и некоторыми другими учеными. Причем спирали делали из разных материалов, например, из платины или угольные спирали.

Самым дешевым и простым оказался вариант с применением вольфрама, который получил огромнейшее распространение и живет до нашего времени. И хотя активно применяют и другие виды лампочек, например, наполняя их газом, который светится при прохождении через него тока, вряд ли когда-нибудь удастся полностью вытеснить из применения лампы накаливания.

Нужна помощь в учебе?



Предыдущая тема: Работа и мощность тока
Следующая тема:&nbsp&nbsp&nbspМагнитное поле: силовые линии магнитного поля

Все неприличные комментарии будут удаляться.

www.nado5.ru

Закон Джоуля — Ленца - это... Что такое Закон Джоуля — Ленца?

Закон Джоуля — Ленца — физический закон, дающий количественную оценку теплового действия электрического тока. Открыт в 1840 году независимо Джеймса Джоуля и Эмилия Ленца.

В словесной формулировке звучит следующим образом[1]

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

Математически может быть выражен в следующей форме:

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

Закон также может быть сформулирован в интегральной форме для случая протекания токов в тонких проводах[2]:

Количество теплоты, выделяемое в единицу времени в рассматриваемом участке цепи, пропорционально произведению квадрата силы тока на этом участке и сопротивлению участка

В математической форме этот закон имеет вид

где dQ — количество теплоты, выделяемое за промежуток времени dt, I — сила тока, R — сопротивление, Q — полное количество теплоты, выделенное за промежуток времени от t1 до t2. В случае постоянных силы тока и сопротивления:

Практическое значение

Снижение потерь энергии

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

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

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

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

Выбор проводов для цепей

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

Электронагревательные приборы

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

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

Плавкие предохранители

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

См. также

Примечания

Ссылки

dic.academic.ru

Закон Джоуля — Ленца - это... Что такое Закон Джоуля — Ленца?

Закон Джоуля — Ленца — физический закон, дающий количественную оценку теплового действия электрического тока. Открыт в 1840 году независимо Джеймса Джоуля и Эмилия Ленца.

В словесной формулировке звучит следующим образом[1]

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

Математически может быть выражен в следующей форме:

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

Закон также может быть сформулирован в интегральной форме для случая протекания токов в тонких проводах[2]:

Количество теплоты, выделяемое в единицу времени в рассматриваемом участке цепи, пропорционально произведению квадрата силы тока на этом участке и сопротивлению участка

В математической форме этот закон имеет вид

где dQ — количество теплоты, выделяемое за промежуток времени dt, I — сила тока, R — сопротивление, Q — полное количество теплоты, выделенное за промежуток времени от t1 до t2. В случае постоянных силы тока и сопротивления:

Практическое значение

Снижение потерь энергии

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

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

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

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

Выбор проводов для цепей

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

Электронагревательные приборы

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

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

Плавкие предохранители

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

См. также

Примечания

Ссылки

dal.academic.ru

Закон Джоуля-Ленца. Тепловое действие тока

                                                                                Он всем несёт тепло и свет!
                                                                            Щедрей его на свете нет.
                                                                                 К посёлкам, сёлам, городам
                                                                             Приходит он по проводам.

            (электр. ток)
 Цели урока:
 сформулировать закон Джоуля-Ленца;
обобщить знания по вопросу выделения тепла при прохождении тока по проводнику на уровне понимания;  
 формировать коммуникативные умения учащихся

Учащимся необходимо научиться: применять закон Джоуля - Ленца к объяснению и анализу явлений окружающего мира;

  усвоить характерные особенности закона     Джоуля   - Ленца

Тип урока:    Урок изучения и первичного закрепления новых знаний

Методы обучения: Проблемное объяснение мате­риала с постановкой вопросов и анализом проблем­ных ситуаций.   Интерактивные методы.

Ход урока:

 Здравствуйте!

Сегодня снова все о токах –
Заряженных частиц потоках.
И про источники и схемы.
И нагревания проблемы.
Ученых, чьи умы и руки
Оставили свой слет в науке,
Приборы и цепей законы,
Кулоны, Вольты, Ватты, Омы.
Решим, расскажем, соберем,
Мы с пользой время проведем!

Мотивация урока. 

 Учитель:  

Тема урока (СЛАЙД 1)

Учитель: - Сегодня на уроке мы будем с вами изучать  тему, которая раскроет перед вами принцип работы   приборов которые лежат у нас на  столе, хотя  все они  разные. Какие же это приборы?   (Показывает фен, кипятильник, плойка, утюг, паяльник. )

Учитель: - Что же связывает между собой эти приборы, на чем основан их принцип действия.   (Тепловое действие тока)

-Каковы же цели и задачи нашего урока?

(Цели формулируют дети с помощью слайда 2)

СЛАЙД  2.

 сформулировать закон Джоуля-Ленца;

- обобщить знания по вопросу выделения тепла при прохождении тока по проводнику;

  - научиться применять закон Джоуля - Ленца к объяснению и анализу явлений окружающего мира;

- продолжить развитие логического мышления, памяти, внимания, наблюдательности;
- формировать навыки работы с электроприборами с целью соблюдения правил безопасности жизнедеятельности

Учитель: - Делать это вы будете, ребята, работая в  группах и индивидуально.  

Учитель:  - Выберите капитана в свой группе и  каждый возьмите по одному цветному прямоугольнику. Отвечать на вопросы будет тот участник группы, у которого цвет его прямоугольника совпадет с цветом прямоугольника на слайде презентации. Таким образом каждый примет непосредственное участие в работе своей группы.  В случае необходимости помогает вся команда, в частности капитан. За правильно выполненное задание вы получаете 4 бала.

    Вы получили также диагностическую карту группы, в которую впишите свои фамилии и по итогам работы на уроке выставите оценки своей и другим группам.

СЛАЙД  3.

 Диагностическая карта  группы ____

Фамилия, имя

Оценка

группы 

Оценка,

выставленная

учителем

1

 

  

2

   

3

   

4

   

5

   

6

   

Как вы оцениваете в целом работу вашей  и других групп:

 Группа 1 -

Группа 2 -

Группа 3 -

Группа 4 -

 

 Сейчас в  своей группе за пять минут вам необходимо восстановить знания, необходимые для дальнейшего изучения нового материала. Для этого вам необходимо ответить на следующие вопросы:(Слайд 4, задания на карточках).   А сейчас внимание на экран.

II. Актуализация опорных знаний

 Задание №1. ( Блиц-опрос)

СЛАЙД 4  

Группа 1.

1.Что такое работа тока? Как ее можно вычислить? Выведите формулу для ее вычисления.

Группа 2.

Как измеряют работу електрического тока? Назовите известные вам единицы работы   тока.  Как   оплачивают израсходованную електроэнергию.

Группа 3

Какая физическая величина характеризует скорость выполнения током работы?

Каковы ее единицы измерения? Как ее можно расчитать?

Группа 4.

Как можно измерить мощность тока? Какими приборами?

    Что называют номинальной мощностью тока, фактической?

Задание №2. (Кто быстрее?)

Учитель: - Найди ошибки и исправь, а также формулу, которая содержит  физическую величину, с которой вы еще не встречались при изучении электрического тока.

СЛАЙД 5

 

 I=U.R

 

Р= A.t

 

U = I/R

 

I = U/R

Р=U.I

А = I/Ut

Q = U.I.t

IU.R.t

Ом = В. А

Дж = А. В.  с

А = В/Ом

Вт = А/Ом

Учитель - А сейчас внимание на экран. (Взаимопроверка групп совместно с учителем)

Учитель - Какую   букву вы увидели в таблице, ранее о которой мы с вами не упоминали при изучении электрического тока?  (Q- это количество теплоты, выделяемое в проводнике при прохождении электрического тока).

СЛАЙД 6

I = U /R

 

Р=А/t

 

U = I.R

 

I = U/R

Р=U.I

A = I. U.t

Q = U.I.t

A = I.U.t

Ом = В / А

Дж = А. В. с

А = В/Ом

Вт = А.Ом

       

II.       Объяснение нового материала

Учитель:  Вот мы и поговорим с вами о  количестве теплоты, выделяемом в проводнике при прохождении электрического тока, проанализируем от чего оно зависит, ведь с проблемой выделения тепла проводником мы сталкиваемся постоянно в повседневной жизни.

 -  Мы с вами побудем сегодня на уроке в роли ученых, которые выводят новые законы и задумываются о энергосбережении.

СЛАЙД 7-11

-Мы   выяснили, что  при протекании электрического тока по металлическому проводнику он нагревается. Это происходит в результате взаимодействия электронов с ионами, расположенными в узлах кристаллической решетки. Выделившуюся энергию проводник передает окружающим телам. По закону сохранения энергии A=Q.

- Как вы думаете от каких величин и почему зависит количество теплоты, переданное проводником окружающей среде? (вопрос учащимся)

 - Зависит ли количество теплоты переданное проводником окружающей среде от силы тока, то есть от количества электронов, прошедших через поперечное сечение проводника? Какая это зависимость?

 -  А от сопротивления?   (Указать характер зависимости)

Учитель:  - Мы выяснили, что Q зависит от силы тока и от сопротивления, а также, что Q=А. Работу электрического тока можно найти по формуле А=IUt. Но данная формула не отражает зависимость Q от R. По закону Ома для участка цепи U=IR.

Q=I2Rt

 Следовательно получаем

Это соотношение выражает закон Джоуля – Ленца.

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

Учитель:   - И так, давайте еше раз уточним, как количество теплоты, выделяемое проводником с током, зависит от величин, входящих в формулу, выражающую закон Джоуля-Ленца? 

(ответы учащихся)

Нам с вами в нашей жизни помогает простая электрическая лампа накаливания, которая  своей работе также использует тепловое действие тока, то есть ее работу тоже можно охарактеризовать с помощью закона Джоуля-Ленца. Создателем лампы накаливания был русский ученый А.Н.Ладыгин, а усовершенствовал и  открыл промышленное производство американский изобретатель Томас Эдисон.
Основная часть современной лампы накаливания - спираль из тонкого вольфрамового провода.  Вольфрам тугоплавкий металл, его температура плавления 3387 С. В лампе накаливания вольфрамовая спираль нагревается до 3000 С. При такой температуре она достигает белого жара и светится ярким светом. Спираль вмещают в стеклянную колбу, из которой выкачивают насосом воздух, чтобы спираль не перегорала. Чтобы предотвратить быстрое испарение вольфрама, современные лампы наполняют азотом, иногда инертным газом - криптоном или аргоном. Молекулы газа не препятствуют выходу частиц вольфрама из нити, то есть разрушению накаленной нити. Чтобы включить лампу в сеть, ее вкручивают в патрон.  Промышленность выпускает лампы накаливания расчитанные на напряжение 220 В и    127 В (для освещаемой сети), 50 В (для железнодорожных вагонов), 12 и 6 В (для автомобилей), 3,5 В для фонарей, применяемых в быту а также при выполнении нами лабораторных работ.

III.Закрепление нового материала

 Задание №3. (КОНКУРС “ ДАЛЬШЕ… ДАЛЬШЕ…”)

Слайд 12-13

группа                                               

Основные действия электрического тока…   (тепловое, магнитное, механическое, химическое)
Кому  принадлежит закон о тепловом действии тока ?…                                         (Джоулю и Ленцу)
Зная силу тока и напряжение в проводнике, что можно вычислить?…                                ( сопротивление)
Формула мощности электрического тока…      ( Р = U·I )
 1МДж – это …(1000000 Дж)
Устройства, размыкающие цепь, если сила тока в ней превысит допустимое значение (предохранитель)

группа

 Электрический ток – это какое движение заряженных частиц?                 (упорядоченное)

2.Единица мощности….                                           (Вт)

3. Действие каких приборов основано на законе Джоуля-Ленца?

1кДж - это…                                (1000 Дж)

5. Рабочая часть автоматического предохранителя (биметаллическая пластина)

6. Подводящие провода изготавливают из веществ с …..

3 группа

Какие приборы нужны для определения количества теплоты, если вся енергия расходуется на нагревание ….(амперметр, вольтметр, часы)
Причиной сопротивления является взаимодействие движущихся электронов с …      (ионами кристаллической решетки проводника)

3.Короткое замыкание возникает, если…      (мало сопротивление)

4. Нагревательный элемент   изготавливают из материала с ….

Формула закона Джоуля-Ленца…               (Q = I²·R·t)
Создатель электрической лампочки.   (Ладыгин)

группа

При увеличении длины проводника его сопротивление…  (увеличивается)

2. Условия существования електрического тока                          (наличие  свободных заряженных частиц и электрического поля)  

3. От чего зависит количество теплоты выделенное в проводнике?

4. Почему нить электрической лампы изготавливают из вольфрама?

5. Что происходит если включить сразу несколько мощных потребителей электроэнергии?

6. Ученый - изобретатель, который усовершенствовал лампу накаливания. (Томас Эдисон)

Учитель: - Далее вы снова работаете в  группах. На работу вам дается 5  минут. Вы попробуете решить задачу   для того чтобы закрепить знания на закон Джоуля-Ленца, то есть применить их на практике.

Задание №4  СЛАЙД 14-15

Задача:   Сколько теплоты выделится в проводнике за 3 минуты,  если сопротивление нагревательного елемента 20 Ом, а сила тока  5А?

Задание №5 ( БЖД - Жизненные ситуации  )

Учитель: - А сейчас мы с вами, рассмотрим несколько жизненных ситуаций, ведь говорим мы с вами о электрическом токе, с которым сталкиваемся в повседневной жизни регулярно, прошу продемонстрировать ваши  ситуации.

 1 группа.    Маша держит в руках электрощипцы, включает в розетку. Даша спрашивает: "Что ты делаешь, Маша"?. "Сегодня дискотека, хочу хорошо выглядеть", при этом накручивая волосы на щипцы. Что не правильно дела Маша?

2 группа На столе стоит стакан с кипятильником. Саша говорит Вите: "Посмотри, согрелась ли вода"?. Витя опускает палец в стакан при включенном кипятильнике. Почему нельзя так поступать?

3  группа. Коля, вынимая шнур от настольной лампы из розетки, взялся не за вилку, а тянет за шнур. Что не правильно сделал Коля?

группа ".Аня, выключи, пожалуйста, свет", - говорит Вера. Аня с мокрыми руками идет к выключателю. Что неправильно делала Аня?

Ответы:

1.У щипцах может состояться замыкание на корпус, тогда Маша получит электротравму. Когда накручиваешь волосы, щипцы нужно отключить.

2. Вода - хороший проводник тока. Если в кипятильнике состоится замыкание на корпус, то Витя получит электротравму. Нужно сначала вынуть вилку из розетки.

3. Шнур может вырваться или разорваться, и Коля получит электротравму. Надо держаться за вилку.

4. Выключатель может быть неисправным, состоится пробой изоляции, а вода - хороший проводник тока. Тогда Аня получит электротравму.

Задание №6. Индивидуальная работа( выполните тест)

СЛАЙД 16-17

1. Работу электрического тока можно вычислить по формуле…

А.   …IU        Б.  …IR        В.  …I2Rt       Г. ρl/S

2. Единица измерения количества теплоты…

          А. Вт         Б. Дж           В. В        Г. А

3. Какое количество теплоты выделится в нити электрической лампы в течение 1 минуты, если лампа потребляет ток силой 1А при напряжении 110В?

     А. 6600Дж     Б. 110Дж     В. 6,6кВт      Г.110 Вт.

4. Три резистора, сопротивления которых равны R1 = 1 Ом, R2 = 2 Ом, R3 = 3 Ом, включены в цепь постоянного тока последовательно. На ка­ком резисторе выделится большее количество теплоты?

 А. На R1             Б. На R2.     В. На R3  

 Г.  На всех резисторах выделится одинаковое количество теплоты.

5.      Три    резистора,   сопротивления   которых    равны R1 = 1 Ом,        R2= 2 Ом,   R3= 3 Ом,   включены в цепь постоянного тока     параллельно. На каком резисторе выделится большее количество теплоты?
              А. На R1      В. На R3.

               Б. На R2.    Г.   На всех резисторах выделится одинаковое    количество теплоты.

6.      Как  изменится  количество теплоты,  выделяемое спиралью   электроплитки за одно и то же время, если длину спирали уменьшили в 2 раза?

A. Увеличится в 2 раза.
Б. Увеличится в 4 раза.

B.  Уменьшится в 2 раза.
Г.  Уменьшится в 4 раза.

Задание № 7. (Разгадайте кросворд)

СЛАЙД 18

В каждую клетку, включая нумерованную, надо поставить букву так, чтобы слова по горизонтали означали:

и 2. Английский и русский ученые, установившие на опыте, независимо друг от друга, от чего зависит количество теплоты, выделяемой при нагревании проводника электрическим током.

Часть электрической лампы накаливания, которая ввинчивается в патрон.
Русский ученый, открывший явление механической дуги. (Петров)
Металл, из которого изготавливают спираль для лампы накаливания.
Изобретатель первой лампы накаливания, пригодной для практического использования.
Изобретатель дуговой лампы – электрической свечи.  (Яблочков)
Американский изобретатель, усовершенствовавший лампу накаливания и создавший для неё патрон.
Материал, из которого изготовляют баллон лампы накаливания.
Газ, применяемый для заполнения ламп накаливания.

Домашнее  задание: Слайд 19

учебник Ф.Я. Божинова

Прочитать ξ16-17 ( учебник Ф.Я. Божинова Физика -9)

Знать формулировку закона Джоуля-Ленца;

Ответить на вопросы

Выполнить упр.16: 

                средний уровень.- № 2

                достаточный - № 2 – 3

                высокий - № 2 – 4

Итоги урока:  Слайд 20

Обобщили ….

Сформулировали …

Научились применять…

Повторили правила…

raimantau.narod.ru

Закон Джоуля - Ленца

 

Эмилий Христианович Ленц (1804 - 1865) – русский знаменитый физик. Он является одним из основоположников электромеханики. С его именем связано открытие закона, определяющего направление индукционного тока, и закона, определяющего электрическое поле в проводнике с током.

Кроме того, Эмилий Ленц и английский учёный-физик Джоуль, изучая на опыте тепловые действия тока, независимо один от другого открыли закон, согласно которому количество теплоты, которое выделяется в проводнике, будет прямо пропорционально квадрату электрического тока, который проходит по проводнику, его сопротивлению и времени, в течение которого электрический ток поддерживается неизменным в проводнике.

Данный закон получил название закон Джоуля – Ленца, формула его выражает следующим образом:

Q = kl²Rt, (1)

где Q – количество выделившейся теплоты, l – ток, R – сопротивление проводника, t – время; величина k называется тепловым эквивалентом работы. Численное значение этой величины зависит от выбора единиц, в которых производятся измерения остальных величин, входящих в формулу.

Если количество теплоты измерять в калориях, ток в амперах, сопротивление в Омах, а время в секундах, то k численно равно 0,24. Это значит, что ток в 1а выделяет в проводнике, который обладает сопротивлением в 1 Ом, за одну секунду число теплоты, которое равно 0,24 ккал. Исходя из этого, количество теплоты в калориях, выделяющееся в проводнике, может быть рассчитано по формуле:

Q = 0,24l²Rt.

В системе единиц СИ энергия, количество теплоты и работа измеряются единицами – джоулями. Поэтому 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. По проволочной спиральке, погружённой в жидкость, налитую в калориметр, пропускается некоторое время ток. Затем подсчитывается количество теплоты, выделившейся в калориметре. Сопротивление спиральки известно заранее, ток измеряется амперметром и время секундомером. Меняя ток в цепи и используя различные спиральки, можно проверить закон Джоуля – Ленца.

На основании закона Ома

I = U/R,

Подставляя значение тока в формулу (2), получим новое выражение формулы для закона Джоуля – Ленца:

Q = (U²/R)t.

Формулой Q = l²Rt удобно пользоваться при расчёте количества теплоты, выделяемого при последовательном соединении, потому что в этом случае электрический ток во всех проводниках одинаков. Поэтому, когда происходит последовательное соединение нескольких проводников, в каждом из них будет выделено такое количество теплоты, которое пропорционально сопротивлению проводника. Если соединить, например, последовательно три проволочки одинаковых размеров – медную, железную и никелиновую, то наибольшее количество теплоты будет выделяться из никелиновой, так как удельное сопротивление её наибольшее, она сильнее и нагревается.

Если проводники соединить параллельно, то электрический ток в них будет различен, а напряжение на концах таких проводников одно и то же. Расчёт количества теплоты, которое будет выделяться при таком соединении, лучше вести, используя формулу Q = (U²/R)t.

Эта формула показывает, что при параллельном соединении каждый проводник выделит такое количество теплоты, которое будет обратно пропорционально его проводимости.

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

Беря за основу закон Джоуля – Ленца, производят расчёт различных электроосветительных установок, отопительных и нагревательных электроприборов. Также широко используется преобразование энергии электричества в тепловую.

fb.ru

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *