Тепловое действие электрического тока. Закон Джоуля—Ленц.

Тепловое действие электрического тока. Закон Джоуля—Ленца. Короткое замыкание тока. Мощность электрического тока.

2/15/21

ВОПРОСЫ

• Что называется проводником?
• Что называется диэлектриком?
• Почему в диэлектриках не течет электрический ток, в проводниках течет?

Вставка рисунка

Тепловое действие электрического тока. Закон Джоуля—Ленца .

Назовите основные действия тока на проводник.

• На предыдущих занятиях мы с вами говорили о различных действиях электрического тока, которые он способен оказывать, протекая в различных средах. Давайте с вами вспомним, что это за действия?

Какой прибор не вписывается в общий ряд? Уберите лишний.

Потребители электрического тока

1

4

2

3

5

6

• Чем ты руководствовался, делая выбор?
• Какое действие электрического тока проявляется в выбранных приборах?

Тепловое действие электрического тока.

• Тепловое действие тока проявляется в том, что при протекании тока по проводнику последний нагревается.
• Тепловое действие ток производит в любой проводящей среде: твёрдой, жидкой и газообразной.

Почему происходит нагрев проводника?

• Почему при прохождении электрического тока проводник нагревается?
• Из какого материала необходимо изготовлять спирали для лампочек?
• Какими свойствами должен обладать металл, из которого изготовляют спирали нагревательных элементов?

У нас имеется электрическая цепь, что происходит в ней при включении электрического ток

У нас имеется электрическая цепь, что происходит в ней при включении электрического ток

• При замыкании цепи лампа загоритьсягорит.
• Это объясняется тем, что при прохождении тока спираль лампы нагревается и дает свечение.

Вывод

• Проходя через проводник, электрический ток вызывает его нагрев.

Почему же проводники нагреваются?

Рассмотрим на примере движении одного электрона по проводнику

Электрический ток в металлическом проводнике – это упорядоченное движение

электронов. Проводник - это кристалл из ионов, поэтому электронам приходится «течь» между ионами, постоянно наталкиваясь на них. При этом часть кинетической энергии электроны передают ионам , заставляя их колебаться сильнее. Кинетическая энергия ионов увеличивается, следовательно увеличивается внутренняя энергия проводника , и следовательно его температура. А это и вызывает нагрев проводника.

БАТАРЕЯ

Почему же проводники нагреваются?

БАТАРЕЯ

Почему же проводники нагреваются?

Рассмотрим на примере движении одного электрона по проводнику

Электрический ток в металлическом проводнике – это упорядоченное движение

электронов. Провод - это кристалл из ионов, поэтому электронам приходится «течь» между ионами, постоянно наталкиваясь на них. При этом часть кинетической энергии электроны передают ионам , заставляя их колебаться сильнее. Кинетическая энергия ионов увеличивается, следовательно увеличивается внутренняя энергия проводника , и следовательно его температура. А это и значит что, проводник нагревается

БАТАРЕЯ

От каких величин зависит нагревание проводника?

Многочисленные опыты показывают, что чем больше сила тока в проводнике тем и количество теплоты выделившееся в проводнике будет больше. Значит нагревание проводника зависит от силы тока (I).

q

2

3

От каких величин зависит нагревание проводника?

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

Был проведен эксперимент.

Зависимость количества теплоты, выделяющегося на проводнике от его сопротивления

• При пропускании электротока через проводники:

• Никелин нагревается до белого каления

• Сталь - краснеет
• Медный проводник остается темным

Q 1 ≠Q 2 ≠Q 3

I 1 = I 2 = I 3

А

медь

сталь

никелин

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

А

никелин

медь

сталь

Вещество

Медь

Удельное сопротивление

Сталь

0,017

Нагрев проводника

Ом мм 2 /м

слабый

Никелин

0,1

средний

0,42

сильный

ВЫВОД: Чтобы проводник нагревался сильнее,

он должен обладать большим удельным сопротивлением

Нагревание проводников зависит не только от силы тока, но и от сопротивления проводников.

Нагревание проводников зависит не только от силы тока, но и от сопротивления проводников.

Так как сила тока в последовательно соединенных лампах одинакова , то количество теплоты , выделяемое в единицу времени, больше в лампе с большим сопротивлением .

R 1 R 2

• При одинаковой силе тока накал ламп разный. Лампа слева нагревается слабее, а то что справа - сильнее.
• Вывод: Чем больше сопротивление проводника, тем больше он нагревается.

Закон Джоуля -Ленца

ДЖОУЛЬ ДЖЕЙМС ПРЕСКОТТ

Ленц Эмилий Христианович

(1818–1889),

(1804-1865 гг.),

английский физик

российский физик

в 19 веке установили зависимость выделившейся теплоты от силы тока и сопротивления

Закон Джоуля - Ленца

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

Реши задачу!

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

Дано:

Си

R=35 Ом

-

t=5 мин

300 с

I= 5 А

-

Q= ?

Количество выделенной теплоты в проводниках зависит :

• От …
• От …
• От типа соединения нагрузок в электроцепи.

Зависимость выделения тепла в проводниках от типа соединения

Для сравнения количества теплоты, выделяемого в параллельно соединенных проводниках, закон Джоуля—Ленца удобно представить в виде:

а) последовательное соединение;

б) параллельное соединение

Зависимость выделения тепла в проводниках от типа соединения

Так как сила тока в последовательно соединенных лампах одинакова , то количество теплоты , выделяемое в единицу времени, больше в лампе с большим сопротивлением .

а) последовательное соединение;

б) параллельное соединение

Зависимость выделения тепла в проводниках от типа соединения

Из формулы следует, что при параллельном соединении ламп количество теплоты , выделяемое в каждой лампе в единицу времени, обратно пропорционально ее сопротивлению.

а) последовательное соединение;

б) параллельное соединение

ВЫВОД:

• Как нужно подключать тепловые электроприборы, чтобы выделялось больше тепла? меньше тепла?

а) последовательное соединение;

б) параллельное соединение

Практическое применение теплового действия тока

Тепловое действие тока используют в электронагревательных приборах и установках.

Основная часть прибора- нагревательный элемент, он представляет собой спираль из материала с большим удельным сопротивлением, способный выдерживать нагревание до высоких температур.

Чаще всего таким материалом является нихром.

http://900igr.net/fotografii/f…

Свойства металла для нагревательных элементов.

• Должен обладать наибольшим сопротивлением. (Q ~ R)
• Должен выдерживать высокие температуры.

Лампа накаливания

• Учёные, благодаря, которым появилась на свет современная лампочка, по странному стечению обстоятельств, родились в один тот же год - 1847-ой. Это Александр Николаевич Лодыгин, Павел Николаевич Яблочков и Томас Алва Эдисон.

Из какого материала необходимо изготовлять спирали для лампочек накаливания?

Спираль лампы должна выдерживать высокие температуры, значит нужно выбрать материал с высокой температурой плавления.

Наибольшей температурой плавления обладает вольфрам.

Какую лампу выбрать?

http://energia.3dn.ru/publ/ehkonomija_ehlektroehnergii/kakuju_lampu_vybrat_sravnivaem_svetodiodnuju_ljuminescentnuju_ehnergosberegajushh

Какую лампу выбрать?

10-15 Лм/Вт

1000 час

10 - 30 руб

60-80 Лм/Вт

15000 час

50 - 150 руб

100 -150 Лм/Вт

100000 час

50 - 150 руб

http://energia.3dn.ru/publ/ehkonomija_ehlektroehnergii/kakuju_lampu_vybrat_sravnivaem_svetodiodnuju_ljuminescentnuju_ehnergosberegajushh

Вопросы

1. На что расходуется энергия направленного движения заряженных частиц в проводнике?

2. Чему равно количество теплоты, получаемое кристаллической решеткой проводника от направленно движущихся заряженных частиц?

3. Сформулируйте закон Джоуля—Ленца. Запишите его математическое выражение.

4. Дайте определение мощности электрического тока. Приведите формулу для расчета этой мощности.

5. Как зависит мощность, выделяемая в проводниках с током, от типа их соединения?

Вопросы

6. Почему спирали электронагревательных приборов делают из материала с большим удельным сопротивлением?

Задача

• Имеется два нагревателя 40 Ом и 50 Ом. Объяснить, при каком соединении проводников выделяется больше теплоты и почему. Напряжение в цепи 220 в, сила тока 6 А.

• Изменится ли количество выделяемой теплоты, если сопротивление спирали уменьшить в 2 раза, а силу тока увеличить в 2 раз.

Домашнее задание

Учебник § 120,

• Какое количество теплоты выделяет за 5 с константановый проводник с R = 25 Ом, если сила тока в цепи 2 А?
• Какое количество теплоты выделит за 10 минут проволочная спираль сопротивлением 15 Ом , если сила тока в цепи 2 А. Сколько воды можно нагреть от 20 градусов Цельсия до кипения , если считать, что вся теплота, выделяемая спиралью пошла на нагревание воды (удельная теплоёмкость воды 4200 Дж/кг*К)?

http://fizika.in/baza-zadach/406-zadachakakoe-kolichestvo-teploty-vydelit-za-10-minut.html

500 Дж