Лист органайзер к уроку по теме: "Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля - Ленца"

Лист - органайзер урока

ФИО _________________________________________

Группа____________

Тема: «Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля - Ленца»

Эпиграф урока: "Когда реальность открывает тайны, уходят в тень и меркнут чудеса..."

(А. Эйнштейн).

Цели урока:

• повторяем тему прошлого урока: "Электрический ток. Законы Ома"

• изучаем базовые физические понятия и явления: работа тока, мощность тока, тепловое действие тока, закон Джоуля - Ленца, применение теплового действия тока.

Задачи урока:

_____________________________________________________________________________________

Верите ли вы, что: (ответить: "да" "нет"):

• Два ученых, работающих в разных странах и не знакомые друг с другом, почти одновременно сделали одно и то же открытие?__________

• Физический закон носит имена владельца пивоваренного завода и ректора Санкт-Петербургского университета?_________

• В конце 19 века Россию называли родиной света?__________

• Электрическая лампа чаще перегорает в момент замыкания тока и очень редко в момент размыкания?_________

• Наибольший расход электроэнергии в наших квартирах приходится на освещение?________

«Корзина» идей, понятий, имен...

Вопрос: - Что вы знаете про электрический ток и законы Ома?

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

Работая с текстом, делаем пометки на полях по Методу Инсерт (insert) «Пометки на полях»: “V” – уже знал; “+” – новое;“?” – думал иначе, не знал; “!” – это интересно, удивило меня.

НОВЫЙ МАТЕРИАЛ:

1.Работа электрического тока.

Работа электрического тока показывает, сколько электрической энергии, т. е. энергии электрического по­ля, превратилось в другие виды энергии. Например, нагревание металлического проводника, свечение нити накала электролампочки, поворот рамки с током и т.д. — все это примеры работы электрического то­ка. Во всех этих случаях электрическая энергия превращается в другой вид энергии (внутреннюю, меха­ническую и т.д.)

Работа электрического тока на участке цепи равна произведению напряжения напряжения на концах этого участка на силу тока и на время:

А=U•I•t

Для измерения работы электрического тока нужны три прибора: амперметр, вольтметр и часы. На практике же работу электрического тока измеряют специальными приборами — счетчиками.

Единицей работы является джоуль (1 Дж). 1 Дж можно выразить через электрические единицы:

1 Дж = 1 В • 1 А • 1 с

2. Мощность электрического тока.

Действие тока характеризуется не только работой, но и мощностью. На многих электрических приборах и технических устройствах указывается их мощность. При этом имеют в виду мощность электрического тока, проходящего через тот или иной прибор.

Мощность равна отношению совершенной работы ко времени, в течение которого эта работа была совершена.

Мощность в механике принято обозначать буквой N, электрическая мощность обозначается буквой Р. Следовательно, мощность электрического тока равна:

P=A/t=U•I•t/t=U•I

Таким образом, мощность электрического тока равна произведению напряжения на силу тока в цепи:

Р = U•I

За единицу мощности принят ватт (1 Вт). 1 Вт можно выразить через электрические единицы: 1 Вт = 1 В • 1 А Зная мощность электрического тока легко определить работу тока за заданный промежуток времени: A =P•t

То есть 1 Дж = 1 Вт • 1 с

Но эту единицу работы неудобно использовать на практике, так как потребители энергии производят работу в течение длительного времени. Поэтому время выражают в часах и используют внесистемные единицы работы: ватт-час (Вт • ч), киловатт-час (кВт • ч).1 Вт • ч = 3600 Дж, 1 кВт • ч = 1000 Вт • 3600 с = 3 600 000 Дж3.

3.Тепловое действие тока.

Вы знаете, что электрический ток, протекая по проводнику, вызывает его нагревание. Это явление называется тепловым действием тока.

Причина нагревания проводников электрическим током состоит в том, что свободные электроны в металлах или ионы в растворах или расплавах электролитов взаимодействуют с ионами или атомами вещества проводника и передают им часть своей энергии. Поэтому в результате работы электрического поля внутренняя энергия проводника увеличивается.

Опыты показывают, что в неподвижных металлических проводниках вся работа тока идет на увеличение их внутренней энергии. Проводники при этом нагреваются. Следовательно, количество теплоты в проводнике, по которому течет ток, равно работе тока: А = Q = U•I•t.

Количество теплоты, выделяющееся в проводнике, зависит от сопротивления проводника.

Чем больше сопротивление проводника, тем «труднее» двигаться зарядам. При этом совершается большая работа по их перемещению и, следовательно, проводник больше нагревается.

4.Закон Джоуля-Ленца

Пользуясь законом Ома, можно количество теплоты, выделяемое проводником с током выразить через силу тока, сопротивление участка цепи и время:

Q = I²•R•t

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

К этому выводу пришли независимо друг от друга английский ученый Джоуль Джеймс Прескотт (1818-1889) и русский ученый Эмилий Христианович Ленц (1804-1865) Поэтому данный закон носит название закона Джоуля-Ленца.

Применение теплового действия тока

Тепловое действие тока используют в различных электронагревательных приборах и установках. Например, широко применяются электрические плиты, утюги, чайники и т.д. Основной частью любого электронагревательного прибора является нагревательный элемент. Обычно он представляет собой спираль из материала с большим удельным сопротивлением. (нихром — сплав никеля, железа, хрома и марганца). В приборах, предназначенных для нагревания жидкостей, изолированная спираль помещается в трубки из нержавеющей стали.

Обычные лампы накаливания в световую энергию превращают менее 10 % потребляемой электроэнергии, а остальные 90 % превращают в теплоту. Поэтому такие лампы тоже можно считать электронагревательным приборами. Лампа накаливания была изобретена русским электротехником А.Н. Лодыгиным. Американский изобретатель Томас Альва Эдисон (1847-1931) продолжил исследования Александр Николаевич Лодыгин (1847-1923) Лодыгина.

В современных лампах накаливания используется спираль из тонкой вольфрамовой проволоки.. Электрические цепи всегда рассчитаны на определенную силу тока. Если сила тока в цепи становится больше допустимой, то провода могут значительно нагреться, а покрывающая их изоляция — воспламениться. Причиной значительного увеличения силы тока в сети может быть или одновременное включение мощных потребителей тока, например электрических плиток, или короткое замыкание. Коротким замыканием называют соединение концов участка цепи проводником, сопротивление которого очень мало по сравнению с сопротивлением участка цепи. Сопротивление цепи при коротком замыкании незначительно, поэтому в цепи возникает большая сила тока, провода при этом могут сильно накалиться и стать причиной пожара. Чтобы избежать короткого замыкания, в сеть включают предохранители.