Сдать пробный ЕНТ
Русский

Скачай приложение iTest

Готовься к школьным экзаменам в более удобном формате

Работа и мощность. Закон Джоуля – Ленца

Конспект

Работа тока – это работа электрического поля по переносу электрических зарядов вдоль проводника. Работа тока на участке цепи равна произведению силы тока, напряжения и времени, в течение которого работа совершалась. Применяя формулу закона Ома для участка цепи, можно записать несколько вариантов формулы для расчета работы тока:

\(A=U\cdot I \cdot t = I^2R\cdot t = \frac{U^2}R\cdot t\).

По закону сохранения энергии, работа равна изменению энергии участка цепи, поэтому выделяемая проводником энергия равна работе тока.

\([A]=B\cdot A\cdot c= \) Вт \(\cdot c = \) Дж

В системе СИ 1 кВт · ч \(=3\ 600\ 000\) Дж.

ЗАКОН ДЖОУЛЯ – ЛЕНЦА

При прохождении тока по проводнику проводник нагревается и происходит теплообмен с окружающей средой, т. е. проводник отдает теплоту окружающим его телам.

Количество теплоты, выделяемое проводником с током в окружающую среду, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени прохождения тока по проводнику:

\(A=Q=U\cdot I\cdot t = I^2R \cdot t= \frac {U^2}R\cdot t\).

По закону сохранения энергии, количество теплоты, выделяемое проводником, численно равно работе, которую совершает протекающий по проводнику ток за это же время. Действительно, если рассмотрим однородный проводник, к концам которого приложено напряжение U, за время dt через сечение проводника переносится заряд ddt. Так как ток представляет собой перемещение заряда dq под действием электрического поля, то, по формуле, работа тока будет:

\(dA=Udq=IUdt \ \ \ \ \ \ (1)\).

Если сопротивление проводника R, то, используя закон Ома (1), получим:

\(dA=I^2Rdt=\frac{U^2}Rdt \ \ \ \ \ \ (2)\).

Из (1) и (2) следует, что мощность тока:

\(P=\frac {dA}{dt} = UI = I^2R =\frac{ U^2}R \ \ \ \ \ \ (3)\).

Если ток проходит по неподвижному металлическому проводнику, то вся работа тока идет на его нагревание и, по закону сохранения энергии,

\(dQ=dA \ \ \ \ \ \ (4)\).

Таким образом, используя выражения (4), (1) и (2), получим:

\(dQ=IUdt = I^2Rdt=\frac{U^2}Rdt\).

Выражение (5) и представляет собой закон Джоуля – Ленца, экспериментально установленный независимо друг от друга Дж. Джоулем и Э.X. Ленцем.

МОЩНОСТЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА – это отношение работы тока за время \(t\) к этому интервалу времени.

\(P=\frac At = \frac{U\cdot q}t = \frac {U\cdot I \cdot t}t=UI\)

В системе СИ: \([P] = B \cdot A =\) Вт.



Вопросы
  1. Если силу тока в проводнике уменьшить в \(2\) раза, то количество теплоты, выделяемое проводником с током

  2. При перемещении заряда \(20\cdot10^{-9}\) Кл из точки с потенциалом \(700\) В в точку с потенциалом \(200\) В поле совершит работу

  3. Для того чтобы расплавить за \(1\) мин \(6\) кг свинца, взятого при температуре плавления, мощность нагревателя должна быть (\(\lambda=22,6\) кДж/кг)

  4. Напряжение на электрической лампе – \(20\) В, а сила тока в ней – \(5\) А. Работа тока за \(2\) с равна

  5. При перемещении положительного заряда 20 нКл из точки с потенциалом \(φ_1=\) (+100 В) в точку с потенциалом \(φ_2  = \) (–400 В) электрическое поле совершит работу

  6. Выражение для вычисления работы электрического тока

  7. Работа тока

  8. Количество теплоты, выделяемое в единицу времени в рассматриваемом участке цепи, определяется по

  9. Две электрические лампы имеют одинаковые мощности и рассчитаны на напряжения \(U_1=5\) В и \(U_2=20\) В. Определите отношение сопротивлений \(\frac{R_1}{R_2}\).

  10. Что можно измерить электросчетчиком в квартире?

  11. Вычислите работу тока в паяльнике за \(15\) минут, если он рассчитан на напряжение \(130\) В и силу тока \(0,7\) А.

  12. Какова сила тока в лампе карманного фонарика, если ее мощность – \(1\)Вт, а напряжение на ней – \(2,\!5\) В?

  13. Сколько времени понадобится, чтобы вскипятить \(0,5\) литра воды, находящейся при температуре \(20^{\circ} C\), если для ее кипячения используют кипятильник из нихромовой проволоки длиной \(1\) м и площадью поперечного сечения \(0,02\) мм\(_2\)?

    Напряжение равно \(110\) В (Удельное сопротивление нихрома – \(1,1\) \(\cfrac{ Ом\cdot мм^2}{м}\)). Потерями теплоты в окружающую среду пренебречь.

Сообщить об ошибке