Мощность тепловыделения при протекании тока

Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля-Ленца

Описание презентации по отдельным слайдам:

Тема урока Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля-Ленца

Цель урока 1. объяснить явление нагревания проводников электрическим током; 2. установить зависимость выделяющейся при этом тепловой энергии от параметров электрической цепи; 3. сформулировать закон Джоуля – Ленца; 4. формировать умение применять этот закон для решения качественных и количественных задач.

Актуализация знаний. 1. Какую работу совершит ток силой 5 А за 2 с при напряжении в цепи 10 В? (100 Дж) 2. Какие три величины связывают закон Ома? (I, U, R; сила тока, напряжение, сопротивление.) 3. Как формулируется закон Ома? (Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению.) 4. Что представляет собой электрический ток в металлах? (Эл-ий Ток в металлах представляет собой упорядоченное движение свободных электронов ) 5. Какова зависимость силы тока от напряжения? ( Во сколько раз увеличивается напряжение в цепи, во столько же раз увеличивается и сила тока) 6. Как выразить работу тока за некоторое время? ( А=U*I*t ) 7. Как рассчитать мощность электрического тока? (P=U*I) 8. При каком соединении все потребители находятся при одной и той же силе тока? (При последовательном соединении)

Потребители электрического тока Какой прибор не вписывается в общий ряд? Уберите лишний. Чем ты руководствовался, делая выбор? Какое действие электрического тока проявляется в выбранных приборах? (Тепловое)

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

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). Но не только сила тока отвечает за то, что выделяется большое количество теплоты. Был проведен эксперимент. медь никелин сталь А I1=I2=I3 Q1≠Q2≠Q3

медь никелин сталь А Следовательно количество теплоты зависит не только от силы тока, но и от того, из какого вещества изготовлен проводник. Точнее — от электрического сопротивления проводника (R) Чтобы проводник нагревался сильнее, он должен обладать большим удельным сопротивлением Вещество Удельное сопротивление Ом мм2/м Нагрев проводника Медь 0,017 слабый Сталь 0,1 средний Никелин 0,42 сильный

Сделаем вывод От чего зависит количество теплоты в проводнике с током? Количество теплоты, которое выделяется при протекании электрического тока по проводнику, зависит от силы тока в этом проводнике и от его электрического сопротивления. Джеймс Прескотт Джоуль (1818-1889 гг.) Обосновал на опытах закон сохранения энергии. Установил закон определяющий тепловое действие электрического тока. Вычислил скорость движения молекул газа и установил её зависимость от температуры. Ленц Эмилий Христианович (1804 – 1865) Один из основоположников электротехники. С его именем связано открытие закона определяющего тепловые действия тока, и закона, определяющего направление индукционного тока. Закон определяющий тепловое действие тока. ЗАКОН ДЖОУЛЯ-ЛЕНЦА

Как записывается закон Джоуля-Ленца Q – количество теплоты — [Дж] I – сила тока – [A] R – сопротивление – [Ом] t – время – [c] Q=I2Rt Формулу которую мы получили, в точности соответствует формуле которую мы изучили ранее. Это формула работы электрического тока A=UIt из закона Ома I=U/R следует U=IR следовательно A=IRIt что соответствует закону Джоуля-Ленца Q=I2Rt Вывод: Количество теплоты электрического тока равно работе электрического тока. Q=A Количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени

Систематизация знаний 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)

Решим задачу Определить количество теплоты, выделяемое проводником, сопротивление которого 35 Ом, в течении 5 минут. Сила тока в проводнике 5 А. Дано: R=35 Ом t=5 мин I=5 А Q= ? Си — 300 с — Решение: Q=I2Rt Q= (5A)2 .35 Ом . 300 с = 262500Дж = = 262,5 кДж Ответ: Q=262,5 кДж

Типовые задачи по содержательным линиям экзаменационных работ ОГЭ 2016 года «При изучении наук задачи полезнее правил.» Исаак Ньютон

Задача №1 При ремонте электроплитки её спираль укоротили в 2 раза. Как изменилась мощность электроплитки? 1) Увеличилась в 2 раза 2) Увеличилась в 4 раза 3) Уменьшилась в 2 раза 4) Уменьшилась в 4 раза

Задача №2 Сопротивление электрического кипятильника 100 Ом. Сила тока в цепи 2 А. Чему равна работа, совершаемая электрическим током за 5 мин работы кипятильника? 1) 12 Дж 2) 2000 Дж 3) 6000 Дж 4) 120000 Дж Ответ:

Задача №4(экспериментальное задание) Используя источник тока (4,5 В), вольтметр, амперметр, ключ, реостат, соединительные провода, резистор, обозначенный R2, соберите экспериментальную установку для определения работы электрического поля на резисторе. При помощи реостата установите в цепи силу тока 0,3 А. Определите работу электрического тока за 10 минут В бланке ответов: 1) Нарисуйте схему электрической цепи; 2) Запишите формулу для расчёта работы электрического тока; 3) Укажите результаты измерения напряжения при силе тока 0,3 А; 4) Запишите значение работы электрического тока.

Задача №5 Электрическая плитка, подключённая к источнику постоянного тока, за 120 с потребляет 108 кДж энергии. Чему равна сила тока в спирали плитки, если её сопротивление 25 Ом?

Задача №6 Нагреватель включён последовательно с реостатом сопротивлением 7,5 Ом в сеть с напряжением 220 В. Каково сопротивление нагревателя, если мощность электрического тока в реостате составляет 480 Вт?

Домашнее задание §53, вопросы на стр. 151, упр. 27(1-3). Спасибо за урок

Курс повышения квалификации

Дистанционное обучение как современный формат преподавания

Курс профессиональной переподготовки

Физика: теория и методика преподавания в образовательной организации

Курс повышения квалификации

Современные педтехнологии в деятельности учителя

Онлайн-конференция для учителей, репетиторов и родителей

Формирование математических способностей у детей с разными образовательными потребностями с помощью ментальной арифметики и других современных методик

Международная дистанционная олимпиада Осень 2021

• Все материалы
• Статьи
• Научные работы
• Видеоуроки
• Презентации
• Конспекты
• Тесты
• Рабочие программы
• Другие методич. материалы

• Дьяченко Людмила НиколаевнаНаписать 1461 23.10.2017

Номер материала: ДБ-781753

• Физика
• 7 класс
• Презентации

23.10.2017 304

23.10.2017 442

23.10.2017 593

22.10.2017 832

22.10.2017 352

22.10.2017 589

22.10.2017 1227

22.10.2017 1796

Не нашли то что искали?

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.

С кем чаще работают школьные психологи

Время чтения: 3 минуты

Кравцов призвал создать федеральную систему учета успеваемости

Время чтения: 1 минута

В Москве подписан Меморандум о развитии и поддержке классного руководства

Время чтения: 1 минута

В Воронеже всех школьников переведут на удаленку из-за COVID-19

Время чтения: 1 минута

Роскачество предупредило об опасности для детей азартной механики в мобильных играх

Время чтения: 2 минуты

Минпросвещения создаст цифровую платформу для колледжей по конструированию программ

Время чтения: 2 минуты

Подарочные сертификаты

Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.

Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.

Закон Ома для участка цепи. Немецкий физик Георг Ом (1787-1854) в 1826 г. обнаружил, что отношение напряженияU между концами металлического проводника, являющегося участком электрической цепи, к силе токаI в цепи есть величина постоянная:

Эту величину R называютэлектрическим сопротивлением проводника. Единица электрического сопротивления в СИ —ом (Ом). Электрическим сопротивлением 1 Ом обладает такой участок цепи, на котором при силе тока 1 А напряжение равно 1 В:

Опыт показывает, что электрическое сопротивление проводника прямо пропорционально его длине l и обратно пропорционально площадиS поперечного сечения:

Постоянный для данного вещества параметр называетсяудельным электрическим сопротивлением вещества. Экспериментально установленную зависимость силы токаI от напряженияU и электрического сопротивленияR участка цепи называютзаконом Ома для участка цепи:

Не забывайте, что резисторные компоненты одного номинала, могут иметь разную мощность. Все зависит от техники создания, материала корпуса. Ниже указан ряд мощностей и их официальное обозначение.

Графическая кодировка мощностей резисторов на электросхеме — черточки и римские символы. Самое маленькое типовое значение 0,05 Ватт, максимальное — 25 Ватт, но есть и помощнее.
Как указывается мощность слабых деталей необходимо запомнить. Это косого типа линии на прямоугольниках, которыми выделяют сопротивления. При номиналах сопротивлений от 1 Ватта на схеме выставляются определенные римские символы: I, II, III, и так далее. Цифровые обозначения выделяют мощность резисторного компонента в ваттах. О том к ак определить сопротивление резистора по цвету читайте здесь.

Категория пожароопасности

Сосредоточение большого числа аппаратуры в комнате увеличивает риск возникновения короткого замыкания, которое может спровоцировать пожар. Чтобы предотвратить эту ситуацию, необходимо правильно рассчитать категорию пожароопасности помещения. При расчётах следует учитывать особенности материалов, используемых в комнате, её площадь, высоту потолка, состояние вентиляционной системы и наличие полок, стеллажей.

На основании этих факторов выделяют несколько разновидностей помещений. Они имеют разную степень пожароопасности.

Повышенная взрывопожароопасность (категория А) присваивается помещениям, где находятся горючие газы, легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки менее 28 градусов. Из-за большой концентрации таких веществ могут образовываться взрывоопасные смеси. При их возгорании расчётное избыточное давление взрыва поднимается выше 5 кПа.

В категорию Б попадают комнаты с горючими волокнами и жидкостями, температура воспламенения которых превышает 28 градусов. Их использование приводит к образованию взрывоопасных паров и пылевоздушных смесей. Если такие смеси загорятся, давление взрыва превысит 5 кПа.

К группе В относят помещения, в которых имеются горючие и трудногорючие жидкости, твёрдые воспламеняющиеся составы. При взаимодействии друг с другом, при соединении с водой или кислородом такие вещества не взрываются, а только горят.

Эта категория делится на 4 подгруппы. Для каждой из них определён диапазон удельной пожарной нагрузки:

• В1 — более 2200 МДж/м2.
• В2 — 1401 — 2200 МДж/м2.
• В3 — 181 — 1400 МДж/м2.
• В4 — 1 до 180 МДж/м2.

В комнатах группы В может быть несколько участков, на которых пожарная нагрузка не превышает установленных значений. Подгруппа В4 предусматривает, что расстояние между этими участками не должно превосходить предельно-допустимых значений.

При разгоне тепловыделение CPU растет пропорционально частоте.
Если ты разгоняешь Athlon XP 1700+ (1.46 GHz), у которого типичное тепловыделение 44.9 Вт до 2000+ (1.66 GHz), то его тепловыделение будет 44.9 x 1.66 / 1.46= 51.05 Вт.
Если быть точным, растет оно не совсем пропорционально: пропорционально оно растет с увеличением частоты шины, а при увеличении напряжения происходит скачок.
Но в целом зависимость верна, и можно считать увеличение тепловыделения пропорциональным увеличению тактовой частоты.

Для ПК существует два основных вида охлаждения: жидкостное и воздушное.
При использовании первого система охлаждения имеет такой вид: непосредственно к процессору прилегает полая внутри металлическая пластина, через которую с помощью насоса прогоняется жидкость.
Вода имеет большую чем воздух теплопроводность, поэтому гораздо лучше отводит от процессора тепло.

После получения тепловой энергии жидкость отводится в специальный радиатор, где и охлаждается.
Причем доводить ее можно до температуры гораздо ниже температуры окружающей среды, повышая тем самым эффективность системы.
Главный недостаток жидкостного охлаждения — сложность и, как следствие, дороговизна.

Воздушная система охлаждения представляет собой совокупность радиатора и вентилятора, именуемую в народе просто «кулером».

Теплопоступления от солнечного излучения через остекленные проемы

Тепло солнечного излучения может значительно увеличивать теплопоступление в здание (например, в магазине с витринами). В помещение передается до 90% солнечного тепла, и лишь небольшая часть отражается стеклами. Наиболее интенсивно тепло излучения поступает летом, в ясную погоду.

Теплопоступление излучения учитывается в тепловом балансе здания только для летнего и переходного времени, когда наружная температура превышает +10 градусов.

Поступление тепла солнечного излучения зависит от следующих факторов:

• Рода и структуры материалов ограждения;
• Состояния поверхности (например, через грязное стекло пройдет меньше излучения);
• Угла, под которым солнечные лучи падают на поверхность;
• Ориентации помещения по сторонам света (теплопоступления от радиации через окна, выходящие на север, вообще не учитываются).

За расчетную величину теплопоступлений от излучения принимается большая из двух величин:

1. тепло, поступающее через остекленную поверхность той из стен, которая наиболее выгодно расположена относительно поступления тепла или имеющей максимальную световую поверхность
2. 70% от тепла, поступающего через остекленные поверхности двух перпендикулярных стен помещения.

Если нужно уменьшить теплопоступления от солнечной радиации, рекомендуется принимать следующие меры:

• ориентировать помещения окнами на север
• делать минимальное количество световых проемов
• применять защиту от солнечных лучей: двойное остекление, побелку стекол, устройство штор, жалюзи и т.д.

При использовании комплексной защиты от солнца теплопоступления от излучения можно сократить практически вдвое, и мощность требуемой холодильной установки уменьшится на 10-15%.

Практические примеры

Чтобы правильно понять все приведённые выше формулы, предлагаем Вам рассмотреть несколько примеров, которые могут встретиться в учебниках по физике.

Первый пример: рассчитаем силу тока из 2-х резисторов, при этом в цели есть последовательное и параллельное соединение. В источнике питания двенадцать Вольт.

Исходя из условий задачи, нужно получить два значения: одно для последовательного, а другое для параллельного соединения.

Для получения значения последовательного соединения, нужно сложить сопротивления, чтобы вывести общее: R1+R2=1+2=3 Ома

Далее определить силу тока можно через закон Ома: I=U/R=12/3=4 Ампера

Для параллельного соединения расчёт будет следующим: Rобщ=(R1*R2)/(R1+R2)=1*2/3=2/3=0,67

С применением закона Ома результат будет таким: I=12*0,67=18А

Второй пример: нужно найти ток при соединении разных элементов цепи. На выход питание составляет 24 Вольта, на резисторы от первого к третьему 1, 2 и 3 Ома соответственно.

В этом случае воспользовавшись формулой, которую мы определили выше, видим следующий расчет: Rприв=(R2*R3)/(R2+R3)=(3*3)|(3+3)=9/6=3/2=1,5 Ома

С этой формулой схема будет выглядеть так:

Теперь определяем силу тока: I=U/(R1+Rприв)=24/(1+1,5)=24/2,5=9,6 Ампер

Это все способы определения силы. Потренируйтесь использовать эти расчеты для типовых задач, и Вы сможете лучше понять принцип вычисления силы тока в электрической цепи!