Гіпермаркет Знань>>Фізика і астрономія>>Фізика 9 клас>> Робота і потужність електричного струму. Закон Джоуля—Ленца. Електронагрівальні прилади

РОБОТА Й ПОТУЖНІСТЬ ЕЛЕКТРИЧНОГО СТРУМУ

Кожний із вас бачив електролічильник, а деякі навіть знімали його покази. А як ви гадаєте, яку фізичну величину вимірює цей прилад? Щоб перевірити свої припущення, познайомтеся зі змістом цього параграфа.

З'ясовуємо, значення якої фізичної величини за допомогою електролічильника На рис. 15.1 подано електролічильник. Запам'ятаємо або запишемо цифри, що зафіксовані на датчику приладу (рис. 15.1, а), інакше кажучи, знімемо показ лічильника. Що означають ці цифри? Очевидно, що це числове значення деякої фізичної величини. А якої?
Для початку визначимо одиниці цієї величини. Поряд із цифровим табло написано: кВт • год. Отже, фізична величина, значення якої показує електролічильник, вимірюється у кіловат-годинах. Відомо, що 1кВт = 1000Вт
кВтгод = 3,6 106 Дж. А одна з фізичних величин, що вимірюються в джоулях,— це робота. Отже, можна припустити, що електролічильником вимірюють роботу струму. Щоб переконатися в цьому, включимо в коло електролічильника електрообігрівач. Через деякий час знову знімемо показ лічильника (рис. 15.1, б). Бачимо, що він збільшився. Електричний струм, проходячи спіраллю електрообігрівача, виконав роботу, яку ми зафіксували, використавши покази лічильника. Таким чином, електролічильник — це прилад для прямого вимірювання роботи струму.
Вартість одиниці роботи називають тарифом. Наприклад, на 1 січня 2009 р. тариф для певної категорії населення в Харкові становив 24,36 к. за 1 кВтгод.

Рис. 15.1. Електролічильник.

Зняття даних лічильника: а — початкові дані (382 кВт год); б — дані лічильника після деякого часу роботи електрообігрівача (385 кВт год). Кількість використаної за певний час електроенергії: 385-382 = 3 (кВт год)
Обчислюємо роботу струму
З'ясуємо, чи можна роботу струму виміряти в інший спосіб, не використовуючи електролічильник.
Вивчаючи матеріал § 10 підручника, ви з'ясували, що електрична напруга II на кінцях ділянки електричного кола визначається за формулою {7 = —. Отже, роботу А електричного струму з переміщення електричного заряду д на цій ділянці можна знайти за формулою А = ІІд. Виразивши заряд д через силу струму І та час і його проходження: д = Іі,— отримаємо формулу для розрахунку роботи електричного струму на даній ділянці кола:
Отже, щоб визначити роботу, яку виконує струм у певному споживачі можна скористатися добре відомими вам вимірювальними приладами: амперметром, вольтметром і годинником, достатньо виміряти силу струму в споживачі, напругу на ньому й час проходження струму (рис. 15.2).

Рис. 15.2. Вимірювання сили струму в споживачі, напруга на ньому й час проходження струму.

Ви вже знаєте, що такі вимірювання називають непрямими.
Зверніть увагу, що із формули для розрахунку роботи електричного струму випливає: 1Дж = 1В А с,— це співвідношення вам стане у пригоді під час перевірки одиниць у процесі розв'язування задач.

Обчислюємо потужність струму
Потужність електричного струму — фізична величина, що характеризує швидкість виконання струмом роботи й дорівнює відношенню роботи А струму до часу І, за який цю роботу виконано.

Учимося розрізняти номінальну та фактичну потужності  споживачів
Звернувшись до формули розрахунку потужності струму , побачимо, що потужність струму можна визначити, скориставшися амперметром і вольтметром (перемножити напругу та силу струму,
Існують також прилади для прямого вимірювання потужності електричного струму ватметри. Ватметри приєднують паралельно споживачу, потужність струму в якому потрібно виміряти.
Вимірюючи потужність струму в споживачі, ми визначаємо його фактичну потужність.
Потужність, яка зазначена в паспорті електричного приладу (або безпосередньо на приладі), називають номінальною потужністю. У паспорті електричного приладу зазвичай указують не тільки його номінальну потужність, але й напругу, на яку прилад розрахований. Проте напруга в мережі може трохи змінитися, наприклад, збільшитися, відповідно збільшиться й сила струму. Збільшення сили струму й напруги приведе до збільшення потужності струму в споживачі. Тобто значення фактичної та номінальної потужностей споживача можуть відрізнятися.
Якщо коло складається з кількох споживачів, то, розраховуючи їхню фактичну потужність, слід пам'ятати, що за будь-якого з'єднання споживачів загальна потужність струму в усьому колі дорівнює сумі потужностей окремих споживачів.
Завершуючи знайомство з потужністю електричного струму, знову звернемося до рис. 15.1. На лічильнику подано значення ще двох фізичних величин: 220 В; 15 А. Перша з них показує, у коло з якою напругою слід вмикати лічильник, друга — максимально допустиму силу струму в приладі. Перемноживши ці значення, одержимо максимально допустиму потужність споживачів, які можна підключити через цей електролічильник (17І = Р).

Відкриваємо закон Джоуля—Ленца
Теплову дію струму вивчали на дослідах англійський учений Дж. Джоуль (рис. 16.1)

Рис. 16.1. Дж. Джоуль.

і російський учений Е. X. Ленц (рис. 16.2).

Рис. 16.2. Е. Х. Ленц.

Незалежно один під одного нони дійшли однакового висновку,
('ного часу цей закон Г>ун установлений експериментально. Тепер, знаючи формулу для розрахунку роботи струму (Л Ші), можна вивести закон Джоуля—Ленца, скориставшись простими математичними викладеннями.
Якщо на ділянці кола, в якій тече струм, не виконується механічна робота й не відбуваються хімічні реакції, то робота електричного струму приводить тільки до нагрівання провідника. Нагрітий провідник шляхом теплопередачі віддає отриману енергію навколишнім тілам. Отже, згідно із законом збереження енергії кількість виділеної теплоти ф в цьому випадку дорівнюватиме роботі А струму: Я = А.
Кількість теплоти, яка виділяється у провіднику зі струмом, прямо пропорційна квадрату сили струму, опору провідника й часу проходження струму:
Для одержання математичного виразу закона Джоуля—Ленца ми скористалися деякими припущеннями, але, як виявилося з подальших досліджень, кількість теплоти, яка виділяється в процесі проходження струму в ділянці кола, завжди можна обчислити за формулою.
На рис. 16.3 зображено схему досліду, який доводить закон Джоуля—Ленца. Спробуйте описати цей дослід самостійно.

Рис. 16.3. Схема досліду, який доводить закон Джоуля-Ленца.

Вивчаємо електронагрівальні пристрої
Електричні нагрівальні пристрої широко застосовують у сільському господарстві (рис. 17.1), промисловості, на транспорті, у побуті. Незважаючи на зовнішнє різноманіття, усі електронагрівники, використовувані на практиці, мають деякі спільні риси.

Рис. 17.1. Електричні нагрівальні пристрої у сільскому господарстві.

По-перше, робота всіх електричних нагрівників Грунтується на тепловій дії струму, тобто в таких пристроях енергія електричного струму перетворюється на внутрішню енергію нагрівника, який, у свою чергу, шляхом теплопередачі віддає енергію довкіллю (рис. 17.2).

Рис. 17.2. Теплова дія струму.
По-друге, основною частиною будь-якого електронагрівника є нагрівальний елемент — провідник, який нагрівається при проходженні в ньому струму (рис. 17.3).

Рис. 17.3. Нагрівальний елемент.

Нагрівальні елементи мають витримувати нагрівання до дуже високої температури, тому їх виготовляють із тугоплавких матеріалів, тобто з матеріалів, що мають високу температуру плавлення (рис. 17.4).

Рис. 17.4. Нагрівальний елемент з тугоплавкого матеріалу.

Щоб уникнути ураження струмом, нагрівальні елементи ізолюють від корпусу нагрівального пристрою.
За законом Джоуля—Ленца кількість теплоти, що виділяється у нагрівальному елементі, становить. Отже, змінюючи силу струму в нагрівальному елементі, можна регулювати температуру нагрівника (рис. 17.5).

Рис. 17.5. Регулювання температури нагрівника.
Підвідні проводи та нагрівальний елемент з'єднані послідовно, отже, сила струму в них є однаковою. Щоб проводи нагрівалися набагато менше, ніж нагрівальний елемент, його опір має бути в багато разів більшим за опір ніднідпих ііронодіп. Тому нагріваліні елементи найчастіше виготовляють із речовин з великим питомим опором.


Фізика 9 клас. Ф.Я.Божинова, М.М.Кірюхін О.О.Кірюхіна

Зміст уроку
 конспект уроку і опорний каркас                      
 презентація уроку 
 акселеративні методи та інтерактивні технології
 закриті вправи (тільки для використання вчителями)
 оцінювання 

Практика
 задачі та вправи,самоперевірка 
 практикуми, лабораторні, кейси
 рівень складності задач: звичайний, високий, олімпійський
 домашнє завдання 

Ілюстрації
 ілюстрації: відеокліпи, аудіо, фотографії, графіки, таблиці, комікси, мультимедіа
 реферати
 фішки для допитливих
 шпаргалки
 гумор, притчі, приколи, приказки, кросворди, цитати

Доповнення
 зовнішнє незалежне тестування (ЗНТ)
 підручники основні і допоміжні 
 тематичні свята, девізи 
 статті 
 національні особливості
 словник термінів                          
 інше 

Тільки для вчителів
 ідеальні уроки 
 календарний план на рік 
 методичні рекомендації 
 програми
 обговорення

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.