і отримати безкоштовне
свідоцтво про публікацію
До визначення переможців залишилось:
3
Дня
3
Години
16
Хвилин
30
Секунд
Поспішайте взяти участь в акції «Методичний тиждень».
Щотижня отримуйте приємні подарунки.
Взяти участь
  • Всеосвіта
  • Бібліотека
  • Робота і потужність струму. Теплова дія струму. Закон Джоуля–Ленца. Електрорушійна сила (ЕРС).

Робота і потужність струму. Теплова дія струму. Закон Джоуля–Ленца. Електрорушійна сила (ЕРС).

Передплата на журнал
Бібліотека
матеріалів

Тема 30. Робота і потужність струму. Теплова дія струму. Закон Джоуля–Ленца. Електрорушійна сила (ЕРС).

Мета: з'ясувати, які перетворення відбуваються в провіднику, через який протікає електричний струм.

Актуальність: вміння пояснювати фізичні явища, пізнавальна зацікавленість до предмета.

Міжпредметна інтеграція: математика.

План

1. Робота електричного струму.

2. Закон Джоуля-Ленца.

3. Потужність електричного струму

4. ЕРС. Закон Ома для повного кола.

Знати:Що таке робота електричного струму, закон Джоуля-Ленца, потужність електричного струму, поняття електрорушійної сили, закон Ома для повного кола.

Вміти: розв’язувати задачі з використанням вивчених формул і на закон Ома для повного кола.

Ключові поняття: робота електричного струму, закон Джоуля-Ленца, потужність електричного струму, поняття електрорушійної сили, закон Ома для повного кола.

1. Робота електричного струму.

Як відомо, робота характеризує зміну енергії або перетворення одного виду енергїі в інший. Робота електричного струму також характеризує процес перетворення енергії одного виду (енергії електричвого поли) в енергію іншого виду (внутрішню енергію тіл, у механічну й інші види енергії). Розглянемо довільну ділянку кола, наприклад витку розжарення електричної лампи. Нехай за час Δt через поперечний переріз провідника проходить заряд Δq. Тоді електричне поле виконає роботу А=ΔqU. Оскільки Δq =ІΔt , ця робота дорівнює:

A=IUΔt

За одиницю роботи електричного струму прийнято джоуль. Джоуль дорівнює роботі, яку виконує електричний струм силою 1 А за напруги 1 В протягом 1 с:

[А]=1А·1 В·1с = 1 Дж.

2. Закон Джоуля-Ленца

Якщо єдиною дією струму є теплова, то, відповідно до закону збереження: енергії, кількість теплоти, що виділилася в провіднику, чисельно дорівнює роботі струму: Q=А. Отже, Q = IUt.

Використовуючи закон Ома для: ділянки кола, можна записати три еквівалентні формули для: кількості теплоти, що виділилася в провідиику зі струмом:

Закон, що визначає кількість теплоти, яку виділяє провідник зі струмом у навколишнє середовище, був установлений експериментально англійським ученим Д. Джоулем і російським ученим Е. Х. Ленцем:

кількість теплоти, що виділилося в провіднику, дорівнює добутку квадрата сили струму на опір провідника й час проходження струму:

Формули для кількості теплоти, що виділилася в провідиику, можуть видатися суперечливими: відповідно до першої з них кількість теплоти прямо пропорційна опору провідника, а відповідно до другої - обернено пропорційна.

Щоб розібратися в цьому, порівняємо кількості теплоти, яка виділяється у двох провідииках під час їх послідовного і паралельного з'єднання.

Якщо провідники з'єднані послідовно, сила струму в них однакова. Тому для порівняння кількості теплоти, що виділяється в провідниках, зручніше користуватися формулою

Одержуємо:

Таким чином, за послідовного з'єднання провідників більша кількість теплоти виділяється в провіднику, що має більший опір.

Якщо провідники з' єднані паралельно, напруга на їх кінцях однакова. Тому для порівняння кількості теплоти, що виділяється в провідниках, зручніше користуватися формулою

Одержуємо:

Таким чином, за паралельного з'єднання провідників більша кількість теплоти виділяється в провіднику, що має менший опір.

3. Потужність електричноrо струму

Будь-який електричний прилад розрахований ва споживавви певної енергії в одиницю часу. Тому, крім роботи струму, важливе значения має поняття потужності струму.

Потужністю струму Р називається відношення роботи струму А до проміжку часу t, протягом якого ця робота була виконана:

Оскільки A=IUt, одержуємо P=IU. Використовуючи закон Ома для ділявки кола, :можна записати три еквівалентні формули для потужності:

Потужність струму, як і будь-яка потужність, вимірюється в системі СІ у ватах (Вт). Потужність дорівнює 1 Bт, якщо за 1 с виконується робота 1 Дж.

Будь-який електричний прилад характеризується споживаною ним потужністю, яку часто називають потужністю цього приладу (зазвичай їі вказують на приладі).

4. ЕРС. Закон Ома для повного кола.

Сторонні сили своєю роботою замикають коло і забезпечують сталість струму. Кожне джерело струму характеризується роботою сторонніх сил з переміщенням одиниці позитивного заряду, що діють у ньому, тобто певною електрорушійною силою (ЕРС). Усередині джерела струму сторонні сили виконують роботу Астор пере:міщаючи вільні заряди проти дії сил електростатичного поля. Ця робота пропорційна заряду, тому

відношення роботи сторонніх сил з переміщення заряду усередині джерела до заряду є характеристикою джерела струму й називається електрорушійною силою джерела:

Будь-яке джерело струму по суті є перетворювачем енергії у ньому якийсь один вид енергії перетворюється: в електричну. Із цього погляду сторонні сили й виконують роботу з розподілу зарядів (фізична величина, вимірювана роботою сторонніх сил з роз'єднання одиниці кількості електрики).

Під час переміщевин заряду q усередині джерела струму сторонні сили виконують роботу , ε - ЕРС джерела. Під час протікання струму у зовнішньому колі в ньому виділяється кількість теплоти де R - опір зовнішнього кола. Джерело струму також має деякий опір, що позначають зазвичай r і вазивають внутрішнім опором джерела. Тому під час проходження: струму усередині джерела в ньому виділяється: кількість теплоти: .

Із закону збереження енергії випливає, що , звідки одержуємо Суму опорів R+r називають повним опором кола, і отримане співвідношевни формулюють як закон Ома для повного кола:

сила струму в замкнутому колі, що містить одне джерело, дорівнює відношенню ЕРС джерела до повного опору кола:

Якщо коло містить кілька послідовно увімкнених елементів з ЕРС, то повна ЕРС кола дорівнює алгебраїчній сумі ЕРС окремих елементів.

Загальний опір кола дорівнює сумі всіх опорів: Rзаг=R+r1+r2+r3

Як випливає із закону Ома для повного кола, сила струму зменшується відповідно до збільшевнн R. Найбільша сила cтpyму відповідає випадку R =0, тобто короткому замиканню. Під час короткого замикання сила струму . Із цієї формули видно, що якщо внутрішній опір джерела дуже малий, струм короткого замикання буде дуже значним, що може вивести джерело з ладу. Розімкнутому колу відповідає нескінченно великий зовнішній опір R. При цьому, як випливає з формули закону Ома для всього кола, сила струму І=0.

Література

1. Фізика. 10 кл.: підруч. для загальноосвіт. навч. закладів : рівень стандарту / Л. Е. Генденштейн, І. Ю. Ненашев.– Х. : Гімназія, 2010.

2. Фізика. Підруч. для 10 кл. серед. загальноосвіт. шк../ С. У. Гончаренко К.: Освіта, 2002.

3. А. П. Римкевич. Збірник задач з фізики. – К.: «Радянська школа», 1982.

4. Кирик Л. А. Усі уроки фізики. 11 клас. Рівень стандарту. - Х.: Вид. група Основа, 2011.

Питання для самоаналізу

1. Які спостереження показують, що електричний струм може ви конати роботу?

2. Які перетворення енергії відбуваються в зовнішній ділянці електричвого кола?

3. Чому під час проходження електричного струму провідник нагрівається?

4. Які властивості повинен мати метал, з якого виготовляють спіралі нагрівальних елементів?

5. Як слід розуміти, що ЕРС одного джерела більше за ЕРС іншого?

6. Від чого залежить знак ЕРС у законі Ома для повного кола?

7. Як пов'язана напруга на розімкнутих полюсах джерела з ЕРС джерела?

Відображення документу є орієнтовним і призначене для ознайомлення із змістом, та може відрізнятися від вигляду завантаженого документу

Опис документу:
Робота і потужність струму. Теплова дія струму. Закон Джоуля–Ленца. Електрорушійна сила (ЕРС).
Збірник методичних матеріалів проекту «Всеосвіта» I видання

Бажаєте дізнаватись більше цікавого?


Долучайтесь до спільноти