Какую работу совершает электрический ток за 10 мин в утюге с сопротивлением 80 ом

Обновлено: 23.04.2024

I. Повторение. Проверка домашнего задания

- Как устроена осветительная лампа накаливания?

- Кто и когда изобрел лампу накаливания?

- Почему нить накаливания делают из вольфрама?

- Изменяется ли внутренняя энергия проводника, по которому течет ток?

- Почему вместо перегоревшей пробки предохранителя в патрон нельзя вставить проводник из тугоплавкого металла (гвоздь, пучок проволоки)?

- Объясните, почему нагревательные элементы таких приборов как: электрическая плитка, утюг, электропечь, - изготавливают из металлов, имеющих большое удельное сопротивление?

- Объясните, почему провода, подводящие ток к электрической лампочке, практически не нагреваются, в то время как спираль лампочки раскаляется добела?

- Почему при соединении проводников их не только скручивают, но и спаивают?

II. Самостоятельная работа

1. Определите количество теплоты, выделяемое в проводнике за 3 мин, если сила тока в цепи 5 А, а напряжение на концах проводника 200 В. (Ответ: 180 кДж.)

2. Сколько теплоты выделится за 30 с в реостате сопротивлением 100 Ом при силе тока в цепи 2 А? (Ответ: 12 кДж.)

3. Электрическая печь потребляет мощность 6000 Вт при силе тока 50 А. Определить напряжение тока, питающего печь и сопротивление печи. (Ответ: 120 В, 2,4 Ом.)

4. Чему равно сопротивление электрической печи, если в течение 1 мин при силе тока 4 А выделяется 28,8 кДж теплоты? (Ответ: 30 Ом.)


5. На сколько градусов за 5 мин нагревается медный электрокипятильник массой 0,5 кг, включенный в сеть с напряжением 120 В при силе тока 2,5 А? Удельная теплоемкость меди (Ответ: 474 °С.)

6. Определите мощность, потребляемую первой лампой (см. рис. 162), если R1 = 3 Ом, R2 = 6 Ом, R3 = 10 Ом, а вольтметр показывает 30 В. (Ответ: 12 Вт.)

7. Спираль электрической плитки мощностью 600 Вт состоит из сплава, удельное сопротивление которого 1,2 Ом·мм 2 /м. Длина проволоки 5 м, ее сечение 1 мм 2 . Найти напряжение, подаваемое на плитку. (Ответ: 60 В.)

8. Сколько времени требуется для нагревания 2 кг воды от 20 °С до 100 °С в электрическом чайнике мощностью 600 Вт, если его КПД 80%? (Ответ: 23,3 мин.)

9. Найти мощность, потребляемую четвертой лампой (см. рис. 163), если R1 = 12 Ом, R2 = 24 Ом, R3 = 3 Ом, R4 = 6 Ом, а амперметр показывает 1 А. (Ответ: 1,5 Вт.)

1. Какую работу совершает ток в электродвигателе за 30 с, если при напряжении 220 В сила тока в двигателе 0,1 А? (Ответ: 660 Дж.)

2. Определите мощность тока в электрической лампе, включенной в сеть напряжением 220 В, если известно, что сопротивление нити накала лампы 484 Ом. Какой ток течет в нити накала? (Ответ: 100 Вт.)

3. Какое количество теплоты выделит за 10 мин проволочная спираль сопротивлением 15 Ом, если сила тока в цепи 2 А? (Ответ: 36 кДж.)

4. За какое время электрический утюг выделит 800 Дж теплоты, если ток в спирали 3 А, а напряжение в сети 220 В? (Ответ: 1,2 с.)

5. Определите мощность электрического чайника, если за 8 мин в нем 1,5 л воды нагреется от 20 °С до 40 °С? (Ответ: 262,5 Вт.)

6. Определите мощность, потребляемую третьей лампой (см. рис. 164), если R1, = 3 Ом, R2 = 6 Ом, R3 = 5 Ом, а амперметр показывает I2 = 2 А. (Ответ: 180 Вт.)

7. Электрическая печь потребляет мощность 800 Вт при напряжении 220 В. Обмотка печи сделана из никелиновой проволоки длиной 72 м. Найти площадь поперечного сечения проволоки, если удельное сопротивление никелина с = 0,4 Ом·мм 2 /м. (Ответ: 0,48 мм 2 .)

8. Сколько времени будет нагреваться 1 л воды от 20 °С до 100 °С в электрическом чайнике мощностью 500 Вт, если его КПД 75%? (Ответ: 15 мин.)

9. Найти мощность, потребляемую четвертой лампой (см. рис. 165), если R1, = 1 Ом, R2 = 2 Ом, R3 = 2 Ом, R4 = 4 Ом, а амперметр показывает 2 А. (Ответ: примерно 1,77 Вт.)


1. Электрический ток, проходя по цепи, производит разные действия: тепловое, механическое, химическое, магнитное. При этом электрическое поле совершает работу, и электрическая энергия превращается в другие виды энергии: во внутреннюю, механическую, энергию магнитного поля и пр.

Как было показано, напряжение ​ \( (U) \) ​ на участке цепи равно отношению работы ​ \( (F) \) ​, совершаемой при перемещении электрического заряда ​ \( (q) \) ​ на этом участке, к заряду: ​ \( U=A/q \) ​. Отсюда ​ \( A=qU \) ​. Поскольку заряд равен произведению силы тока ​ \( (I) \) ​ и времени ​ \( (t) \) ​ ​ \( q=It \) ​, то ​ \( A=IUt \) ​, т.е. работа электрического тока на участке цепи равна произведению напряжения на этом участке, силы тока и времени, в течение которого совершается работа.

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

​ \( [A] \) ​= 1 Дж = 1 В · 1 А · 1 с

Для измерения работы используют три измерительных прибора: амперметр, вольтметр и часы, однако, в реальной жизни для измерения работы электрического тока используют счётчики электрической энергии.

Если нужно найти работу тока, но при этом сила тока или напряжение неизвестны, то можно воспользоваться законом Ома, выразить неизвестные величины и рассчитать работу по формулам: ​ \( A=\fract \) ​ или ​ \( A=I^2Rt \) ​.

2. Мощность электрического тока равна отношению работы ко времени, за которое она совершена: ​ \( P=A/t \) ​ или ​ \( P=IUt/t \) ​; ​ \( P=IU \) ​, т.е. мощность электрического тока равна произведению напряжения и силы тока в цепи.

Единицей мощности является ватт (1 Вт): ​ \( [P]=[I]\cdot[U] \) ​; ​ \( [P] \) ​ = 1 А · 1 В = 1 Вт.

Используя закон Ома, можно получить другие формулы для расчета мощности тока: ​ \( P=\frac;P=I^2R \) ​.

Значение мощности электрического тока в проводнике можно определить с помощью амперметра и вольтметра, измерив соответственно силу тока и напряжение. Можно для измерения мощности использовать специальный прибор, называемый ваттметром, в котором объединены амперметр и вольтметр.

3. При прохождении электрического тока по проводнику он нагревается. Это происходит потому, что перемещающиеся под действием электрического поля свободные электроны в металлах и ионы в растворах электролитов сталкиваются с молекулами или атомами проводников и передают им свою энергию. Таким образом, при совершении током работы увеличивается внутренняя энергия проводника, в нём выделяется некоторое количество теплоты, равное работе тока, и проводник нагревается: ​ \( Q=A \) ​ или ​ \( Q=IUt \) ​. Учитывая, что ​ \( U=IR \) ​, ​ \( Q=I^2Rt \) ​.

Количество теплоты, выделяющееся при прохождении тока но проводнику, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени.

Этот закон называют законом Джоуля-Ленца.

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ

Часть 1

1. Силу тока в проводнике увеличили в 2 раза. Как изменится количество теплоты, выделяющееся в нём за единицу времени, при неизменном сопротивлении проводника?

1) увеличится в 4 раза
2) уменьшится в 2 раза
3) увеличится в 2 раза
4) уменьшится в 4 раза

2. Длину спирали электроплитки уменьшили в 2 раза. Как изменится количество теплоты, выделяющееся в спирали за единицу времени, при неизменном напряжении сети?

1) увеличится в 4 раза
2) уменьшится в 2 раза
3) увеличится в 2 раза
4) уменьшится в 4 раза

3. Сопротивления резистор ​ \( R_1 \) ​ в четыре раза меньше сопротивления резистора ​ \( R_2 \) ​. Работа тока в резисторе 2


1) в 4 раза больше, чем в резисторе 1
2) в 16 раз больше, чем в резисторе 1
3) в 4 раза меньше, чем в резисторе 1
4) в 16 раз меньше, чем в резисторе 1

4. Сопротивление резистора ​ \( R_1 \) ​ в 3 раза больше сопротивления резистора ​ \( R_2 \) ​. Количество теплоты, которое выделится в резисторе 1


1) в 3 раза больше, чем в резисторе 2
2) в 9 раз больше, чем в резисторе 2
3) в 3 раза меньше, чем в резисторе 2
4) в 9 раз меньше, чем в резисторе 2

5. Цепь собрана из источника тока, лампочки и тонкой железной проволоки, соединенных последовательно. Лампочка станет гореть ярче, если

1) проволоку заменить на более тонкую железную
2) уменьшить длину проволоки
3) поменять местами проволоку и лампочку
4) железную проволоку заменить на нихромовую

6. На рисунке приведена столбчатая диаграмма. На ней представлены значения напряжения на концах двух проводников (1) и (2) одинакового сопротивления. Сравните значения работы тока ​ \( A_1 \) ​ и ​ \( A_2 \) ​ в этих проводниках за одно и то же время.


1) ​ \( A_1=A_2 \) ​
2) \( A_1=3A_2 \)
3) \( 9A_1=A_2 \)
4) \( 3A_1=A_2 \)

7. На рисунке приведена столбчатая диаграмма. На ней представлены значения силы тока в двух проводниках (1) и (2) одинакового сопротивления. Сравните значения работы тока \( A_1 \) ​ и ​ \( A_2 \) в этих проводниках за одно и то же время.


1) ​ \( A_1=A_2 \) ​
2) \( A_1=3A_2 \)
3) \( 9A_1=A_2 \)
4) \( 3A_1=A_2 \)

8. Если в люстре для освещения помещения использовать лампы мощностью 60 и 100 Вт, то

А. Большая сила тока будет в лампе мощностью 100 Вт.
Б. Большее сопротивление имеет лампа мощностью 60 Вт.

Верным(-и) является(-ются) утверждение(-я)

1) только А
2) только Б
3) и А, и Б
4) ни А, ни Б

9. 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?

1) 36 А
2) 6 А
3) 2,16 А
4) 1,5 А

10. Электрическая плитка при силе тока 5 А потребляет 1000 кДж энергии. Чему равно время прохождения тока по спирали плитки, если её сопротивление 20 Ом?

1) 10000 с
2) 2000 с
3) 10 с
4) 2 с

11. Никелиновую спираль электроплитки заменили на нихромовую такой же длины и площади поперечного сечения. Установите соответствие между физическими величинами и их возможными изменениями при включении плитки в электрическую сеть. Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами. Цифры в ответе могут повторяться.

ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА
A) электрическое сопротивление спирали
Б) сила электрического тока в спирали
B) мощность электрического тока, потребляемая плиткой

ХАРАКТЕР ИЗМЕНЕНИЯ
1) увеличилась
2) уменьшилась
3) не изменилась

12. Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым эти величины определяются. Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ
A) работа тока
Б) сила тока
B) мощность тока

Часть 2

13. 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?


Какой заряд проходит через поперечное сечение провода за 50 с, если сила тока в нем 2,5 А?

За какое время через поперечное сечение провода пройдет 72 Кл электричества при силе тока в нем 1,2 А?

В цепи с напряжением 100 В проходит ток силой 1 А. найдите работу, совершаемую электрическими силами по перемещению заряда, за 1 мин.

По проводнику, к концам которого приложено напряжение 5 В, прошло 100 Кл электричества. Определите работу тока

Электрическая лампочка включена в цепь напряжением 10 В. Током была совершена работа 150 Дж. Какое количество электричества прошло через нить накала лампочки?

Какую работу совершит ток силой 3 А за 10 мин при напряжении в цепи 15 В?

В лампочке карманного фонаря сила тока равна 0,2 А. Вычислите электрическую энергию, получаемую лампочкой за каждые 2 мин, если напряжение на лампочке составляет 3,6 В.

Начертите схему электрической цепи, состоящей из источника тока и двух последовательно соединенных ламп. Изобразите, как надо подключить амперметр и вольтметр для измерения силы тока в каждой лампе и напряжения на каждой лампе.

По спирали электролампы проходит 540 Кл электричества за каждые 5 мин. Чему равна сила тока в лампе?

Чему равно напряжение на участке цепи, на котором совершена работа 500 Дж при прохождении 25 Кл электричества?

Вычислите работу, которая совершается при прохождении через спираль электроплитки 15 Кл электричества, если она включена в сеть напряжением 220 В?

При электросварке сила тока достигает 200 А. Какой электрический заряд проходит через поперечное сечение электрода за 1 мин?

Определите напряжение на участке цепи, если при прохождении по нему заряда в 15 Кл током была совершена работа 9 кДж.

Сопротивление. 8 класс

Длина алюминиевого провода 500 м, площадь его поперечного сечения 4 мм 2 , Чему равно сопротивление провода?

Медный провод с площадью поперечного сечения 0,85 мм 2 обладает сопротивлением 4 Ом. Какова длина провода?

Длина серебряного провода 0,6 м, а сопротивление 0,015 Ом. Определите площадь поперечного сечения провода.

Спираль электрической плитки изготовлена из нихромовой проволоки длиной 13,75 м и площадью поперечного сечения 0,1 мм2. Плитка рассчитана на напряжение 220 В. Определите силу тока в спирали плитки.

Сила тока в железном проводнике длиной 150 мм и площадью поперечного сечения 0,02 мм2 равна 250 мА. Каково напряжение на концах проводника?

Определите силу тока, проходящего через реостат, изготовленный из никелиновой проволоки длиной 50 м и площадью поперечного сечения 1 мм 2 , если напряжение на зажимах реостата равно 45 В.

Д.З. Упр 20(учебник)

Сила Тока. Напряжение, Работа тока. 8 класс

Какой заряд проходит через поперечное сечение провода за 50 с, если сила тока в нем 2,5 А?

За какое время через поперечное сечение провода пройдет 72 Кл электричества при силе тока в нем 1,2 А?

В цепи с напряжением 100 В проходит ток силой 1 А. найдите работу, совершаемую электрическими силами по перемещению заряда, за 1 мин.

По проводнику, к концам которого приложено напряжение 5 В, прошло 100 Кл электричества. Определите работу тока

Электрическая лампочка включена в цепь напряжением 10 В. Током была совершена работа 150 Дж. Какое количество электричества прошло через нить накала лампочки?

Какую работу совершит ток силой 3 А за 10 мин при напряжении в цепи 15 В?

В лампочке карманного фонаря сила тока равна 0,2 А. Вычислите электрическую энергию, получаемую лампочкой за каждые 2 мин, если напряжение на лампочке составляет 3,6 В.

Начертите схему электрической цепи, состоящей из источника тока и двух последовательно соединенных ламп. Изобразите, как надо подключить амперметр и вольтметр для измерения силы тока в каждой лампе и напряжения на каждой лампе.

По спирали электролампы проходит 540 Кл электричества за каждые 5 мин. Чему равна сила тока в лампе?

Чему равно напряжение на участке цепи, на котором совершена работа 500 Дж при прохождении 25 Кл электричества?

Вычислите работу, которая совершается при прохождении через спираль электроплитки 15 Кл электричества, если она включена в сеть напряжением 220 В?

При электросварке сила тока достигает 200 А. Какой электрический заряд проходит через поперечное сечение электрода за 1 мин?

Определите напряжение на участке цепи, если при прохождении по нему заряда в 15 Кл током была совершена работа 9 кДж.

Сопротивление. 8 класс

Длина алюминиевого провода 500 м, площадь его поперечного сечения 4 мм 2 , Чему равно сопротивление провода?

Медный провод с площадью поперечного сечения 0,85 мм 2 обладает сопротивлением 4 Ом. Какова длина провода?

Длина серебряного провода 0,6 м, а сопротивление 0,015 Ом. Определите площадь поперечного сечения провода.

Спираль электрической плитки изготовлена из нихромовой проволоки длиной 13,75 м и площадью поперечного сечения 0,1 мм2. Плитка рассчитана на напряжение 220 В. Определите силу тока в спирали плитки.

Сила тока в железном проводнике длиной 150 мм и площадью поперечного сечения 0,02 мм2 равна 250 мА. Каково напряжение на концах проводника?

Определите силу тока, проходящего через реостат, изготовленный из никелиновой проволоки длиной 50 м и площадью поперечного сечения 1 мм 2 , если напряжение на зажимах реостата равно 45 В.

Д.З. Упр 20(учебник)

Определите силу тока в электрической лампочке, если через ее нить накала за 10 минут проходит электрический заряд 300 Кл.

Сила тока в утюге 0,2 А. Какой электрический заряд пройдет через спираль через 5 минут?

При электросварке сила тока достигает 200 А. За какое время через поперечное сечение электрода проходит заряд 60000 Кл?

Чему равно напряжение на участке цепи, на котором электрическое поле совершило работу 500 Дж при прохождении заряда 25 Кл?

Напряжение на лампочке 220 В. Какую работу совершает электрическое поле при прохождении через нить накала лампочки заряда 7 Кл?


Спираль электрической плитки изготовлена из никелиновой проволоки, длина которой равна 6,2 м, а площадь поперечного сечения — 0,5 мм 2 . Найдите сопротивление спирали, если удельное сопротивление никелина равно 0,42 .

Определите напряжение на концах стального проводника длиной 140 см и площадью поперечного сечения 0,2 мм 2 , в котором сила тока 250 мА.

Через спираль электроплитки за 2 минуты прошел заряд в 600 Кл. Определите силу тока.

За какое время через поперечное сечение проводника пройдет заряд, равный 30 Кл, тока в спирали. цепи 0,2 А? при силе тока 200 мА?

При прохождении электрического заряда 12 Кл совершается работа 600 Дж. Чему равно напряжение на концах этого проводника?

Вычислите работу, которая совершается при прохождении через спираль электроплитки заряда 15 Кл, если она включена в сеть с напряжением 220 В.

Напряжение на лампе накаливания 220 В. Какой заряд прошел через нить накала лампы, если при этом была совершена работа 4400 Дж?


При изготовлении кипятильника использовали алюминиевую проволоку, длина которой равна 4,7 м, а площадь поперечного сечения — 0,6 мм 2 . Найди сопротивление спирали кипятильника, если удельное сопротивление алюминия равно 0,028

Определите напряжение на концах стального проводника длиной 140 см и площадью поперечного сечения 0,2 мм 2 , в котором сила тока 250 мА.

Определите силу тока в электрической лампочке, если через ее нить накала за 10 минут проходит электрический заряд 300 Кл.

Сила тока в утюге 0,2 А. Какой электрический заряд пройдет через спираль через 5 минут?

При электросварке сила тока достигает 200 А. За какое время через поперечное сечение электрода проходит заряд 60000 Кл?

Чему равно напряжение на участке цепи, на котором электрическое поле совершило работу 500 Дж при прохождении заряда 25 Кл?

Напряжение на лампочке 220 В. Какую работу совершает электрическое поле при прохождении через нить накала лампочки заряда 7 Кл?


Спираль электрической плитки изготовлена из никелиновой проволоки, длина которой равна 6,2 м, а площадь поперечного сечения — 0,5 мм 2 . Найдите сопротивление спирали, если удельное сопротивление никелина равно 0,42 .

Определите напряжение на концах стального проводника длиной 140 см и площадью поперечного сечения 0,2 мм 2 , в котором сила тока 250 мА.

Через спираль электроплитки за 2 минуты прошел заряд в 600 Кл. Определите силу тока.

За какое время через поперечное сечение проводника пройдет заряд, равный 30 Кл, тока в спирали. цепи 0,2 А? при силе тока 200 мА?

При прохождении электрического заряда 12 Кл совершается работа 600 Дж. Чему равно напряжение на концах этого проводника?

Вычислите работу, которая совершается при прохождении через спираль электроплитки заряда 15 Кл, если она включена в сеть с напряжением 220 В.

Напряжение на лампе накаливания 220 В. Какой заряд прошел через нить накала лампы, если при этом была совершена работа 4400 Дж?


При изготовлении кипятильника использовали алюминиевую проволоку, длина которой равна 4,7 м, а площадь поперечного сечения — 0,6 мм 2 . Найди сопротивление спирали кипятильника, если удельное сопротивление алюминия равно 0,028

Определите напряжение на концах стального проводника длиной 140 см и площадью поперечного сечения 0,2 мм 2 , в котором сила тока 250 мА.


-75%


Если включить в сеть обычную лампочку или электрочайник, спираль этих приборов начнет нагреваться и выделять тепло. А при работе вентилятора теплового излучения нет, хотя он тоже подключается к сети. Этот феномен объясняет закон Джоуля-Ленца, который широко используется в прикладной электротехнике. В данном материале мы познакомимся с ним, узнаем определение, формулы и физический смысл правила.

О чем эта статья:

8 класс, 10 класс

Закон Джоуля-Ленца

На примере многих бытовых приборов понятно, что если через участок цепи проходит электроток и при этом не совершается какая-либо работа, то происходит нагревание проводника. Иногда оно идет на пользу — например, в лампе накаливания или в аппарате дуговой сварки. Но в других случаях тепловой эффект нежелателен — например, перегрев электрической проводки в здании может вызвать пожар. Поэтому в наших интересах управлять таким эффектом, и правило Джоуля-Ленца определяет, от чего зависит тепловое действие тока.

Правило было сформулировано в результате опытов двух ученых — англичанина Джеймса Прескотта Джоуля и российского физика Эмилия Христиановича Ленца. Поскольку ученые работали независимо друг от друга, новый закон назвали двойным именем.

Закон Джоуля-Ленца кратко: нагревание проводника или полупроводника прямо пропорционально его сопротивлению, времени действия тока и квадрату силы тока.

Поскольку сопротивление проводника определяют такие характеристики, как его длина, площадь и проводимость, верны следующие утверждения:

количество теплоты в проводнике снижается при увеличении площади его сечения;

тепловой эффект снижается при уменьшении длины проводника.

Это легко проиллюстрировать, подключив к источнику питания две лампы с разным сопротивлением вначале последовательно, а после — параллельно. При последовательном подключении лампа с большим сопротивлением будет светить ярче, а при параллельном — наоборот.

Иллюстрация закона Ленца-Джоуля

Природа тепла в проводниках

Разберемся, как происходит нагрев проводника и каким образом этот процесс отвечает формулировке законе Джоуля-Ленца. Как известно, электрический ток представляет собой направленный поток электронов, если речь идет о металлах, и направленный поток ионов — если о растворах электролитов. Проводником называют такой металл, в котором много свободных электронов.

При подключении проводника к сети электроны начинают двигаться в одном направлении под действием электрического поля. При движении они сталкиваются с атомами проводника и передают им свою кинетическую энергию. Чем выше скорость заряженных частиц, тем чаще происходят такие столкновения и больше выделяется кинетической энергии. Часть этой энергии трансформируется в тепло, поэтому проводник нагревается.

Нагрев проводника

Высокая сила тока означает, что через сечение проводника проходит много свободных электронов и столкновения происходят часто. Соответственно, частицам проводника передается много энергии, и он греется сильнее. Именно поэтому в законе Ленца-Джоуля говорится о том, что количество выделяемой теплоты пропорционально квадрату силы тока.

Теперь представим, что сечение проводника увеличилось. Конечно, столкновений частиц будет меньше, а значит — выделится меньше тепла. Вспоминаем, что удельное сопротивление проводника обратно пропорционально его сечению. Чем меньше сечение материала, тем выше его сопротивление и тем сильнее он нагревается. Вот мы и описали тепловое действие тока в соответствии с законом Джоуля-Ленца.

Уравнение Джоуля-Ленца

Посмотрим, как данный закон выражается в математическом виде. Допустим, на некоем участке цепи проходит электрический ток и вызывает нагревание проводника. Если на этом участке нет каких-либо механических процессов или химических реакций, требующих энергозатрат, выделенная проводником теплота Q равна работе тока A.

Q = A

Поскольку А = IUt, где I — сила тока, U — напряжение, а t — время, Q = IUt.

Теперь вспомним, что напряжение можно выразить через сопротивление и силу тока U = IR. Подставим это в формулу:

Q = IUt = I(IR)t = I 2 Rt

Q = I 2 Rt

Мы выразили количество теплоты в проводнике через сопротивление — эта формула для закона Джоуля-Ленца называется интегральной.

Но бывает так, что сила электрического тока неизвестна, зато есть информация о напряжении на участке цепи. В таком случае нужно использовать закон Ома:

I = U/R

Исходя из этого, закон Джоуля-Ленца можно записать в виде дифференциальной формулы:


Напомним, что такое уравнение, как и предыдущее, верно только в том случае, когда вся работа электрического тока уходит на выделение тепла и нет других потребителей энергии.

Итак, у нас есть две формулы для определения количества теплоты, выделяемой проводником при прохождении через него электричества:


При расчетах используют следующие единицы измерения:

количество тепла Q— в джоулях (Дж);

силу тока I — в амперах (А);

сопротивление R — в омах (Ом);

время t — в секундах (с).

Практическое применение

Применение на практике закона Джоуля-Ленца заключается в том, что тепловым действием электрического тока можно управлять, подбирая проводники с нужным сопротивлением. К примеру, для электрических нагревательных приборов, которые должны выделять максимум тепла, выбирают проводники с высоким сопротивлением.

Низкое сопротивление, напротив, позволяет проводнику практически не нагреваться при прохождении тока. Поэтому на промышленных предприятиях с усиленными требованиями к пожаробезопасности для прокладки линий электропередач используется медный кабель. Удельное сопротивление меди сечением 1 мм 2 равно 0,0175 Ом, в то время как у алюминия оно составляет 0,0271 Ом. Медь практически не нагревается, чем снижает риск возгораний.

Примеры задач

Задача 1

Электроплита подключена к сети с напряжением 220 В. Какое количество тепла выделит ее нагревательный элемент за 50 минут, если известно, что сила тока в цепи составляет 10 А.

Решение:

t = 50 мин = 3000 с;

Для того, чтобы рассчитать количество тепла, в данном случае подойдет интегральная формула Джоуля-Ленца Q = I 2 Rt, однако мы не знаем, чему равно сопротивление R. Однако согласно закону Ома R = U/I.

Вычислим сопротивление: R = U/I = 220/10 = 22 Ом.

Подставим имеющиеся данные в формулу:

Q = I 2 Rt = 10 2 × 22 × 3000 = 6 600 000 Дж = 6,6 МДж.

Ответ: плита выделит 6,6 мегаджоулей тепла.

Задача 2

Для обогрева дома требуется, чтобы отопительный прибор выделял 125 кДж тепла в час. Напряжение в электрической сети составляет 220 В. Каким должно быть электрическое сопротивление проводника, чтобы обеспечить данную теплоотдачу?


Какой заряд проходит через поперечное сечение провода за 50 с, если сила тока в нем 2,5 А?

За какое время через поперечное сечение провода пройдет 72 Кл электричества при силе тока в нем 1,2 А?

В цепи с напряжением 100 В проходит ток силой 1 А. найдите работу, совершаемую электрическими силами по перемещению заряда, за 1 мин.

По проводнику, к концам которого приложено напряжение 5 В, прошло 100 Кл электричества. Определите работу тока

Электрическая лампочка включена в цепь напряжением 10 В. Током была совершена работа 150 Дж. Какое количество электричества прошло через нить накала лампочки?

Какую работу совершит ток силой 3 А за 10 мин при напряжении в цепи 15 В?

В лампочке карманного фонаря сила тока равна 0,2 А. Вычислите электрическую энергию, получаемую лампочкой за каждые 2 мин, если напряжение на лампочке составляет 3,6 В.

Начертите схему электрической цепи, состоящей из источника тока и двух последовательно соединенных ламп. Изобразите, как надо подключить амперметр и вольтметр для измерения силы тока в каждой лампе и напряжения на каждой лампе.

По спирали электролампы проходит 540 Кл электричества за каждые 5 мин. Чему равна сила тока в лампе?

Чему равно напряжение на участке цепи, на котором совершена работа 500 Дж при прохождении 25 Кл электричества?

Вычислите работу, которая совершается при прохождении через спираль электроплитки 15 Кл электричества, если она включена в сеть напряжением 220 В?

При электросварке сила тока достигает 200 А. Какой электрический заряд проходит через поперечное сечение электрода за 1 мин?

Определите напряжение на участке цепи, если при прохождении по нему заряда в 15 Кл током была совершена работа 9 кДж.

Сопротивление. 8 класс

Длина алюминиевого провода 500 м, площадь его поперечного сечения 4 мм 2 , Чему равно сопротивление провода?

Медный провод с площадью поперечного сечения 0,85 мм 2 обладает сопротивлением 4 Ом. Какова длина провода?

Длина серебряного провода 0,6 м, а сопротивление 0,015 Ом. Определите площадь поперечного сечения провода.

Спираль электрической плитки изготовлена из нихромовой проволоки длиной 13,75 м и площадью поперечного сечения 0,1 мм2. Плитка рассчитана на напряжение 220 В. Определите силу тока в спирали плитки.

Сила тока в железном проводнике длиной 150 мм и площадью поперечного сечения 0,02 мм2 равна 250 мА. Каково напряжение на концах проводника?

Определите силу тока, проходящего через реостат, изготовленный из никелиновой проволоки длиной 50 м и площадью поперечного сечения 1 мм 2 , если напряжение на зажимах реостата равно 45 В.

Д.З. Упр 20(учебник)

Сила Тока. Напряжение, Работа тока. 8 класс

Какой заряд проходит через поперечное сечение провода за 50 с, если сила тока в нем 2,5 А?

За какое время через поперечное сечение провода пройдет 72 Кл электричества при силе тока в нем 1,2 А?

В цепи с напряжением 100 В проходит ток силой 1 А. найдите работу, совершаемую электрическими силами по перемещению заряда, за 1 мин.

По проводнику, к концам которого приложено напряжение 5 В, прошло 100 Кл электричества. Определите работу тока

Электрическая лампочка включена в цепь напряжением 10 В. Током была совершена работа 150 Дж. Какое количество электричества прошло через нить накала лампочки?

Какую работу совершит ток силой 3 А за 10 мин при напряжении в цепи 15 В?

В лампочке карманного фонаря сила тока равна 0,2 А. Вычислите электрическую энергию, получаемую лампочкой за каждые 2 мин, если напряжение на лампочке составляет 3,6 В.

Начертите схему электрической цепи, состоящей из источника тока и двух последовательно соединенных ламп. Изобразите, как надо подключить амперметр и вольтметр для измерения силы тока в каждой лампе и напряжения на каждой лампе.

По спирали электролампы проходит 540 Кл электричества за каждые 5 мин. Чему равна сила тока в лампе?

Чему равно напряжение на участке цепи, на котором совершена работа 500 Дж при прохождении 25 Кл электричества?

Вычислите работу, которая совершается при прохождении через спираль электроплитки 15 Кл электричества, если она включена в сеть напряжением 220 В?

При электросварке сила тока достигает 200 А. Какой электрический заряд проходит через поперечное сечение электрода за 1 мин?

Определите напряжение на участке цепи, если при прохождении по нему заряда в 15 Кл током была совершена работа 9 кДж.

Сопротивление. 8 класс

Длина алюминиевого провода 500 м, площадь его поперечного сечения 4 мм 2 , Чему равно сопротивление провода?

Медный провод с площадью поперечного сечения 0,85 мм 2 обладает сопротивлением 4 Ом. Какова длина провода?

Длина серебряного провода 0,6 м, а сопротивление 0,015 Ом. Определите площадь поперечного сечения провода.

Спираль электрической плитки изготовлена из нихромовой проволоки длиной 13,75 м и площадью поперечного сечения 0,1 мм2. Плитка рассчитана на напряжение 220 В. Определите силу тока в спирали плитки.

Сила тока в железном проводнике длиной 150 мм и площадью поперечного сечения 0,02 мм2 равна 250 мА. Каково напряжение на концах проводника?

Определите силу тока, проходящего через реостат, изготовленный из никелиновой проволоки длиной 50 м и площадью поперечного сечения 1 мм 2 , если напряжение на зажимах реостата равно 45 В.

Д.З. Упр 20(учебник)

Определите силу тока в электрической лампочке, если через ее нить накала за 10 минут проходит электрический заряд 300 Кл.

Сила тока в утюге 0,2 А. Какой электрический заряд пройдет через спираль через 5 минут?

При электросварке сила тока достигает 200 А. За какое время через поперечное сечение электрода проходит заряд 60000 Кл?

Чему равно напряжение на участке цепи, на котором электрическое поле совершило работу 500 Дж при прохождении заряда 25 Кл?

Напряжение на лампочке 220 В. Какую работу совершает электрическое поле при прохождении через нить накала лампочки заряда 7 Кл?


Спираль электрической плитки изготовлена из никелиновой проволоки, длина которой равна 6,2 м, а площадь поперечного сечения — 0,5 мм 2 . Найдите сопротивление спирали, если удельное сопротивление никелина равно 0,42 .

Определите напряжение на концах стального проводника длиной 140 см и площадью поперечного сечения 0,2 мм 2 , в котором сила тока 250 мА.

Через спираль электроплитки за 2 минуты прошел заряд в 600 Кл. Определите силу тока.

За какое время через поперечное сечение проводника пройдет заряд, равный 30 Кл, тока в спирали. цепи 0,2 А? при силе тока 200 мА?

При прохождении электрического заряда 12 Кл совершается работа 600 Дж. Чему равно напряжение на концах этого проводника?

Вычислите работу, которая совершается при прохождении через спираль электроплитки заряда 15 Кл, если она включена в сеть с напряжением 220 В.

Напряжение на лампе накаливания 220 В. Какой заряд прошел через нить накала лампы, если при этом была совершена работа 4400 Дж?


При изготовлении кипятильника использовали алюминиевую проволоку, длина которой равна 4,7 м, а площадь поперечного сечения — 0,6 мм 2 . Найди сопротивление спирали кипятильника, если удельное сопротивление алюминия равно 0,028

Определите напряжение на концах стального проводника длиной 140 см и площадью поперечного сечения 0,2 мм 2 , в котором сила тока 250 мА.

Определите силу тока в электрической лампочке, если через ее нить накала за 10 минут проходит электрический заряд 300 Кл.

Сила тока в утюге 0,2 А. Какой электрический заряд пройдет через спираль через 5 минут?

При электросварке сила тока достигает 200 А. За какое время через поперечное сечение электрода проходит заряд 60000 Кл?

Чему равно напряжение на участке цепи, на котором электрическое поле совершило работу 500 Дж при прохождении заряда 25 Кл?

Напряжение на лампочке 220 В. Какую работу совершает электрическое поле при прохождении через нить накала лампочки заряда 7 Кл?


Спираль электрической плитки изготовлена из никелиновой проволоки, длина которой равна 6,2 м, а площадь поперечного сечения — 0,5 мм 2 . Найдите сопротивление спирали, если удельное сопротивление никелина равно 0,42 .

Определите напряжение на концах стального проводника длиной 140 см и площадью поперечного сечения 0,2 мм 2 , в котором сила тока 250 мА.

Через спираль электроплитки за 2 минуты прошел заряд в 600 Кл. Определите силу тока.

За какое время через поперечное сечение проводника пройдет заряд, равный 30 Кл, тока в спирали. цепи 0,2 А? при силе тока 200 мА?

При прохождении электрического заряда 12 Кл совершается работа 600 Дж. Чему равно напряжение на концах этого проводника?

Вычислите работу, которая совершается при прохождении через спираль электроплитки заряда 15 Кл, если она включена в сеть с напряжением 220 В.

Напряжение на лампе накаливания 220 В. Какой заряд прошел через нить накала лампы, если при этом была совершена работа 4400 Дж?


При изготовлении кипятильника использовали алюминиевую проволоку, длина которой равна 4,7 м, а площадь поперечного сечения — 0,6 мм 2 . Найди сопротивление спирали кипятильника, если удельное сопротивление алюминия равно 0,028

Определите напряжение на концах стального проводника длиной 140 см и площадью поперечного сечения 0,2 мм 2 , в котором сила тока 250 мА.


-80%

Читайте также: