Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля–Ленца

1.

Работа и мощность
электрического тока.
Закон Джоуля – Ленца.

2.

Работа электрического поля по перемещению
заряда - - работа тока. Обозначается: А
А=q·U
Т.к. Δq= I·Δt
А = I·U·t
Работа тока на участке цепи равна
произведению силы тока, напряжения и
времени, в течение которого совершалась
работа.
[А] – 1 Дж;
1Дж = 1 А · В ·c

3.

U
I
R
А = I·U·Δt
A = I2·R·Δt – при последовательном
соединении
2
U
A
t
R
- при параллельном
соединении

4.

Энергию, которую прибор потребляет
в единицу времени - мощность.
Обозначается: Р
А
Р
I U
t
Мощность тока равна отношению
работы тока за время Δt к этому
интервалу времени.
[P]=1Вт; 1 Вт = 1 Дж/с ; 1 Вт = 1 А · В

5.

Измерение работы и мощности.
Работа
1. С помощью
вольтметра,
амперметра, часов
Мощность.
1. С помощью
вольтметра и
амперметра.
На практике:
Счетчики:
Ваттметры:

6.

А знаете ли вы…
… в прошлом веке в качестве счетчиков
электроэнергии использовали ванночки с
раствором медного купороса. Проходящий ток
вызывал оседание меди на электродах. По
увеличению их массы судили о количестве
протекшего электричества.
… счетчики измеряют работу не в джоулях, а в
более крупных единицах работы – киловаттчасах.
1 кВт·ч = 3.6 МДж.
… 1 кВт·ч электроэнергии достаточен для
выпечки
36 кг хлеба; добычи 30 кг нефти или 40 кг
каменного угля.

7.

8.

Нагревание
проводников
электрическим
током. Закон
Джоуля Ленца

9.

Причины нагревания
• Температура является мерой
средней кинетической
энергии молекул.
• Высокая температура —
быстрое движение молекул.
• Низкая температура —
медленное движение
молекул

10.

Закон Джоуля Ленца
Q=A
Q = I 2 Rt
Джеймс Джоуль
1818 — 1889
Эмилий Ленц
1804 — 1865

11.

Нагревательные элементы
U = 220 = const
Q = I 2 Rt
1
I~
R
Q~I 2
Q~R

12.

13.

• 1.К источнику тока с внутренним
сопротивлением 1 Ом подключили
резистор с сопротивлением 15
Ом.После этого в цепь включили
амперметр,который показал,что
сила тока равна 5 А. Найдите работу
сторонних сил внутри источника,
совершенную за 2 минуты.

14.

15.

• 2.Аккумулятор с ЭДС ε=6,0 В и
внутренним сопротивлением r=0,1 Ом
питает внешнюю цепь сопротивлением
R=12,4 Ом.Какое количество теплоты
Q выделится во всей цепи за время
t=10 мин?

16.

17.

• 3.Какое количество теплоты
выделяется за 30 мин в электрическом
чайнике сопротивлением 100 Ом,
включенном в сеть с напряжением 220
В? Сколько воды,взятой при
температуре 200С было до кипения при
испольовании всего тепла,которое
выделяет проводник с током? Удельное
теплоемкость воды 4200 Дж/кг0С.

18.

19.

4.Спираль рефлектора, подключенного к
стандартной розетке, за 2 часа выделила
8 МДж теплоты. Какова сила тока в этой
спирали?

20.

Решение
Дано:
СИ
Q = 8 МДж
8 ∙ 106 Дж
t=2ч
7200 с
U = 220 B
I−?
Q = I 2 Rt
t = 2 ч = 3600 ∙ 2 = 7200 с
Q = 8 МДж = 8 ∙ 106 Дж
Q
P=
t
Q
I=
Ut
P = UI
Q
⇒ = UI
t
8 × 106
=
= 5,05 A
220 × 7200

21.

• 5.В электрочайник наливают 2 л воды при
температуре 20 °С. Вода закипает через 6
мин. Какова мощность электрочайника?
Чему равно его сопротивление?
Напряжение в розетке 220 В. Будем
считать, что теплопередачей от чайника
окружающей среде за время закипания
воды можно пренебречь.Удельное
теплоемкость воды 4200 Дж/кг0С.
Температура кипения воды 100 0С.

22.

23.

• 6.Сколько времени будут
нагреваться 2 л воды от 20 °C до
кипения (100 °C) в электрическом
чайнике мощностью 600 Вт, если
его КПД составляет 80%? Удельное
теплоемкость воды 4200 Дж/кг0С.

24.

25.

7.Нихромовая спираль длиной 5 м и
площадью поперечного сечения 0,5
мм2 включена в сеть с напряжением
110 В. Найти мощность
электрического тока в спирале.
Удельное сопротивление нихрома
1,1·10-6 Ом·м.

26.

27.

8.В течение какого времени можно
нагреть в чайнике объемом 1л от
температуры 200С до кипения при
напряжении в сети U=220 В,если
сила тока I=8 А?Плотность воды
1000 кг/м3,удельная теплоемкость
воды 4200 Дж/кг0С.

28.

29.

9.К зажимам генератора постоянного
тока с ЭДС в 200 В и внутренним
сопротивлением r=0,6 Ом подключен
нагреватель сопротивлением 14
Ом.Определите количество
теплоты,выделяемое нагревателем
за 1 с.

30.

31.

10.В медном проводнике длиной 2 м и
площадью S поперечного сечения,
равной 0,4 мм2, идет ток.При этом
ежесекундно выделяется количество
теплоты Q=0,35 Дж.Сколько электронов
N проходит за 1 с через поперечное
сечение этого проводника? Удельное
сопротивление меди 1,7·10-8 Ом·м.
(e=1,6·10-19 Кл)

32.

33.

• 11.Кипятильник, КПД которого равен
80%, изготовлен из нихромовой
проволоки площадью поперечного
сечения 0,84 мм2 и включен в сеть с
напряжением 220 В. За 20 мин с его
помощью была нагрета вода объемом 4
л.Плотность воды 1000 кг/м3,удельное
теплоемкость воды 4200 Дж/кг0С.Удельное
сопротивление нихрома 1,1·10-6 Ом·м.

34.

35.

12.Какой длины надо взять
никелиновую проволку площадью
поперечного сечения 0,84 мм2,чтобы
изготовить нагреватель на 220 В,при
помощи которого можно было бы
нагреть 2 л воды до кипения за 10 мин
при КПД 80 %.Плотность воды 1000
кг/м3,удельное теплоемкость воды 4200
Дж/кг0С.Удельное сопротивление
никелина 42·10-8 Ом·м.

36.

37.

13.В электрчайнике с сопротивлением
нагревательного элемента 12,1 Ом
находится 0,6 кг воды при 20 0С.Чайник
включили в сеть с напряжением 220 В и
забыли выключить.Через сколько
времени вода полностью выкипит,если
КПД установки 60 % ? Удельное
теплоемкость воды 4200 Дж/кг0С.
Удельное парообразования воды 2,3·106
Дж/кг.

38.

39.

14.Электрический чайник,содержащий объем
V=600 cм3 воды при to=90C,забыли
выключить. Сопротивление нагревателя
чайника R=16 Ом.Через какое время после
включения вода в чайнике выкипит?
Напряжение в сети U=120 В,КПД
нагревателя 60 % .Плотность воды 1000 кг/м3.
Температура кипения воды 1000С.Удельная
теплоемкость воды 4200 Дж/кг0С. Удельное
парообразования воды 2,3·106 Дж/кг.

40.

Дано
V=600 cм3
to=90 C
R=16 Ом
U=120 В
η=60 %
ρ=1000 кг/м3
tк=1000 C
с=4200 Дж/кг0С
r=2,3·106 Дж/кг
t-?

41.

• 15.ЭДС источника тока равна 1,6 В,
его внутреннее сопротивление 0,5
Ом. Чему равен КПД источника при
силе тока 2,4 А.