Sfera-perm.ru

Сфера Пермь
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что значит тепловое действие тока 1

Приведите примеры использования теплового действия тока в быту технике

Главная > Теория > Тепловое действие тока

Электроток, проходящий по проводниковому элементу, за счет ударения свободных электронов об ионы и атомы нагревает его. Тепловое действие тока можно наблюдать во всех аспектах жизни человека: от работающих ламп накаливания и бытовых приборов до получения цветных металлов и добычи азота.


Самодельный нагревательный прибор с нихромовой спиралью, что нагревается под воздействием электротока

Тепловое действие электрического тока

Еще в девятнадцатом веке опыты по изучению проводимости свидетельствовали, что ток, проходящий по нагрузке, нагревает ее. Исследования показали, что нагревается не только нагрузка, но и проводники.

Рис. 1. Тепловое действие электрического тока.

Данный факт легко объясним, если вспомнить, что электрический ток – это перемещение зарядов в веществе нагрузки. При движении заряды взаимодействуют с ионами кристаллической решетки, и отдают им часть энергии, которая и переходит в тепло.

Закон Джоуля-Ленца

Поскольку разность потенциалов (напряжение) на нагрузке равна работе, которую совершит единичный заряд, двигаясь по нагрузке, то для вычисления работы тока, необходимо напряжение умножить на заряд, прошедший через нагрузку. Заряд же равен произведению тока, проходящего по нагрузке, на время прохождения. Таким образом:

Детальным изучением теплового действия электрического тока в середине XIXв занимались независимо Д.Джоуль (Великобритания) и Э.Ленц (Россия).

Рис. 2. Джоуль и Ленц.

Было выяснено, что если нагрузка неподвижна, то вся работа электрического тока в этой нагрузке перейдет в тепло:

Как правило, напряжение на элементах электрической цепи различно, а ток в ней общий. Поэтому для определения теплового действия удобнее выразить напряжение через ток, учитывая сопротивление:

То есть, количество тепла, образующееся в нагрузке, равно произведению значения тока в квадрате, сопротивления и времени. Этот вывод носит название Закона Джоуля-Ленца.

Иногда ток нагрузки неизвестен, но известно ее сопротивление и подводимое напряжение. В этом случае удобнее выразить ток через известные величины:

и, подставив в формулу выше, получаем:

Из данной формулы можно видеть интересный факт – если в нагревательной плите сгорит часть спирали, и мы просто исключим сгоревшие места, то сопротивление спирали уменьшится, а поскольку напряжение сети останется прежним, то тепло, выделяемое плитой, возрастет. Мощность плитки увеличится.

Практическое значение

Понятно, что количество выделяемого тепла зависит от плотности тока и проводимости определенного вещества. Наглядно соответствующие влияния можно регистрировать в ходе последовательного пропускания тока 2 и 50 А через контрольную медную жилу сечением 2 мм кв. Во втором эксперименте нагрев будет значительно сильнее. Его можно уменьшить, увеличив диаметр проводника.

Снижение потерь энергии

Рассмотренный пример демонстрирует нежелательное явление для линий электропередач. Использование части энергии на обогрев окружающего пространства увеличивает потери воздушных линий. Превышение порогового значения провоцирует разрушение жил, защитных оболочек. Чрезмерное повышение температуры – причина возникновения пожаров.

Подобные явления происходят, если выбрана чрезмерная сила тока, либо недостаточно поперечное сечение проводника. Количество тепла, выделяемого в линии, обратно пропорционально зависит от квадрата напряжения (U) на подключенном потребляющем устройстве. Повышением U можно уменьшить потери. Однако подобное действие увеличивает вероятность короткого замыкания, ухудшает общие параметры безопасности.

Выбор проводов для цепей

Отмеченные выше проблемы теплового разрушения в значительной мере зависят от удельного сопротивления (Rу). Для наглядности можно использовать материалы со значительно различающимися характеристиками.

Расчеты количества теплоты (Q, Дж) для образцов длиной 1 м сечением 1 мм кв. при силе тока 5А за 30 секунд:

  • медь – 12,75;
  • сталь – 75;
  • никелин – 315.

Особое внимание следует уделять параметрам силовых кабелей, которые должны сохранять целостность в процессе реальной эксплуатации. Как правило, бытовые линии монтируют в глубине строительных конструкций. Такой способ подразумевает хорошую защищенность от неблагоприятных внешних воздействий. Вместе с тем возрастают затраты на исправление ошибок и устранение последствий аварий.

Чтобы использовать кабельную продукцию правильно, следует руководствоваться тематическими нормативами, которые изложены в ПУЭ. Для упрощения выбора предлагаются специализированные таблицы, в которых приведены результаты расчетов с учетом следующих важных факторов:

  • тип изоляции;
  • длительность и величина перегрузок;
  • особенности прокладки.

Использование теплового действия электричества

Тепловое действие электрического тока находит широкое применение, в первую очередь, в нагревательных приборах.

Еще одним важным направлением использования теплового действия являются плавкие предохранители. Если необходимо отключить электрическую цепь при превышение допустимого тока, то в цепь можно включить плавкий предохранитель.

Рис. 3. Устройство плавкого предохранителя.

Это небольшая колба из негорючего материала, внутри которой проходит плавкая проволочка или лента, сопротивление которой рассчитано так, чтобы при превышении предельного тока она расплавилась, тем самым разорвав электрическую цепь.

Лампочка накаливания

Тепловое действие тока и открытие закона способствовали развитию электротехники и увеличению возможностей для использования электричества. То, как применяются результаты исследований, можно рассмотреть на примере обычной лампочки накаливания.

Она устроена таким образом, что внутри протягивается нить, изготовленная из вольфрамовой проволоки. Этот металл является тугоплавким с высоким удельным сопротивлением. При проходе через лампочку осуществляется тепловое действие электрического тока.

Читайте так же:
Автоматические выключатели шнайдер электрик с тепловым расцепителем

Энергия проводника трансформируется в тепловую, спираль нагревается и начинает светиться. Недостаток лампочки заключается в больших энергетических потерях, так как лишь за счет незначительной части энергии она начинает светиться. Основная же часть просто нагревается.

Чтобы лучше это понять, вводится коэффициент полезного действия, который демонстрирует эффективность работы и преобразования в электроэнергию. КПД и тепловое действие тока используются в разных областях, так как имеется множество устройств, изготовленных на основании этого принципа. В большей степени это нагревательные приборы, электрические плиты, кипятильники и другие подобные аппараты.

Использование теплового действия электрического тока в устройстве теплиц и инкубаторов

Электрический ток
Использование теплового действия электрического тока в устройстве теплиц и инкубаторов.

2. Тепловое действие электрического тока. Закон Джоуля-Ленца.

3. Использование теплового действия электрического тока в устройстве теплиц.

4. Использование теплового действия электрического тока в устройстве инкубаторов.

Современный мир уже немыслимо представить без электричества. Электрический ток используется человеком повсеместно. Бытовые электроприборы прочно заняли свое место в жилище человека, в промышленности, на транспорте и различных учреждениях тоже нельзя обойтись без использования электричества.

Однако сельские жители, особенно пожилого возраста по-прежнему продолжают относиться осторожно к использованию электрического тока.

Цель доклада: Показать, как можно использовать электрический ток для нужд сельского хозяйства.

Подобрать литературу по теме доклада

Анализ и обобщение источников литературы

Выступление с докладом перед аудиторией.

Тепловое действие электрического тока. Закон Джоуля-Ленца.

При прохождении электрического тока по проводнику в результате столкновений свободных электронов с его атомами и ионами проводник нагревается. Количество тепла, выделяемого в проводнике при прохождении электрического тока, определяется законом Джоуля — Ленца. Его формулируют следующим образом. Количество выделенного тепла Q равно произведению квадрата силы тока I2, сопротивления проводника R и времени t прохождения тока через проводник:

Количество тепла, выделяющегося в проводе, пропорционально объему провода и приращению температуры, а скорость отдачи тепла в окружающее пространство пропорциональна разности температур провода и окружающей среды.

В первое время после включения цепи разность температур провода и окружающей среды мала. Только небольшая часть тепла, выделяемого током, рассеивается в окружающую среду, а большая часть тепла остается в проводе и идет на его нагревание. Этим объясняется быстрый рост температуры провода в начальной стадии нагрева.

По мере увеличения температуры провода растет разность температур провода и окружающей среды, увеличивается количество тепла, отдаваемое проводом. В связи с этим рост температуры провода все более замедляется. Наконец, при некоторой температуре устанавливается тепловое равновесие: за одинаковое время количество теплоты выделяющегося в проводе становится равным количеству теплоты выделяющемуся во внешнюю среду.

Формула расчета и ее элементы

Суть явления понятна из упомянутого выше общего определения. Движущиеся электроны взаимодействуют с ионами вещества проводника с преобразованием механической энергии в теплоту. Увеличение силы тока повышает интенсивность процесса.

Наглядный пример – электролиз. При опускании в раствор подключенных к батарее пластин положительно заряженные ионы и электроны движутся в противоположных направлениях. Достаточно высокий ток провоцирует перемещение примесей с последующим осаждением на поверхности электродов. Одновременно происходит нагрев жидкости.

При подключении к источнику медного проводника химические реакции отсутствуют. Если исключить механические воздействия (электромагнитная индукция, движение ионов в растворе), вся работа тока в соответствующей цепи будет направлена только на увеличение внутренней энергии вещества.

Следовательно, во втором примере работу (A) можно принять равной увеличению энергетического потенциала, который выражается соответствующим количеством теплоты (Q). Основная формула:

где:

  • U – напряжение;
  • I – ток;
  • t – время.

Для удобства расчетов можно использовать иные эквиваленты на основе формул закона Ома:

  • U = I * R;
  • R – электрическое сопротивление проводника;
  • значит, Q = I2 * R * t.

Примеры действия электрического тока

Как известно, увидеть движущиеся заряды (электроны, ионы) мы не можем, так как они очень малы. Но как тогда можно обнаружить электрический ток?

ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

При протекании электрического тока могут происходить различные явления, которые называются действиями электрического тока.

ТЕПЛОВОЕ ДЕЙСТВИЕ ТОКА

Электрический ток, протекая по проводам, вызывает их нагревание.

Присоединим к полюсам источника тока железную или никелевую проволоку. Замкнув ключ, можно наблюдать, как проволока провиснет, т. е. она нагреется и удлинится. Таким образом её можно даже раскалить докрасна.

Именно на тепловом действии тока основана работа различных бытовых нагревательных приборов, таких, как электрический чайник, электрические плитки, утюги и др. Нить лампочки раскаляется и начинает светиться.

ХИМИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ ТОКА

Как показывает опыт, на электродах, опущенных в раствор электролитов, происходит выделение чистого вещества. Этот процесс называется электролизом. Например, пропуская ток через раствор медного купороса, можно выделить чистую медь.

Электрический ток в металлах не вызывает никаких химических изменений. Химическое действие тока происходит только в растворах и расплавах электролитов.

МАГНИТНОЕ ДЕЙСТВИЕ ТОКА

На большой железный гвоздь намотаем тонкий изолированный провод. Концы провода через ключ соединим с источником тока.

Читайте так же:
Тепловозы с электрической передачей переменно постоянного тока

Если замкнуть ключ, то гвоздь намагнитится и будет притягивать к себе гвоздики, железные стружки, опилки. С прекращением тока в проводнике магнитные свойства гвоздя исчезнут.

Явление взаимодействия катушки с током и магнита лежит в основе работы прибора, называемого гальванометром. С помощью гальванометра можно судить о наличии тока и его направлении. Стрелка прибора связана с подвижной катушкой. Когда в катушке появляется электрический ток, стрелка отклоняется.

МЕХАНИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ ТОКА

Металлическую рамку соединим с источником тока. При пропускании электрического тока через рамку она остаётся висеть неподвижно. Но если эту рамку поместить между полюсами подковообразного магнита, то она начнёт поворачиваться.

В этом опыте мы наблюдали механическое действие электрического тока, которое заключается в том, что электрический ток при протекании по рамке, помещённой между полюсами магнита, вызывает её вращение.

Устройство гальванометра

Гальванометром прибор назвали в честь итальянского физика и врача Луиджи Гальвани. Этот прибор способен измерять маленькие электрические токи (постоянные).

На схемах прибор обозначают кружком, внутри которого расположена большая латинская буква G. На некоторых схемах внутри круга находится стрелка, направленная вертикально вверх.

  • подковообразный магнит и
  • находящуюся внутри него рамку, содержащую витки тонкого медного провода (рис. 8).

Подвижная рамка находится на оси и может вокруг нее поворачиваться.

К рамке прикреплена стрелка. Она указывает, на какой угол рамка повернулась во время протекания в ней электрического тока.

Угол поворота отмечают по делениям шкалы.

Кто такой Луиджи Гальвани

Гальвани был одним из основателей учения об электричестве.

Что значит тепловое действие тока 1

Электрический ток нагревает проводник. Это явление нам хорошо известно. Объясняется оно тем, что свободные электроны в металлах, перемещаясь под действием электрического поля, взаимодействуют с ионами или атомами вещества проводника и передают им свою энергию. В результате работы электрического тока увеличивается скорость колебаний ионов и атомов и внутренняя энергия проводника увеличивается. Опыты показывают, что в неподвижных металлических проводниках вся работа тока идет на увеличение их внутренней энергии. Нагретый проводник отдает полученную энергию окружающим телам, но уже путем теплопередачи. Значит, количество теплоты, выделяемое проводником, по которому течет ток, равно работе тока. Мы знаем, что работу тока рассчитывают по формуле:
А = U·I·t .
Обозначим количество теплоты буквой Q . Согласно сказанному выше Q = A , или Q = U·I·t . Пользуясь законом Ома, можно количество теплоты, выделяемое проводником с током, выразить через силу тока, сопротивление участка цепи и время. Зная, что U = IR , получим: Q = I·R·I·t, т. е. Q=I ·R·t Количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени. К этому же выводу, но на основании опытов впервые пришли независимо друг от друга английский ученый Джоуль и русский ученый Ленц. Поэтому сформулированный выше вывод называется законом Джоуля — Ленца.

Рассмотрим устройство лампы накаливания. Нагреваемым элементом в ней является свернутая в спираль тонкая вольфрамовая нить 1. Вольфрам для изготовления нити выбран потому, что он тугоплавок и имеет достаточно большое удельное сопротивление. Спираль с помощью специальных держателей 2 укрепляется внутри стеклянного баллона, наполненного инертным газом, в присутствии которого вольфрам не окисляется. Баллон крепится к цоколю 3, к которому припаян один конец токоведущего провода в точке 4. Второй конец провода через изолирующую прокладку 5 припаян к нижнему контакту. Лампа ввертывается в патрон. Он представляет собой пластмассовый корпус А, в котором имеется металлическая гильза Б с резьбой; к ней присоединен один из проводов сети. Патрон контактирует с цоколем 3. Второй провод от сети присоединен к контакту В, который касается нижнего контакта лампы. Лампы накаливания удобны, просты и надежны, но экономически они невыгодны. Так, например, в лампе мощностью 100 Вт лишь небольшая часть электроэнергии (4 Вт) преобразуется в энергию видимого света, а остальная энергия преобразуется в невидимое инфракрасное излучение и в форме тепла передается окружающей среде.

Для оценки эффективности того или иного устройства в технике введена специальная величина — коэффициент полезного действия (КПД). Коэффициентом полезного действия называют отношение энергии, полезно преобразованной (работы или мощности), ко всей потребленной энергии, или затраченной (работе или мощности):

Часто КПД выражают в процентах (%). Вычислим КПД электрической лампы накаливания по данным, приведенным выше: h=4/100=0.04=4%;
Для сравнения укажем, что КПД лампы дневного света примерно 15%, а у натриевых ламп наружного освещения около 25%.
Существует большое число электрических нагревательных приборов, например электрические плиты, утюги, самовары, кипятильники, обогреватели, электрические одеяла, фены для сушки волос, в которых используется тепловое действие тока. Основным нагревательным элементом является спираль из материала с большим удельным сопротивлением. Она помещается в керамические изоляторы с хорошей теплопроводностью, которые изготовлены в виде своеобразных бус. В приборах, предназначенных для нагревания жидкостей, изолированная спираль помещается в трубки из нержавеющей стали. Ее выводы тоже тщательно изолируются от металлических частей приборов. Температура спирали при работе нагревательного прибора остается постоянной. Объясняется это тем, что очень быстро устанавливается баланс между потребляемой из сети электроэнергией и количеством теплоты, отдаваемым путём теплообмена окружающей среде.
Очень эффективным преобразователем электрической энергии, дающим много тепла и света, является электрическая дуга. Ее широко используют для электрической сварки металлов, а также в качестве мощного источника света. Для наблюдения электрической дуги надо два угольных стержня с присоединенными к ним проводами закрепить в хорошо изолирующих держателях, а затем подключить стержни к источнику тока, дающему невысокое напряжение (от 20 до 36 В) и рассчитанному на большие силы тока (до 20 А). Последовательно стержням обязательно надо включить реостат. Ни в коем случае нельзя подключать угли в городскую сеть (220 или 127 В), так как это приведет к сгоранию проводов и к пожару. Коснувшись углями друг друга, можно заметить, что в месте соприкосновения они сильно раскалились. Если в этот момент угли раздвинуть, между ними возникает яркое слепящее пламя, имеющее форму дуги. Это пламя вредно для зрения. Пламя электрической дуги имеет высокую температуру, при которой плавятся самые тугоплавкие материалы, поэтому электрическая дуга используется в дуговых электрических печах для плавки металлов. Пламя дуги является очень ярким источником света, поэтому его часто используют в прожекторах, стационарных кинопроекторах и т. д.

Читайте так же:
Приведите пример теплового действия электрического тока

Электрические цепи всегда рассчитаны на определенную силу тока. Если по той или иной причине сила тока в цепи становится больше допустимой, то провода могут значительно нагреться, а покрывающая их изоляция — воспламениться. Причиной значительного увеличения силы тока в сети может быть или одновременное включение мощных потребителей тока, например электрических плиток, или короткое замыкание. Коротким замыканием называют соединение концов участка цепи проводником, сопротивление которого очень мало по сравнению с сопротивлением участка цепи. Короткое замыкание может возникнуть, например, при ремонте проводки под током (рис. 86) или при случайном соприкосновении оголенных проводов. Сопротивление цепи при коротком замыкании незначительно, поэтому в цепи возникает большая сила тока, провода при этом могут сильно накалиться и стать причиной пожара. Чтобы избежать этого, в сеть включают предохранители. Назначение предохранителей — сразу отключить линию, если сила тока вдруг окажется больше допустимой нормы.

Рассмотрим устройство предохранителей, применяемых в квартирной проводке. Главная часть предохранителя, изображенного на рисунке проволока С из легкоплавкого металла (например, из свинца), проходящая внутри фарфоровой пробки П. Пробка имеет винтовую нарезку Р и центральный контакт К. Нарезка соединена с центральным контактом свинцовой проволокой. Пробку ввинчивают в патрон, находящийся внутри фарфоровой коробки Свинцовая проволока представляет, таким образом часть общей цепи. Толщина свинцовых проволок рассчитана так, что они выдерживают определенную силу тока, например 5, 10 А и т.д. Если сила тока превысит допустимое значение, то свинцовая проволока расплавится и цепь окажется разомкнутой. Предохранители с плавящимся проводником называют плавкими предохранителями.

Что значит тепловое действие тока 1

§ 39. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК И ЕГО ДЕЙСТВИЯ. СИЛА ТОКА.

Заряженные частицы, двигаясь по проводнику, могут нагревать его, намагничивать и изменять его химический состав.

Упорядоченное движение заряженных частиц в проводнике называют электрическим током. Кратковременный электрический ток, например, возникает в металлическом проводнике М, соединяющем два разноименно заряженных тела, А и Б (рис. 39а), когда под действием электрического поля его свободные электроны перемещаются от тела Б к А. Однако поток электронов между телами Б и А будет уменьшать заряды этих тел, и в конце концов, они станут незаряженными, и поле, вызвавшее электрический ток, исчезнет.

Электрический ток является результатом направленного движения свободных зарядов (электронов или ионов) в проводнике. В результате хаотичного (теплового) движения этих заряженных частиц направленного переноса заряда не происходит, а значит, электрический ток не возникает. Чтобы каждый раз не упоминать, какие частицы – ионы или электроны, переносят заряд в электрическом токе, за направление электрического тока условно принимается то направление, в котором бы двигались под действием данного электрического поля положительно заряженные частицы (см. голубую стрелку на рис. 39а).

Прохождение электрического тока сопровождается многочисленными явлениями или действиями, по которым можно судить о его существовании. По характеру воздействия эти явления можно разделить на тепловые, магнитные и химические:

(1) Электрический ток нагревает проводник, по которому он протекает (тепловое действие). При этом некоторые проводники, например, вольфрамовая спираль осветительной лампы нагревается так сильно (до 2500 о С), что начинает даже светиться. Другие проводники, например, медные провода, по которым ток течёт к лампе, практически не нагреваются. Тепловое действие тока не зависит от направления тока, а определяется его величиной и свойствами проводника.

(2) Электрический ток действует на намагниченные тела, например, поворачивает магнитную стрелку, первоначально ориентированную вдоль проводника с током, перпендикулярно направлению тока (магнитное действие). Следует отметить, что магнитное действие тока зависит от величины тока и его направления и не зависит от вещества, из которого сделан проводник. Поэтому считают, что магнитное действие электрического тока – это его наиболее характерная черта, которая проявляется во всех проводниках.

Читайте так же:
Автоматические выключатели только с тепловым реле

(3) Электрический ток, проходя через растворы или расплавы электролитов, может разлагать их на составные части в результате процесса, называемого электролизом (химическое действие). Например, при пропускании тока через воду она разлагается на водород и кислород, и пузырьки этих газов образуются на электродах, между которыми пропускают электрический ток. В металлических проводниках электрический ток не вызывает никаких химических изменений.

Чем больше электрический ток, тем большее действие на проводник он оказывает. Чтобы охарактеризовать величину тока, предположим, что проводник имеет форму цилиндра с поперечным сечением S (см. рис. 39б). Силой тока I называют отношение заряда D q , переносимого этим током через поперечное сечение проводника за интервал времени D t , к величине этого интервала:

Единицей силы тока в СИ является ампер (А). При силе тока в 1 А через поперечное сечение проводника за 1 с проходит заряд в 1 Кл. Силу тока измеряют с помощью амперметров, в устройстве которых использовано магнитное действие электрического тока.

Если сила тока не изменяется со временем, то такой электрический ток называют постоянным. Условием существования постоянного электрического тока является наличие неизменного электрического поля в проводнике, или, другими словами, постоянного напряжения между концами проводника. Чтобы электрический ток через металлический проводник не прекращался, необходимо иметь устройство, перемещающее свободные электроны, пришедшие из Б в А, обратно в Б (см. рис. 39в). Такое устройство называют источником тока. Источник тока перемещает заряды на участке АБ против действующих на них электростатических сил.

Вопросы для повторения:

· Что такое электрический ток, и какое направление он имеет?

· Какие действия может оказывать электрический ток?

· Почему магнитное действие тока считают его самым характерным действием?

· Что называют силой тока, и в каких единицах её измеряют?

Рис. 39. (а) – кратковременный электрический ток между заряженными телами; (б) – к определению силы тока; (в) –п оддержание постоянного тока в металлическом проводнике М, соединяющем два заряженных тела.

Тепловое действие электрического тока. Закон Джоуля—Ленц.

Презентация подготовлена к проведению занятия по физике для студенов 1 курса медицинского колледжа. тема занятия: «Тепловое действие электрического тока. Закон Джоуля—Ленца Короткое замыкание тока».

Просмотр содержимого документа
«Тепловое действие электрического тока. Закон Джоуля—Ленц.»

Тепловое действие электрического тока. Закон Джоуля—Ленца. Короткое замыкание тока. Мощность электрического тока.

  • Что называется проводником?
  • Что называется диэлектриком?
  • Почему в диэлектриках не течет электрический ток, в проводниках течет?

Тепловое действие электрического тока. Закон Джоуля—Ленца .

Назовите основные действия тока на проводник.

  • На предыдущих занятиях мы с вами говорили о различных действиях электрического тока, которые он способен оказывать, протекая в различных средах. Давайте с вами вспомним, что это за действия?

Какой прибор не вписывается в общий ряд? Уберите лишний.

Потребители электрического тока

  • Чем ты руководствовался, делая выбор?
  • Какое действие электрического тока проявляется в выбранных приборах?

Тепловое действие электрического тока.

  • Тепловое действие тока проявляется в том, что при протекании тока по проводнику последний нагревается.
  • Тепловое действие ток производит в любой проводящей среде: твёрдой, жидкой и газообразной.

Почему происходит нагрев проводника?

  • Почему при прохождении электрического тока проводник нагревается?
  • Из какого материала необходимо изготовлять спирали для лампочек?
  • Какими свойствами должен обладать металл, из которого изготовляют спирали нагревательных элементов?

У нас имеется электрическая цепь, что происходит в ней при включении электрического ток

У нас имеется электрическая цепь, что происходит в ней при включении электрического ток

  • При замыкании цепи лампа загоритьсягорит.
  • Это объясняется тем, что при прохождении тока спираль лампы нагревается и дает свечение.

  • Проходя через проводник, электрический ток вызывает его нагрев.

Почему же проводники нагреваются?

Рассмотрим на примере движении одного электрона по проводнику

Электрический ток в металлическом проводнике – это упорядоченное движение

электронов. Проводник — 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 вызывает нагрев проводника.

Почему же проводники нагреваются?

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).

Читайте так же:
Тепловое действие тока краткое описание

От каких величин зависит нагревание проводника?

Но не только сила тока отвечает за то, что выделяется большое количество теплоты.

Был проведен эксперимент.

Зависимость количества теплоты, выделяющегося на проводнике от его сопротивления

  • При пропускании электротока через проводники:
  • Никелин нагревается до белого каления
  • Сталь — краснеет
  • Медный проводник остается темным

Q 1 ≠Q 2 ≠Q 3

I 1 = I 2 = I 3

Следовательно количество теплоты зависит не только от силы тока, но и от того, из какого вещества изготовлен проводник. Точнее — от электрического сопротивления проводника ( R )

Удельное сопротивление

Нагрев проводника

Ом мм 2

ВЫВОД: Чтобы проводник нагревался сильнее,

он должен обладать большим удельным сопротивлением

Нагревание проводников зависит не только от силы тока, но и от сопротивления проводников.

Нагревание проводников зависит не только от силы тока, но и от сопротивления проводников.

Так как сила тока в последовательно соединенных лампах одинакова , то количество теплоты , выделяемое в единицу времени, больше в лампе с большим сопротивлением .

R 1 R 2

  • При одинаковой силе тока накал ламп разный. Лампа слева нагревается слабее, а то что справа — сильнее.
  • Вывод: Чем больше сопротивление проводника, тем больше он нагревается.

Закон Джоуля -Ленца

ДЖОУЛЬ ДЖЕЙМС ПРЕСКОТТ

Ленц Эмилий Христианович

в 19 веке установили зависимость выделившейся теплоты от силы тока и сопротивления

Закон Джоуля — Ленца

Количество теплоты Q , которое выделяется при протекании электрического тока по проводнику, зависит от силы тока в этом проводнике и от его электрического сопротивления.

Реши задачу!

Определить количество теплоты, выделяемое проводником, сопротивление которого 35 Ом, в течении 5 минут. Сила тока в проводнике 5 А.

R=35 Ом

t=5 мин

I= 5 А

Количество выделенной теплоты в проводниках зависит :

  • От …
  • От …
  • От типа соединения нагрузок в электроцепи.

Зависимость выделения тепла в проводниках от типа соединения

Для сравнения количества теплоты, выделяемого в параллельно соединенных проводниках, закон Джоуля—Ленца удобно представить в виде:

а) последовательное соединение;

б) параллельное соединение

Зависимость выделения тепла в проводниках от типа соединения

Так как сила тока в последовательно соединенных лампах одинакова , то количество теплоты , выделяемое в единицу времени, больше в лампе с большим сопротивлением .

а) последовательное соединение;

б) параллельное соединение

Зависимость выделения тепла в проводниках от типа соединения

Из формулы следует, что при параллельном соединении ламп количество теплоты , выделяемое в каждой лампе в единицу времени, обратно пропорционально ее сопротивлению.

а) последовательное соединение;

б) параллельное соединение

ВЫВОД:

  • Как нужно подключать тепловые электроприборы, чтобы выделялось больше тепла? меньше тепла?

а) последовательное соединение;

б) параллельное соединение

Практическое применение теплового действия тока

Тепловое действие тока используют в электронагревательных приборах и установках.

Основная часть прибора- нагревательный элемент, он представляет собой спираль из материала с большим удельным сопротивлением, способный выдерживать нагревание до высоких температур.

Чаще всего таким материалом является нихром.

Свойства металла для нагревательных элементов.

    Должен обладать наибольшим сопротивлением. (Q

R)

  • Должен выдерживать высокие температуры.
    • Учёные, благодаря, которым появилась на свет современная лампочка, по странному стечению обстоятельств, родились в один тот же год — 1847-ой. Это Александр Николаевич Лодыгин, Павел Николаевич Яблочков и Томас Алва Эдисон.

    Из какого материала необходимо изготовлять спирали для лампочек накаливания?

    Спираль лампы должна выдерживать высокие температуры, значит нужно выбрать материал с высокой температурой плавления.

    Наибольшей температурой плавления обладает вольфрам.

    Какую лампу выбрать?

    Какую лампу выбрать?

    50 — 150 руб

    100 -150 Лм/Вт

    50 — 150 руб

    1. На что расходуется энергия направленного движения заряженных частиц в проводнике?

    2. Чему равно количество теплоты, получаемое кристаллической решеткой проводника от направленно движущихся заряженных частиц?

    3. Сформулируйте закон Джоуля—Ленца. Запишите его математическое выражение.

    4. Дайте определение мощности электрического тока. Приведите формулу для расчета этой мощности.

    5. Как зависит мощность, выделяемая в проводниках с током, от типа их соединения?

    6. Почему спирали электронагревательных приборов делают из материала с большим удельным сопротивлением?

    • Имеется два нагревателя 40 Ом и 50 Ом. Объяснить, при каком соединении проводников выделяется больше теплоты и почему. Напряжение в цепи 220 в, сила тока 6 А.

    • Изменится ли количество выделяемой теплоты, если сопротивление спирали уменьшить в 2 раза, а силу тока увеличить в 2 раз.

    Домашнее задание

    Учебник § 120,

    • Какое количество теплоты выделяет за 5 с константановый проводник с R = 25 Ом, если сила тока в цепи 2 А?
    • Какое количество теплоты выделит за 10 минут проволочная спираль сопротивлением 15 Ом , если сила тока в цепи 2 А. Сколько воды можно нагреть от 20 градусов Цельсия до кипения , если считать, что вся теплота, выделяемая спиралью пошла на нагревание воды (удельная теплоёмкость воды 4200 Дж/кг*К)?
    голоса
    Рейтинг статьи
    Ссылка на основную публикацию
    Adblock
    detector