Количество теплоты электрического тока с зарядом

Подготовка онлайн к ЕГЭ по Физике

• 1. Равномерное прямолинейное движение, равноускоренное прямолинейное движение, движение по окружности
• 2. Законы Ньютона, закон всемирного тяготения, закон Гука, сила трения
• 3. Закон сохранения импульса, кинетическая и потенциальные энергии, работа и мощность силы, закон сохранения механической энергии
• 4. Условие равновесия твёрдого тела, закон Паскаля, сила Архимеда, математический и пружинный маятники, механические волны, звук
• 5. Механика (объяснение явлений; интерпретация результатов опытов, представленных в виде таблицы или графиков)
• 6. Механика (изменение физических величин в процессах)
• 7. Механика (установление соответствия между графиками и физическими величинами, между физическими величинами и формулами)
• 8. Связь между давлением и средней кинетической энергией, абсолютная температура, связь температуры со средней кинетической энергией, уравнение Менделеева — Клапейрона, изопроцессы
• 9. Работа в термодинамике, первый закон термодинамики, КПД тепловой машины
• 10. Относительная влажность воздуха, количество теплоты
• 11. МКТ, термодинамика (объяснение явлений; интерпретация результатов опытов, представленных в виде таблицы или графиков)
• 12. МКТ, термодинамика (изменение физических величин в процессах; установление соответствия между графиками и физическими величинами, между физическими величинами и формулами)
• 13. Принцип суперпозиции электрических полей, магнитное поле проводника с током, сила Ампера, сила Лоренца, правило Ленца (определение направления)
• 14. Закон сохранения электрического заряда, закон Кулона, конденсатор, сила тока, закон Ома для участка цепи, последовательное и параллельное соединение проводников, работа и мощность тока, закон Джоуля — Ленца
• 15. Поток вектора магнитной индукции, закон электромагнитной индукции Фарадея, индуктивность, энергия магнитного поля катушки с током, колебательный контур, законы отражения и преломления света, ход лучей в линзе
• 16. Электродинамика (объяснение явлений; интерпретация результатов опытов, представленных в виде таблицы или графиков)
• 17. Электродинамика (изменение физических величин в процессах)
• 18. Электродинамика и основы СТО (установление соответствия между графиками и физическими величинами, между физическими величинами и формулами)
• 19. Планетарная модель атома. Нуклонная модель ядра. Ядерные реакции.
• 20. Фотоны, линейчатые спектры, закон радиоактивного распада
• 21. Квантовая физика (изменение физических величин в процессах; установление соответствия между графиками и физическими величинами, между физическими величинами и формулами)
• 22. Механика — квантовая физика (методы научного познания)
• 23. Механика — квантовая физика (методы научного познания)
• 24. Элементы астрофизики: Солнечная система, звёзды, галактики
• 25. Молекулярная физика, электродинамика (расчётная задача)
• 26. Электродинамика, квантовая физика (расчётная задача)
• 27. Механика — квантовая физика (качественная задача)
• 28. Механика, молекулярная физика (расчётная задача)
• 29. Механика (расчетная задача)
• 30. Молекулярная физика (расчётная задача)
• 31. Электродинамика (расчётная задача)
• 32. Электродинамика, квантовая физика (расчётная задача)

Курсы искусственного интеллекта Studarium по физике

ВПР 2020 по физике 11 класс реальные задания и ответы для задания №1

ПОДЕЛИТЬСЯ

Реальные задания и ответы для ВПР 2020 по физике 11 класс, которое пройдёт с 16 по 21 марта 2020 года, официальные ответы для задания №1 всероссийской проверочной работы по физике 11 класс.

Смотрите также:

Ответы для задания №11 реального ВПР 2020 по физике 11 класс

Ответы для задания №3 реального ВПР 2020 по физике 11 класс

Ответы для задания №14 реального ВПР 2020 по физике 11 класс

Правильные ответы вы можете найти по заданию.

Прочитайте перечень понятий, с которыми Вы встречались в курсе физики:

1)теплопередача, электромагнитная индукция, изотермическое расширение газа, броуновское движение, интерференция света, электризация тел.

Тепловые явления: теплопередача, изотермическое расширение газа, броуновское движение

Электромагнитные явления: электромагнитная индукция, интерференция света, электризация тел

2)сантиметр, теплопроводность, герц, взаимодействие магнитов, градус Цельсия, электромагнитные колебания.

Физические явления: теплопроводность, взаимодействие магнитов, электромагнитные колебания

Единицы физических величин: сантиметр, герц, градус Цельсия

3)кипение жидкости, электризация тел, конвекция, самоиндукция, поляризация света, изохорное охлаждение.

Тепловые явления: кипение жидкости, конвекция, изохорное охлаждение

Электромагнитные явления: электризация тел, самоиндукция, поляризация света

4)альфа-распад, вебер, кристаллизация, джоуль, миллиграмм, преломление света.

Физические явления: Альфа-распад, кристаллизация, преломление света

Единицы физических величин: Вебер, джоуль, миллиграмм

5)плавление твёрдого тела, гравитационное взаимодействие, диффузия твёрдых тел, свободное падение тел, равновесие твёрдого тела, изобарное нагревание газа.

Тепловые явления: Плавление твёрдого тела, диффузия твёрдых тел, изобарное нагревание газа

Механические явления: Гравитационное взаимодействие, свободное падение тел, равновесие твёрдого тела,

6)индуктивность, тепловое движение, период колебаний, радиоактивность, дисперсия света, электрическое напряжение.

Физические явления: Тепловое движение, радиоактивность, дисперсия света

Физические явления: Индуктивность, период колебаний, электрическое напряжение

7)свободное падение тел, конденсация, упругая деформация, диффузия, гравитационное взаимодействие, теплопередача.

Тепловые явления: Конденсация, диффузия, теплопередача

Механические явления: Свободное падение тел, упругая деформация, гравитационное взаимодействие

8)момент силы, конденсация, громкость звука, дисперсия света, бета-распад, количество теплоты.

Физические явления: Конденсация, дисперсия света, бета-распад

Физические величины: Момент силы, громкость звука, количество теплоты

9)рентгеновские лучи, давление света, внутренняя энергия, инфракрасное излучение, магнитная индукция, видимый свет.

Виды электромагнитных излучений (виды электромагнитных волн): Рентгеновские лучи, инфракрасное излучение, видимый свет

Физические величины: Давление света, внутренняя энергия, магнитная индукция

10)плотность, диоптрия, электроёмкость, мощность, генри, паскаль.

Единицы физических величин: Диоптрия, генри, паскаль

Физические величины: Плотность, электроёмкость, мощность

11)электромагнитная индукция, идеальный газ, гравитационное взаимодействие, точечный электрический заряд, идеальный блок, испарение жидкости.

Физические модели: Идеальный газ, точечный электрический заряд, идеальный блок

Физические явления: Электромагнитная индукция, гравитационное взаимодействие, испарение жидкости

12)плотность жидкости, количество теплоты, весы, барометр-анероид, электрическая ёмкость, амперметр.

Физические величины: Плотность жидкости, количество теплоты, электрическая ёмкость

Физические приборы: Весы, барометр-анероид, амперметр

13)материальная точка, электромагнитные колебания, идеальный газ, точечный электрический заряд, поляризация света, свободное падение тел.

Физические модели: Материальная точка, идеальный газ, точечный электрический заряд

Физические явления: Электромагнитные колебания, поляризация света, свободное падение тел

14)магнитный поток, секундомер, спидометр, разность потенциалов, частота колебаний, электрометр.

Физические величины: Магнитный поток, разность потенциалов, частота колебаний

Физические приборы: Секундомер, спидометр, электрометр

15)молярная масса, протон, скорость света, нейтрон, фотон, период полураспада.

Элементарные частицы: Протон, нейтрон, фотон

Физические величины: Молярная масса, скорость света, период полураспада

16)градус Цельсия, ареометр, барометр-анероид, паскаль, вольтметр, герц.

Единицы физических величин: Градус Цельсия, паскаль, герц

Физические приборы: Ареометр, барометр-анероид, вольтметр

17)напряжение, атом, индуктивность, молекула, энергия, электрон.

Частицы вещества (частицы): Атом, молекула, электрон

Физические величины: Напряжение, индуктивность, энергия

18)ватт, динамометр, миллиньютон, манометр, дозиметр, литр.

Единицы физических величин: Ватт, миллиньютон, литр

Физические приборы (измерительные приборы): Динамометр, манометр, дозиметр

19)радиоволны, удельная теплоёмкость, период полураспада, видимый свет, ультрафиолетовое излучение, электроёмкость.

Виды электромагнитных излучений: радиоволны, видимый свет, ультрафиолетовое излучение

Физические величины: удельная теплоёмкость, период полураспада, электроёмкость

20)энергия, ньютон, скорость, тесла, кулон, напряжение.

Единицы физических величин: Ньютон, тесла, кулон

Физические величины: Энергия, скорость, напряжение

21)конвекция, генри, паскаль, испарение, ионизация, ом

22)теплопередача, удельная теплоёмкость, интерференция, радиоактивность, скорость, количество вещества

23)поляризация света, вольтметр, фотоэффект, диффузия, динамометр, термометр

Измерительные приборы: вольтметр, динамометр, термометр

Физические явления: поляризация света, фотоэффект, диффузия

24)резонанс, фотоэффект, потенциал, напряжённость электрического поля, излучение, работа выхода

Физические величины: потенциал, напряженность электрического поля, работа выхода

Физические явления: резонанс, фотоэффект, излучение

25)барометр-анероид, электрометр, километр, килоньютон, фарад, дозиметр

Измерительные приборы: барометр-анероид, электрометр, дозиметр

Единицы физических величин: километр, килоньютон, фарад

26)абсолютная температура, магнитный поток, литр, кулон, период колебаний, вольт

Физические величины: абсолютная температура, магнитный поток, период колебаний

Единицы физических величин: литр, кулон, вольт

27)ареометр, плотность, электрическая ёмкость, манометр, электрометр, магнитный поток

28)электромагнитная индукция, вектор магнитной индукции, индуктивность, самоиндукция, объём, диффузия

29)масса, плавление, альфа-распад, индуктивность, самоиндукция, относительная влажность воздуха

30)сила тока, ньютон, сантиметр, частота колебаний, паскаль, объём

Физические величины: сила тока, частота колебаний, объём

Единицы физических величин: ньютон, сантиметр, паскаль

31)сила тока, потенциальная энергия, весы, магнитный поток, дозиметр, динамометр

Физические величины: сила тока, потенциальная энергия, магнитный поток

Измерительные приборы: весы, дозиметр, динамометр

32)относительная влажность воздуха, барометр-анероид, гигрометр, внутренняя энергия, фаза колебаний, мензурка

33)электризация, интерференция, психрометр, вольтметр, диффузия, линейка

34)испарение, кинетическая энергия, момент силы, дифракция, бета-распад, ускорение

Физические величины: кинетическая энергия, момент силы, ускорение

Физические явления: испарение, дифракция, бета-распад

35)самоиндукция, ом, джоуль, электризация, фотоэффект, вебер

Физические явления: самоиндукция, электризация, фотоэффект

Единицы физических величин: ом, джоуль, вебер

36)длина волны, магнитный поток, рулетка, давление, омметр, ареометр

Физические величины: длина волны, магнитный поток, давление

Измерительные приборы: рулетка, омметр, ареометр

37)метр, омметр, амперметр, секундомер, секунда, фарад

Единицы физических величин: метр, секунда, фарад

Измерительные приборы: омметр, амперметр, секундомер

38)скорость света, преломление света, резонанс, индуктивность, электромагнитная индукция, температура

Физические величины: скорость света, индуктивность, температура

Физические явления: преломление света, резонанс, электромагнитная индукция

39)генри, кипение, интерференция, кулон, литр, инерция

Единицы физических величин: генри, кулон, литр

Физические явления: кипение, интерференция, инерция

40)инерция, электрическое напряжение, момент силы, излучение света, работа, кристаллизация

Физические явления: Инерция, излучение света, кристаллизация

Физические величины: Электрическое напряжение, момент силы, работа

41)конвекция, градус Цельсия, ом, фотоэффект, дисперсия света, сантиметр

Физические явления: Конвекция, фотоэффект, дисперсия света

Единицы физических величин: Градус Цельсия, ом, сантиметр

42)бета-распад, период колебаний, удельная теплоёмкость, теплопроводность, импульс тела, тепловое движение

Физические величины: Период колебаний, импульс тела, удельная теплоемкость

Физические явления: Бета-распад, теплопроводность, тепловое движение

43)манометр, плотность, электроёмкость, линейка, амперметр, напряжение

Измерительные приборы: Амперметр, манометр, линейка

Физические величины: Плотность, напряжение, электроемкость

44)количество теплоты, ампер, громкость звука, миллиметр, напряжение, джоуль

Физические величины: Напряжение, количество теплоты, громкость звука

Единицы физических величин: Миллиметр, ампер, джоуль

45)вольтметр, литр, весы, ватт, градус Цельсия, спидометр

Единицы физических величин: Литр, ватт, градус Цельсия

Измерительные приборы: Весы, вольтметр, спидометр

46)радиоактивность, отражение света, сила трения, кинетическая энергия, гравитационное взаимодействие, влажность воздуха

47)влажность воздуха, вольтметр, температура, барометр, скорость, мензурка

Закон Джоуля-Ленца

Знаменитый русский физик Ленц и английский физик Джоуль, проводя опыты по изучению тепловых действий электрического тока, независимо друг от друга вывели закон Джоуля-Ленца. Данный закон отражает взаимосвязь количества теплоты, выделяемого в проводнике, и электрического тока, проходящего по этому проводнику в течение определенного периода времени.

1. Свойства электрического тока
2. Закон джоуля Ленца формула и определение
3. Закон Джоуля-Ленца. Работа и мощность электрического тока

Свойства электрического тока

Когда электрический ток проходит через металлический проводник, его электроны постоянно сталкиваются с различными посторонними частицами. Это могут быть обычные нейтральные молекулы или молекулы, потерявшие электроны. Электрон в процессе движения может отщепить от нейтральной молекулы еще один электрон. В результате, его кинетическая энергия теряется, а вместо молекулы происходит образование положительного иона. В других случаях электрон, наоборот, соединиться с положительным ионом и образовать нейтральную молекулу.

В процессе столкновений электронов и молекул происходит расход энергии, в дальнейшем превращающейся в тепло. Затраты определенного количества энергии связаны со всеми движениями, во время которых приходится преодолевать сопротивление. В это время происходит превращение работы, затраченной на преодоление сопротивления трения, в тепловую энергию.

Сопротивление в электрических проводниках обладает теми же качествами, как и у обычного сопротивления. Для того чтобы провести ток через проводник, источником тока затрачивается определенное количество энергии, превращающейся в тепло. Данное превращение как раз и отражает закон Джоуля – Ленца, известного также, как закон теплового действия тока.

Закон джоуля Ленца формула и определение

Согласно закону джоуля Ленца, электрический ток, проходящий по проводнику, сопровождается количеством теплоты, прямо пропорциональным квадрату тока и сопротивлению, а также времени течения этого тока по проводнику.

В виде формулы закон Джоуля-Ленца выражается следующим образом: Q = I 2 Rt, в которой Q отображает количество выделенной теплоты, I – силу тока, R – сопротивление проводника, t – период времени. Величина “к” представляет собой тепловой эквивалент работы и применяется в тех случаях, когда количество теплоты измеряется в калориях, сила тока – в амперах, сопротивление – в Омах, а время – в секундах. Численное значение величины к составляет 0,24, что соответствует току в 1 ампер, который при сопротивлении проводника в 1 Ом, выделяет в течение 1 секунды количество теплоты, равное 0,24 ккал. Поэтому для расчетов количества выделенной теплоты в калориях применяется формула Q = 0,24I 2 Rt.

При использовании системы единиц СИ измерение количества теплоты производится в джоулях, поэтому величина “к”, применительно к закону Джоуля-Ленца, будет равна 1, а формула будет выглядеть: Q = I 2 Rt. В соответствии с законом Ома I = U/R. Если это значение силы тока подставить в основную формулу, она приобретет следующий вид: Q = (U 2 /R)t.

Основная формула Q = I 2 Rt очень удобна для использования при расчетах количества теплоты, которое выделяется в случае последовательного соединения. Сила тока во всех проводниках будет одинаковая. При последовательном соединении сразу нескольких проводников, каждый из них выделит столько теплоты, которое будет пропорционально сопротивлению проводника. Если последовательно соединить три одинаковые проволочки из меди, железа и никелина, то максимальное количество теплоты будет выделено последней. Это связано с наибольшим удельным сопротивлением никелина и более сильным нагревом этой проволочки.

При параллельном соединении этих же проводников, значение электрического тока в каждом из них будет различным, а напряжение на концах – одинаковым. В этом случае для расчетов больше подойдет формула Q = (U 2 /R)t. Количество теплоты, выделяемое проводником, будет обратно пропорционально его проводимости. Таким образом, закон Джоуля – Ленца широко используется для расчетов установок электрического освещения, различных отопительных и нагревательных приборов, а также других устройств, связанных с преобразованием электрической энергии в тепловую.

Зарядка конденсатора от источника постоянной ЭДС

Рассмотренный в предыдущем разделе процесс зарядки конденсатора посредством перенесения заряда с одной обкладки на другую имеет исключительно теор етический интерес, как метод расчета энерги и конденсатора. Реально конденсаторы заряжают, подключая их к источнику ЭДС, например, к гальванической батарее.

Пусть конденсатор емкостью C подключен к источнику, ЭДС которого равна e (Рис. 145). Полное электрическое сопротивление цепи (включающее и внутренне сопротивление источника) обо значим R . При замыкании ключа в цепи пойдет электрический ток, благодаря которому на обкладках конденсатора будет накапливаться электрический заряд. По закону Ома сумма напряжений на конденсаторе и резисторе U R = I R равна ЭДС источника , что приводит к уравнению

. (1)

В этом уравнении заряд конденсатора и сила тока зависят от времени. Скорость изменения заряда конденсатора по определению равна силе тока в цепи , что позволяет получить уравнение, описывающее изменение заряда конденсатора с течением времени

. (2)

Можно также получить уравнение, непосредственно описывающее изменение силы тока в цепи с течением времени. Для этого на основании уравнения (1) запишем уравнения для малых изменений входящих величин

.

Формально эту операцию можно описать следующим образом: уравнение (1) следует записать для двух моментов времени t и ( t + Delta t ), а затем из второго уравнения вычесть первое. Так как ЭДС источника постоянна, то ее изменение равно нулю Delta e = 0, сопротивление цепи и емкость конденсатора постоянны, поэтому их можно вынести из под знака изменения Delta, поэтому полученное уравнение приобретает вид

.

Наконец разделим его на промежуток времени, в течение которого произошли эти изменения, в результате получаем искомое уравнение (с учетом связи между силой тока и изменения заряда)

. (3)

Математический смысл этого уравнения указывает, что скорость уменьшения тока пропорциональна самой силе тока. Для однозначного решения этого уравнения необходимо задать начальное условие – значение силы тока в начальный момент времени I 0 = I(0).

С уравнениями такого типа мы познакомились в «математическом отступлении» , поэтому здесь его анализ проведем кратко. В начальный момент времени, когда заряд конденсатора равен нулю, скорость возрастания заряда (то есть сила тока) максимальна и равна . Затем по мере накопления заряда сила тока будет уменьшаться, когда напряжение на конденсаторе станет равным ЭДС источника, заряд конденсатора достигнет максимального стационарного значения и ток в цепи прекратится.

Схематически зависимости заряда конденсатора и силы тока в цепи от времени показаны на рис. 146. Для оценки времени зарядки конденсатора можно принять, что заряд возрастает до максимального значения с постоянной скоростью, равной силе тока в начальный момент времени. В этом случае

. (4)

Аналогичная оценка исчезновения тока, полученная на основании уравнения (3) приводит к этому же результату.

Строго говоря, время зарядки конденсатора, описываемой уравнением (2) равно бесконечности. Это парадокс можно исключить, если принять во внимание дискретность электрического заряда. Кроме того, заряд конденсатора, подключенного к батарее с течением времени случайным образом изменяется, флуктуирует, поэтому рассматриваемое уравнение описывает некоторые усредненные характеристики процесса. Тем не менее, полученная оценка времени RC широко применяется в приближенных расчетах, часто ее называют просто временем зарядки конденсатора .

Рассмотрим теперь превращения различных форм энерги и в данном процессе. Понятно, что причиной тока в цепи и как следствие зарядки конденсатора являются сторонние силы источника. На первый взгляд, энергетический баланс включает определенное противоречие: если источник сообщил конденсатору заряд q , то сторонние силы совершили при этом работу A 0 = q e , при этом энерги я конденсатора стала равной , что в два раза меньше работы совершенной источником. Противоречие исчезает, если принять во внимание, что в процессе зарядки по цепи течет электрический ток, поэтому на резисторе выделяется некоторое количество теплоты, то есть часть энерги и источника переходит в тепловую. Мысленно разобьем время зарядки на малые промежутки Delta t i ( i = 1,2,3. ). Перепишем уравнение (1) в виде

, (5)

и умножим его на величину малой порции заряда, переносимого за малый промежуток времени Delta t i , Delta q i = I i Delta t i . В результате получим

. (6)

Здесь обозначено q i — заряд конденсатора перед перенесением рассматриваемой порции заряда. Каждый член полученного уравнения имеет явный физический смысл :

— работа сторонних сил по перемещению порции заряда ? q i ; — увеличение энерги и конденсатора при увеличении его заряда на Delta q i ; — количество теплоты, выделившееся на резисторе, при протекании

порции заряда Delta q i .

Таким образом, закон сохранения энерги и, выражаемый уравнением баланса (6) для малого промежутка времени оказывается выполненным, следовательно, он будет выполнен и для всего процесса зарядки. Просуммируем выражение (5) по всем промежуткам времени зарядки, в результате чего получим:

— полная работа сторонних сил по перенесению электрического заряда, равного стационарному заряду конденсатора; — энерги я заряженного конденсатора; наконец, — количество выделившейся на резисторе теплоты.

Принимая во внимание уравнение (3) и формулы из «математического отступления» , последнюю сумму можно выразить в виде

. (6)

Эта сумма же может быть вычислена графически. Формула (1) задает зависимость напряжения на резисторе U R = I R от заряда конденсатора. Эта зависимость линейна, ее график (Рис. 147) является отрезком прямой линии. За малый промежуток времени через резистор протечет малый заряд Delta q i , при этом выделится количество теплоты , которое численно равно площади узкой полоски, выделенной на рисунке. Полное количество теплоты, выделившейся при прохождении всего заряда численно равно площади треугольника под графиком зависимости U R ( q ), то есть

. (7)

Таким образом, энергетический баланс полностью сходится и для всего процесса целиком: работа, совершенная источником равна сумме энерги и конденсатора и количества выделившейся теплоты A = W C + Q . Схематически преобразование энерги и в этом процессе показано на рис. 148.

Интересно заметить, что количество теплоты, выделяющееся при зарядке, не зависит о сопротивления цепи и в точности равно энерги и конденсатора. То есть, половина энерги и источника переходит в энерги ю электрического поля, а вторая в тепловую энерги ю, выделяющуюся в цепи: природа требует своеобразный пятидесятипроцентный налог в виде тепловых потерь, не зависимо от сопротивления цепи и емкости конденсатора [1] .

Примечания

1. ^ Но эти параметры цепи определяют время процесса.

Об авторе:
Этот материал взят из источника в свободном доступе интернета. Вся грамматика источника сохранена.