Sfera-perm.ru

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

Конспект количество теплоты выделяемое проводником с током

Конспект урока «Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля-Ленца» по физике для 8 класса

Учебник: Белага

Цели урока: Особенности нагревания проводников электрическим током. Закон Джоуля-Ленца.

Задача урока:

ознакомить учащихся с законом Джоуля — Ленца;

сформировать умение вычислять количество теплоты, выделяемое

проводником, по которому течет ток, применительно к различным видам соединения.

воспитывать у учащихся умение самостоятельной работы;

воспитывать сопричастность к собственной деятельности и деятельности других.

воспитывать интерес к предмету

развитие памяти и внимания;

развитие применения знаний при решении задач;

развитие познавательного интереса.

Тип урока: сообщение нового материала (беседа), с применением ИКТ

Оборудование: рабочие карточки, электронное приложение к учебнику.

План урока:

Организационный момент (1 мин.).

Актуализация знаний (5 мин.)

Изучение нового материала (20 мин.).

Закрепление нового материала (10 мин.).

Первичный контроль знаний (5 мин.).

Рефлексия (2 мин.).

Домашнее задание (2 мин.).

Ход урока

1. Организационный момент.

(На партах лежат рабочие карты урока; ручки со стержнями 2-х цветов (синий, зеленый)).

Напомнить, как заполнять рабочую карту урока. (Нужно ответить на вопросы с.р. № 1, сравнить свои ответы с представленными ответами на экране. Сделать исправления зеленым цветом, если ваши ответы не совпадают с правильными. Согласно критериям оценки, представленными в рабочей карте, выставить оценки самостоятельно или можно провести взаимооценку между учащимися, сидящими за одной парой).

Рабочая карта урока

2. Актуализация прежних знаний

Выполнение самостоятельной работы №1 ( в рабочей карте урока).

Проводим проверку выполнения с.р. № 1.

Выставляем отметки, согласно приведенным критериям.

Выясняем, какое количество учащихся поставили себе «5», «4», «3» и ничего не поставили.

3.Формирование умений и навыков.

— Что называют электрическим током?

— Что представляет собой электрический ток в металлах, растворах солей, щелочей, кислот?

— Какие действия может оказывать электрический ток?

Остановимся на тепловом действии электрического тока. Электрический ток нагревает проводник. Это явление хорошо известно: электрические нагревательные приборы, осветительные лампы; в промышленности тепловое действие тока используют для выплавки специальных сортов стали и других металлов, для электросварки; в сельском хозяйстве с помощью электрического тока обогревают теплицы, инкубаторы, сушат зерно и т.д. Объясняется нагревание тем, что свободные электроны в металлах или ионы в растворах солей, щелочей, кислот, перемещаясь под действием электрического поля, взаимодействуют с ионами или атомами вещества проводника и передают им свою энергию. В неподвижных металлических проводниках вся работа тока идет на увеличение их внутренней энергии. Нагретый проводник отдает полученную энергию окружающим телам, но уже путем теплопередачи.

Можно сказать, что количество теплоты, выделяемое проводником, по которому течет ток, равно работе тока.

Q — количество теплоты;

А= UIt — формула для расчета работы тока (которая нам уже известна).

Из сказанного выше следует, что

А=Q, а это означает, что Q= UIt.

Из закона Ома I=U/R выразим напряжение: U=IR.

Если это учесть и подставить в формулу для расчета количества теплоты, то получим: Q=I²Rt.

Количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени.

К такому выводу на основании опытов, впервые пришли независимо друг от друга английский ученый Джеймс Джоуль и русский ученый Эмилий Христианович Ленц. Сформулированный вывод называют законом Джоуля-Ленца. Итак, для расчета количества теплоты, выделяемого током в проводнике, мы получили:

Читайте так же:
Где применяется тепловое действие тока в быту

Получим еще одну формулу для расчета количества теплоты:

I=U/R подставляем в формулу Q=UIt, получаем :

Выясним, какую из этих формул удобнее применять для последовательного, а какую для параллельного соединения проводников. Для этого вспомним законы различных видов соединения.

(Два ученика на доске записывают законы последовательного и параллельного соединения проводников).

Нагревание проводников электрическим током закон джоуля-ленца

Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля-Ленца.

Учебный материал с указанием заданий

Сегодня на уроке ты самостоятельно узнаешь почему при прохождении электрического тока по проводникам они нагреваются, познакомишься с формулой, с помощью которой можно подсчитать количество теплоты, которое выделяет проводник при прохождении через него электрического тока, научишься решать задачи по теме, а также узнаешь интересные факты из биографии великих ученых и изобретателей.

Ты уже знаком с такими понятиями и явлениями как электрическое поле, электрический ток, сопротивление проводников; знаешь такие физические величины как напряжение (U), сила тока (I), сопротивление (R); знаешь закон Ома для участка цепи, формулу для подсчета сопротивления проводника; умеешь решать задачи с использованием этих физических величин.

Материал, который ты будешь изучать сегодня, покажется несложным. Внимательно читай инструкцию и строго следуй ей. Успехов.

Твоя цель на уроке:

— узнать причину нагрева проводников при прохождении через них электрического тока;

— познакомиться с формулой для расчета количества теплоты, выделяемого проводником при прохождении через него электрического тока (Законом Джоуля-Ленца);

— научиться с помощью закона Джоуля-Ленца решать задачи;

— если останется время, то познакомиться с интересными фактами из биографии и научной деятельности ученых Джеймса Преснот Джоуля и Эмилия Христиановича Ленца.

Если что-то не помнишь, то обратись к учебнику или записям в тетради.

Сначала проверим, как ты усвоил материал прошлых уроков.

Получи у учителя карточку с пометкой «Входной контроль» и на отдельном листке, предварительно подписав его, выполни задание карточки.

Сдай листок учителю.

Если сложно, то обратись к учебнику или тетради.

Самостоятельное изучение нового материала.

Внимательно прочитай содержание § 53 на стр. 123-124 учебника.

Запиши в тетрадь тему урока, формулировку закона Джоуля-Ленца и формулу.

Внимательно прочитай свои записи, убедитесь в понимании прочитанного.

Назови все физические величины, входящие в данную формулу, вспомни в чем они измеряются.

Будь внимателен, учись самостоя-тельно приобретать знания.

Внимательно прочитай текст, приведенный ниже.

Из содержания параграфа ты узнал почему электрический ток, проходя через проводники, вызывает их нагрев. Дело в том, что упорядоченно движущиеся под действием электрического поля свободные электроны проводника взаимодействуют с ионами и атомами вещества и передают им часть своей энергии, заставляют отклоняться от положения равновесия (т. е. двигаться). В результате этого внутренняя энергия проводника возрастает, он нагревается и отдает энергию окружающим телам путем теплопередачи.

Но следует помнить, что вся работа электрического тока идет на увеличение его внутренней энергии лишь в неподвижных проводниках. В подвижных проводниках часть энергии идет на совершение механической работы. Именно поэтому закон Джоуля-Ленца применим только к неподвижным проводникам.

Читайте так же:
Тепловое воздействие токов короткого замыкания

Ответь на вопросы в конце параграфа (на стр. 125).

На вопросы ответь устно.

Внимательно рассмотрите решение задач.

Задача 1. Какое количество теплоты выделится за 30 минут проволочной спиралью сопротивлением 50 Ом при силе тока 2А ?

t = 30 мин Q = I²Rt

R = 50 Ом t = 30·60 c=1800 c

I = 2А Q = 2²·50·1800=360000 Дж= 360кДж

Q = ? Ответ: Q = 360кДж

Задача 2. Определите количество теплоты, которое выделит спираль электрочайника за 1 минуту, если ее сопротивление24,2 Ом, а напряжение 220 В.

t = 1 мин Q = I²Rt

U = 220 В Из закона Ома

Q = ? Ответ: Q = 120 кДж.

Если все ясно, то реши следующие задачи самостоятельно в рабочей тетради.

Задача 1: Спираль обогревателя имеет сопротивление 250 Ом, сила тока в спирали 8 А. Определите, какое количество теплоты выделит спираль за 5 минут работы?

Задача 2: Проволочная спираль сопротивлением 55 Ом включена в сеть напряжением 127 В. Какое количество теплоты выделит эта спираль за 1 минуту?

Сравните решения с готовыми (смотри Приложение1).

Переписы-вать решение в тетрадь не нужно.

Эти задачи аналогичны разобран-ным выше, поэтому ты обязательно с ними справишься.

Вернись к УЭ 0 и проверь, достиг ли ты поставленной цели?

Если да, то переходи к следующему УЭ, если нет, то вернись к УЭ 2.

Ответь на вопросы и реши задачи на отдельном листке.

Какова причина нагрева проводников электрическим током?

Почему провода, подводящие электрический ток к нагревательному элементу сами нагреваются не так сильно, как нагревательные элементы приборов?

Задача: Какое количество теплоты выделит проводник за 5 секунд, если его сопротивление 25 Ом, а сила тока в цепи 2 А?

Задача: Какое количество теплоты выделится в нити накала электрической лампы за 10 минут, если при напряжении 5 В сила тока в ней 0, 2 А?

Если успел сделать все задачи, то можешь подумать над дополнительными задачами (смотри Приложение2) и ознакомиться с интересными сведениями из биографии Д.Джоуля и Э.Ленца (смотри Приложение3).

Дополни-тельные задачи можешь переписать в тетрадь и подумать над ними дома.

§ 53(с. 123-124 учебника), упр. 27(с. 125), № 1450, №1453, №1455 (сб. задач)

R = 25 Ом Q = I²Rt

I = 8 А 5 мин·60 = 300 с.

t = 5 мин. Q = 8²·25·300 = 480000 Дж

Q = ? Ответ: Q = 480 кДж

R = 55 Ом Q = I²Rt

Q = ? Ответ: Q = 17,6 кДж

Задача 1 : Определите мощность электрочайника при напряжении 220 В, если при напряжении 230 В он имеет мощность 2000 Вт.

Задача 2 : Электрический чайник включен в сеть напряжением 220 В. Определите количество теплоты, выделяемое его нагревательным элементом ежесекундно, если сопротивление нагревательного элемента 38,7 Ом. Определите мощность тока.

Джеймс Преснот Джоуль

Родился Джоуль в Манчестере 24 декабря 1818 года, по профессии был пивоваром. Первые работы Джоуля в физике связаны с изобретением электромагнитных аппаратов, которые были ярким примером превращаемости физических сил. Джоуль был прекрасным экспериментатором. Исследуя законы выделения теплоты электрическим током, он понял, что опыты с гальваническими источниками не дают возможности ответить на вопрос, какой вклад в нагрев проводника вносит переносимая теплота химических реакций, а какой сам ток. В результате многочисленных опытов, Джоуль пришел к выводу, что теплоту можно получать с помощью механических сил. Джоуль внес большой вклад в кинетическую теорию газов, открыв вместе с Томсоном эффект изменения температуры газа при его расширении. Из работ Джоуля непосредственно следовало, что теплота не является веществом, что она состоит в движении частиц. Все это способствовало утверждению и признанию закона сохранения и превращения энергии.

Читайте так же:
Длина провода датчика для теплого пола

Эмилий Христианович Ленц

Э. Ленц родился 24 февраля 1804 года в семье чиновника в Дерпте (ныне Тарту) в Эстонии. Благодаря усилиям матери он успешно окончил гимназию и поступил в университет.

Научная деятельность Ленца началась рано: после второго курса университета он по рекомендации ректора в качестве физика научной экспедиции отправился в кругосветное плавание.

Э. Х. Ленц заложил основы первой в России научной школы физиков-электротехников, из которой впоследствии вышли такие ученые, как А. С. Попов, Ф. Ф. Петрушевский и др.

В 1843 году Ленц после проведения экспериментов независимо от Джоуля приходит к установлению закона теплового действия тока. На основании 16 серий измерений Ленц в статье «О законах выделения тепла гальваническим током» сделал следующий вывод: нагревание проволоки гальваническим током пропорционально ее сопротивлению и квадрату силы тока.

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: к.п.д.=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.

Читайте так же:
Как регулируется ток срабатывания теплового реле

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.

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.

Читайте так же:
Оборудование для наблюдение теплового действия электрического тока

Если сила тока превысит допустимое значение, то свинцовая проволока расплавится и цепь окажется разомкнутой. Предохранители с плавящимся проводником называют плавкими предохранителями.

|следующая страница ==>
Электродвижущая сила. Закон Ома для полной цепи|Стационарное электрическое поле, перемещающее заряды по проводнику, совершает работу. Эту работу называютработой тока

Дата добавления: 2014-02-26 ; просмотров: 908 ; Нарушение авторских прав

Электрический ток. Работа и мощность в цепи постоянного тока. Закон Ома для полной цепи

Электрический ток. Все металлы являются проводниками электрического тока. Они состоят из пространственной кристаллической решетки, узлы которой совпадают с центрами положительных ионов. Вокруг ионов хаотически движутся свободные электроны.

В металлах электронная проводимость

Электрическим током в металлах называется упорядоченное движение свободных электронов. За направление тока принимают направление движения положительно заряженных частиц.

Электрические заряды могут двигаться упорядоченно под действием электрического поля, поэтому условием для существования эл. тока является наличие электрического поля и свободных носителей эл.заряда.

Сила тока численно равна заряду, протекающему через данное поперечное сечение проводника в единицу времени. Ток называется постоянным, если сила тока и его направление не изменяется с течением времени.

I = 1 Кл/с = 1 А

1 ампер (А) равен силе постоянного тока, при котором через любое поперечное сечение проводника за 1 с протекает 1 Кл электричества. I = q nvS Силу тока в цепи измеряют амперметром. Условное обозначение в цепи

Работа и мощность тока. Электрический ток снабжает нас энергией. Она возникает за счёт работы электрического поля по передвижению свободных зарядов в проводнике. Рассмотрим участок цепи, по которому течёт ток I. Напряжение на участке обозначим U, сопротивление участка равно R. При протекании тока по однородному участку цепи электрическое поле совершает работу. За время Δ t по цепи протекает заряд Δq = I Δt . Электрическое поле на выделенном участке совершает работу. ΔA = U I Δ t — эту работу называют работой электрического тока . За счёт работы на рассматриваемом участке может совершаться механическая работа; могут также протекать химические реакции. Если этого нет, то работа эл. поля приводит только к нагреванию проводника. Работа тока равна количеству теплоты, выделяемому проводником с током: — это закон Джоуля — Ленца

Мощность электрического тока равна отношению работы тока ΔA к интервалу времени Δt, за которое эта работа была совершена на данном участке: P = IU или . Работа электрического тока в СИ выражается в джоулях (Дж), мощность – в ваттах (Вт).

Закон Ома для замкнутой цепи. Источник тока имеет ЭДС () и сопротивление (r), которое называют внутренним. Электродвижущей силой (ЭДС) называется отношение работы сторонних сил по перемещению заряда q вдоль цепи, к значению этого заряда (1В=1Дж/1Кл). Рассмотрим теперь замкнутую (полную) цепь постоянного тока, состоящую из источника с электродвижущей силой и внутренним сопротивлением r и внешнего однородного участка с сопротивлением R. (R+r) — полное сопротивление цепи. Закон Ома для полной цепи записывается в виде или Сила тока в электрической цепи прямо пропорциональна ЭДС источника тока и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector