Sfera-perm.ru

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

Работа мощность количество теплоты электрического тока формула

§ 13. Работа и мощность электрического тока

Электрическая энергия. В природе и технике непрерывно происходят процессы превращения энергии из одного вида в другой (рис. 30). В источниках электрической энергии различные виды энергии превращаются в электрическую энергию. Например, в электрических генераторах 1, приводимых во вращение каким-либо механизмом, происходит превращение в электрическую энергию механической, в термогенераторах 2 — тепловой, в аккумуляторах 9 при их разряде и гальванических элементах 10 — химической, в фотоэлементах 11 — лучистой.

Приемники электрической энергии, наоборот, электрическую энергию превращают в другие виды энергии — тепловую, механическую, химическую, лучистую и пр. Например, в электродвигателях 3 электрическая энергия превращается в механическую, в электронагревательных приборах 5 — в тепловую, в электролитических ваннах 8 и аккумуляторах 7 при их заряде — в химическую, в электрических лампах 6 — в лучистую и тепловую, в антеннах 4 радиопередатчиков — в лучистую.

Рис. 30. Пути превращения энергии из одного вида в другой

Мерой количества энергии является работа. Работа W, совершаемая электрическим током за время t при известном напряжении U силе тока I, равна произведению напряжения на силу тока и на время его действия:

W = UIt (29)

Работа, совершаемая электрическим током силой 1 А при напряжении 1 В в течение 1 с, принята за единицу электрической энергии. Эта единица называется джоулем (Дж). Джоуль, который называют также ватт-секундой (Вт*с), — очень маленькая единица измерения, поэтому на практике для измерения электрической энергии приняты более крупные единицы — ватт-час (1 Вт*ч = 3600 Дж), киловатт-час (1 кВт*ч = 1000 Вт*ч = 3,6*10 6 Дж), мегаватт-час (1 МВт*ч=1000 кВт*ч=3,6*10 9 Дж).

Электрическая мощность. Энергия, получаемая приемником или отдаваемая источником тока в течение 1 с, называется мощностью. Мощность Р при неизменных значениях U и I равна произведению напряжения U на силу тока I:

P = UI (30)

Используя закон Ома для определения силы тока и напряжения в зависимости от сопротивления R и проводимости G, можно получить и другие выражения для мощности. Если заменить в формуле (30) напряжение U=IR или силу тока I=U/R=UG, то получим

P = I 2 R (31)

P = U 2 /R = U 2 G (32)

Следовательно, электрическая мощность равна произведению квадрата силы тока на сопротивление, или электрическая мощность квадрату напряжения, поделенному на сопротивление, либо квадрату напряжения, умноженному на проводимость.

Мощность, которая создается силой тока 1 А при напряжении 1 В, принята за единицу измерения мощности и называется ватт (Вт). В технике мощность измеряют более крупными единицами: киловаттами (1 кВт =1000 Вт) и мегаваттами (1 МВт=1 000 000 Вт).

Потери энергии и коэффициент полезного действия. При превращении электрической энергии в другие виды энергии или наоборот не вся энергия превращается в требуемый вид энергии, часть ее непроизводительно затрачивается (теряется) на преодоление трения в подшипниках машин, нагревание проводов и пр. Эти потери энергии неизбежны в любой машине и любом аппарате.

Р2 — отдаваемая (полезная) мощность;
Р1 — получаемая мощность;
?Р — потери мощности.

Читайте так же:
Объясните тепловое действие электрического тока

К. п. д. всегда меньше единицы, так как в любой машине и любом аппарате имеются потери энергии. Иногда к. п. д. выражают в процентах. Так, тяговые двигатели электровозов и тепловозов имеют к. п. д. 86—92 %, мощные трансформаторы — 96—98 %, тяговые подстанции — 94—96 %, контактная сеть электрифицированных железных дорог — около 90 %, генераторы тепловозов — 92—94 %.
Рассмотрим в качестве примера распределение энергии в электрической цепи (рис. 31). Генератор 1, питающий эту цепь, получает от первичного двигателя 2 (например, дизеля) механическую мощность Рmx = 28,9 кВт, а отдает электрическую мощность Рэл = 26 кВт (2,9 кВт составляют потери мощности в генераторе). Поэтому он имеет к. п. д. ? ген = Рэлmx = 26/28,9 = 0,9.

Мощность Рэл = 26 кВт, отдаваемая генератором, расходуется на питание электрических ламп (6 кВт), на нагрев электрических плиток (7,2 кВт) и на питание электродвигателя (10,8 кВт). Часть мощности ? P пр = 2 кВт теряется на бесполезный нагрев проводов, соединяющих генератор с потребителями.

Рис. 31. Схема преобразования энергии в электрической цепи

В каждом приемнике электрической энергии также имеют место потери мощности. В электрическом двигателе 3 потери мощности составляют 0,8 кВт (он получает из сети мощность 10,8 кВт, а отдает только 10 кВт), поэтому к. п. д. ?дв = 10/10,8 = 0,925. Из мощности 6 кВт, полученной лампами, лишь незначительная часть идет на Создание лучистой энергии, большая часть ее бесполезно рассеивается в виде тепла. В электрической плитке на нагрев пищи расходуется не вся полученная мощность 7,2 кВт, так как часть созданного ею тепла рассеивается в окружающем пространстве. При рассмотрении электрических цепей наряду с определением токов и напряжений, действующих на отдельных участках, необходимо определять и передаваемую по ним мощность. При этом должен соблюдаться так называемый энергетический баланс мощностей. Это означает, что мощность, получаемая каким-либо устройством (источником тока или потребителем) или участком электрической цепи, должна быть равна сумме отдаваемой ими мощности и потерь мощности, которые возникают в данном устройстве или участке цепи.

Формула мощности тока

Электрический ток, на каком угодно участке цепи совершает некоторую работу (А). Допустим, что у нас есть произвольный участок цепи (рис.1) между концами которого имеется напряжение U.

Работа, которая выполняется при перемещении заряда равного 1 Кл между точками A и B (рис.1) будет равна U. В том случае, если через проводник протекает ток силой I за время равное $Delta t$ по указанному выше участку пройдет заряд (q) равный:

Следовательно, работа, которую совершает электрический ток на данном участке, равна:

$$A=U cdot I cdot Delta t(2)$$

Надо отметить, что выражение (2) является справедливым при I=const для любого участка цепи (в таком участке могут содержаться проводники 1–го и 2–го рода).

Определение и формула мощности тока

Мощность тока – есть работа тока в единицу времени:

Читайте так же:
Пусковой ток теплового насоса

Формулой для вычисления мощности можно считать выражение:

В том случае, если участок цепи содержит источник тока, то формулу мощности можно представить в виде:

$$P=left(varphi_<1>-varphi_<2>right) I+varepsilon I$$

где $left(varphi_<1>-varphi_<2>right)$ – разность потенциалов, $varepsilon$ – ЭДС источника, который включен в цепь.

Выражение (5) является интегральной записью. Это выражение можно представить в дифференциальной форме, если использовать понятие удельной мощности ($P_=frac$ – мощность, развиваемая током в единице объема проводника):

где j – плотность тока, $rho$ – удельное сопротивление.

Единицы измерения мощности тока

Основной единицей измерения мощности тока (как и мощности вообще) в системе СИ является: [P]=Вт=Дж/с.

Выражение (4) применяют в системе СИ для того, чтобы дать определение единицы напряжения. Так, единицей напряжения (U) является вольт (В), который равен: 1 В= (1 Вт)/(1 А).

Вольтом называют электрическое напряжение, которое порождает в электроцепи постоянный ток силы 1 А при мощности 1 Вт.

Примеры решения задач

Задание. Какой должна быть сила тока, которая течет через обмотку электрического мотора для того, чтобы полезная мощность двигателя (PA) стала максимальной?Какова максимальная полезная мощность? Если двигатель постоянного тока подключен к напряжению U, сопротивление обмотки якоря – R.

Решение. Мощность, которую потребляет электроприбор, идет на нагревание (PQ) и совершение работы (PA):

Мощность, идущую на нагревание можно рассчитать как:

Потребляемую мощность найдем как:

Выразим $P_A$ из (1.1) и используем (1.2) и (1.3):

Для нахождения экстремума функции, которая представлена в выражении (1.4) найдем производную $frac$ и приравняем ее к нулю:

Найдем максимальную полезную мощность,используя выражение (1.4) и Imax:

Формула мощности тока не по зубам? Тебе ответит эксперт через 10 минут!

Задание. Электрические лампочкис мощностями P1 и P2 номинальным напряжением U1=U2 соединяют последовательно (рис.2) и включают в сеть с постоянным напряжением U. Какова мощность, потребляемая первой лампочкой P1 * ).

Решение. Лампочки по условию задачи соединены последовательно, значит сила тока, текущая через лампочки одинакова, а падение напряжения на каждой из лампочек зависит от их сопротивлений. Искомую мощность можно найти как:

Сопротивления лампочек можно найти из данных в условиях номинальных мощностей:

Силу тока можно найти по закону Ома, учитывая, что лампочки соединены последовательно:

Решая уравнения (2.1) – (2.3) совместно получим:

Работа, мощность, тепловое действие электрического тока.

Список вопросов теста

Вопрос 1

Чему равна работа электрического тока на участке цепи?

Варианты ответов
  • А = IR
  • А = It
  • A=UIt
  • A=FS
Вопрос 2

Какие три прибора нужны для определения работы электрического тока?

Варианты ответов
  • Реостат, гальванометр, вольтметр.
  • Вольтметр, аккумулятор, часы.
  • Амперметр, аккумулятор, вольтметр.
  • Вольтметр, амперметр, часы.
Вопрос 3

Как называют прибор для прямого измерения работы тока?

Варианты ответов
  • Электрогенератор
  • Электросчётчик
  • Спидометр
  • Электроскоп
Вопрос 4

От каких физических величин зависят показания электросчетчика в квартире?

Варианты ответов
  • только от силы тока в цепи
  • от силы тока и напряжения;
  • от силы тока, напряжения и времени прохождения тока;
  • от напряжения
Читайте так же:
В каких бытовых приборах используется тепловое действие тока 1
Вопрос 5

В каких единицах измеряют работу электрического тока?

Варианты ответов
  • Джоулях
  • Амперах
  • Вольтах
  • Ваттах
Вопрос 6

В каких единицах измеряют мощность электрического тока?

Варианты ответов
  • Джоулях
  • Амперах
  • Вольтах
  • Ваттах
Вопрос 7

Один ватт-час равен.

Варианты ответов
  • 60 Дж
  • 3600 Дж
  • 6 кДж
  • 3600 кДж
Вопрос 8

Какая величина характеризует быстроту выполнения работы?

Варианты ответов
  • Скорость
  • Сила
  • Мощность
  • Количество теплоты
Вопрос 9

В результате работы электрического тока внутренняя энергия проводника.

Варианты ответов
  • увеличивается.
  • уменьшается.
  • не изменяется.
  • может как увеличиваться, так и уменьшаться.
Вопрос 10

При прохождении электрического тока по проводнику температура проводника.

Варианты ответов
  • увеличивается
  • уменьшается
  • не изменяется
  • может как увеличиваться, так и уменьшаться
Вопрос 11

Какая физическая величина определяется формулой Q = I 2 Rt ?

Варианты ответов
  • мощность электрического тока;
  • количество теплоты, выделяющееся при прохождении электрического тока на участке цепи за время t;
  • количество электрического заряда, протекающего в цепи за время t;
  • количество электрического заряда, протекающего в цепи за время t;
Вопрос 12

Во сколько раз увеличится или уменьшится количество теплоты, выделяемое в электрической плитке, если ток через ее спираль увеличить вдвое?

Варианты ответов
  • увеличится в 2 раза;
  • увеличится в 2 раза;
  • увеличится в 4 раза;
  • уменьшится в 4 раза.
Вопрос 13

В елочной гирлянде последовательно включают несколько ламп. Затем в нее еще включают одну лампу последовательно. Как изменится работа электрического тока за один час?

Варианты ответов
  • увеличится;
  • не изменится;
  • уменьшится.
Вопрос 14

Как изменится количество теплоты, выделенное спиралью электроплиты, если длину уменьшить в 4 раза?

Варианты ответов
  • увеличится в 2 раза;
  • увеличится в 4 раза;
  • уменьшится в 2 раза;
  • уменьшится в 4 раза.
Вопрос 15

Во сколько раз увеличится или уменьшится количество теплоты, выделяемое в электрической плитке, если ток через ее спираль увеличить вдвое?

Варианты ответов
  • увеличится в 2 раза;
  • уменьшится в 2 раза;
  • увеличится в 4 раза;
  • увеличится в 4 раза;
Вопрос 16

Электрическая лампа, рассчитанная на мощность 60 Вт, включена в сеть с напряжением 220 В. Сила тока в лампе равна

Варианты ответов
  • 0,27 А
  • 3,7 А
  • 1,3 А
  • 13 А
Вопрос 17

При прохождении тока силой 0,5 А по проводнику сопротивлением 40 Ом за 3 мин в проводнике выделяется количество теплоты

Варианты ответов
  • 20 Дж
  • 1800 Дж
  • 120 Дж
  • 3600 Дж
Вопрос 18

В результате прохождения электрического тока силой 2,5 А в утюге, подключенном к сети с напряжением 220 В, за 2 часа выделится количество теплоты

Варианты ответов
  • 9900 кДж
  • 1100 Дж
  • 66 кДж
  • 3960 кДж
Вопрос 19

Какова мощность электрического тока в электроплите при напряжении 220 В и силе тока 2 А?

Варианты ответов
  • 100 Вт;
  • 440 Вт;
  • 4 кВт;
  • 0,01 Вт.
Вопрос 20

Определите работу электрического тока в электроплите за 2 мин, если мощность 400 Вт.

Варианты ответов
  • 48 кДж;
  • 800 Дж;
  • 200 Дж;
  • 3,3 кДж
Читайте так же:
Расстояние между проводами теплого пола какое должно быть
Вопрос 21

Какое количество теплоты выделяется в проводнике сопротивлением 20 Ом за 10 мин при силе тока 2 А?

Варианты ответов
  • 480 кДЖ
  • 48 кДж
  • 24 кДж;
  • 8 кДж;
Вопрос 22

За какое время ток 4 А совершит работу 35,2 кДж при напряжении 220 В

Решение задач по темам: «Работа и мощность, тепловое действие электрического тока» (физика), «Табличный процессор Excel» (информатика)

XXI век – век высоких технологий. И компьютер является одним из проявлений этих технологий. Формирование общеучебных умений, являющихся основой познавательной самостоятельности учащихся, должно носить ярко выраженный интеграционный характер, проникая во все учебные дисциплины и преодолевая их искусственную изолированность. Нужна не просто программа развития общеучебных умений школьников, а организационно-педагогическая технология включения этой работы в реальный школьный процесс. Интеграция позволяет перейти от локального, изолированного рассмотрения различных явлений действительности к их взаимосвязанному, комплексному изучению. Но поскольку интеграция – это не самоцель, а определенная система в деятельности учителя, то должен быть и вполне конкретный результат интегрированного обучения. Он должен проявляться в повышении уровня знаний, изменении уровня интеллектуальной деятельности, эмоциональном развитии учащихся, включении учащихся в творческую деятельность, росте познавательной самостоятельности школьников, проявляемой на уроке и во внеурочное время.

Рассмотрим урок, который отражает данную концепцию учителя.

Интегрированный урок в 9 классе (физика + информатика).

Требование к кабинету информатики: ПК, мультимедийный проектор, локальная сеть, экран для проецирования работ учащихся.

“Каждый школьник знаком теперь с истинами, за которые Архимед отдал бы жизнь”

Тема урока: Решение задач по темам:

  • “Работа и мощность, тепловое действие электрического тока” (физика);
  • “Табличный процессор Excel” (информатика).

Цели урока:

  • Закрепить умения и навыки решения задач по темам:
  • “Работа и мощность, тепловое действие электрического тока” (физика),
  • “Табличный процессор Excel” (информатика);
  • Организовать деятельность учащихся по применению знаний в различных ситуациях;
  • Создать условия для развития у учащихся умений выделять главное, умение анализировать условие задачи, ее решение и полученный результат;
  • Обеспечить условия для осмысления учащимися значимости изученной темы;
  • Закрепить навыки учащихся при решении физических задач, пользуясь
  • табличным процессором Excel;
  • Продолжить развитие навыков совместной работы в группе малого состава.

Тип учебного занятия: урок комплексного применения знаний.

Форма проведения: интегрированный урок.

Оборудование: ПК, мультимедийный проектор, плакат, карточки — задания, жетоны.

Логика урока:

  1. Мотивация
  2. Актуализация комплекса знаний
  3. Организация деятельности учащихся по применению знаний в различных ситуациях
  4. Контроль и самоконтроль
  5. Коррекция
  6. Рефлексия

1. Организационный этап

Психологически подготовить учащихся к общению на уроке.

2. Этап актуализации субъектного опыта

Обеспечить мотивацию учения школьников, понятие ими целей урока.

3. Этап применения изученного материала

Обеспечить усвоение учащимися знаний и способов действий на уровне

применения их в различных ситуациях;

Обеспечить формирование у учащихся умений самостоятельно применять знания.

4. Этап контроля и самоконтроля, коррекции

Выявить недостатки в знаниях и способах действий учащихся, установить причины выявленных недостатков, откорректировать пробелы в знаниях и способах действий учащихся.

Читайте так же:
Автоматические выключатели с тепловым расцепителем 10а 1ф авв s201

5. Этап информации о домашнем задании

Обеспечить понимание учащимися цели, содержания и способов выполнения домашнего задания.

6. Этап подведения итогов урока

Дать качественную оценку работы класса и отдельных учащихся.

7. Этап рефлексии

Инициировать и интенсифицировать рефлексию учащихся по поводу своего эмоционального состояния, мотивации, своей деятельности и взаимодействия с учителем и одноклассниками.

1. Организационная часть (вступительное слово учителя)

Здравствуйте ребята! Сегодня у нас необычный урок!

На уроке мы будем решать физические задачи с помощью табличного процессора Excel. Мы закрепим умения решать задачи по теме “Работа и мощность, тепловое действие тока”.

Я думаю, вам всем хорошо известна значимость электрического тока в жизни человека. А умение рассчитывать силу тока, напряжение, сопротивление, работу и мощность тока вам всем понадобится в жизни.

Учитель разъясняет значимость эпиграфа для проведения урока.

Большую часть своих усилий человек тратит на поиски наилучшего оптимального решения поставленной задачи: как добиться наиболее высокого жизненного уровня, наивысшей производительности труда, наименьших потерь, максимальной прибыли, минимальных затрат времени? Не все задачи поддаются точному описанию, не для всех найдены простые решения.

Мы будем решать физические задачи с помощью табличного процессора Excel. На уроке мы закрепим знания абсолютных и относительных ссылок и покажем, что табличный процессор облегчает математические расчеты и тем самым уменьшает время, отведенное для выполнения задания.

2. Этап актуализации субъективного опыта.

Для того, чтобы грамотно и правильно решать задачи, каждый из вас должен знать и понимать, что такое работа тока, мощность, а также знать, каким образом можно рассчитать количество теплоты, которое выделяется при прохождении электрического тока через проводник.

Для этого я хочу проверить, как вы знаете тему “Работа и мощность электрического тока. Тепловые действия тока”. Для этой цели на рабочем столе компьютера вам предложен тест.

Ребята, рассаживайтесь за компьютеры и не забывайте правила по технике безопасности при работе с ПК. Для работы с тестом вам необходимо открыть папку ТЕСТ, которая находится на рабочем столе вашего компьютера. Необходимо, прочитав вопрос, выбрать вариант ответа, который, как вы считаете, верный. После того, как вы ответите на последний вопрос теста, вы перейдете на 2 лист и узнаете свою оценку. На выполнение работы отводится до 5 минут, вашу работу проверят мои ассистенты. На этом занятии ассистентами будут. (учитель называет фамилии 2 учеников). Задача ассистентов проверить выполнение теста и записать результат. (учащиеся рассаживаются за компьютеры, открывают тест , работа рассчитана на 5 мин).

Тест предоставлен в варианте Word для чтения, в электронном виде в Приложении 1.

1. По какой формуле вычисляется мощность электрического тока?

2. Укажите основную единицу измерения работы электрического тока…

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector