Работа и мощность электрического тока.

РАБОТА И МОЩНОСТЬ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА.

ЗАКОН ДЖОУЛЯ-ЛЕНЦА

При прохождении тока в цепи электрическое поле совершает работу, которую называют работой тока.

А – работа по перемещению заряда в электрическом поле

q - заряд

При постоянном токе I переносимый за промежуток времени ∆ t заряд q = I ∙∆ t и работа электрического тока определяется выражением:

А = q ∙ U

А = I∙ U∙∆t

Работа тока на участке цепи равна произведению силы тока , напряжения и промежутка времени , в течение которого совершалась работа.

1А∙ 1В ∙1 с = 1Дж

По закону Ома I = U / R

Действие тока характеризует на только работа, но и мощность.

Мощностью электрического тока является работа тока А, совершенная за единицу времени .

В СИ мощность электрического тока измеряется в ваттах:

[P] = 1 Дж/с = 1 А ∙В = 1 Вт.

Из соотношений работы и энергии электрического тока вытекают следующие соотношения для единиц измерения:

1 Вт∙с = 1 Дж,

1 Вт = 1 В ∙ А,

1 Дж = 1 В∙ А ∙с.

Кроме единиц СИ, применяются несистемные единицы:

Для мощности 1 кВт = 1000 Вт;

Для энергии 1 Вт∙ ч = 3600 Дж

? Сформулируйте закон Ома для участка цепи.

Закон Ома: сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению.

? Что называется сопротивлением проводника?

Сопротивление проводника – физическая величина, характеризующая свойства проводника. Причина сопротивления : взаимодействие движущихся электронов с ионами кристаллической решётки.

Сформулируйте закон Ома для участка цепи.

? Чему равна работа электрического тока на участке цепи?

Работа электрического тока на участке цепи равна произведению напряжения на концах этого участка, силы тока и времени, в течение которого совершалась работа.

Тепловое действие тока

Электрический ток нагревает проводник.

В неподвижных металлических проводниках вся работа электрического тока идет на увеличение их внутренней энергии.

Почему же проводники нагреваются?

Рассмотрим на примере движения 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 в узлах кристаллической решетки увеличивается, следовательно, увеличивается внутренняя энергия проводника и, следовательно, его температура. А это и означает, что проводник нагревается.

Химическое действие тока

Рассмотрим на примере движения одного электрона и положительного иона в жидком проводнике ( в растворе медного купороса CuSO 4 ).

+

В жидких и газообразных проводниках движущиеся электроны и ионы наталкиваются на молекулы, как бы «раскачивают» их, увеличивают их кинетическую энергию , что и означает возрастание температуры жидкости или газа.

В неподвижных металлических проводниках вся работа электрического тока идет на увеличение их внутренней энергии ( на участке цепи не совершается механическая работа и ток не производит химического действия).

Направление электрического тока

А ∆ Е вн

- +

Q

Нагретый проводник отдает полученную энергию окружающим телам путем теплопередачи.

Q = А

Учитывая, что А = UIt , получим Q = Uit.

Q = I 2 Rt

Зная, что , что U =IR , получим Q = I 2 Rt.

Q = I 2 Rt

Количество теплоты, выделившееся за время t, определяется законом Джоуля - Ленца:

количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления и времени прохождения тока по проводнику.

Джеймс Джоуль Христианович Ленц

Ленц Эмилий Христианович

Джоуль Джеймс Прескотт

? Какой из проводников нагреется сильнее при прохождении по цепи электрического тока? Размеры проводников одинаковые.

- +

Удельное сопротивление,

Вещество

Медь

Ом мм 2 /м

0,017

Сталь

Нагрев

0,1

Никелин

0,42

проводника

•

К

•

А

Размеры проводников одинаковые.

Слабый

Средний

Сильный

Медь Сталь Никелин

I

Q = I 2 Rt

R = ρl/S

Нагревание проводников электрическим током зависит от их сопротивления. Чем больше сопротивление проводника, тем сильнее он нагревается.

Чтобы проводник нагревался сильнее, он должен обладать большим удельным сопротивлением.

? Определите количество теплоты, выделяемое проводником, сопротивление которого 20 Ом, в течение 3 минут. Сила тока в проводнике 5 А.

Дано

СИ

Решение:

Q = I 2 R t

t = 3 мин

180 с

-

R = 20 Ом

Q = 25 A 2 • 20 Ом • 180 с =

-

= 90000 Дж = 90 кДж

I = 5 A

Q = ?

Ответ: Q = 90 кДж

Определите количество теплоты, выделяемое проводником, сопротивление которого 20 Ом, в течение 3 минут. Сила тока в проводнике 5 А.

Если напряжение на концах проводника 6В, его сопротивление 3Ом, то сила тока равна:

А) 12А

Б) 2А

В) 0,5А

Работа электрического тока на участке цепи за 5с при напряжении 10В и силе тока 2А равна:

А) 20Дж

Б) 50Дж

В) 100Дж

Мощность тока, выделяемая на участке цепи за 5с при напряжении 10В и силе тока 2А, равна:

А) 20Вт

Б) 10Вт

В) 4Вт