Работа тока мощность тока закон джоуля ленца: Работа тока, закон Джоуля-Ленца, количество теплоты, мощность тока. Курсы по физике

Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца – FIZI4KA

1. Электрический ток, проходя по цепи, производит разные действия: тепловое, механическое, химическое, магнитное. При этом электрическое поле совершает работу, и электрическая энергия превращается в другие виды энергии: во внутреннюю, механическую, энергию магнитного поля и пр.

Как было показано, напряжение ​\( (U) \)​ на участке цепи равно отношению работы ​\( (F) \)​, совершаемой при перемещении электрического заряда ​\( (q) \)​ на этом участке, к заряду: ​\( U=A/q \)​. Отсюда ​\( A=qU \)​. Поскольку заряд равен произведению силы тока ​\( (I) \)​ и времени ​\( (t) \)​ ​\( q=It \)​, то ​\( A=IUt \)​, т.е. работа электрического тока на участке цепи равна произведению напряжения на этом участке, силы тока и времени, в течение которого совершается работа.

Единицей работы является джоуль (1 Дж). Эту единицу можно выразить через электрические единицы:

​\( [A] \)​= 1 Дж = 1 В · 1 А · 1 с

Для измерения работы используют три измерительных прибора: амперметр, вольтметр и часы, однако, в реальной жизни для измерения работы электрического тока используют счётчики электрической энергии. 2Rt \)​.

Количество теплоты, выделяющееся при прохождении тока но проводнику, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени.

Этот закон называют законом Джоуля-Ленца.

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ

Часть 1

1. Силу тока в проводнике увеличили в 2 раза. Как изменится количество теплоты, выделяющееся в нём за единицу времени, при неизменном сопротивлении проводника?

1) увеличится в 4 раза
2) уменьшится в 2 раза
3) увеличится в 2 раза
4) уменьшится в 4 раза

2. Длину спирали электроплитки уменьшили в 2 раза. Как изменится количество теплоты, выделяющееся в спирали за единицу времени, при неизменном напряжении сети?

1) увеличится в 4 раза
2) уменьшится в 2 раза
3) увеличится в 2 раза
4) уменьшится в 4 раза

3. Сопротивления резистор ​\( R_1 \)​ в четыре раза меньше сопротивления резистора ​\( R_2 \)​. Работа тока в резисторе 2

1) в 4 раза больше, чем в резисторе 1
2) в 16 раз больше, чем в резисторе 1
3) в 4 раза меньше, чем в резисторе 1
4) в 16 раз меньше, чем в резисторе 1

4. Сопротивление резистора ​\( R_1 \)​ в 3 раза больше сопротивления резистора ​\( R_2 \)​. Количество теплоты, которое выделится в резисторе 1

1) в 3 раза больше, чем в резисторе 2
2) в 9 раз больше, чем в резисторе 2
3) в 3 раза меньше, чем в резисторе 2
4) в 9 раз меньше, чем в резисторе 2

5. Цепь собрана из источника тока, лампочки и тонкой железной проволоки, соединенных последовательно. Лампочка станет гореть ярче, если

1) проволоку заменить на более тонкую железную
2) уменьшить длину проволоки
3) поменять местами проволоку и лампочку
4) железную проволоку заменить на нихромовую

6. На рисунке приведена столбчатая диаграмма. На ней представлены значения напряжения на концах двух проводников (1) и (2) одинакового сопротивления. Сравните значения работы тока ​\( A_1 \)​ и ​\( A_2 \)​ в этих проводниках за одно и то же время.

1) ​\( A_1=A_2 \)​
2) \( A_1=3A_2 \)
3) \( 9A_1=A_2 \)
4) \( 3A_1=A_2 \)

7. На рисунке приведена столбчатая диаграмма. На ней представлены значения силы тока в двух проводниках (1) и (2) одинакового сопротивления. Сравните значения работы тока \( A_1 \)​ и ​\( A_2 \) в этих проводниках за одно и то же время.

1) ​\( A_1=A_2 \)​
2) \( A_1=3A_2 \)
3) \( 9A_1=A_2 \)
4) \( 3A_1=A_2 \)

8. Если в люстре для освещения помещения использовать лампы мощностью 60 и 100 Вт, то

А. Большая сила тока будет в лампе мощностью 100 Вт.
Б. Большее сопротивление имеет лампа мощностью 60 Вт.

Верным(-и) является(-ются) утверждение(-я)

1) только А
2) только Б
3) и А, и Б
4) ни А, ни Б

9. Электрическая плитка, подключённая к источнику постоянного тока, за 120 с потребляет 108 кДж энергии. Чему равна сила тока в спирали плитки, если её сопротивление 25 Ом?

1) 36 А
2) 6 А
3) 2,16 А
4) 1,5 А

10. Электрическая плитка при силе тока 5 А потребляет 1000 кДж энергии. Чему равно время прохождения тока по спирали плитки, если её сопротивление 20 Ом?

1) 10000 с
2) 2000 с
3) 10 с
4) 2 с

11. Никелиновую спираль электроплитки заменили на нихромовую такой же длины и площади поперечного сечения. Установите соответствие между физическими величинами и их возможными изменениями при включении плитки в электрическую сеть. Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами. Цифры в ответе могут повторяться.

ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА
A) электрическое сопротивление спирали
Б) сила электрического тока в спирали
B) мощность электрического тока, потребляемая плиткой

ХАРАКТЕР ИЗМЕНЕНИЯ
1) увеличилась
2) уменьшилась
3) не изменилась

12. Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым эти величины определяются. Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ
A) работа тока
Б) сила тока
B) мощность тока

ФОРМУЛЫ
1) ​\( \frac{q}{t} \)​
2) ​\( qU \)​
3) \( \frac{RS}{L} \)​
4) ​\( UI \)​
5) \( \frac{U}{I} \)​

Часть 2

13. Нагреватель включён последовательно с реостатом сопротивлением 7,5 Ом в сеть с напряжением 220 В. Каково сопротивление нагревателя, если мощность электрического тока в реостате составляет 480 Вт?

Ответы

Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца

2.6 (51.67%) 24 votes

Работа и мощность тока | Физика

1. Работа тока. Закон Джоуля-Ленца

Работа тока

Работу электрического поля по перемещению свободных зарядов в проводнике называют работой тока. При перемещении заряда q вдоль проводника поле совершает работу A = qU (см. § 53), где U – разность потенциалов на концах проводника. Поскольку q = It, работу тока можно записать в виде

A = UIt.

Закон Джоуля-Ленца

Рассмотрим практически важный случай, когда основным действием тока является тепловое действие. В таком случае согласно закону сохранения энергии количество теплоты, выделившееся в проводнике, равно работе тока: Q = A. Поэтому

Q = IUt.     (1)

? 1. Докажите, что количество теплоты Q, выделившееся в проводнике с током, выражается также формулами

Q = I2Rt,     (2)
Q = (U2/R)t.     (3)

Подсказка. Воспользуйтесь формулой (1) и законом Ома для участка цепи.

Мы вывели формулы (1) – (3), используя закон сохранения энергии, но исторически соотношение Q = I2Rt независимо друг от друга установили на опыте российский ученый Эмилий Христианович Ленц и английский ученый Дж. Джоуль за несколько лет до открытия закона сохранения энергии.
Закон Джоуля – Ленца: количество теплоты, выделившееся за время t в проводнике сопротивлением R, сила тока в котором равна I, выражается формулой

Q = I2Rt.

Применение закона Джоуля – Ленца к последовательно и параллельно соединенным проводникам

Выясним, в каких случаях для сравнения количества теплоты, выделившейся в проводниках, удобнее пользоваться формулой (2), а в каких случаях – формулой (3).

Формулу Q = I2Rt удобно применять, когда сила тока в проводниках одинакова, то есть когда они соединены последовательно (рис. 58.1).

Из этой формулы видно, что при последовательном соединении проводников большее количество теплоты выделяется в проводнике, сопротивление которого больше. При этом

Q1/Q2 = R1/R2.

Формулу Q = (U2/R)t удобно применять, когда напряжение на концах проводников одинаково, то есть когда они соединены параллельно (рис. 58.2).

Из этой формулы видно, что при параллельном соединении проводников большее количество теплоты выделяется в проводнике, сопротивление которого меньше. При этом

Q1/Q2 = R2/R1.

? 2. При последовательном соединении в первом проводнике выделилось в 3 раза большее количество теплоты, чем во втором. В каком проводнике выделится большее количество теплоты при их параллельном соединении? Во сколько раз большее?

? 3. Имеются два проводника сопротивлением R1 = 1 Ом и R2 = 2 Ом. Их подключают к источнику напряжения 6 В. Какое количество теплоты выделится за 10 с, если:
а) подключить только первый проводник?
б) подключить только второй проводник?
в) подключить оба проводника последовательно?
г) подключить оба проводника параллельно?
д) чему равно отношение значений количества теплоты Q1/Q2, если проводники включены последовательно? Параллельно?

Поставим опыт
Будем включать в сеть две лампы накаливания с разными сопротивлениями нити накала параллельно и последовательно (рис. 58.3, а, б). Мы увидим, что при параллельном соединении ламп ярче светит одна лампа, а при последовательном – другая.

? 4. У какой из ламп (1 или 2) сопротивление больше? Поясните ваш ответ.

? 5. Объясните, почему при последовательном соединении накал нити каждой лампы меньше, чем накал этой же лампы при параллельном соединении.

? 6. Почему при включении лампы в осветительную сеть нить накала раскаляется добела, а последовательно соединенные в нею соединительные провода почти не нагреваются?

2.

Мощность тока

Мощностью тока P называют отношение работы тока A к промежутку времени t, в течение которого эта работа совершена:

P = A/t.     (4)

Единица мощности – ватт (Вт). Мощность тока равна Вт, если совершаемая током за 1 с работа равна 1 Дж. Часто используют производные единицы, например киловатт (кВт).

? 7. Докажите, что мощность тока можно выразить формулами

P = IU,     (5)
P = I2R,     (6)
P = U2/R.     (7)

Подсказка. Воспользуйтесь формулой (4) и законом Ома для участка цепи.

? 8. Какой из формул (5) – (7) удобнее пользоваться при сравнении мощности тока:
а) в последовательно соединенных проводниках?
б) в параллельно соединенных проводниках?

? 9. Имеются проводники сопротивлением R1 и R2. Объясните, почему при последовательном соединении этих проводников

P1/P2 = R1/R2,

а при параллельном

P1/P2 = R2/R1.

? 10. Сопротивление первого резистора 100 Ом, а второго – 400 Ом. В каком резисторе мощность тока будет больше и во сколько раз больше, если включить их в цепь с заданным напряжением:
а) последовательно?
б) параллельно?
в) Чему будет равна мощность тока в каждом резисторе при параллельном соединении, если напряжение в цепи 200 В?
г) Чему при том же напряжении цепи равна суммарная мощность тока в двух резисторах, если они соединены: последовательно? параллельно?

Мощностью электроприбора называют мощность тока в этом приборе. Так, мощность электрочайника – примерно 2 кВт.

Обычно мощность прибора указывают на самом приборе.

Ниже приведены примерные значения мощности некоторых приборов.
Лампа карманного фонарика: около 1 Вт
Лампы осветительные энергосберегающие: 9-20 Вт
Лампы накаливания осветительные: 25-150 Вт
Электронагреватель: 200-1000 Вт
Электрочайник: до 2000 Вт

Все электроприборы в квартире включаются параллельно, поэтому напряжение на них одинакова.

? 11. В сеть напряжением 220 В включен электрочайник мощностью 2 кВт.
а) Чему равно сопротивление нагревательного элемента в рабочем режиме (когда чайник включен)?
б) Чему равна при этом сила тока?

? 12. На цоколе первой лампы написано «40 Вт», а на цоколе второй – «100 Вт». Это – значения мощности ламп в рабочем режиме (при раскаленной нити накала).
а) Чему равно сопротивление нити накала каждой лампы в рабочем режиме, если напряжение в цепи 220 В?
б) Какая из ламп будет светить ярче, если соединить эти лампы последовательно и подключить к той же сети? Будет ли эта лампа светить так же ярко, как и при параллельном подключении?

? 13. В электронагревателе имеются два нагревательных элемента сопротивлением R1 и R2, причем R1 > R2. Используя переключатель, элементы нагревателя можно включать в сеть по отдельности, а также последовательно или параллельно. Напряжение в сети равно U.
а) При каком включении элементов мощность нагревателя будет максимальной? Чему она при этом будет равна?
б) При каком включении элементов мощность нагревателя будет минимальной (но не равной нулю)? Чему она при этом будет равна?
в) Чему равно отношение R1/R2, если максимальная мощность в 4,5 раза больше минимальной?

Дополнительные вопросы и задания

14. На рисунке 58.4 изображена электрическая схема участка цепи, состоящего из четырех одинаковых резисторов. Напряжение на всем участке цепи постоянно. Примите, что зависимостью сопротивления резистора от температуры можно пренебречь.

а) На каком резисторе напряжение самое большое? самое маленькое?
б) В каком резисторе сила тока самая большая? самая маленькая?
в) В каком резисторе выделяется самое большое количество теплоты? самое маленькое количество теплоты?
г) Как изменится количество теплоты, выделяемое в каждом из резисторов 2, 3, 4, если резистор 1 замкнуть накоротко (то есть заменить проводником с очень малым сопротивлением)?
д) Как изменится количество теплоты, выделяемое в каждом из резисторов 2, 3, 4, если отсоединить провод от резистора 1 (то есть заменить этот резистор проводником с очень большим сопротивлением)?

Урок 30. закон джоуля-ленца. эдс — Физика — 10 класс

Физика, 10 класс

Урок 30. Закон Джоуля — Ленца. ЭДС

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:

1) Работа электрического тока;

2) Мощность электрического тока;

3) Закон Джоуля — Ленца;

4) Сторонние силы;

5) Электродвижущая сила.

Глоссарий по теме

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

Мощность тока равна отношению работы тока ко времени прохождения тока.

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

Любые силы, действующие на электрически заряженные частицы, за исключением электростатических (кулоновских) сил, называются сторонними силами.

Электродвижущая сила (ЭДС) в замкнутом проводящем контуре равна отношению работы сторонних сил по перемещению заряда вдоль контура к этому заряду.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

Обязательная литература:

1. Г.Я. Мякишев., Б.Б.Буховцев., Н.Н.Сотский. Физика.10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. – С. 343 – 347.

Рымкевич А.П. Сборник задач по физике. 10-11 класс. — М.: Дрофа,2009.- 68 – 74.

Дополнительная литература.

http://kvant.mccme.ru/1972/10/zakon_dzhoulya-lenca.htm

Основное содержание урока

При упорядоченном движении заряженных частиц в проводнике электрическое поле совершает работу, равную произведению заряда, прошедшего через проводник, и напряжения.

Сила тока равна отношению заряда прошедшего через проводник ко времени прохождения

Выразим заряд из формулы силы тока

через силу тока и время:

после подстановки в формулу (1) получим

Работа тока на участке цепи равна произведению силы тока, напряжения и времени, в течение которого шёл ток.

Из закона Ома для участка цепи выразим напряжение через силу тока и напряжение

и подставив в формулу работы получим:

При последовательном соединении проводников для определения работы тока удобнее пользоваться этой формулой, так как сила тока одинакова во всех проводниках.

При параллельном соединении проводников формулой:

так как напряжение на всех проводниках одинаково.

Работа тока показывает, сколько электроэнергии превратилось в другие виды энергии за конкретный период времени. Для электроэнергии справедлив закон сохранения энергии.

Мощность определяется по формуле:

Мощность тока равна отношению работы тока ко времени прохождения тока.

Так же формулу для мощности можно переписать в нескольких эквивалентных формах:

Если на участке цепи не совершается механическая работа и ток не производит химических действий, то происходит только нагревание проводника.

Электрическое поле действует с силой на свободные электроны, которые начинают упорядоченно двигаться, одновременно участвуя в хаотическом движении, ускоряясь в промежутках между столкновениями с ионами кристаллической решетки. Во время этих столкновений расходуется кинетическая энергия заряженных частиц. Именно эта энергия и становится теплом. Последующие столкновения электронов с другими ионами увеличивают амплитуду их колебаний и соответственно температуру всего проводника.

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

Количество теплоты, выделяемое проводником, по которому течет ток, равно работе тока.

Количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени прохождения тока по проводнику:

При последовательном соединении большее количество теплоты выделяется в проводнике с большим сопротивлением, а при параллельном соединении – с меньшим.

Измерения, приводящие к закону Джоуля-Ленца, можно выполнить, поместив в калориметр с водой проводник с известным сопротивлением и пропуская через него ток определенной силы в течение известного времени. Количество выделяющейся при этом теплоты определяют, составив уравнение теплового баланса.

Если соединить проводником два металлических шарика, несущих заряды противоположных знаков, под влиянием электрического поля этих зарядов в проводнике возникает кратковременный электрический ток. Заряды быстро нейтрализуют друг друга, и электрическое поле исчезнет.

Чтобы ток был постоянным, надо поддерживать постоянное напряжение между шариками. Для этого необходимо устройство, которое перемещало бы заряды от одного шарика к другому в направлении, противоположном направлению сил, действующих на эти заряды со стороны электрического поля шариков. В таком устройстве на заряды, должны действовать силы неэлектростатического происхождения. Одно лишь электрическое поле заряженных частиц не способно поддерживать постоянный ток в цепи.

Любые силы, действующие на электрически заряженные частицы, за исключением сил электростатического происхождения (то есть кулоновских), называют сторонними силами. Необходимости сторонних сил для поддержания постоянного тока в цепи объясняет закон сохранения энергии.

Электростатическое поле потенциально. Работа этого поля при перемещении в нем заряженных частиц вдоль замкнутой электрической цепи равна нулю. Прохождение же тока по проводникам сопровождается выделением энергии — проводник нагревается. Следовательно, в цепи должен быть какой-то источник энергии, поставляющий ее в цепь. Работа этих сил вдоль замкнутого контура отлична от нуля. Внутри источника тока заряды движутся под действием сторонних сил против кулоновских сил (электроны от положительно заряженного электрода к отрицательному), а во внешней цепи их приводит в движение электрическое поле.

Действие сторонних сил характеризуется важной физической величиной, называемой электродвижущей силой (сокращенно ЭДС).

Электродвижущая сила источника тока равна отношению работы сторонних сил при перемещении заряда по замкнутому контуру к величине этого заряда:

Электродвижущую силу выражают в вольтах.

Разбор тренировочных заданий

1. Электрочайник со спиралью нагревательного элемента сопротивлением 30 Ом включен в сеть напряжением 220 В. Какое количество теплоты выделится в нагревательном элемента за 5 мин?

1) 7260000 Дж;

2) 2200 Дж;

3) 484000 Дж.

Дано:

R=30Ом

U=220B

t=5мин=300с

Найти Q-?

Решение. Количество теплоты выделяемой нагревательным элементом определяется законом Джоуля – Ленца:

Правильный ответ 3) 484000 Дж.

2. Определите работу сторонних сил при перемещении по проводнику заряда 10 Кл, если ЭДС равно 9 В. Ответ округлите до десятых.

Дано:

q=10Кл

=9В

Найти: Аст

Решение. Из формулы ЭДС выражаем

Правильный ответ: 90 Дж.

Работа и мощность тока — материалы для подготовки к ЕГЭ по Физике

Автор статьи — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев

Темы кодификатора ЕГЭ: работа электрического тока, закон Джоуля–Ленца, мощность электрического тока.

Электрический ток снабжает нас энергией. Сейчас мы будем учиться эту энергию вычислять.

Откуда вообще берётся эта энергия? Она возникает за счёт работы электрического поля по передвижению свободных зарядов в проводнике. Поэтому нахождение работы поля — наша первая задача.

Работа тока

Рассмотрим участок цепи, по которому течёт ток . Напряжение на участке обозначим , сопротивление участка равно (рис. 1).

Рис. 1. Участок цепи

За время по нашему участку проходит заряд . Заряд перемещается стационарным электрическим полем, которое совершает при этом работу:

(1)

За счёт работы (1) на рассматриваемом участке может выделяться тепловая энергия или совершаться механическая работа; могут также протекать химические реакции. Короче говоря, данная работа идёт на увеличение энергии нашего участка цепи.

Работа (1) называется работой тока. Термин крайне неудачный — ведь работу совершает не ток, а электрическое поле. Но с укоренившейся терминологией, увы, ничего не поделаешь.

Если участок цепи является однородным, т.е. не содержит источника тока, то для этого участка справедлив закон Ома: . Подставляя это в формулу (1), получим:

(2)

Теперь подставим в (1) вместо тока его выражение из закона Ома :

(3)

Подчеркнём ещё раз: формула (1) получена из самых общих соображений, она является основной и годится для любого участка цепи; формулы (2) и (3) получены из основной формулы с дополнительным привлечением закона Ома и потому годятся только для однородного участка.

Мощность тока

Как вы помните, мощностью называется отношение работы ко времени её совершения. В частности, мощность тока — это отношение работы тока ко времени, за которое эта работа совершена:

Из формул (1)–(3) немедленно получаем соответствующие формулы для мощности тока:

(4)

(5)

(6)

Закон Джоуля–Ленца

Предположим, что на рассматриваемом участке цепи не совершается механическая работа и не протекают химические реакции. Поскольку сила тока постоянна, работа поля не вызывает увеличение кинетической энергии свободных зарядов. Стало быть, работа поля целиком превращается в тепло , которое выделяется на данном участке цепи и рассеивается в окружающее пространство: .

Таким образом, для количества теплоты, выделяющегося на данном участке цепи, мы получаем формулы:

(7)

(8)

(9)

Но часто бывает так, что не вся работа тока превращается в тепло. Например, за счёт работы тока может совершать механическую работу электродвигатель или заряжаться аккумулятор. Тепло, разумеется, будет выделяться и в этих случаях, но только на сей раз получится, что (на величину механической работы, совершённой двигателем, или химической энергии, запасённой аккумулятором).

Оказывается, что в подобных случаях остаётся справедливой формула (8): . Это — экспериментально установленный закон Джоуля-Ленца.

Закон Ома для участка цепи. Закон Джоуля — Ленца. Работа и мощность электрического тока. Виды соединения проводников.

Количество теплоты, выделившееся при прохождении электрического тока по проводнику, прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени, в течение которого шел ток:

Последовательное соединение.

1. Сила тока во всех последовательно соединенных участках цепи одинакова:

I1=I2=I3=. ..=In=…

2. Напряжение в цепи, состоящей из нескольких последовательно соединенных участков, равно сумме напряжений на каждом участке:

U=U1+U2+…+Un+…

3. Сопротивление цепи, состоящей из нескольких последовательно соединенных участков, равно сумме сопротивлений каждого участка:

R=R1+R2+…+Rn+…

Если все сопротивления в цепи одинаковы, то:

R=R1. N

При последовательном соединении общее сопротивление увеличивается (больше большего).

Параллельное соединение.

1. Сила тока в неразветвленном участке цепи равна сумме сил токов во всех параллельно соединенных участках.

I=I1+I2+…+In+…

2. Напряжение на всех параллельно соединенных участках цепи одинаково:

U1=U2=U3=…=Un=. ..

 3. При параллельном соединении проводников проводимости складываются (складываются величины, обратные сопротивлению):

Если все сопротивления в цепи одинаковы, то: 

При параллельном соединении общее сопротивление уменьшается (меньше меньшего).

4. Работа электрического тока в цепи, состоящей из последовательно соединенных участков, равна сумме работ на отдельных участках:

A=A1+A2+…+An+…

т.к.  A=I2Rt=I2(R1+R2+…+Rn+…)t.

5. Мощность электрического тока в цепи, состоящей из последовательно соединенных участков, равна сумме мощностей на отдельных участках:

P=P1+P2+…+Pn+…

6. Т.к. силы тока во всех участках одинаковы, то:       U1:U2:…:Un:…  = R1:R2:…:Rn:…

Для двух резисторов:  — чем больше сопротивление, тем больше напряжение.

4. Работа электрического тока в цепи, состоящей из параллельно соединенных участков, равна сумме работ на отдельных участках:

A=A1+A2+…+An+…

т.к.     .

5. Мощность электрического тока в цепи, состоящей из параллельно соединенных участков, равна сумме мощностей на отдельных участках:

P=P1+P2+…+Pn+…

6. Т.к. напряжения на всех участках одинаковы, то:

I1R1= I2R2=…= I3R3=…

Для двух резисторов:  — чем больше сопротивление, тем меньше сила тока.

4.5. Мощность тока. Закон Джоуля

Рассмотрим
произвольный участок цепи постоянного тока, к концам которого приложено
напряжение U. За время t через каждое сечение проводника
проходит заряд .
Это равносильно тому, что заряд q переносится за время t
из одного конца проводника в другой.

При этом силы электростатического поля и сторонние силы, действующие
на данном участке, совершают работу .
Разделив работу на время t, за которое она совершается, получим
мощность, развиваемую током на рассматриваемом участке .

Эта мощность может расходоваться на совершение работы над внешними телами;
на протекание химических реакций; на нагревание данного участка цепи
и др.

В случае, когда проводник неподвижен и химических превращений в нем
не совершается, работа тока затрачивается на увеличение внутренней энергии
проводника, в результате чего проводник нагревается. Принято говорить,
что при протекании тока в проводнике выделяется тепло

                                          (4.1)

Это соотношение называется законом Джоуля — Ленца. Оно было
экспериментально установлено английским физиком Д. П. Джоулем и подтверждено
точными опытами Э. Х. Ленца.

Если сила тока изменяется со временем, то количество теплоты, выделяющееся
в проводнике за время t, вычисляется по формуле

.

От формулы (4.1), можно перейти к выражению, характеризующему выделение
тепла в различных точках проводника. Выделим в проводнике элементарный
объем в виде цилиндра. Согласно закону Джоуля — Ленца, за время dt,
в этом объеме выделится количество теплоты

,

где — dV элементарный объем. Разделив это выражение на dV
и dt, найдем количество теплоты, выделяющееся в единице объема
в единицу времени:

.

Величину
называют удельной тепловой мощностью тока. Эта формула представляет собой
дифференциальную форму закона Джоуля — Ленца.


Вопросы

1) В чем заключается физический смысл удельной тепловой мощности тока
2) Напишите закон Джоуля-Ленца в интегральной и дифференциальной формах

Урок решения задач по теме: Работа.

Мощность. Закон Джоуля-Ленца

Ф.И.О.Байкова Рамиля Мукаддасовна

Класс: 8-А,Б,В Дата: __________ Предмет физика

урока по расписанию: _______

Место и роль урока в изучаемой теме: Закрепление

Тема урока: Урок решения задач по теме: «Работа. Мощность. Закон Джоуля-Ленца»

Цели урока: обобщить знания обучающихся по теме «Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца», способствовать формированию навыков решения качественных, расчетных задач.

Обучающие:мотивировать обучающихся на осознанную работу на уроке;

закрепить знания по теме: электрический ток и его характеристики, работа электрического тока, мощность электрического тока;

формирование опыта практической деятельности по расчету работы и мощности электрического тока, количества теплоты, выделяющегося при прохождении электрического тока по проводнику.

Развивающие: продолжить формирование умений самостоятельной работы, классифицировать задания по степени сложности, применять знания в новой ситуации, формулировать выводы и давать аргументированные объяснения тепловому действию тока, работе тока, воспитывать стремление к активности в поиске новых знаний.

Воспитательные: мотивировать на познавательный интерес к предмету и окружающим явлениям;

формирование умений оценивать свои и чужие поступки и действия, умения работать в коллективе.

Тип урока: урок применения знаний и умений.

Формы работы учащихся: фронтальная, индивидуальная.

Ход урока:

Организационный момент.

Оглашение темы и цели урока.

Планируемые результаты:

Предметные:  знать понятие работы и мощности постоянного тока;

закрепить закон Джоуля — Ленца.

Метапредметные:уметь слушать собеседника и вести диалог; уметь признавать возможность различных точек зрения;

использовать различные способы поиска, сбора, обработки, анализа и интерпретации информации в соответствии с задачами урока;

уметь излагать свое мнение и аргументировать свою точку зрения

активно использовать информационных средств и ИКТ для решения коммуникативных и познавательных задач.

Личностные:развивать навыки сотрудничества с учителем и сверстниками в различных ситуациях; умения не создавать конфликтов и находить выход из спорных ситуаций;

формировать уважительное отношение к чужому мнению;

осуществлять самоконтроль, взаимоконтроль

оценивать свои достижения на уроке

Оборудование:учебник, презентация.

ХОД УРОКА.

Организационный момент.

Оглашение темы и цели урока.

Актуализация опорных знаний учащихся:

— Фронтальный опрос учащихся:

Для того, чтобы проверить, как вы, усвоили материал предыдущих тем, мы с вами проведем фронтальный опрос. Работа заключается в том, что нужно закончить предложение:

Специальный прибор для регулирования силы тока в цепи называется……(реостат)

Прибор для измерения силы тока называется….(амперметр)

Источник электрического тока…….(батарея)

Единица измерения сопротивления……(Ом)

Упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц называется….(электрический ток)

Единица измерения в СИ силы тока…..(Ампер)

Электрическое поле представляет собой особый вид ……, отличающийся от вещества (материя)

Один полюс источника тока заряжается положительно, другой……(отрицательно)

Вид аккумулятора (щелочной)

Отношение работы тока на данном участке к электрическому заряду, прошедшему по этому участку равно …… (напряжение)

Немецкий ученый, открывший в 1827 году зависимость силы тока от напряжения и сопротивления …. .(Ом)

Отношение количества электричества, переносимого через поперечное сечение проводника за какой-нибудь промежуток времени в величине этого времени, называют….. (сила тока)

Действие тока, используется при работе электронагревательных приборов (тепловое)

— Вспомнить формулы расчета и единицы измерения величин:

— работа электрического тока;

Работа электрического тока равна произведению величины силы тока, напряжения и промежутка времени, за которое совершается эта работа.

Работа тока выражается в Джоулях (Дж): 1 Дж=1А×1В×1с

A=I U t

А=I2 R t

— мощность электрического тока;

Мощность электрического тока является работа тока А, совершенная за единицу времени. В электротехнике мощность обозначается буквой Р.

В СИ единиц единица мощности тока выражается:

В Ваттах (Вт): 1 Вт=1А×1В

P= IU

P= I2 R

— закон Джоуля – Ленца

Ребята, а теперь скажите, какая величина связана с работой, которая характеризует электрический ток. В неподвижных металлических проводниках вся работа тока идет на увеличение их внутренней энергии. Нагретый проводник отдает полученную энергию окружающим телам, но уже путем теплопередачи.

Q= I2 R t

Q= U I t

Физическая величина

Обозначение

Формула

Единица измерения СИ

1

Сила тока

I

I=Δq/Δt

А

2

Напряжение

U

U=A/q

В

3

Сопротивление

R

R=U/I

Ом

4

Закон Ома

I

I=U/R

А=В/Ом

5

Работа эл. тока

A

A=IUΔt

Дж

6

Мощность

P

P=UI

Вт

7

Количество теплоты

Q

Q=I2RΔt

Дж

Задача 1. Какую работу совершает ток в электродвигателе вентилятора за 30с, если при напряжении 220В сила тока в двигателе 100мА

Дано:

t = 30c

U=220B

I=100мА

СИ:

0,1 А

Решение:

А=IUΔt

A=0,1A∙220B∙30c= 660 Дж

Найти: А- ? Ответ: А= 660Дж.

Задача 2. Паяльник имеет сопротивление 440Ом и рассчитан на напряжение 220В. Какое количество теплоты выделит паяльник за 20с.

Дано:

R=440Ом

U=220B

t =20c

Решение:

Q=I2RΔt; I= U/R; Q=U2/R Δt

Q=2202/440∙20=2200Дж

Найти:Q-? Ответ: 2,2 кДж

Задача 3. Какое количество теплоты выделится за 30 минут проволочной спиралью сопротивлением 50 Ом при силе тока 2А ?

Дано: Решение:

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 4. Напряжение на концах электрической цепи 5 В. Какую работу совершит в ней электрический ток в течение 1 с при силе тока 0,2 А?

Дано: Решение:

t = 1 с A=IUt

U = 5 В

I = 0,2 А А=0,2 А·5В·1с=1 Дж

А = ? Ответ: А = 1 кДж.

Задача 5. Мощность, потребляемая из сети электрокамином, равна 0,98 кВт, а сила тока в цепи 7,7 А. Определите величину напряжения на зажимах электрокамина.

Дано: Решение

P=0,98 кВт=980 Вт

I= 7,7 А P=IU

U=? U= 127,2В

Ответ:U = 127,2 В

Индивидуальные карточки — задания

№ 1

На лампочке карманного фонарика написано: «6,3В; 0,22А». Найдите его мощность и сопротивление. Какая энергия будет израсходована за 5 мин его работы?

№2

Грузовой электропоезд с двигателем мощностью 3МВт движется со средней скоростью 36 км/ч. Определите расход электрической энергии за 640 км пути.

№3

Какая из двух ламп мощностью 60 и 150 Вт будет гореть ярче при: а) последовательном; б) параллельном включении в цепь? Почему?

№4

Электродвигатель троллейбуса питается током силой 200А под напряжением 600В. Найдите его мощность. Какую работу он совершает за 5ч? Ответ дайте в Дж и кВт∙ч.

№5

Сколько стоит энергия, израсходованная телевизором мощностью 1200 Вт за 3ч работы (тариф 2рубля 70копеек за 1 кВт∙ч)?

№ 6

Сколько теплоты выделится за 1мин в электрической печи, включенной в сеть с силой 5А, если сопротивление печи 30 Ом?

№7

Спираль электроплитки, рассчитанной на напряжение 220В, при силе тока 4А выделила 800кДж теплоты. Сколько времени плитка была включена в сеть?

Работа в группах:

№ 8

Какую энергию расходует электрическая лампа мощностью 100Вт за месяц (30дней), если она горит 8ч в сутки?

№ 9

Участок цепи состоит из двух параллельно соединенных проводников, сопротивление которых 40 и 60 Ом. Напряжение на участке цепи 60 В. Какое количество теплоты выделится в каждом из резисторов за 1 мин.

Обобщение и систематизация знаний.

Что называют работой тока?

Что такое мощность тока?

Как рассчитать мощность тока?

В каких единицах выражается мощность тока?

С помощью какого прибора измеряют работу тока?

Как рассчитать количество теплоты?

Подведение итога урока

Обобщение изученного материала:

Проверочная работа:

1. В паспорте электродвигателя швейной машины написано: «220В; 0,5А». Чему равна мощность двигателя машины?

2. Мощность электродвигателя 3кВт, сила тока в нем 12А. Чему равно напряжение на зажимах электродвигателя?

3. Определите расход энергии в электрической лампе за 8ч при напряжении 127 В и силе тока в ней 0,5А.

4. На баллоне электрической лампы написано: «75 Вт; 220 В». Определите силу тока в лампе, если её включить в сеть с напряжением, на которое она рассчитана.

Домашнее задание: п. 12, задача № 9,10

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/336195-urok-reshenija-zadach-po-teme-rabota-moschnos

Закон Джоуля — эффект Джоуля или эффект нагрева тока

Закон Джоуля — эффект Джоуля или эффект нагрева тока и его приложения

Английский физик Джеймс Прескотт Джоуль открыл закон Джоуля (также известный как эффект Джоэля, закон Джоуля-Ленца. или первый закон Джоуля) в 1840-43 гг., который показывает связь между током, теплотой и сопротивлением в определенное время, т.е. когда ток течет через материал, он выделяет в нем тепло.

Закон Джоуля

Закон Джоуля гласит, что «Если через резистор« R »протекает ток« I »в течение« t »секунд, то объем проделанной работы (преобразование электрической энергии в тепловую) равен

Выполненная работа = Нагрев = I 2 Rt… Джоули

или

WD = Тепло = VIt… Джоули… (∴ R = V / I)

или

WD = Тепло = Wt… Джоули… (∴ W = VI)

или

WD = Тепло = V 2 т / R… Джоулей… (∴ I = V / R)

Выполненная работа — это количество тепловой энергии, преобразованной из электричества, которая рассеивается в воздухе.В этом случае количество произведенного тепла можно рассчитать, используя следующие формулы и уравнения.

Количество произведенного тепла = H = выполненная работа / Механический эквивалент тепла = WD / J

Где:

  • J = 4187 джоулей / ккал = 4200 джоулей / ккал (прибл.)
  • ∴ H = I 2 Rt / 4200 ккал = VIt / 4200 ккал = Wt / 4200 ккал = V 2 т / 4200 ккал

Одна килокалория (ккал) — это количество тепла, необходимое для повышения температуры одного килограмма (кг) воды. на один градус по Цельсию (1 ° C).

Связанные сообщения

Эффект нагрева от тока

Почти все мы испытали, что когда ток течет по проводнику или кабелю и проводу, он позже нагревается. Причина этой сцены в том, что когда ток течет по проводнику, приложенная электрическая энергия преобразуется в тепловую, что увеличивает температуру проводника.

Мы знаем, что поток электронов в веществе известен как электрический ток. Дрейфующие электроны в веществе сталкиваются друг с другом и с электронами атомов молекул вещества.Столкновение электронов производит тепло. Вот почему при прохождении электрического тока в веществе выделяется тепло. Этот эффект известен как эффект нагрева от тока.

Тепло, выделяемое электрическим током, зависит от силы тока и материала этого вещества. Например,

Электрический ток производит больше тепла в изоляторах (тех материалах, которые сильно препятствуют протеканию в нем тока, например, вольфрам, нихром), в то время как количество тепла, генерируемого протекающим током в проводниках (тех материалах, в которых ток течет очень легко из-за к меньшему или почти незначительному сопротивлению e.грамм. золото, медь, алюминий) меньше, чем у изоляторов).

Похожие сообщения:

Почему от тепла светится элемент обогревателя, а не шнур обогревателя?

Обычно нагревательный элемент нагревателей изготавливается из нихрома, который имеет очень высокое сопротивление. Когда к нагревательному элементу через провод подается напряжение питания, материал сильно противодействует потоку электронов в нем. Из-за дрейфа электронов внутри нагревающего материала электроны сталкиваются с электронами в атомах материала.Это непрерывное столкновение электронов нагревает и зажигает нагревательный элемент, который дополнительно обеспечивает тепловую энергию. Проще говоря, нагревательный элемент из нихрома преобразует электрическую энергию в тепловую. Весь этот процесс известен как эффект нагрева от тока.

С другой стороны, шнур, подключенный к нагревателю, сделан из проводника, по которому легко протекает ток без заметного сопротивления. Поэтому светится только нагревательный элемент, а не кабель нагревателя.

Похожие сообщения:

Решенный пример закона Джоуля нагревания Эффект тока

Пример:

Электрический нагреватель содержит 1,6 кг воды при 20 ° C. Для повышения температуры до 100 ° C требуется 12 минут. Предположим, что потери из-за излучения и нагрева чайника составляют 10 кг калорий. Найдите номинальную мощность обогревателя.

Раствор

Тепло, необходимое для повышения температуры 1,6 кг воды до точки кипения = 1,6 x 100 x 1 x (100-20) кал.

= 128000 кал.

Потери тепла = 10 x 1000 = 10000 кал.

Всего тепла = 128000) + 10000 = 138000 кал.

Итак, произведенное тепло = Wt = (W x 12 x 60) / 4,2 кал.

Вырабатываемое тепло = тепло, забираемое нагревателем, т.е.

= (Ш x 12 x 60) /4,2 = 138000

W = (138000 x 4,2) /) 12 x 60)

W = 805W = 0,8 кВт

Области применения Эффект Джоуля или эффект нагрева тока

Закон Джоуля или эффект нагрева электрическим током используются во многих бытовых и промышленных приложениях.Ниже представлены приборы и устройства, использующие воздействие электрического тока.

  • Электрические обогреватели, плиты, водонагреватели и нагревательные элементы
  • Электрический утюг для одежды
  • Электрическая плита
  • Электросварка
  • Пищевая промышленность
  • Нить накаливания и лампочки
  • Инфракрасное тепловидение (Инфракрасная термография (IRT ) лампочки
  • Катушки резистивного нагрева, обогреватель помещения (электрический радиатор), погружные обогреватели PTC обогреватели, патронные обогреватели и тепловентиляторы
  • Фены
  • Паяльник
  • Предохранители и элементы предохранителей

Помимо этих полезных приложений Из-за теплового воздействия тока, есть некоторые недостатки, такие как потеря электроэнергии (I 2 R) в линиях электропередачи и передачи HVAC (переменный ток высокого напряжения) из-за того, что существует некоторое сопротивление линий электропередач. материал.Более того, это приводит к серьезным проблемам с нагревом в электрических машинах и устройствах, таких как трансформатор, генератор, двигатели и т. Д.

Кроме того, тепловая эффективность или эффективность нагрева тока вообще не могут быть использованы, потому что есть некоторые потери тепла из-за излучение (передача тепла в виде волн нагрева) и конвекция (движение молекул в материале, используемом для передачи тепла).

Связанные сообщения:

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЗАКОНЫ — E-knowledge.in

Если W — это работа, выполненная в системе, а Q — количество сердца, произведенное в результате этой работы, то

Выражение J означает, что механический эквивалент of heat — это количество единиц работы, которое должно быть выполнено в системе для производства одной единицы тепла.

Эксперимент Джоуля

Для демонстрации его эксперимента мы сначала возьмем цилиндрический калориметр из меди. Мы будем использовать систему лопасть-лопасть, как показано выше.

Теперь заполним калориметр определенным количеством воды. Теперь мы прикрепим лопаточную систему к заполненному водой калориметру с водонепроницаемой верхней крышкой. Теперь мы прикрепим два груза известной и равной массы, как показано на рисунке выше, с помощью шкивов. Когда ручка системы вращается в любом направлении, оба груза поднимаются или опускаются вертикально в зависимости от направления вращения.

Прикрепляем две вертикальные шкалы для измерения вертикали; движения тяжестей. Мы также установили один термометр на верхней крышке системы, чтобы увидеть повышение температуры воды.

Теперь поднимем груз, вращая ручку. Подняв грузы на высоту h, мы позволяем им свободно опуститься в прежнее положение. Когда грузы падают, потенциальная энергия, накопленная в системе во время подъема грузов, высвобождается в виде кинетической энергии, которая вызывает вращение фургонов в воде.Эта работа, выполняемая в системе, приведет к выделению тепла в воде и повышению температуры воды. После того, как веса опустятся в исходное положение, мы снова поднимем их на ту же высоту h и позволим им свободно опускаться. Мы продолжаем, делая это до тех пор, пока на термометре, установленном в системе, не появится измеримая разница температур. Теперь мы можем измерить проделанную работу, умножив общий вес на высоту движения гирь, количество повторений движений гири.Будем считать, что оба груза имеют одинаковую массу m. Итак, общая масса гирь составляет 2 метра. Таким образом, работа за счет падения груза по вертикали на h метров составляет 2 мгч. Теперь скажем, всего n повторений движений веса, сделанных до повышения температуры воды до ее измеренного значения. Следовательно, общая проделанная работа будет: Здесь все n, m, g и h известны, поэтому общую проделанную работу можно легко рассчитать.

Теперь рассмотрим, M — масса воды в калориметре. W ‘- водный эквивалент калориметра.Таким образом, общее количество тепла, выделяемого из-за повышения температуры воды на θ, составляет Q = (M + W ‘) θ. Теперь, механический эквивалент тепла

После этого эксперимента, поместив все известные значения m, g, h, n, M, W ‘и θ, мы получим. Здесь в этом эксперименте потенциальная энергия падающей массы равна преобразуется в кинетическую энергию и, наконец, в тепловую энергию.

Эксперимент Фарадея

СВЯЗЬ МЕЖДУ ИНДУЦИРОВАННОЙ ЭДС И ПОТОКОМ В этом эксперименте Фарадей берет магнит и катушку и подключает к ней гальванометр.При запуске магнит находится в состоянии покоя, поэтому гальванометр не прогибается, т.е. стрелка гальванометра находится в центральном или нулевом положении. Когда магнит перемещается к катушке, стрелка гальванометра отклоняется в одном направлении. Когда магнит удерживается в неподвижном положении в этом положении, стрелка гальванометра возвращается в нулевое положение. Теперь, когда магнит отодвигается от катушки, наблюдается некоторое отклонение стрелки, но в противоположном направлении, и снова, когда магнит становится неподвижным, в этой точке относительно катушки стрелка гальванометра возвращается в нулевое положение.Точно так же, если магнит удерживается в неподвижном состоянии, а катушка перемещается в сторону магнита, гальванометр показывает отклонение аналогичным образом. Также видно, что чем быстрее изменяется магнитное поле, тем больше будет наведенная ЭДС или напряжение в катушке.

в том же положении (рядом с катушкой)

Положение магнита Отклонение гальванометра
Магнит в состоянии покоя Отсутствие отклонения гальванометра
Магнит движется к катушке Отклонение гальванометра в одном направлении
Отсутствие отклонения в гальванометре
Магнит движется от катушки Отклонение в гальванометре, но в противоположном направлении
Магнит удерживается неподвижно в том же положении (вдали от катушки) В гальванометре нет отклонения

Вывод: Из этого эксперимента Фарадей пришел к выводу, что всякий раз, когда происходит относительное движение между проводником и магнитным полем, магнитная связь с катушкой изменяется, и это изменение потока индуцирует напряжение на катушке.
Майкл Фарадей сформулировал два закона на основе вышеупомянутых экспериментов. Эти законы называются законами электромагнитной индукции Фарадея.

Законы Фарадея

Первый закон Фарадея

Любое изменение магнитного поля катушки с проволокой вызывает индукцию в катушке ЭДС. Эта индуцированная ЭДС называется индуцированной ЭДС, и если цепь проводника замкнута, ток также будет циркулировать по цепи, и этот ток называется индуцированным током.
Метод изменения магнитного поля:

  1. Перемещая магнит к катушке или от нее.
  2. Перемещая катушку в магнитное поле или из него.
  3. Путем изменения площади катушки, помещенной в магнитное поле.
  4. Путем вращения катушки относительно магнита.

Второй закон Фарадея

Он гласит, что величина ЭДС, индуцированная в катушке, равна скорости изменения магнитного потока, который связывается с катушкой. Магнитная связь катушки — это произведение количества витков в катушке и магнитного потока, связанного с катушкой.

Формула закона Фарадея

Рассмотрим, магнит приближается к катушке. Здесь мы рассматриваем два момента времени T 1 и время T 2 .Потоковая связь с катушкой во время, Потоковая связь с катушкой во время, Изменение в потокосцеплении, Пусть это изменение в потокосцеплении будет, Итак, Изменение в потокосцеплении Теперь скорость изменения потоковой связи Возьмите производную справа, мы будем get
Скорость изменения магнитной связи Но согласно закону электромагнитной индукции Фарадея скорость изменения магнитной индукции равна наведенной ЭДС. С учетом закона Ленца. Где, поток Φ в Wb = BA
B = напряженность магнитного поля
A = площадь катушки
КАК УВЕЛИЧИТЬ ЭДС, ИНДУЦИРОВАННУЮ В КАТУШКЕ

  • Увеличивая количество витков в катушке i.e N, из приведенных выше формул легко увидеть, что если количество витков в катушке увеличивается, наведенная ЭДС также увеличивается.
  • За счет увеличения напряженности магнитного поля, то есть B, окружающего катушку. Математически, если магнитное поле увеличивается, увеличивается поток, а если увеличивается поток, индуцированная ЭДС также увеличивается. Теоретически, если катушка проходит через более сильное магнитное поле, будет больше силовых линий, которые она может разрезать, и, следовательно, будет больше индуцированной ЭДС.
  • За счет увеличения скорости относительного движения между катушкой и магнитом — Если относительная скорость между катушкой и магнитом увеличивается по сравнению с ее предыдущим значением, катушка будет обрезать линии потока с большей скоростью, поэтому больше наведенной ЭДС будет произведено.

Применение закона Фарадея

Закон Фарадея — один из самых основных и важных законов электромагнетизма. Этот закон находит свое применение в большинстве электрических машин, промышленности, медицины и т. Д.

  • Электрические трансформаторы работают по закону Фарадея
  • Основным принципом работы электрического генератора является закон взаимной индукции Фарадея.
  • Индукционная плита — самый быстрый способ готовки. Он также работает по принципу взаимной индукции. Когда ток течет через катушку с медной проволокой, расположенную под посудой, он создает изменяющееся магнитное поле. Это переменное или изменяющееся магнитное поле индуцирует ЭДС и, следовательно, ток в проводящем контейнере, и мы знаем, что поток тока всегда выделяет в нем тепло.
  • Электромагнитный расходомер используется для измерения скорости определенных жидкостей. Когда магнитное поле прикладывается к электрически изолированной трубе, по которой протекают проводящие жидкости, в соответствии с законом Фарадея в ней индуцируется электродвижущая сила. Эта индуцированная ЭДС пропорциональна скорости течения жидкости.
  • В основе теории электромагнетизма идея Фарадея о силовых линиях используется в хорошо известных уравнениях Максвелла. Согласно закону Фарадея, изменение магнитного поля вызывает изменение электрического поля, и обратное этому используется в уравнениях Максвелла.
  • Он также используется в музыкальных инструментах, таких как электрогитара, электрическая скрипка и т. Д.

Видео презентация закона Фарадея

Закон Ленца назван в честь немецкого ученого Х.Ф. Ленца в 1834 году. Закон Ленца подчиняется третьему закону движения Ньютона (т.е. каждое действие всегда имеет равную и противоположную реакцию) и сохранение энергии (т. е. энергия не может быть создана или разрушена, и поэтому сумма всех энергий в системе является постоянной величиной). Закон Ленца основан на законе индукции Фарадея. , так что до понимания закона Ленца; нужно знать, что такое закон индукции Фарадея? Когда изменяющееся магнитное поле связано с катушкой, в ней индуцируется ЭДС.Это изменение магнитного поля может быть вызвано изменением напряженности магнитного поля путем перемещения магнита к катушке или от нее или перемещением катушки в магнитное поле или из него по желанию. Или простыми словами, мы можем сказать, что величина ЭДС, индуцированная в цепи, пропорциональна скорости изменения магнитного потока.

Закон Ленца

Закон Ленца гласит, что, когда ЭДС создается изменением магнитного потока в соответствии с законом Фарадея, полярность наведенной ЭДС такова, что она создает ток, магнитное поле которого противодействует изменению, которое его вызывает.

Отрицательный знак, используемый в законе электромагнитной индукции Фарадея, указывает на то, что наведенная ЭДС (ε) и изменение магнитного потока (δΦ B ) имеют противоположные знаки, где
ε = Индуцированная ЭДС в магнитном потоке
N = Количество витков в катушке

Причина противодействия, причина индуцированного тока в законе Ленца?

  • Как указано выше, закон Ленца подчиняется закону сохранения энергии, и если направление магнитного поля, которое создает ток, и магнитное поле тока в проводнике совпадают, тогда эти два магнитных поля складываются и создаст ток в два раза большей, а это, в свою очередь, создаст большее магнитное поле, что вызовет увеличение тока, и этот процесс, продолжающийся и продолжающийся, приводит к нарушению закона сохранения энергии.
  • Если индуцированный ток создает магнитное поле, равное и противоположное направлению магнитного поля, которое его создает, то только он может противостоять изменению магнитного поля в этой области, что соответствует третьему закону Ньютона. движение.

Объяснение закона Ленца

Для понимания закона Ленца рассмотрим два случая:
CASE-I Когда магнит движется к катушке. Когда северный полюс магнита приближается к катушке, магнитный поток, связывающийся с катушкой увеличивается.Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, при изменении магнитного потока в катушке индуцируется ЭДС и, следовательно, ток, и этот ток создает собственное магнитное поле. Теперь, согласно закону Ленца, это созданное магнитное поле будет противодействовать своему собственному или, можно сказать, противодействовать увеличению потока через катушку, и это возможно только в том случае, если приближающаяся сторона катушки достигает северной полярности, поскольку мы знаем, что подобные полюса отталкиваются друг от друга. Как только мы узнаем магнитную полярность стороны катушки, мы можем легко определить направление индуцированного тока, применив правило правой руки.В этом случае ток течет против часовой стрелки.
CASE-II Когда магнит удаляется от катушки Когда северный полюс магнита удаляется от катушки, магнитный поток, связанный с катушкой, уменьшается. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, в катушке индуцируется ЭДС и, следовательно, ток, и этот ток создает собственное магнитное поле. Теперь, согласно закону Ленца, это созданное магнитное поле будет противодействовать своему собственному или, можно сказать, противодействовать уменьшению потока через катушку, и это возможно только в том случае, если приближающаяся сторона катушки достигает южной полярности, поскольку мы знаем, что разные полюса притягиваются друг к другу.Как только мы узнаем магнитную полярность стороны катушки, мы можем легко определить направление индуцированного тока, применив правило правой руки. В этом случае ток течет по часовой стрелке.

ПРИМЕЧАНИЕ: Для определения направления магнитного поля или тока используйте правило большого пальца правой руки, т.е. если пальцы правой руки расположены вокруг провода так, чтобы большой палец указывал в направлении потока тока, то будет видно изгибание пальцев. направление магнитного поля, создаваемого проволокой.Закон Ленца можно резюмировать следующим образом:

  • Если магнитный поток Ф, соединяющий катушку, увеличивается, направление тока в катушке будет таким, что он будет противодействовать увеличению потока, и, следовательно, индуцированный ток создаст свой поток в направление, как показано ниже (с использованием правила для большого пальца правой руки).
  • Если магнитный поток Ф, соединяющий катушку, уменьшается, поток, создаваемый током в катушке, таков, что он поддерживает основной поток и, следовательно, направление тока такое, как показано ниже,

Применение закона Ленца

  • Закон Ленца можно использовать для понимания концепции накопленной магнитной энергии в индукторе.Когда к индуктору подключен источник ЭДС, через него начинает течь ток. Противоэдс будет противодействовать этому увеличению тока через катушку индуктивности. Чтобы установить ток, внешний источник ЭДС должен проделать некоторую работу, чтобы преодолеть это противодействие. Эта работа может быть выполнена за счет того, что ЭДС сохраняется в катушке индуктивности, и она может быть восстановлена ​​после удаления внешнего источника ЭДС из схемы.
  • Этот закон указывает, что индуцированная ЭДС и изменение потока имеют противоположные знаки, которые обеспечивают физическую интерпретацию. выбора знака в законе индукции Фарадея.
  • Закон Ленца также применяется к электрическим генераторам. Когда в генераторе индуцируется ток, направление этого индуцированного тока таково, что он противодействует и вызывает вращение генератора (как в соответствии с законом Ленца), и, следовательно, генератору требуется больше механической энергии. Он также обеспечивает обратную ЭДС в случае электродвигателей.

Закон Ленца также используется в электромагнитных тормозах и индукционных плитах.

Законы электролиза Фарадея

Прежде чем понять законы электролиза Фарадея, мы должны вспомнить процесс электролиза сульфата металла.
Когда электролит, такой как сульфат металла, разбавляется водой, его молекулы расщепляются на положительные и отрицательные ионы. Положительные ионы или ионы металлов перемещаются к электродам, соединенным с отрицательной клеммой батареи, где эти положительные ионы отбирают от нее электроны, становятся чистым атомом металла и осаждаются на электроде. В то время как отрицательные ионы или сульфионы перемещаются к электроду, соединенному с положительной клеммой батареи, где эти отрицательные ионы отдают свои лишние электроны и становятся радикалом SO 4 .Поскольку SO 4 не может существовать в электрически нейтральном состоянии, он атакует металлический положительный электрод и образует сульфат металла, который снова растворяется в воде. Законы электролиза Фарадея объединяют два закона, а именно:

Первый закон электролиза Фарадея

Из краткого объяснения, приведенного выше, ясно, что протекание тока через цепь внешней батареи полностью зависит от того, сколько электронов передается от отрицательного электрода или катода к положительный ион металла или катионы.Если катионы имеют валентность два, как Cu ++ , то для каждого катиона будет два электрона, переданных с катода на катион. Мы знаем, что каждый электрон имеет отрицательный электрический заряд — 1,602 × 10 -19 Кулонов, и скажем, что это — e. Таким образом, для размещения каждого атома Cu на катоде будет происходить передача заряда с катода на катион. Теперь предположим, что в течение t времени на катоде будет всего n атомов меди, поэтому общий переданный заряд будет равен -2.н.э. Кулоны. Очевидно, масса осажденной меди m зависит от числа нанесенных атомов. Таким образом, можно сделать вывод, что масса осажденной меди прямо пропорциональна количеству электрического заряда, проходящего через электролит. Следовательно, масса осажденной меди m Q количество электрического заряда проходит через электролит.
Первый закон электролиза Фарадея утверждает, что только
Согласно этому закону химическое осаждение из-за протекания тока через электролит прямо пропорционально количеству электричества (кулонов), прошедшего через него.т.е. масса химического осаждения, где Z — коэффициент пропорциональности, известный как электрохимический эквивалент вещества.
Если мы положим Q = 1 кулон в приведенное выше уравнение, мы получим Z = m, что означает, что электрохимический эквивалент любого вещества — это количество вещества, осажденного при прохождении 1 кулона через его раствор. Эта постоянная прохождения электрохимического эквивалента обычно выражается в миллиграммах на кулон или килограммах на кулон.

Второй закон электролиза Фарадея

До сих пор мы узнали, что масса химического вещества, отложившегося в результате электролиза, пропорциональна количеству электричества, которое проходит через электролит.Масса химического вещества, отложившегося в результате электролиза, не только пропорциональна количеству электричества, проходящего через электролит, но также зависит от некоторых других факторов. У каждого вещества будет свой атомный вес. Таким образом, при одинаковом количестве атомов разные вещества будут иметь разные массы. Опять же, количество атомов, нанесенных на электроды, также зависит от их валентности. Если валентность больше, то для того же количества электричества количество отложенных атомов будет меньше, тогда как если валентность меньше, то для того же количества электричества будет отложено большее количество атомов.Таким образом, при прохождении одного и того же количества электричества или заряда через разные электролиты масса нанесенного химического вещества прямо пропорциональна его атомному весу и обратно пропорциональна его валентности.
Второй закон электролиза Фарадея гласит, что когда одно и то же количество электричества проходит через несколько электролитов, масса осажденных веществ пропорциональна их соответствующему химическому эквиваленту или эквивалентной массе.

Химический эквивалент или эквивалентный вес

Химический эквивалент или эквивалентный вес вещества может быть определен по законам электролиза Фарадея, и он определяется как вес этой субаренды, которая будет сочетаться с или замещать единицу веса водорода.Таким образом, химический эквивалент водорода равен единице. Поскольку валентность вещества равна количеству атомов водорода, которые оно может заменить или с которыми оно может объединить, химический эквивалент вещества может быть определен как отношение его атомного веса к его валентности. Два французских физика , Жан Батист Био и Феликс Савар в 1820 году вывели математическое выражение для плотности магнитного потока в точке из-за близлежащего проводника с током. Наблюдая за отклонением стрелки магнитного компаса, двое ученых пришли к выводу, что любой элемент тока проецирует магнитное поле в космос.
После наблюдений и расчетов они вывели математическое выражение, которое показывает, что плотность магнитного потока в дБ прямо пропорциональна длине элемента dl, току I, синусу угла и θ между направлением ток и вектор, соединяющий данную точку поля и текущий элемент, обратно пропорционален квадрату расстояния данной точки от текущего элемента, r. Это утверждение закона Био-Савара. Где k является константой, зависит от магнитных свойств среды и системы используемых единиц.В системе единиц СИ. Таким образом, окончательный вывод закона Био-Савара таков: давайте рассмотрим длинный провод, по которому проходит ток I, а также точку p в пространстве. На рисунке ниже провод показан красным цветом. Рассмотрим также бесконечно малую длину провода dl на расстоянии r от точки P, как показано. Здесь r — вектор расстояния, который составляет угол θ с направлением тока в бесконечно малой части провода.

Если вы попытаетесь визуализировать состояние, вы легко сможете понять плотность магнитного поля в точке P, потому что бесконечно малая длина провода dl прямо пропорциональна току, переносимому по этой части провода.
Поскольку ток через эту бесконечно малую длину провода такой же, как ток, протекающий по самому проводу, мы можем написать: также очень естественно думать, что плотность магнитного поля в этой точке P из-за этой бесконечно малой длины провода dl обратно пропорциональна квадрату расстояния по прямой от точки P до центра dl. Математически мы можем записать это как: Наконец, плотность магнитного поля в этой точке P из-за того, что бесконечно малая часть провода также прямо пропорциональна фактической длине бесконечно малой длины провода dl.Поскольку θ — это угол между вектором расстояния r и направлением тока через этот бесконечно малый участок провода, компонент dl, обращенный непосредственно перпендикулярно точке P, равен dlsinθ. Теперь, объединив эти три утверждения, мы можем написать: Это основной форма закона Био-Савара
Теперь, подставив значение константы k (которое мы уже ввели в начале этой статьи) в приведенное выше выражение, мы получаем Здесь μ 0 , используемое в выражении константы k, является абсолютной проницаемостью воздух или вакуум, и это значение равно 4π10 -7 W b / Am в системе единиц СИ.μ r выражения постоянной k — относительная проницаемость среды.
Теперь, плотность потока (B) в точке P, обусловленная общей длиной токопроводящего проводника или провода, может быть представлена ​​как: Если D — перпендикулярное расстояние точки P от провода, то теперь выражение плотности потока B в точке P можно переписать как: В соответствии с рисунком выше, наконец, выражение B выглядит так: Этот угол θ зависит от длины провода и положения точки P. Скажем, для некоторой ограниченной длины провода, угол θ, как показано на рисунке выше, изменяется от θ 1 до θ 2 .Следовательно, плотность магнитного потока в точке P из-за общей длины проводника равна: Предположим, что провод бесконечно длинный, тогда θ будет изменяться от 0 до π, то есть от θ 1 = 0 до θ 2 = π. Подставляя эти два значения в вышеприведенное окончательное выражение закона Био-Савара, мы получаем

. Это не что иное, как выражение закона Ампера. Эта теорема утверждает, что полный электрический поток через любую замкнутую поверхность, окружающую заряд, равен чистому положительному заряду, заключенному на этой поверхности.

Предположим, что заряды Q 1 , Q 2 _ _ _ _Q i , _ _ _ Q n заключены в поверхность, тогда теорема может быть выражена математически через поверхностный интеграл как Где, D — поток плотность в кулонах / м 2 и dS — вектор, направленный наружу.

Объяснение теоремы Гаусса

Для объяснения теоремы Гаусса лучше рассмотреть пример для правильного понимания.
Пусть Q будет зарядом в центре сферы, а поток, исходящий от заряда, перпендикулярен поверхности.Эта теорема утверждает, что полный поток, исходящий от заряда, будет равен Q кулонов, и это также можно доказать математически. Но как быть, если заряд помещен не в центр, а в любую точку, кроме центра (как показано на рисунке). В это время силовые линии не перпендикулярны поверхности, окружающей заряд, тогда этот поток разрешается. на две составляющие, которые перпендикулярны друг другу, горизонтальная — это компонента sinθ, а вертикальная — компонента cosθ.Теперь, когда сумма этих компонентов берется для всех зарядов, тогда чистый результат равен полному заряду системы, что доказывает теорему Гаусса.

Доказательство теоремы Гаусса

Рассмотрим точечный заряд Q, расположенный в однородной изотропной среде с диэлектрической проницаемостью ε. Напряженность электрического поля в любой точке на расстоянии r от заряда равна. через область dSWhere, θ — угол между D и нормалью к dS
Теперь dScosθ — это проекция dS, перпендикулярная радиус-вектору.По определению телесного угла, где dΩ — телесный угол, стягиваемый в Q элементарной поверхностью dS. Итак, полное смещение потока через всю площадь поверхности равно. Теперь мы знаем, что телесный угол, образуемый любой замкнутой поверхностью, равен 4π стерадианам, поэтому полный электрический поток через всю поверхность равен Это интегральная форма теоремы Гаусса. И, следовательно, эта теорема доказана: всякий раз, когда проводник с током попадает в магнитное поле, на проводник будет действовать сила, а, с другой стороны, если проводник с силой подвергнуть воздействию магнитного поля, будет индуцированное воздействие. ток в этом проводнике.В обоих явлениях существует связь между магнитным полем, током и силой. Эта связь направленно определяется правилом левой руки Флеминга и правилом правой руки Флеминга соответственно. Направленный означает, что эти правила не показывают величину, но показывают направление любого из трех параметров (магнитное поле, ток, сила), если направление двух других известно. Правило левой руки Флеминга в основном применимо к электродвигателю, а правило правой руки Флеминга применимо в основном к электрическому генератору.В конце 19-го, -го, -го века Джон Амброуз Флеминг ввел оба этих правила, и, согласно его имени, правила хорошо известны как правило левой и правой руки Флеминга.

Правило левой руки Флеминга

Было обнаружено, что всякий раз, когда проводник с током помещается в магнитное поле, на проводник действует сила в направлении, перпендикулярном как направлению тока, так и магнитного поля. На рисунке показано, что часть проводника длиной L, помещенная вертикально в однородное горизонтальное магнитное поле H, создается двумя магнитными полюсами N и S.Если i — ток, протекающий через этот проводник, величина силы, действующей на проводник, равна: Вытяните левую руку указательным, вторым и большим пальцами под прямым углом друг к другу. Если указательный палец представляет направление поля, а второй — направление тока, то большой палец указывает направление силы.
В то время как ток течет по проводнику, вокруг него создается одно магнитное поле. Это можно представить, рассматривая количество замкнутых магнитных силовых линий вокруг проводника.Направление магнитных силовых линий может быть определено правилом штопора Максвелла или правилом правостороннего захвата. Согласно этим правилам направление магнитных силовых линий (или силовых линий) — по часовой стрелке, если ток течет от наблюдателя, то есть если направление тока через проводник направлено внутрь от плоскости отсчета, как показано на рисунке. фигура.

Теперь, если горизонтальное магнитное поле приложено извне к проводнику, эти два магнитных поля, то есть поле вокруг проводника из-за тока через него, и внешнее приложенное поле будут взаимодействовать друг с другом.На рисунке мы видим, что магнитные силовые линии внешнего магнитного поля проходят от северного к южному полюсу, то есть слева направо. Магнитные силовые линии внешнего магнитного поля и магнитные силовые линии, возникающие из-за тока в проводнике, находятся в одном направлении над проводником и в противоположном направлении под проводником. Следовательно, над проводником будет больше сонаправленных магнитных силовых линий, чем под проводником. Следовательно, в небольшом пространстве над проводником будет большая концентрация магнитных силовых линий.Поскольку магнитные силовые линии больше не являются прямыми линиями, они находятся под натяжением, как натянутые резиновые ленты. В результате возникнет сила, которая будет стремиться переместить проводник из более концентрированного магнитного поля в менее концентрированное магнитное поле, то есть из текущего положения вниз. Теперь, если вы заметите направление тока, силы и магнитного поля в приведенном выше объяснении, вы обнаружите, что направления соответствуют правилу левой руки Флеминга.

Правило правой руки Флеминга

Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, всякий раз, когда проводник движется внутри магнитного поля, в нем будет индуцированный ток.Если этот проводник будет принудительно перемещен внутри магнитного поля, возникнет связь между направлением приложенной силы, магнитным полем и током. Это соотношение между этими тремя направлениями определяется правилом правой руки Флеминга.

Эффект Зеебека

Он был открыт немецким физиком Томасом Зеебеком (1770-1831). Зеебек обнаружил это, наблюдая за стрелкой компаса, которая отклоняется, когда между этими двумя разными металлами или полупроводниками образуется замкнутая петля.Первоначально Зеебек считал, что это происходит из-за магнетизма, вызванного разницей температур, и назвал этот эффект термомагнитным эффектом. Однако датский физик Ганс Кристиан Орстед понял, что индуцируется электрический ток, который по закону Ампера отклоняет магнит.

Объяснение эффекта Зеебека

За это ответственны только валентные электроны в более теплой части металла, и причиной этого является тепловая энергия. Также из-за кинетической энергии этих электронов эти валентные электроны мигрируют быстрее к другому (более холодному) концу, по сравнению с более холодной частью электроны мигрируют к более теплой части.Концепция их движения:

  • На горячей стороне распределение Ферми мягкое, то есть более высокая концентрация электронов выше энергии Ферми, но на холодной стороне распределение Ферми резкое, то есть у нас меньше электронов с энергией Ферми.
  • Электроны идут туда, где энергия ниже, поэтому они будут перемещаться от более теплого конца к более холодному концу, что приводит к переносу энергии и, таким образом, к уравновешиванию температуры в конечном итоге

Или, простыми словами, мы можем прийти к выводу, что электроны на более теплом конце имеют высокий средний импульс по сравнению с более холодным.Следовательно, они будут брать с собой энергию (больше) по сравнению с другим.
Это движение приводит к более отрицательному заряду в более холодной части, чем в более теплой части, что приводит к генерации электрического потенциала. Если эта пара соединена через электрическую цепь. Это приводит к генерации постоянного тока. Однако создаваемое напряжение составляет несколько микровольт (10 -6 ) на разницу температур по Кельвину. Теперь мы все знаем, что напряжение увеличивается последовательно, а ток увеличивается параллельно.Помните об этом факте, если мы сможем подключить много таких устройств для увеличения напряжения (в случае последовательного соединения) или для увеличения максимального передаваемого тока (параллельно). Позаботьтесь только об одном, что для этого требуется большой перепад температур. Однако нужно иметь в виду одну вещь: мы должны поддерживать постоянную, но разную температуру, и поэтому распределение энергии на обоих концах будет различным, и, следовательно, это приводит к успешному упомянутому процессу.

Коэффициент Зеебека

Напряжение, возникающее между двумя точками на проводе, когда между ними поддерживается постоянная разница температур от 1 до Кельвина, называется коэффициентом Зеебека. Одна такая комбинация медного константана имеет коэффициент Зеебека 41 микровольт на Кельвин при комнатной температуре.

Эффект Спина Зеебека

Однако в 2008 году было обнаружено, что при воздействии тепла на намагниченный металл его электрон перестраивается в соответствии с его спином.Однако эта перестановка не отвечает за выделение тепла. Этот эффект K / w как эффект Зеебека вращения. Этот эффект используется при разработке быстрых и эффективных микропереключателей.

Применение эффекта Зеебека

  1. Этот эффект Зеебека обычно используется в термопарах для измерения разницы температур или для приведения в действие электронных переключателей, которые могут включать или выключать систему. Обычно используемые комбинации металлов термопар включают константан / медь, константан / железо, константан / хромель и константан / алюмель.
  2. Эффект Зеебека используется в термоэлектрическом генераторе, который работает как тепловая машина.
  3. Они также используются на некоторых электростанциях для преобразования отработанного тепла в дополнительную энергию.
  4. В автомобилях в качестве автомобильных термоэлектрических генераторов для повышения топливной экономичности.

Закон Видемана-Франца — это закон, который связывает теплопроводность (κ) и электропроводность (σ) материала, который состоит из несколько свободно движущихся в нем электронов.

  • Теплопроводность (κ): это степень (мера) способности материала проводить тепло.
  • Электропроводность (σ): это степень (мера) способности материала проводить электричество.

Металлы; когда температура увеличивается, скорость свободных электронов увеличивается, что приводит к увеличению теплопередачи, а также увеличивает столкновения между ионами решетки и свободными электронами. Это приводит к падению электропроводности.
Закон определяет отношение электронной роли теплопроводности материала к удельной электропроводности материала (металла), напрямую связанной с температурой. Этот закон назван в честь Густава Видемана и Рудольфа Франца, который в 1853 году сообщил, что отношение имеет более или менее аналогичное значение для разнородного металла при той же температуре.

Вывод закона

Для этого мы должны предположить однородный изотропный материал. Затем этот материал подвергается воздействию температурного градиента.Направление теплового потока будет противоположным направлению температурного градиента на всем протяжении проводящей среды.
Тепло, протекающее через материал в единицу времени на единицу площади, является тепловым потоком. Он будет пропорционален градиенту температуры. K → Коэффициент теплопроводности (Вт / мK)
K = K фонон + K электрон ; так как передача тепла в твердых телах за счет фононов и электронов.
Теперь мы можем вывести выражение для коэффициента теплопроводности.
Для этого мы должны предположить, что поток тепла идет от более высокой температуры к более низкой температуре в металлической пластине, которая имеет температурный градиент .c v → Удельная теплоемкость
n → Количество частиц в единице объема
λ → среднее свободный пробег столкновений
v → скорость электронов
Сравнивая уравнения (1) и (2), мы получаем, что энергия свободных электронов равна. газ при постоянном объеме. Когда мы помещаем уравнение (8) в (6), мы получаем Далее, мы можем рассматривать плотность электрического тока металла с приложением электрического поля, E (рисунок 1)
J = σ E; Закон Ома Итак, правильная форма закона Ома дается формулой: существует длина свободного пробега и среднее время между столкновениями.e → Заряд электрона = 1,602 × 10 -9 C
τ → Время столкновения или среднее время: это среднее время движения электрона до рассеяния.
v d → Скорость дрейфа: это стандартная скорость электрона во время столкновения.
Когда мы помещаем уравнение (11) в (10), мы получаем электрическую проводимость (проводимость Друде), поскольку рассмотрим электроны, которые движутся в металле без какого-либо приложения электрического поля. Тогда теорема о равнораспределении дается формулой Из уравнения (13) мы получаем m as Теперь мы помещаем уравнение (14) в (12) Таким образом, мы получили значения K и σ из уравнений (6) и (15).Теперь мы можем взять соотношение. Мы предполагаем, что v = v d , тогда уравнение (16) становится Из этого мы можем сказать, что соотношение одинаково для всех металлов. Это также функция температуры. Этот закон известен как закон Видеманна-Франца Лоренца. Можно сделать вывод, что лучший проводник тепла будет лучшим проводником тепла.

Ограничения Закона Видемана Франца

  • Значение L не одинаково для всех материалов.
  • Этот закон не действует для промежуточных температур.
  • В чистых металлах как σ, так и κ возрастают с понижением температуры.

2 Работа и мощность тока. Закон Джоуля-Ленца

(Вт)
Обсуждение всего класса.

Энергия
преобразование в электрических цепях.

В
электрическая цепь, электрическая энергия преобразуется в другие формы
энергия. Почти всегда большая или меньшая часть энергии преобразуется
в тепловую (внутреннюю) энергию. В отопительных приборах это преобразование приветствуется,
тогда как в других устройствах возникающая тепловая энергия обычно рассматривается как
нежелательный побочный эффект.

Электрический
энергия

·
The
работа электротоком:

работа, выполняемая током, протекающим через данный элемент электрической цепи
равна произведению напряжения на элементе и заряда, который
протек через контур.

·
Как
для расчета работы:

работа, совершаемая электрическим током в данном элементе цепи, равна
произведение напряжения на этом элементе, ток, протекающий через
элемент и время потока.

(Т)
Объяснение учителя. Закон Джоуля-Ленца

Джоуля-Ленца
Закон показывает отношения, существующие между:

·
В
ток, протекающий по проводу.

·
В
тепло, выделяемое током, протекающим по проволоке.

·
В
сопротивление провода и…

·
В
время, когда ток проходит через провод.

Джоуля
формула закона: Q = I 2 × R × t

где:

Q
— количество тепла в Джоулях (Дж)

я
— электрический ток, протекающий по проводу, в амперах (А)

R
— значение электрического сопротивления провода, Ом (R)

т
— количество времени, в течение которого ток проходит через провод, в секундах (с).

Эффект нагрева

Джоуля
закон может быть установлен как количество тепла (Q), генерируемого в проводе с
сопротивление (R), когда ток (I) проходит через него в течение определенного периода времени
(т).

Это
тепло прямо пропорционально:

·
В
квадрат тока.

·
В
сопротивление провода.

·
В
время, когда ток течет по проводу.

(I)
Индивидуальная работа.

·
Какие
вызваны ли нагревательные эффекты электрическим током?

Работает
например

Рассчитать количество потребляемой энергии
от батареи 4,5 В, когда:
(a) через нее проходит заряд 20 C
(b) через нее протекает ток 25 мА, составляет

3 минуты

Раствор:

Энергия = разность потенциалов x

Q = 4,5 x 20 = 90 Дж
(b) Энергия = разность потенциалов x Q =

с.d x текущее x время

Следовательно:
Энергия = 4,5 x 25×10-3 x 180 = 20,25 Дж

(ж)
Формирующая оценка.

набор
расчетов на электрическую энергию

Логический класс

| Дом

ТОК ЭЛЕКТРИЧЕСТВА

Введение:

Когда через проводник проходит электрический ток, через некоторое время проводник нагревается и выделяет тепло.Это происходит из-за преобразования некоторой электрической энергии, проходящей через проводник, в тепловую. Этот эффект электрического тока называется тепловым эффектом тока.

Когда ток течет по проводнику, в проводнике генерируется тепловая энергия. Нагревательный эффект электрического тока зависит от трех факторов:

  • Сопротивление R проводника. Чем выше сопротивление, тем больше тепла.
  • Время t, в течение которого течет ток.Чем больше время, тем больше выделяется тепла
  • Величина тока I. Чем выше сила тока, тем больше выделяется тепла.

Следовательно, эффект нагрева, создаваемый электрическим током I через проводник сопротивления R в течение некоторого времени, t определяется как H = I 2 Rt. Это уравнение называется уравнением Джоуля электрического нагрева.

Электроэнергия и мощность

Работа, совершаемая при проталкивании заряда по электрической цепи, определяется выражением w.d =

VIt

Так что мощность, P = w.d / t = VI

Электрическая мощность, потребляемая электроприбором, определяется как P = VI = I 2 R = V 2 / R

Области применения нагрева электрическим током

Таким образом, большинство бытовых электроприборов преобразуют электрическую энергию в тепло. К ним относятся лампы накаливания, электрический нагреватель, электрический утюг, электрический чайник и т. Д.

В осветительных приборах

  1. Лампы накаливания — изготовлены из вольфрамовой проволоки, заключенной в стеклянную колбу, из которой удален воздух.Это связано с тем, что воздух окисляет нить накала. Нить нагревается до высокой температуры и становится раскаленной добела. Вольфрам используется из-за его высокой температуры плавления; 3400 0 Колба заполнена неактивным газом, например. аргон или азот при низком давлении, что снижает испарение вольфрамовой проволоки. Однако одним из недостатков инертного газа является то, что он вызывает конвекционные токи, которые охлаждают нить накала. Эта проблема сводится к минимуму за счет наматывания провода таким образом, чтобы он занимал меньшую площадь, что снижает потери тепла за счет конвекции.
  2. Люминесцентные лампы — эти лампы более эффективны по сравнению с лампами накаливания и служат намного дольше. У них есть пары ртути в стеклянной трубке, которая при включении испускает ультрафиолетовое излучение. Это излучение заставляет порошок в трубке светиться (флуоресцировать), то есть испускать видимый свет. Из разных порошков получаются разные цвета. Обратите внимание, что люминесцентные лампы дороги в установке, но их эксплуатационные расходы намного меньше.

В электрическом нагреве

  1. Электрические плиты — электрические плиты раскалены докрасна, и произведенная тепловая энергия поглощается кастрюлей посредством теплопроводности.
  2. Электрические обогреватели — лучистые обогреватели становятся красными при температуре около 900 0 C, а испускаемое излучение направляется в комнату с помощью полированных отражателей.
  3. Электрочайники — нагревательный элемент размещается внизу чайника так, чтобы нагреваемая жидкость покрывала его. Затем тепло поглощается водой и распределяется по всей жидкости за счет конвекции.

Электрические утюги — когда через нагревательный элемент протекает ток, выделяемая тепловая энергия передается на основание из тяжелого металла, повышая его температуру.Затем эта энергия используется для прессования одежды. Температуру утюга можно контролировать с помощью термостата (биметаллической планки).

Когда между концами резистора приложена разность потенциалов V, электрический

Поле

будет действовать на свободные электроны. Работа электрического поля на бесплатном

электронов за время t равно W = Vq

Вт = V это W = i2 Rt

ii) Эта работа, совершаемая полем, преобразуется в тепловую энергию резистора через столкновения с решеткой.{2}} \)

б) Тепло, выделяемое в данном резисторе заданным током, пропорционально времени, в течение которого в нем существует ток, т. Е. \ (H \ propto t \)

c) Тепло, выделяемое в резисторе заданным током в заданное время, пропорционально его сопротивлению.

v) Электрический нагреватель, электрический утюг, электрическая лампочка, электрическая плита — вот некоторые из инструментов, которые воздействуют на тепловой эффект Джоуля и преобразуют электрическую энергию в тепловую.Эффект Джоуля необратим .

Джоулев нагрев , также известный как омический нагрев и резистивный нагрев , представляет собой процесс, при котором прохождение электрического тока через проводник производит тепло. Первый закон Джоуля , также известный как закон Джоуля-Ленца , [1] , утверждает, что мощность нагрева, создаваемая электрическим проводником, пропорциональна произведению его сопротивления на квадрат тока: Джоулев нагрев влияет на весь электрический проводник, в отличие от эффекта Пельтье, который передает тепло от одного электрического спая к другому.

Постоянный ток :

Самая общая и основная формула для джоулева нагрева:

{\ displaystyle P = (V_ {A} -V_ {B}) I}, где

  • P — мощность (энергия в единицу времени), преобразованная из электрической энергии в тепловую,
  • I — ток, проходящий через резистор или другой элемент,
  • {\ displaystyle V_ {A} -V_ {B}} — падение напряжения на элементе.{2} / R} где R — сопротивление.

    Переменный ток :

    Основная статья: Питание переменного тока

    Когда ток меняется, как в цепях переменного тока,

    \ (P \ влево (т \ вправо) = U \ влево (т \ вправо) I \ влево (т \ вправо) \)

    где t — время, а P — мгновенная мощность, преобразуемая из электрической энергии в тепло. { 2} / R}, где «avg» обозначает среднее значение за один или несколько циклов, а «rms» обозначает среднеквадратичное значение.{*}} \ right) \)

    где \ (\ varnothing \) — разность фаз между током и напряжением, {\ displaystyle \ operatorname {Re}} Re — действительная часть, Z — комплексный импеданс, а Y * — комплексное сопряжение проводимости (равное 1 / Z *).

    Химическое воздействие электрического тока :

    Прохождение электрического тока через проводящую жидкость вызывает химические реакции.Возникающие в результате эффекты получили название химического

    .

    воздействия токов. Процесс нанесения слоя любого желаемого металла на другой материал с помощью электричества называется гальваникой.

    1. Найдите энергию, рассеиваемую за 5 минут электрической лампочкой с нитью накала 500 Ом, подключенной к источнику питания 240 В.

    Решение:

    E = Pt = V2 / R * t = (240 2 * 5 * 60) / 500 = 34,560 Дж.

    2. Электрическая лампочка имеет маркировку 100 Вт, 240 В. Вычислить:
    и) Ток через нить накала
    ii) Сопротивление нити накала лампы
    .

    Решение:

    P = VI I = P / V = ​​100/240 = 0,4167A
    По закону Ома V = IR R = V / I = 240 / 0,4167 = 575,95 Ом.

    1. Для нагрева воды используется погружной нагреватель мощностью 2,5 кВт. Вычислить:

    i) Рабочее напряжение нагревателя, если его сопротивление составляет 24 Ом 90 153

    ii) Преобразование электрической энергии в тепловую за 2 часа.

    Решение

    P = VI = I 2 R

    I = (2500/24) 1/2 = 10,2062A

    В = ИК = 10,2062 * 24 = 244,9488 В

    E = VIt = Pt = 2500 * 2 * 60 * 60 = 1,8 * 10 7 Дж

    ИЛИ E = VIt = 244,9488 * 10,2062 * 2 * 60 * 60 = 1,8 * 10 7 Дж.

    1. Найдите напряжение на клеммах E 1 и E 2 , как показано на рисунке.

    Раствор:

    Ток на рисунке

    \ (I = \ frac {9-3} {10} = 0,6A \)

    \ ({{V} _ {1}} = {{E} _ {1}} + I {{r} _ {1}} = 3 + 0,6 \ times 1 = 3,6 В;
    {{V} _ {2}} = {{E} _ {2}} — Я {{r} _ {2}}
    = 9-0,6 \ умножить на 2 = 7,8 В
    \)

    2. Рассчитайте установившийся ток в показанном резисторе 2 Вт .Внутреннее Сопротивление батареи незначительно, а емкость конденсатора 0,2 м F.

    Раствор:

    Сопротивление параллельной комбинации резисторов 2 Вт и 3 Вт равно

    .

    \ (\ frac {1} {R} = \ frac {1} {2} + \ frac {1} {3} = \ frac {5} {6} \ Rightarrow \, \, \, \, \, R = 1.2 \, \, \ Omega \)

    Это сопротивление последовательно с 2,8 Вт, что дает общее эффективное сопротивление

    = 1,2 + 2,8 Вт = 4 Вт.

    В установившемся режиме ток не протекает через конденсатор C, и здесь ток не проходит через резистор 4 Вт, включенный последовательно с конденсатором. {2}} {Power} \, \, = \, \, \ frac {100 \, x \, 100} {1000} \, \, \, = \, \, 100 \, \ Omega \)

    И как рассеивается 62.{2}} {{{R} _ {H}}} \, \, = \, \, 62.5 \)

    В H = 25 В.

    .

    термодинамика — Тепловые потери на переменном токе

    Путаница в том, что $ V $ в:

    $$ W = IVt $$

    — это падение напряжения на линии передачи, а не напряжение питания.2 Р_ {трансмиссия} т $$

    Ответ на комментарии:

    Думаю, стоит разобраться, что происходит количественно. Для простоты предположим, что нагрузка представляет собой всего лишь один дом, и предположим, что есть один трансформатор для понижения напряжения передачи до внутреннего напряжения.

    $ V_0 $ — напряжение передачи, например 400 кВ в Великобритании, а $ V_h $ — напряжение в доме, например 240В в Великобритании. Таким образом, трансформатор, отделяющий дом от сети, имеет соотношение $ V_0 / V_h $.Я представил сопротивление линии передачи как единственный резистор, $ R_t $, и мы хотим вычислить, сколько мощности теряется в линии передачи.

    Предположим, что мощность, используемая в доме, составляет $ W $ — я предполагаю, что типичные значения для W будут несколько кВт — тогда:

    $$ W = I_hV_h $$

    или:

    $$ I_h = \ frac {W} {V_h} \ tag {1} $$

    Для удобства предположим, что падение напряжения на линии передачи невелико, поэтому напряжение на стороне линии трансформатора, $ V’h $, составляет всего $ V_0 $.2 $. Таким образом, увеличение напряжения передачи $ V_0 $ снижает потери мощности.

    Внешние силы

    Силы неэлектростатического происхождения, действующие на заряды от источников тока, вызываются внешними силами.

    Электродвижущая сила

    Скалярная физическая величина, определяемая работой, совершаемой внешними силами при перемещении одиночного положительного заряда, называется электродвижущей силой (ЭДС), действующей в цепи или на ее части:.

    Напряжение

    Напряжение

    это физическая величина, определяемая работой, совершаемой общим электростатическим (кулоновским) полем и внешними силами при перемещении одиночного положительного заряда в данном участке цепи.

    Разность потенциалов

    Напряжение на неоднородной части цепи (где есть внешние силы) равно сумме источника ЭДС и разности потенциалов в этой области:

    Для однородного участка цепи, где действуют внешние силы не действует,

    Т.е. напряжение совпадает с разностью потенциалов на концах цепочки.

      Закон Ома для однородного участка
      Цепь в интегральном и дифференциале образуют .Сопротивление и его зависимость от температуры. Сверхпроводимость.

    Закон Ома для однородного участка
    Схема в интегральной схеме и дифференциал образуют

    Закон Ома для однородной части цепи: немецкий физик Георг Ом экспериментально установил, что ток в цепи прямо пропорционален приложенному напряжению и обратно пропорционален сопротивлению цепи. дирижер:.

    Закон Ома в дифференциальной форме (закон Ома для плотности тока).Закон Ома по форме распространяется на весь проводник. Представьте себе закон Ома в дифференциальной (т.е. относящийся к текущему элементу длиной dla) форме. Некоторая точка внутри проводника характеризуется вектором плотности тока, напряженности электрического поля и свойствами материала проводника, то есть удельным сопротивлением. Выбираем мысленно небольшой объем возле рассматриваемой точки и подставляем закон Ома, получаем: ,
    вот — разность потенциалов между сечениями dS отдаленные dl.Вследствие этого,.

    Учтем, что — напряженность электростатического поля; — плотность электрического поля; — удельная электрическая проводимость.

    Тогда из формулы (20) следует закон Ома в дифференциальной форме:
    .

    Сопротивление и его зависимость от температуры

    Температурную зависимость сопротивления можно представить как:,

    Сверхпроводимость

    Сверхпроводимость

    свойство некоторых проводников, заключающееся в том, что их электрическое сопротивление стремится к нулю при охлаждении ниже определенной критической температуры Т к, характерной для проводника.

    16. Рабочий и силовой ток. Закон Джоуля-Ленца в интегрально-дифференциальной форме

    Когда ток течет через однородный участок цепи, электрическое поле совершает работу. Во время Δ t по цепи течет заряд. q = I Δ t. Электрическое поле на выделенном тесте делает свое дело

    , выражающий закон Ома для однородного участка цепи с сопротивлением R, умножив его на IΔ t, получим соотношение

    Закон превращения тока в тепло независимо друг от друга экспериментально установлен Дж.Джоуля и Э. Ленивого и называется Джоуль — Закон Ленца
    .

    Мощность электрического тока равна отношению текущей операции A к временному интервалу Δ t, за который эта работа была проделана:

    Работа электрического тока в СИ выражается в джоулях
    (Дж) мощность — в Вт
    (W)

    Закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме — удельная мощность тока равна скалярному произведению векторов плотности тока и напряженности электрического поля:

    ,

    где s — проводимость;

    r — удельное сопротивление среды.

    Закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме носит совершенно общий характер, то есть не зависит от природы сил, возбуждающих электричество. Закон Джоуля-Ленца, как показывает опыт, справедлив и для электролитов и полупроводников.

    17 .. Обобщенный закон Ома для неоднородной части цепи в интегральной и дифференциальной форме. Анализ обобщенного закона Ома. Замкнутая электрическая цепь. Сопротивление подключения: последовательное и параллельное.

    1

    11 Сторонние электродвижущие силы.Закон Джоуля — Ленц

    Согласно (11.4), ЭДС численно равна работе внешних сил,
    совершается при перемещении одиночного положительного заряда по замкнутой цепи.

    Помимо внешних сил на заряд действуют силы. электростатическое поле, имеющее напряжение. Следовательно, результирующая сила, действующая на заряд в любой точке цепи, может быть записана в виде Это правило Кирхгофа является условием стационарности токов. В противном случае потенциал рассматриваемого узла со временем изменился бы, а это привело бы к изменению токов в цепи.

    Второе правило Кирхгофа гласит, что алгебраическая сумма произведений сил токов в определенных участках произвольной замкнутой цепи на сопротивление этих участков равна алгебраической сумме ЭДС, действующей в этой цепи:

    . (11.13)
    Здесь и — сила тока и сопротивление для некоторого участка замкнутой цепи, — значение ЭДС. в той же цепочке.

    Второе правило Кирхгофа является следствием закона Ома для замкнутой цепи.Направление обхода замкнутого контура и направление токов на всех участках контура выбираются произвольно. Сила тока фиксируется знаком «+», если его направление совпадает с направлением обхода замкнутого контура, и знаком «-» в противном случае. Величина ЭДС записывается со знаком «+», если при обходе замкнутого контура движение внутри источника идет от его отрицательного полюса к положительному, то есть совпадает по направлению с внутренним током источника.

    Чтобы найти все неизвестные токи, необходимо решить систему независимых уравнений, в которой количество уравнений должно быть равно количеству неизвестных токов. В результате решения системы уравнений могут быть получены отрицательные значения силы тока. Это означает, что на рассматриваемом участке цепи реальный ток течет в обратном направлении относительно выбранного направления.

    Например, в схеме, показанной на рисунке 16, можно выделить три замкнутых контура, для которых второе правило Кирхгофа —

    (11.14)

    Здесь записывается первое уравнение для контура.

    , второе уравнение для контура

    , третье уравнение для контура

    . Эта система уравнений линейно зависима. Следовательно, для расчета неизвестных токов I 1
    ,
    Я 2
    Я 3
    необходимо использовать любые два из этих трех уравнений вместе с первым правилом Кирхгофа (11.12).

    Рисунок 16. Пример разветвленной цепи постоянного тока
    Используя правила Кирхгофа, можно вычислить, например, ЭДС.и внутреннее сопротивление батареи. Предположим, батарея состоит из нескольких источников постоянного напряжения, количество источников равно

    , ЭДС каждого источника одинакова, внутреннее сопротивление равно и источники соединены последовательно. Тогда общая ЭДС. а общее внутреннее сопротивление батареи можно рассчитать следующим образом:

    . Если в батарее источники соединены параллельно, то

    .

    Когда электрический ток проходит по цепи, выделяется тепло.Этот процесс можно охарактеризовать с помощью концепции тепловой мощности, тока

    Тепловое воздействие тока можно описать на основе закона Джоуля — Ленца .
    : тепловая мощность тока является произведением силы тока.
    по напряжению на сайте:

    . (11.16)
    Используя закон Ома для участка цепи (10.10), выражение для тепловой мощности тока (11.16) можно представить в другом виде:

    . (11.17)
    Для переменного тока теплоемкость зависит от времени.Если ток изменяется относительно медленно, это называется квазистационарным. Условие квазистационарности будет сформулировано в разделе 30. В этом случае количество выделяемого тепла можно рассчитать следующим образом:

    , (11.18)
    Где и — начальный и конечный моменты времени.

    Для постоянного тока тепловая мощность не зависит от времени, и интеграл в выражении (11.18) следует заменить произведением мощности и длительности рассматриваемого временного интервала.

    Закон Джоуля — Ленц
    можно также сформулировать в дифференциальной форме.
    Для этого необходимо принять в расчет насыпную плотность тепловой энергии по току .
    , то есть количество тепла, выделяемого в единицу времени в единице объема проводника

    . Используя соотношения (11.16) и (11.19), мы получаем локальную формулировку закона Джоуля-Ленца:

    . (11.20)
    Учитывая закон Ома (10.11), закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме также может быть записан как

    .(11.21)
    D Чтобы прояснить физический смысл формулы (11.20), введем в рассмотрение объемную плотность силы, действующей из электрического поля на свободные заряды

    Смещение под действием электрического поля зарядов в проводнике всегда происходит таким образом, что электрическое поле в проводнике исчезает и ток прекращается. Чтобы ток протекал в течение длительного времени, силы, отличные от сил электростатического поля, должны действовать на заряды в электрической цепи, такие силы называются внешними силами.

    Представьте внешнюю силу Fst, действующую на заряд q, в виде

    Природа внешних сил может быть разной. Источники постоянного тока могут быть основаны на химическом (гальванические элементы и батареи) или тепловом (термопары) воздействии. В гальванических элементах внешние силы возникают из-за энергии химических реакций между электродами и электролитами. Гальванические элементы и батареи преобразуют химическую энергию в электрическую. В генераторе внешние силы образуются за счет механической энергии вращения ротора генератора и т. Д.термопары преобразуют внутреннюю энергию в электрическую, а фотоэлементы преобразуют энергию света в электрическую.

    Электродвижущая сила (ЭДС) — скалярная физическая величина, которая характеризует работу внешних сил, то есть любых сил неэлектрического происхождения, действующих в квазистационарных цепях постоянного или переменного тока. В замкнутой проводящей цепи ЭДС равна работе этих сил по перемещению одного положительного заряда по всей цепи. По аналогии с электрическим полем они вводят понятие внешней силы \\ vec E_ (ex), которая понимается как векторная физическая величина, равная внешней силе, действующей на пробный электрический заряд на величину этого заряда.Тогда в замкнутом контуре L ЭДС будет равна:

    Теория Бора была важным шагом в развитии атомной физики и важным шагом в создании квантовой механики. Однако эта теория имеет внутренние противоречия (с одной стороны, она применяет законы классической физики, а с другой — основана на квантовых постулатах). В теории Бора рассматриваются спектры атома водорода и водородоподобных систем и вычисляются частоты спектральных линий, но эта теория не могла объяснить интенсивности спектральных линий и ответить на вопрос: почему происходят определенные переходы? ? Серьезным недостатком теории Бора была невозможность с ее помощью описать спектр атома гелия — одного из простейших атомов, следующих сразу за атомом водорода.

    Второй постулат Бора (правило частоты): когда электрон переходит с одной стационарной орбиты на другую, один фотон с энергией испускается (поглощается)

    ч E E, ν = n — м (19,6)

    , равной разности энергий соответствующих стационарных состояний (Еn и Еm — соответственно энергии стационарных состояний атома до и после излучения (поглощения)). Когда Em… n — его поглощение (переходного атома в состояние с большей энергией, т.е.е. переход электрона на более орбитальную орбиту). Набор возможных дискретных частот квантовых переходов v = (En -Em) / h определяет линейчатый спектр атома.

    Переменный ток (англ. Alternatingcurrent) — электрический ток, который изменяется со временем и величиной по направлению или, в конкретном случае, изменяется по величине, сохраняя свое направление в электрической цепи неизменным. Обозначение на электроприборах: \ Thicksim или \\ Thickapprox (знак синусоидальной волны), либо латинскими буквами AC.

    Обратный период называется частотой переменный ток:

    частота переменного тока;

    Период переменного тока.

    Если на концах любого провода AB создать разность потенциалов (рис. 5.16), в нем возникнет электрическое поле E̅.

    Под действием этого поля свободные заряженные частицы (в металлах это свободные электроны) будут двигаться в определенном направлении, не прекращая своего хаотического движения, создавая кратковременный ток.

    Однако на практике в подавляющем большинстве случаев необходимо длительное время наличия тока в проводниках.Для этого на концах провода разность потенциалов должна поддерживаться постоянной. Эту функцию в электрических цепях выполняют источники тока.

    Любой источник тока имеет два полюса: положительный и отрицательный. Источник, как и любой другой проводник, имеет сопротивление r, которое называется внутренним сопротивлением (рис. 5.17).

    На полюсах источника длительное время существует разность потенциалов. Но почему в этом случае ток не течет в самом источнике? На самом деле разность потенциалов существует на полюсах батареи для карманной лампы довольно долгое время, однако ток появляется только тогда, когда лампочка подключена к полюсам батареи.Очевидно, в источнике есть силы, которые пытаются поддерживать разность потенциалов на его полюсах, противодействуя электрическим силам, которые пытаются уравнять потенциалы на полюсах источника. Эти силы имеют неэлектрическое происхождение, поэтому называются сторонними.

    Рис. 5.17. Источник тока

    Внешние силы определяют разделение противоположно заряженных частиц в источнике и поддерживают определенную разность потенциалов на его полюсах.В гальванических элементах разделение заряженных частиц осуществляется за счет химической энергии, в термогенераторах — за счет тепловой энергии и т. Д.

    Таким образом, внешние силы внутри источника тока создают электрическое поле, которое называется полем внешних сил . Напряженность такого поля E ст. можно измерить силой, действующей на заряженные частицы с общим зарядом в одну единицу. Материал с сайта

    E Арт. = F Арт. / q.

    Очевидно, что напряженности поля сторонних сил и электрические силы в источнике имеют противоположные направления.Если внешняя часть цепи источника разомкнута, то силы обоих полей в источнике одинаковы, и в источнике нет тока.

    Когда внешняя часть цепи источника разомкнута, напряженность поля внешних сил и электрических сил в источнике одинакова по величине и противоположна по направлению, поэтому они компенсируют друг друга.

    Таким образом, роль источника сводится к разделению противоположно заряженных частиц и их накоплению на полюсах источника.

    Electric Power — The Physics Hypertextbook

    Обсуждение

    Джеймс Джоуль (1818–1889) Англия проверил закон Ома и определил, что тепло, передаваемое проводником, прямо пропорционально его сопротивлению и квадрату тока, проходящего через него.

    Таким образом, мы видим, что когда ток гальванического электричества распространяется по металлическому проводнику, тепло, выделяемое за данный момент времени, пропорционально сопротивлению проводника, умноженному на квадрат электрической напряженности.

    Джеймс Прескотт Джоуль, 1841

    Электроэнергия из определения мощности. Умножьте на единицу и замените переменные в знаменателе. Посмотрите, что это нам дает.

    P = Вт = Вт q = Вт q = VI
    т т q q т

    Это исходное определение ватта как единицы мощности.

    Другая единица, которую я бы предложил добавить в список, — это мощность. Мощность, передаваемая током ампера через разность потенциалов в вольт, является единицей, соответствующей практической системе. Его уместно назвать ваттом в честь великого ума механиков Джеймса Ватта. Он был первым, кто имел четкое физическое представление о силе и дал рациональный метод ее измерения. Таким образом, ватт выражает мощность усилителя, умноженную на вольт, в то время как мощность в лошадиных силах составляет 746 ватт, а мощность — 735.

    Карл Вильгельм Сименс, 1882

    Лошадиная сила — это единица измерения мощности, изобретенная Джеймсом Ваттом. Cheval de vapeur (буквально «конь пара») — это французское название того, что на английском языке часто называют метрической мощностью. Интересно, что французы называют лошадиные силы Джеймса Ватта le cheval-vapeur britannique.

    Мощность по току. Снимаем напряжение подстановкой из закона Ома.

    P = VI = (IR) I = I 2 R

    Мощность по напряжению.Убрать ток по закону Ома.

    P = VI = V В = В 2
    R R

    Вкратце…

    Потребительские дела…

    Часть счета за электроэнергию бытовым потребителем. Коммунальные предприятия продают электроэнергию по киловатт-часам; блок, упрощающий расчет эксплуатационных расходов на электрические устройства. Энергия, потребляемая во время этого конкретного цикла выставления счетов, была довольно небольшой (по сравнению с аналогичными потребителями), но ставка, взимаемая этим коммунальным предприятием, примерно вдвое превышала средний показатель по США в 2000 году.

    Обычные (на основе меди) кабели могут передавать мощность (от 40 до 600 МВт) при высоком напряжении (от 40 до 345 кВ)

    Увеличить

    Аналогичный счет от 2015 года.

    Потеря линии

    P потеря = I 2 нагрузка R строка =

    P нагрузка 2

    R строка
    В линия

    и доля потерь.