Изучая применение электрического тока, нужно уметь вычислять количество электроэнергии, которое расходуется на то или иное действие нагревание воды в




Скачать 69,46 Kb.
НазваниеИзучая применение электрического тока, нужно уметь вычислять количество электроэнергии, которое расходуется на то или иное действие нагревание воды в
Дата публикации17.06.2013
Размер69,46 Kb.
ТипДокументы
pochit.ru > Математика > Документы
Работа тока

Изучая применение электрического тока, нужно уметь вычислять количество электроэнергии, которое расходуется на то или иное действие – нагревание воды в электрочайнике, подъём лифта и т.п. Поэтому выведем формулу для удобного подсчёта работы тока. На предыдущем занятии мы узнали формулу:

P = I · U

Однако из 7-го класса мы знаем другую формулу для мощности:

N = A / t
В левых частях равенств стоят разные символы, но они обозначают одну и ту же физическую величину – мощность. Следовательно, правые части формул можно приравнять: I · U = A / t . Выразим работу:



A – работа тока, Дж

I – сила тока, А

U – электрическое напряжение, В

t – время прохождения тока, с

По этой формуле вычисляется работа тока или, что то же самое, израсходованная электроэнергия. Поясним, что эти термины – синонимы.
Когда в цепи появляется источник электрической энергии, его электрическое поле приводит в движение заряженные частицы внутри проводника (электроны и/или ионы), и их энергия возрастает. Сумма энергий всех частиц тела является внутренней энергией тела, значит, внутренняя энергия проводника в момент возникновения в нём тока возрастает. Согласно I закону термодинамики, внутренняя энергия может расходоваться на теплопередачу или совершение механической работы. Но, расходуясь, она постоянно пополняется за счёт энергии источника тока.
Прохождение тока по проводнику – работа тока – всегда сопровождается действиями тока. При этом обязательно происходит превращение электроэнергии в другие виды энергии: тепловую (например, утюг, чайник), механическую (например, пылесос, вентилятор) и так далее. Поэтому под выражением «ток совершает работу» мы будем понимать превращение электроэнергии в другие виды энергии. В таком случае работа тока и израсходованная электроэнергия – выражения-синонимы.
Для измерения потреблённой электроэнергии служат специальные измерительные приборы – счётчики электроэнергии.
Для учёта потреблённой электроэнергии вместо джоуля используется более крупная единица работы – киловатт-час (обозначение: 1 кВт·ч). Например, счётчик на рисунке показывает значение 254,7 кВт·ч. Это может означать, например, что за всё время учёта потребитель мощностью 254,7 кВт работал 1 час или что потребитель мощностью 2547 Вт работал 100 часов (и так далее, соблюдая пропорцию).

Найдём связь этой единицы работы с более привычной единицей для её измерения – джоулем.



1 кВт · ч = 1000 Вт · 60 мин =

= 1000 Дж/с · 3600 с = 3 600 000 (Дж/с)·с =

= 3 600 000 Дж = 3,6 МДж
Итак, 1 кВт·ч = 3,6 МДж.

Формула A = I U t поможет нам выяснить, в чём состоит физический смысл величины «электрическое напряжение». Выразим её из формулы.


Отсюда видно, что 1 вольт – это такое напряжение, при котором ток силой 1 ампер способен за 1 секунду производить 1 джоуль работы. Другими словами, электрическое напряжение показывает работу, которую ежесекундно совершают силы электрического поля для поддержания в цепи тока силой 1 ампер.
Кроме того, из формулы I = q / t следует, что q = I · t. Тогда:


Исходя из этой формулы, 1 вольт может рассматриваться и как такое напряжение, при котором работа сил электрического поля при перемещении по проводнику заряда в 1 Кл будет равна 1 Дж.
На основании всего рассуждения «под чертой» мы скажем, что электрическое напряжение является одной из характеристик электрического поля, перемещающего заряды по проводнику.
^ Закон Ома для участка цепи

Нам потребуются источник электроэнергии, реостат, амперметр, вольтметр и два резистора (две нихромовые спирали) с различными сопротивлениями.


Соберём цепь, как показано на рисунке слева или на схеме в конце параграфа. Будем передвигать ползунок реостата и поочерёдно установим несколько значений силы тока, например, 0,4 А, 0,6 А, 0,8 А, 1 А. При этом запишем показания амперметра и вольтметра в таблицу слева. Повторим опыт, заменив резистор, и дополним таблицу справа. Первый резистор Второй резистор

I, A 0,4 0,6 0,8 1,0 0,4 0,6 0,8 1,0

U, В 1,6 2,4 3,2 4,0 2,4 3,6 4,8 6,0

Поделив напряжение на силу тока, обнаружим закономерность:

R = U/I 4 4 4 4 6 6 6 6

Закономерность в том, что вне зависимости от значений напряжения и силы тока их частное остаётся постоянным для каждого резистора. Проверьте: после деления каждого числа строки (U, В) на расположенное над ним число строки (I, А) получаются одинаковые результаты во всех колонках левой половины таблицы: 4 В/А и во всех колонках правой половины таблицы: 6 В/А. Это показывает, что величина R является характеристикой не всей цепи, а именно её отдельного участка (резистора).
Заметим, что эта закономерность всегда справедлива для металлических проводников в твёрдом или жидком состоянии; для других проводников она справедлива не всегда. Однако величину R, равную отношению U/I , всегда называют электрическим сопротивлением проводника независимо от его материала и состояния, а единицу 1 В/А в физике называют 1 Ом:

1 Ом – сопротивление такого проводника, в котором возникнет ток 1 А, если на концах проводника создано напряжение 1 В.
Связь между величинами R, U, I обычно записывается в виде формулы, известной как закон Ома для участка цепи:

I – сила тока в участке цепи, А

U – приложенное напряжение, В

R – сопротивление участка цепи, Ом
Чтобы выяснить, как следует прочитать эту формулу, вспомним знания по алгебре о видах пропорциональности величин.


Из второй колонки следует, что при постоянном сопротивлении сила тока прямо пропорциональна напряжению, существующему на концах рассматриваемого участка цепи. Из первой колонки следует, что при постоянном напряжении сила тока обратно пропорциональна сопротивлению проводника.




С точки зрения математики формулу закона Ома можно записать и в такой форме: U = I R. Применим её для изучения цепи, изображённой на схеме. Это именно та цепь, с которой мы проводили опыт в начале параграфа.
Допустим, клеммы A и B присоединены к источнику с напряжением 10 В, однако вольтметр позволяет измерить напряжение не более 6 В (см. верхний рисунок). Поэтому нам нужно создать падение напряжения на реостате (то есть на участке 1-1) на 4 В или более. Как это сделать?
Чем правее мы сдвигаем ползунок, тем больше сопротивление реостата, и, согласно формуле U = I R , больше напряжение на реостате, которое и называют падением напряжения. В результате на резисторе (то есть на участке 2-2) напряжение снижается, что и требовалось получить.

^ Сопротивление соединений

В этой теме мы уже изучили много закономерностей: мы выяснили, как распределяются силы токов при последовательном и параллельном соединении проводников. В мы узнали закономерности распределения напряжений в этих соединениях. Опираясь на эти знания, а также на закон Ома для участка цепи, выведем формулы для расчёта сопротивлений проводников, соединённых последовательно и параллельно.

Последовательное соединение проводников Параллельное соединение проводников



Таким образом, мы получили формулы для расчёта сопротивления проводников, соединённых последовательно и параллельно:



Эти формулы читаются, сответственно, следующим образом:
Общее сопротивление последовательного соединения проводников равно сумме сопротивлений его отдельных участков.

Величина, обратная общему сопротивлению параллельного соединения проводников, равна сумме величин, обратных сопротивлениям его участков.

Рассмотрим формулу в левой рамке. Вы видите, что общее сопротивление складывается (суммируется) из отдельных сопротивлений. Поскольку сумма всегда больше любого из слагаемых, то при последовательном соединении проводников общее сопротивление соединения всегда больше сопротивления любого его участка. Например, соединение составлено из резисторов с сопротивлениями 4 Ом и 5 Ом, тогда общее сопротивление будет равно 9 Ом (то есть общее сопротивление больше большего).
Перейдём теперь к формуле в правой рамке. Используя знания по алгебре, можно прийти к выводу: при параллельном соединении проводников общее сопротивление соединения всегда меньше сопротивления любого его участка. Проверим это на конкретном примере с теми же сопротивлениями: 4 Ом и 5 Ом. Сделав вычисления по формуле, мы найдём, что общее сопротивление этих резисторов, соединённых параллельно, » 2,2 Ом (то есть общее сопротивление меньше меньшего).
Продолжим изучать физические закономерности математическими методами. Теперь выведем две дополнительные формулы, описывающие общее сопротивление одинаковых проводников.
Вообразим, к примеру, что пять одинаковых резисторов соединены последовательно. Тогда их общее сопротивление вычислится так:

Обобщая это на случай n проводников, получим, что их общее сопротивление увеличивается в n раз.
Снова вообразим для примера, что пять одинаковых резисторов соединнены параллельно. Тогда их общее сопротивление будет таково:



Из алгебры вы знаете, что если две величины равны друг другу, то и величины, обратные им, также равны. Приравняем их:

Обобщая это на случай n проводников, получим, что их общее сопротивление уменьшается в n раз.

Похожие:

Изучая применение электрического тока, нужно уметь вычислять количество электроэнергии, которое расходуется на то или иное действие нагревание воды в iconДействие электрического тока на организм
Смерть обычно наступает из-за остановки сердца, или дыхания, или  того  и другого
Изучая применение электрического тока, нужно уметь вычислять количество электроэнергии, которое расходуется на то или иное действие нагревание воды в iconЭлектротравма возникает при непосредственном или косвенном контакте...
Все патологические нарушения, вызванные электротравмой, можно объяснить непосредственным воздействием электрического тока при прохождении...
Изучая применение электрического тока, нужно уметь вычислять количество электроэнергии, которое расходуется на то или иное действие нагревание воды в iconИстория закона ома
В предыдущих исторических экскурсах было показано, как начинались исследования постоянного тока, как появился первый источник эдс,...
Изучая применение электрического тока, нужно уметь вычислять количество электроэнергии, которое расходуется на то или иное действие нагревание воды в iconПрактическое задание №1
В процессе консолидация можно: суммировать данные нескольких листов; вычислять произведение; вычислять такие статистические величины,...
Изучая применение электрического тока, нужно уметь вычислять количество электроэнергии, которое расходуется на то или иное действие нагревание воды в iconДействие магнитного поля на проводник с током. Электрический двигатель....

Изучая применение электрического тока, нужно уметь вычислять количество электроэнергии, которое расходуется на то или иное действие нагревание воды в iconФизиологическое действие электрического тока на человека
Ирма Ивановна Чиркова, учитель физики мбоу «Основная общеобразовательная школа №19», г. Ленинск-Кузнецкий
Изучая применение электрического тока, нужно уметь вычислять количество электроэнергии, которое расходуется на то или иное действие нагревание воды в iconРяды Маклорена для экспоненты, косинуса, синуса, степени и логарифма
Для того чтобы находить ряды Маклорена различных функций, нужно уметь вычислять их производные. Проще всего вычисляются производные...
Изучая применение электрического тока, нужно уметь вычислять количество электроэнергии, которое расходуется на то или иное действие нагревание воды в iconУрок-практикум по теме "Электрическая цепь и ее составные части. Действия электрического тока"
...
Изучая применение электрического тока, нужно уметь вычислять количество электроэнергии, которое расходуется на то или иное действие нагревание воды в iconЗаконы постоянного тока
Условия, необходимые для существования электрического тока: 1) наличие свободных заряженных частиц (проводника); 2) наличие в проводнике...
Изучая применение электрического тока, нужно уметь вычислять количество электроэнергии, которое расходуется на то или иное действие нагревание воды в iconКакие неблагоприятные последствия могут наступить вследствие поражения...
Вопрос №30. Как именно нужно освобождать человека от действия электрического тока?
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2019
контакты
pochit.ru
Главная страница