При прохождении тока в цепи электрическое поле совершает работу по перемещению заряда. В этом случае работу электрического поля называют работой электрического тока.
При прохождении заряда (q) по участку цепи электрическое поле будет совершать работу: (A=qcdot U), где (U) — напряжение электрического поля, (A) — работа, совершаемая силами электрического поля по перемещению заряда (q) из одной точки в другую.
Для выражения любой из этих величин можно использовать приведённый ниже рисунок.
Рис. (1). Зависимость между работой, напряжением и зарядом
Количество заряда, прошедшее по участку цепи, пропорционально силе тока и времени прохождения заряда:
q=I⋅t
.
Работа электрического тока на участке цепи пропорциональна напряжению на её концах и количеству заряда, проходящего по этому участку:
A=U⋅q
.
Работа электрического тока на участке цепи пропорциональна силе тока, времени прохождения заряда и напряжению на концах участка цепи:
A=U⋅I⋅t
.
Чтобы выразить любую из величин из данной формулы, можно воспользоваться рисунком.
Рис. (2). Зависимость между работой, силой тока и временем прохождения заряда
Единицы измерения величин:
работа электрического тока ([A]=1) Дж;
напряжение на участке цепи ([U]=1) В;
сила тока, проходящего по участку ([I]=1) А;
время прохождения заряда (тока) ([t]=1) с.
Для измерения работы электрического тока нужны вольтметр, амперметр и часы. Например, для определения работы, которую совершает электрический ток, проходя по спирали лампы накаливания, необходимо собрать цепь, изображённую на рисунке. Вольтметром измеряется напряжение на лампе, амперметром — сила тока в ней. А при помощи часов (секундомера) засекается время горения лампы.
Рис. (3). Схема и часы для измерения
Например:
I = 1,2 АU = 5 Вt = 1,5 мин = 90 сА = U⋅I⋅t = 5⋅1,2⋅90 = 540 Дж
Обрати внимание!
Работа чаще всего выражается в килоджоулях или мегаджоулях.
(1) кДж = 1000 Дж или (1) Дж = (0,001) кДж;
(1) МДж = 1000000 Дж или (1) Дж = (0,000001) МДж.
Для потребителей электрической энергии существуют приборы, позволяющие в пределах ошибки измерения получать числовые данные о ее расходе в единицу времени.
Рис. (4). Электросчетчик
Механическая мощность численно равна работе, совершённой телом в единицу времени:
N = Аt
. Чтобы найти мощность электрического тока, надо поступить точно также, т.е. работу тока,
A=U⋅I⋅t
, разделить на время.
Мощность электрического тока обозначают буквой (Р):
. Таким образом:
Мощность электрического тока равна произведению напряжения на силу тока:
P=U⋅I
.
Из этой формулы можно определить и другие физические величины.
Для удобства можно использовать приведённый ниже рисунок.
Рис. (5). Зависимость между мощностью, напряжением и силой тока
За единицу мощности принят ватт: (1) Вт = (1) Дж/с.
Из формулы
P=U⋅I
следует, что
(1) ватт = (1) вольт ∙ (1) ампер, или (1) Вт = (1) В ∙ А.
Обрати внимание!
Используют также единицы мощности, кратные ватту: гектоватт (гВт), киловатт (кВт), мегаватт (МВт).
(1) гВт = (100) Вт или (1) Вт = (0,01) гВт;
(1) кВт = (1000) Вт или (1) Вт = (0,001) кВт;
(1) МВт = (1 000 000) Вт или (1) Вт = (0,000001) МВт.
Пример:
Измерим силу тока в цепи с помощью амперметра, а напряжение на участке — с помощью вольтметра.
Рис. (6). Схема
Так как мощность тока прямо пропорциональна напряжению и силе тока, протекающего через лампочку, то перемножим их значения:
.
Ваттметры измеряют мощность электрического тока, протекающего через прибор. По своему назначению и техническим характеристикам ваттметры разнообразны.
В зависимости от сферы применения у них различаются пределы измерения.
|
Аналоговый ваттметр |
Аналоговый ваттметр |
Аналоговый ваттметр |
Цифровой ваттметр |
|
|
|
|
|
Рис. (7). Приборы для измерения
Подключим к цепи по очереди две лампочки накаливания, сначала одну, затем другую и измерим силу тока в каждой из них. Она будет разной.
Рис. (8). Лампы различной мощности в цепи
Сила тока в лампочке мощностью (25) ватт будет составлять (0,1) А. Лампочка мощностью (100) ватт потребляет ток в четыре раза больше — (0,4) А. Напряжение в этом эксперименте неизменно и равно (220) В. Легко можно заметить, что лампочка в (100) ватт светится гораздо ярче, чем (25)-ваттовая лампочка. Это происходит оттого, что её мощность больше. Лампочка, мощность которой в (4) раза больше, потребляет в (4) раза больше тока. Значит:
Обрати внимание!
Мощность прямо пропорциональна силе тока.
Что произойдёт, если одну и ту же лампочку подсоединить к источникам различного напряжения? В данном случае используется напряжение (110) В и (220) В.
Рис. (8). Лампа, подключенная к источнику тока с различным напряжением
Можно заметить, что при большем напряжении лампочка светится ярче, значит, в этом случае её мощность будет больше. Следовательно:
Обрати внимание!
Мощность зависит от напряжения.
Рассчитаем мощность лампочки в каждом случае:
| I=0,2АU=110ВP=U⋅I=110⋅0,2=22Вт | I=0,4АU=220ВP=U⋅I=220⋅0,4=88Вт. |
Можно сделать вывод о том, что при увеличении напряжения в (2) раза мощность увеличивается в (4) раза.
Не следует путать эту мощность с номинальной мощностью лампы (мощность, на которую рассчитана лампа). Номинальная мощность лампы (а соответственно, ток через нить накала и её расчётное сопротивление) указывается только для номинального напряжения лампы (указано на баллоне, цоколе или упаковке).
Рис. (9). Маркировка
В таблице дана мощность, потребляемая различными приборами и устройствами:
Таблица (1). Мощность различных приборов
|
Название |
Рисунок |
Мощность |
| Калькулятор |
|
(0,001) Вт |
| Лампы дневного света |
|
(15 — 80) Вт |
| Лампы накаливания |
|
(25 — 5000) Вт |
| Компьютер |
|
(200 — 450) Вт |
| Электрический чайник |
|
(650 — 3100) Вт |
| Пылесос |
|
(1500 — 3000) Вт |
| Стиральная машина |
|
(2000 — 4000) Вт |
| Трамвай |
|
(150 000 — 240000) Вт |
Источники:
Рис. 1. Зависимость между работой, напряжением и зарядом. © ЯКласс.
Рис. 3. Схема и часы для измерения. © ЯКласс.
Рис. 5. Зависимость между мощностью, напряжением и силой тока. © ЯКласс.
Рис. 6. Схема. © ЯКласс.
Таблица 1. Мощность различных приборов. Компьютер. Указание авторства не требуется, 2021-08-14, Pixabay License, https://pixabay.com/ru/photos/яблоко-стул-компьютер-1834328/.
Для школьников.
При прохождении тока по проводнику совершается работа, её совершают электрические силы (или электрическое поле). Кратко эту работу называют работой тока.
Рассматривая участок цепи, по которому проходит ток, получим следующее выражение для работы тока:
Работа тока равна произведению напряжения между концами участка на протекающий ток и время его протекания.
В случае, если участок цепи однородный (не содержит источника тока), то
тогда получим ещё две формулы для работы тока:
Если ток проходит через неподвижный проводник, то единственным результатом работы тока является его нагревание. Тогда количество выделившейся теплоты
Это запись закона Джоуля – Ленца.
Если кроме нагревания ток совершает ещё механическую работу, например, приводя в действие электродвигатель (мотор), то работа
лишь частично переходит в тепло.
В этом случае работа тока больше количества выделившейся теплоты, но закон Джоуля – Ленца выполняется.
Работа, совершаемая током в единицу времени, называется мощностью тока:
Единицей мощности тока является 1 Вт:
1 Вт – мощность выделяемая током 1 А в проводнике, между концами которого поддерживается напряжение 1 В.
Основная формула мощности для участка цепи:
Мощность постоянного тока на любом участке цепи выражается произведением силы тока на напряжение между концами участка цепи.
Так как для однородного участка цепи
то мощность можно найти ещё по формулам:
Обычно говорят не о работе, а о потребляемой из сети некоторым прибором (электроплитка, лампочки и др.) или двигателем (мотором) мощности электрического тока. Говоря о мощности (например, электродвигателя), отмечают, что работа двигателя совершается за счёт тока.
На приборах часто отмечается потребляемая ими мощность – мощность, необходимая для нормальной работы этого прибора.
Прежде поговорим об электрических лампочках, в работе которых применяется тепловое действие тока.
Всем знакомая лампа накаливания представляет собой стеклянный баллон с откачанным воздухом, в который вмонтирована спиральная вольфрамовая нить. Через металлический цоколь концы нити соединяются с проводами осветительной сети.
Нагреваясь до очень высокой температуры (до белого каления), нить лампы становится источником света.
На лампе указывается потребляемая ею мощность и напряжение, на которое она рассчитана.
Поставим себе ВОПРОСЫ и ответим на них.
Вопрос 1:
Какое количество теплоты выделяется лампой мощностью 100 Вт за секунду?
Ответ: 100 Дж.
Вопрос 2:
Какое сопротивление имеет нить лампы мощностью 100 Вт, рассчитанная на напряжение 220 В, и какой ток она потребляет?
Ответ: Воспользуемся формулами для мощности:
Сопротивление лампы найдём, разделив квадрат напряжения(на которое лампа рассчитана) на мощность лампы. Получается, что сопротивление нити лампы равно 484 Ом. Ток, протекающий по нити лампы найдём из первого равенства, то есть лампа потребляет ток 0,45 А.
Вопрос 3:
Можно ли включить последовательно две лампы одинаковой мощности, рассчитанные на 110 В, в сеть с напряжением 220 В?
Ответ: Так как лампы имеют одинаковые мощности и рассчитаны на одинаковое напряжение, то они имеют и одинаковые сопротивления. Общее напряжение 220 В распределится между ними поровну, и на каждую лампу придётся напряжение 110 В, на которое они и рассчитаны. Таким образом, лампы последовательно включить можно. При этом они будут “гореть полным накалом”.
Вопрос 4:
Что произойдёт, если в сеть с напряжением 220 В включить последовательно две лампы рассчитанные на одинаковое напряжение (110 В), но имеющие разные мощности, например 40 Вт и 100 Вт?
Ответ: Сопротивление нити каждой лампы находится через отношение квадрата напряжения, на которое она рассчитана, к мощности лампы.
Обе лампы рассчитаны на одинаковое напряжение, значит более мощная лампа (100 Вт) имеет меньшее сопротивление.
Ток через лампы идёт один и тот же, тогда согласно формуле
напряжение на более мощной лампе будет меньше, чем на менее мощной лампе.
Надо ориентироваться на расчётное напряжения ламп (в нашем случае это 110 В).
Если напряжение на лампе окажется меньше 110 В, то она будет гореть тускло (с недокалом). В данном случае это относится к лампе мощностью 100 Вт. Лампа же мощностью 40 Вт будет гореть ярко (с перекалом) и быстро перегорит. Вывод: лампы разной мощности последовательно включать нельзя.
Итак, работа ламп накаливания основана на тепловом действии света, то есть на превращении электрической энергии в тепло и свет.
Природа тепла и света одна – это электромагнитные волны. Наш глаз воспринимает их как свет только в узком диапазоне длин волн, а в широком диапазоне длин волн ощущаем их как тепло.
Это значит, что при освещении помещений лампами накаливания значительная часть энергии теряется в виде тепла.
Существуют более экономичные осветительные приборы – это люминесцентные и светодиодные лампы. Они работают не на тепловом действии тока, принцип их работы совсем другой. О принципе работы люминесцентных ламп кратко будет сказано в теме “Электрический ток в газах”, а о принципе работы светодиодных ламп – в теме “Электрический ток в полупроводниках”.
Вернёмся к тепловому действию тока.
Ответьте на такой вопрос: Сколько тепла выделяется в утюге за секунду, если сопротивление утюга, работающего от сети с напряжением 220 В, равно 1210 Ом? Ответ: 403 Дж.
Подумайте над решением следующих задач:
Ответ: 40 Ом.
Ответ: 484 Вт; 968 Вт; 242 Вт.
К.В. Рулёва, к. ф.-м. н., доцент. Подписывайтесь на канал. Ставьте лайки. Пишите комментарии. Спасибо.
Предыдущая запись: Работа тока. Объяснение теплового действия тока электронной теорией.
Следующая запись: Полезная мощность. Полная мощность.
Ссылки на занятия до электростатики даны в Занятии 1.
Ссылки на занятия (статьи), начиная с электростатики, даны в конце Занятия 45.
Ссылки на занятия (статьи), начиная с теплового действия тока, даны в конце Занятия 58.
Порядок выполнения лабораторной работы №8
(Оформление смотри в документе страницей ниже )
На двойном листе в клетку записать тему, цель работы, приборы и материалы, ход работы.
Слова не сокращать, на полях не писать, на полях записать только дату – 14.04.
Оформлять аккуратно, схему и таблицу чертить карандашом по линейке.
1. Посмотреть видео (или рис.1) и определить цену деления амперметра и вольтметра, записать.
Цена деления шкалы прибора: найти разницу между значениями двух соседних числовых меток (А и Б) шкалы (из большего вычесть меньшее значение) и разделить на количество делений между ними (n). С = (Б — А) / n
рис.1
2
. Чтобы определить мощность и работу тока в лампе, решим задачу, оформив её: (значения U и I берем согласно показаниям вольтметра и амперметра (см. рис.1), время измерений 2 мин). Формулы смотри в изученных ранее §50,51
В решении задачи начертим схему цепи (рис.3), собранной согласно видео (или рис.2).
рис.2 рис.3
3.Занесём полученные результаты в таблицу:
4. Обратите внимание на указанные на цоколе лампы номинальные напряжение и силу тока: U=3,5 В и I=0,26 А. Выпишите их и рассчитайте номинальную мощность: Pн= Uн * Iн
Проверьте, совпадает ли полученное вами по результатам эксперимента значение мощности с номинальной мощностью. Если значения не совпадают, объясните причину несовпадения.
(Экспериментальное значение мощности может не совпадать с номинальным значением, т.к. в процессе эксплуатации лампа теряет часть своей мощности или это может быть результатом погрешности измерений.)
5. Сделаем вывод, исходя из цели работы. ОФОРМЛЕНИЕ:
Лабораторная работа №8
Измерение мощности и работы тока в электрической лампе.
Цель работы: научиться определять мощность и работу тока в лампе, используя амперметр, вольтметр и часы.
Приборы и материалы: источник питания, низковольтная лампа на подставке, вольтметр, амперметр, ключ, соединительные провода, секундомер.
Ход работы.
1. Цена деления амперметра: СА= … А
Цена деления вольтметра: СV= … В
2.
|
|
|
3.Результаты:
4. Номинальные значения напряжения и силы тока на корпусе лампы: Uн =3,5 В и Iн =0,26 А.
Pн = … Вт
Вывод:
Конспект по физике для 8 класса «Мощность электрического тока». Как вычислить мощность электрического тока. Как зависит мощность электроприборов от способа их включения в цепь.
Конспекты по физике Учебник физики Тесты по физике
Мощность электрического тока
В обыденной жизни нередко нам приходится менять электрические лампочки в люстрах или настольных лампах. При этом возникает вопрос: какую лампочку выбрать? Как известно, лампочки различаются не только по своему внешнему виду и устройству, но и по такому важному параметру, как мощность.
МОЩНОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА
Действие тока характеризуется не только работой, но и мощностью. Из курса физики 7 класса вы знаете, что мощность равна отношению совершённой работы ко времени, в течение которого эта работа была совершена. Мощность в механике принято обозначать буквой N, электрическая мощность обозначается буквой Р. По аналогии с механикой электрическая мощность — это физическая величина, характеризующая быстроту совершения работы электрическим током: P = A/t
Но работа тока равна произведению напряжения на силу тока и на время его протекания: А = Ult. Поэтому мощность тока равна:
Таким образом, мощность электрического тока равна произведению напряжения на силу тока в цепи:
Р = UI. (1)
ЕДИНИЦЫ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА
За единицу мощности принят ватт (1 Вт): 1 Вт = 1 В • 1 А.
Зная мощность электрического тока, легко определить работу тока за заданный промежуток времени: А = Pt.
Единицей работы электрического тока является джоуль (1 Дж): 1 Дж = 1 Вт • 1 с.
Эту единицу работы неудобно использовать на практике, так как работа тока совершается в течение длительного времени (несколько часов и более). Поэтому часто используется внесистемная единица работы: ватт-час (Вт • ч) или киловатт-час (кВт • ч):
ЗАВИСИМОСТЬ МОЩНОСТИ ОТ СПОСОБА ПОДКЛЮЧЕНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ТОКА
Мы знаем, что для настольной лампы чаще всего используются лампочки 25—60 Вт, поскольку они дают достаточно света при включении в сеть, а лампы мощностью 150—200 Вт используют для освещения больших пространств, подъездов, улиц.
Однако всегда ли лампочка большей мощности будет гореть ярче лампы, имеющей меньшую мощность? Для ответа на поставленный вопрос решим следующую задачу. Пусть имеются две лампочки, рассчитанные на напряжение не больше чем 6 В, но различающиеся по мощности (одна лампочка имеет мощность 3 Вт, а другая — 1,8 Вт). Какая из ламп будет гореть более ярко при их включении в цепь двумя способами — параллельно и последовательно? Напряжение источника тока в цепи равно в обоих случаях 6 В.
Обозначим мощность первой лампочки (номинальная мощность) Р1ном = 3 Вт, а мощность второй лампочки P2ном = 1,8 Вт. Чем объяснить, что лампочка в 1,8 Вт при последовательном соединение горит ярче лампы в 3 Вт?
Из формулы (1) с учётом закона Ома нетрудно получить другое выражение для мощности:
Р = U2/R (2)
Из формулы (2) находим сопротивление каждой лампочки: R1 = 12 Ом, R2 = 20 Ом. При последовательном соединении ламп сила тока, протекающего через них, одинакова: I1 = I2 = I. Поэтому тепловая мощность каждой лампы будет отличной от номинальной: Р1 = l2R1, Р2 = l2R2.
Поскольку R2 > R1 то Р2 > Р1, т. е. лампа, рассчитанная на мощность 1,8 Вт, будет гореть ярче, чем лампа, рассчитанная на мощность 3 Вт.
При параллельном соединении ламп наблюдается другая картина. В этом случае напряжение на каждой из ламп одинаково: U1 = U2 = U. При этом расчёт мощности нужно проводить по формуле (2). Отсюда следует, что лампа, рассчитанная на мощность 3 Вт, будет гореть ярче лампы, рассчитанной на мощность 1,8 Вт.
Атмосферные электрические заряды (молнии) могут иметь напряжение до 1 миллиарда вольт, а сила тока молнии может достигать 200 тысяч ампер. Время существования молнии оценивается от 0,1 до 1 с. Температура достигает б—10 тысяч градусов Цельсия.
Несложно посчитать, что мощность молнии при таких условиях равна 200 ГВт, а выделяемая энергия составляет около 200 ГДж.
Вы смотрели Конспект по физике для 8 класса «Мощность электрического тока».
Вернуться к Списку конспектов по физике (Оглавление).
Просмотров: 4 983
Описание презентации по отдельным слайдам:
-
1 слайд
Лабораторная работа №7
стр.175
-
2 слайд
Измерение мощности и работы тока в электрической лампе.
-
3 слайд
Цель работы: научиться определять мощность и работу тока в лампе, используя амперметр, вольтметр и часы.
-
4 слайд
источник питания,
низковольтная лампа на подставке,
ключ, амперметр, вольтметр, соединительные провода, секундомер (или часы с секундной стрелкой).
Приборы и материалы: -
-
6 слайд
ВНИМАНИЕ!!! Правила включения амперметра и Вольтметра в цепь:
нельзя присоединять амперметр к зажимам источника без какого-либо приемника тока, соединенного последовательно с амперметром. Можно испортить амперметр;
амперметр включают последовательно;
нельзя присоединять вольтметр последовательно с потребителями. Можно испортить вольтметр;
вольтметр включают параллельно;
«+» к «+»,«-» к «-»;
обязательно с нагрузкой;
определяем цену деления прибора, показания, предел измерения. -
7 слайд
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
Сила тока – очень важная характеристика электрической цепи. Работающим с электрическими цепями надо знать, что безопасной считается сила тока до 1мА, Более 100 мА – серьезные повреждения организма, приводящие даже к летальному исходу. -
8 слайд
Ход работы.
1. Соберите цепь, соединив последовательно источник питания, лампу, амперметр и ключ. Начертите схему цепи. -
9 слайд
Ход работы
2. Измерьте силу тока в цепи.
(замкните цепь и отметьте показания амперметра).
I =..…АВыход
-
10 слайд
Ход работы
3. К концам исследуемого проводника ( низковольтной лампе на подставке) присоедините вольтметр и измерьте напряжение на проводнике
U=…..ВВыход
-
11 слайд
Ход работы
4. Вычислите мощность тока в лампе.
Выход -
12 слайд
Ход работы
5. Заметьте время включения и выключения лампы. По времени её горения и мощности определите работу тока в лампе.
t = …с
Выход
[A] = 1 Дж = 1 В · А · с -
13 слайд
Ход работы
Результаты измерений занесите в таблицу.Выход
-
14 слайд
Ход работы
Выход
[P] = 1 Вт = 1 Дж/с
[A] = 1 Дж = 1 В · А · с -
15 слайд
Устройство лампы накаливания
1. Стеклянная колба
2. Спираль из вольфрама
3. Молибденовые держатели
4. Стеклянный или металлический штенгель
5. Вводы
6. Стеклянная лопатка
7. Цоколь
8. Носик
А.Н. Лодыгин (использовал вольфрамовую нить накала)
Томас Эдисон (в качестве нагревательного элемента использовал обугленные волокна бамбука) -
16 слайд
Ход работы
6. Проверьте, совпадает ли полученное значение мощности с мощностью, обозначенной на лампе. Если значения не совпадают, объясните причину этого.Выход
Iн =…А
Uн=…В -
-
18 слайд
Iн =0,26А
Uн=3,5В -
-
20 слайд
Домашнее задание
§50-55
Упражнение 24(2)
Упражнение 25(2,4)
Упражнение 26(1,2)
Задание 7
Задание 8
![Ход работы
Выход[P] = 1 Вт = 1 Дж/с[A] = 1 Дж = 1 В · А · с](https://documents.infourok.ru/0936e777-f736-4b19-a5fe-36eb0af39b26/0/slide_14.jpg "Ход работы
Выход[P] = 1 Вт = 1 Дж/с[A] = 1 Дж = 1 В · А · с")
