Закон Джоуля-Ленца
1-й семестр
ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ ЯВИЩА
2. Електричний струм
Урок 21/27
Тема. Закон Джоуля-Ленца
Мета уроку: з’ясувати характер залежності між енергією, що виділяється на ділянці кола, електричним струмом та опором цієї ділянки кола.
Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.
План уроку
Контроль знань | 5 хв. | 1. Як на практиці можна визначити роботу електричного струму в колі? Які для цього потрібні прилади? 2. Дві однакові лампочки, розраховані на напругу 6,3 В, 3. Що таке потужність електричного струму? У яких одиницях вона вимірюється? |
Демонстрації | 5 хв. | 1. Нагрівання провідників із різних речовин електричним струмом. 2. Будова і принцип дії електронагрівальних приладів. 3. Коротке замикання. Запобіжники |
Вивчення нового матеріалу | 27 хв. | 1. Теплова дія електричного струму. 2. Закон Джоуля-Ленца. 3. Застосування теплової дії електричного струму |
Закріплення | 8 хв. | 1. Контрольні питання. 2. Учимося розв’язувати задачі |
ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ
1. Теплова дія електричного струму
Учням уже відомо, що в провіднику під час протікання струму відбувається перетворення електричної енергії на внутрішню й провідник нагрівається. Вони неодноразово спостерігали теплову дію струму в побутових приладах. На досліді з лампою розжарення учні переконалися, що розжарення лампи зростало під час збільшення струму. Але нагрівання провідників залежить не тільки від сили струму, але й від опору провідників. З цією метою корисно поставити дослід, що показує теплову дію струму в колі, що складається з трьох послідовно з’єднаних провідників різного опору: мідного, сталевого й нікелінового. Струм у всіх послідовно з’єднаних провідниках однаковий. Кількість же теплоти, що виділяється, в провідниках різна. З досліду можна зробити висновок:
O при послідовному з’єднанні провідників нагрівання провідників залежить від їхнього опору. Чим більший опір провідника, тим більше він нагрівається.
2. Закон Джоуля-Ленца
Учні знають уже формулу для роботи А = UIt. Крім того, їм відомо, що в нерухомих провідниках уся робота струму йде лише на нагрівання провідників, тобто на те, щоб збільшити їхню внутрішню енергію. Отже, кількість теплоти Q = А = IUt. Із закону Ома для ділянки кола U = IR. З урахуванням цього одержуємо: Q = І2Rt.
Закон, що кількісно описує теплову дію струму, дослідним шляхом установив англійський фізик Джеймс Джоуль 1841 року і незалежно від нього російський учений Емілій Ленц 1842 року. Він називається законом Джоуля-Ленца й читається так:
O кількість теплоти, що виділяється провідником зі струмом, прямо пропорційно квадрату сили струму, опору провідника і часу проходження по ньому струму.
Необхідно визначити, що формули 
не ідентичні. Річ у тім, що перша формула завжди визначає перетворення електричної енергії на внутрішню, тобто кількість теплоти. За іншими формулами у загальному випадку визначають витрату електричної енергії, що йде як на нагрівання, так і на виконання механічної роботи. Для нерухомих провідників ці формули збігаються.
3. Застосування теплової дії електричного струму
Прилади, що використовують теплову дію струму, дуже різноманітні. Важко уявити сучасне життя без електроплиток, електро – чайників, прасок, фенів, паяльників тощо.
Зупинімося лише на кількох прикладах теплової дії струму:
А) електричні лампи розжарення;
Б) електричні нагрівальні прилади;
В) коротке замикання;
Г) плавкі запобіжники.
Особливу увагу на уроці варто приділити розгляду питань про коротке замикання, про призначення й будову запобіжників.
До розуміння питання про коротке замикання учні вже достатньо підготовлені. Їм уже зазначалося, що електричні кола розраховані на визначену силу струму. Якщо опір кола з якихось причин зменшиться, то сила струму зросте й може стати більше допустимої. Звичайно, при цьому будуть нагріватися проводи, можливе загоряння ізоляції проводів і навіть розплавлення проводів. Таке зменшення опору кола може виникнути при ввімкненні паралельно додаткових споживачів. При короткому замиканні струм може досягти дуже високих показників, внаслідок чого можливою є небезпека виникнення пожежі. Уникнути цього допомагають запобіжники.
Учитель повинен наполегливо роз’яснювати учням неприпустимість заміни запобіжників “дротиком” (“жучком”), тому що це може призвести до загоряння проводів.
Будову й застосування різних нагрівальних приладів, на жаль, не вдається досить докладно розібрати на уроці через брак часу. Тому доцільно зазначеним питанням присвятити спеціальний позакласний захід, на якому:
– по-перше, можна показати фрагменти відеофільмів:
– “З історії електричного освітлення”;
– “Електрика служить людям”;
– “Працює електричний струм”;
– по-друге, заслухати доповіді учнів:
– “Перше електричне освітлення свічами П. Н. Яблочкова”;
– “Лампи розжарення й історія їх винаходу”.
Питання до учнів у ході викладу нового матеріалу
– Чому при проходженні електричного струму провідник нагрівається?
– З якого матеріалу необхідно виготовляти спіралі для лампочок розжарення?
– Наведіть приклади використання теплової дії струму в побуті?
– Якими властивостями має володіти метал, з якого виготовляють спіралі нагрівальних елементів?
ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ
1. Якісні питання
1) Два дроти однакових довжини та перерізу – залізний і мідний – з’єднані послідовно. У якому з них виділиться більша кількість теплоти?
2) Два дроти однакових довжини та перерізу – залізний і мідний – з’єднані паралельно. У якому з них виділиться більша кількість теплоти?
3) Спіраль електричної плитки вкоротили. Як зміниться кількість теплоти, що виділяється в ній, якщо плитку ввімкнути до мережі з тією самою напругою?
2. Учимося розв’язувати задачі
1) Яка кількість теплоти виділиться протягом години в провіднику опором 10 Ом за сили струму 2 А?
2) Визначте кількість теплоти, що дає електроприлад потужністю 2 кВт за 10 хв. роботи?
3) З якого матеріалу виготовлена спіраль нагрівного елемента, потужність якого 480 Вт, якщо його довжина дорівнює 16 м, переріз 0,24 мм2 і напруга в мережі 120 В?
4) Дві лампи потужністю 40 Вт і 60 Вт, розраховані на однакову напругу, ввімкнені в мережу з тією самою напругою послідовно. Які потужності вони споживають?
Що ми дізналися на уроці
– Нагрівання провідників залежить від їхнього опору. Чим більший опір провідника, тим більше він нагрівається.
– Закон Джоуля-Ленца: кількість теплоти, що виділяється провідником зі струмом, прямо пропорційно квадрату сили струму, опору провідника і часу проходження по ньому струму.
Q = І2Rt.
Домашнє завдання
1. Підр.: §§ 16, 17.
2. Зб.:
Рів1 – № 10.7; 10.8; 10.17; 10.19; 10.20.
Рів2 – № 10.30; 10.32; 10.33; 10.34, 10.35.
Рів3 – № 10.42, 10.46; 10.47; 10.48; 10.50.
3. Д.: підготуватися до самостійної роботи № 10.
Задачі із самостійної роботи № 10
“Робота і потужність електричного струму. Закон Джоуля-Ленца”
Середній рівень
1. При проходженні через провідник 40 Кл електрики струмом була виконана робота 200 Дж. Яка напруга була прикладена до цього провідника?
2. Яка кількість теплоти виділиться за 1 год. у реостаті, опір якого 100 Ом, за сили струму в колі 2 А?
Достатній рівень
1. В електроприладі за 45 хв. струмом 5 А виконана робота 162 кДж. Визначте опір приладу.
2. Два резистори опором 6 і 10 Ом ввімкнені в коло послідовно. Яка кількість теплоти виділиться в кожному резисторі за 2 хв., якщо напруга на другому дорівнює 20 В?
Високий рівень
1. а) Наявні дві лампи потужністю 60 Вт і 100 Вт, розраховані на напругу 220 В. Яка з них буде горіти яскравіше при ввімкненні в освітлювальну мережу?
Б) Дві лампи потужністю 40 Вт і 60 Вт, розраховані на однакову напругу, ввімкнені в мережу з тією же напругою послідовно. Які потужності вони споживають?
2. а) Дві однакові лампочки, розраховані на напругу 6,3 В, ввімкнені в електричне коло. Одна лампочка світила 1 хв., інша – 2 хв. У якій лампочці робота електричного струму була більшою? Чому?
Б) Визначте, на яку напругу розрахований електрокип’ятильник, що за 5 хв. нагріває 0,2 кг води від 14 °С до кипіння, за умови, що по його обмотці протікає струм 2 А. Втратами енергії знехтувати.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)
Loading...