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,

ввімкнені в електричне коло. Одна лампочка світила 2 хв., інша – 3 хв. У якій лампочці робота електричного струму була більше?

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

вивченого матеріалу

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 Закон Джоуля Ленца 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 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (1 votes, average: 5.00 out of 5)
Loading...



Атлас-визначник рослин україни.
Ви зараз читаєте: Закон Джоуля-Ленца