Работа и мощность тока — справочник студента

Напряжение показывает, какую работу совершает электрическое поле при перемещении единичного положительного заряда из одной точки в другую.

U=Aq, где (U) — напряжение, (А) — работа тока, (q) — электрический заряд.

alt

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!

Оценим за полчаса!

Таким образом:

Напряжение на концах участка цепи численно равно работе, которая совершается при прохождении по этому участку электрического заряда в (1) Кл.

При прохождении по этому же участку электрического заряда, равного не (1) Кл, а, например, (10) Кл, совершённая работа будет в (10) раз больше.

Это означает, что, чтобы определить работу электрического тока на каком-либо участке цепи, надо напряжение на концах этого участка цепи умножить на электрический заряд, прошедший по нему: A=U⋅q.

Для выражения любой из величин можно использовать приведённые ниже рисунки.

Работа и мощность тока - Справочник студентаЭлектрический заряд, прошедший по участку цепи, можно определить, измерив силу тока и время его прохождения: q=I⋅t. Используя это соотношение и подставляя его в формулу A=U⋅q, получим формулу для нахождения работы электрического тока: A=U⋅I⋅t.

Работа электрического тока на участке цепи равна произведению напряжения на концах этого участка на силу тока и на время, в течение которого совершалась работа.

alt

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!
Читайте также:  Структура волевого действия - справочник студента

Оценим за полчаса!

Чтобы выразить любую из величин из данной формулы, можно воспользоваться рисунком.

Работа и мощность тока - Справочник студента

Как известно, работу измеряют в джоулях, напряжение — в вольтах, силу тока — в амперах, а время — в секундах.

Тогда  1 джоуль = 1 вольт · 1 ампер · 1 секунду, или 1 Дж = 1 В · А ·С.

Из вышесказанного следует, что 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.

Работа и мощность тока - Справочник студентаРабота и мощность тока - Справочник студента

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.

На практике работу электрического тока измеряют специальными приборами — счётчиками. Счётчики электроэнергии можно видеть в каждом доме.

Работа и мощность тока - Справочник студента

Из курса физики известно, что мощность численно равна работе, совершённой в единицу времени: N = Аt. Следовательно, чтобы найти мощность электрического тока, надо его работу, A=U⋅I⋅t, разделить на время.

В отличие от механической мощности мощность тока обозначают буквой (Р):

P=At=U⋅I⋅tt=U⋅I. Отсюда следует:

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 приведённые ниже рисунки.

Работа и мощность тока - Справочник студента

  • За единицу мощности принят ватт: (1) Вт = (1) Дж/с.
  • Из формулы P=U⋅I следует, что
  • (1) ватт = (1) вольт х (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.

Измерить мощность электрического тока можно с помощью вольтметра и амперметра.

Работа и мощность тока - Справочник студента

Чтобы вычислить искомую мощность, необходимо напряжение умножить на силу тока. Значение силы тока и напряжение определяют по показаниям приборов.

I=1,2АU=5ВP =U⋅I=5⋅1,2=6Вт.

Существуют специальные приборы — ваттметры, которые непосредственно измеряют мощность электрического тока в цепи. Они бывают аналоговые и цифровые. В зависимости от сферы применения у них различаются пределы измерения.

Аналоговый ваттметр Аналоговый ваттметр Аналоговый ваттметр Цифровой ваттметр
Работа и мощность тока - Справочник студента Работа и мощность тока - Справочник студента Работа и мощность тока - Справочник студента

Подключим к цепи по очереди две лампочки накаливания, сначала одну, затем другую и измерим силу тока в каждой из них. Она будет разной.

 

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.

  

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).

В таблице дана мощность, потребляемая различными приборами и устройствами:

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:

Пёрышкин А.В. Физика, 8 класс// ДРОФА, 2013.

http://уроки.мирфизики.рф/%d1%80%d0%b0%d0%b1%d0%be%d1%82%d0%b0-%d0%b8-%d0%bc%d0%be%d1%89%d0%bd%d0%be%d1%81%d1%82%d1%8c-%d1%8d%d0%bb%d0%b5%d0%ba%d1%82%d1%80%d0%b8%d1%87%d0%b5%d1%81%d0%ba%d0%be%d0%b3%d0%be-%d1%82%d0%be%d0%ba/

http://phscs.ru/physicsus/electric-power

http://class-fizika.narod.ru/8_34.htm

Источник: https://www.yaklass.ru/p/fizika/8-klass/elektricheskie-iavleniia-12351/rabota-i-moshchnost-toka-12367/re-aa44330a-39ec-4dd0-a3d2-d70ed142a191

Решение задач по теме: "Работа и мощность электрического тока". Видеоурок. Физика 8 Класс

  • Работа – произведение силы тока, напряжения и времени, в течение которого протекает электрический ток.
  • Мощность – отношение работы ко времени, в течение которого протекает электрический ток.

Работа и мощность тока - Справочник студента

Из закона Ома получили эквивалентные формулы.

Условие задачи:

«В течение 10 мин по некоторому участку протекает электрический ток, значение которого – 250 мА. Напряжение на этом участке – 4 В. Необходимо определить мощность электрического тока, который выделяется на этом участке, и работу электрического тока, произведенную за это время».

Краткое условие задачи и решение

Дано: СИ Решение
  1. t = 10 мин
  2. U = 4 В
  3. I = 250 мА
600 с 0,25 А Работа и мощность тока - Справочник студента Работа и мощность тока - Справочник студента Ответ: А = 600 Дж; Р = 1 Вт
  • Найти:
  • А – ?
  • Р – ?

Комментарий к решению:

10 минут – это время протекания электрического тока. Напряжение на концах участка цепи – 4 В. Сила тока определяется как 250 мА (миллиамперметры). 1 мА = 0,001 А.

  1. Переведем все значение в интернациональную систему (СИ):
  2. t = 10 мин = 10∙60 с = 600 с;
  3. І = 250 мА = 250∙0,001 А = 0,25 А.
  4. U = 4 В (так как вольт (в системе СИ) – международная единица)
  5.  Первое уравнение – это вычисление работы.

Работа и мощность тока - Справочник студента

  • Получаем ответ: А=600 Дж.
  • Существует 2 варианта определения мощности:
  • 1.     Зная, что работа равна 600 Дж, а время протекания тока – 600 с, определяем мощность по формуле, или

Работа и мощность тока - Справочник студента

Ответ: А = 600 Дж; Р = 1 Вт

Условие задачи:

 « Две лампы мощностью 25 Вт и 100 Вт включаем в электрическую цепь под напряжением 220 В. Насколько отличается сила тока в этих лампах?»

Краткое условие и решение задачи:

Дано: Решение
  1. Р1 = 100 Вт
  2. Р2 = 25 Вт
  3. U = 220 В
Работа и мощность тока - Справочник студента Работа и мощность тока - Справочник студента І=I1-I2=0,45-0,11=0,34 [А] Ответ: І=0,34 А
Найти: І – ?

Комментарий к решению:

І означает, что мы должны найти разность сил тока в одной лампе и в другой. Из формулы для вычисления мощности  выражаем силу тока в первой лампе и во второй. Получаем, что в лампе мощностью 100 Вт протекает электрический ток в 0,45 А, в лампе с мощностью 25 Вт сила тока будет 0,11 А. Следовательно, І=0,45-0,11=0,34 А.

Лампа, которая обладает большей мощностью, будет гораздо ярче светить. Это значит, что чем больше электрический ток протекает в цепи, тем ярче будет гореть лампа. Можно заметить, что мощность первой лампы в 4 раза больше второй, тем самым в 4 раза больше и сила тока. Мощность, работа, сила тока, напряжение – величины, которые между собой связаны и характеризуют действие электрического тока.

Список литературы

  1. Генденштейн Л.Э, Кайдалов А.Б., Кожевников В.Б. / Под ред. Орлова В.А., Ройзена И.И. Физика 8. – М.: Мнемозина.
  2. Перышкин А.В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
  3. Фадеева А.А., Засов А.В., Киселев Д.Ф. Физика 8. – М.: Просвещение.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

  1. Electrono.ru (Источник).
  2. Utrew.hut.ru (Источник).
  3. Stoom.ru (Источник).

Домашнее задание

  1. П. 50–52, вопросы 1–6 стр. 121, 1–3 стр. 122, задание 26 (1). Перышкин А.В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
  2. Определите мощность электрического камина, спираль которого имеет сопротивление 500 Ом и потребляет ток 2 А.
  3. С помощью каких формул можно определить работу и мощность электрического тока?

Источник: https://interneturok.ru/lesson/physics/8-klass/belektricheskie-yavleniyab/reshenie-zadach-po-teme-rabota-i-moschnost-elektricheskogo-toka

Электрический ток. Работа и мощность в цепи постоянного тока. Закон Ома для полной цепи

Работа и мощность тока - Справочник студентаКристаллическая решётка

Электрический ток.        Все металлы являются проводниками электрического тока. Они состоят из пространственной кристаллической решетки, узлы которой совпадают с центрами положительных ионов. Вокруг ионов хаотически движутся свободные электроны.

В металлах электронная проводимость

Электрическим током в металлах называется упорядоченное движение свободных электронов. За направление тока принимают направление движения положительно заряженных частиц.

Электрические заряды могут двигаться упорядоченно под действием электрического поля, поэтому условием для существования эл. тока является наличие электрического поля и свободных носителей эл.заряда.

     Сила тока численно равна заряду, протекающему через данное поперечное сечение проводника в единицу времени.   Ток называется постоянным, если сила тока и его направление не изменяется с течением времени.

Работа и мощность тока - Справочник студентаI = 1 Кл/с = 1 А

1 ампер (А) равен силе постоянного тока, при котором через любое поперечное сечение проводника за 1 с протекает 1 Кл электричества.                 I = q0 nvS                                             Силу тока в цепи измеряют амперметром.  Условное обозначение в цепи

Работа и мощность тока.      Электрический ток снабжает нас энергией. Она возникает за счёт работы электрического поля по передвижению свободных зарядов в Работа и мощность тока - Справочник студентапроводнике. Рассмотрим участок цепи, по которому течёт ток I. Напряжение на участке обозначим U, сопротивление участка равно R. При протекании тока по однородному участку цепи электрическое поле совершает работу. За время Δt по цепи протекает заряд Δq = I Δt. Электрическое поле на выделенном участке совершает работу.  ΔA  = U I Δt  — эту работу называют работой электрического тока. За счёт работы на рассматриваемом участке может совершаться механическая работа; могут также протекать химические реакции. Если этого нет, то работа эл.поля приводит только к нагреванию проводника. Работа тока равна количеству теплоты, выделяемому проводником с током:  — закон Джоуля — Ленца  

Читайте также:  Методы, ориентированные на людей и культуру - справочник студента

Мощность электрического тока равна отношению работы тока ΔA к интервалу времени Δt, за которое эта работа была совершена на данном участке:    P = IU  или                Работа и мощность тока - Справочник студента.  Работа электрического тока в СИ выражается в джоулях (Дж), мощность – в ваттах (Вт).

Закон Ома для замкнутой цепи.          Источник тока имеет ЭДС () и сопротивление (r), которое называют внутренним. Работа и мощность тока - Справочник студентаЭлектродвижущей силой (ЭДС) называется отношение работы сторонних сил по перемещению заряда q вдоль цепи, к значению этого заряда  (1В=1Дж/1Кл). Рассмотрим теперь замкнутую (полную) цепь постоянного тока, состоящую из источника с электродвижущей силой  и внутренним сопротивлением r и внешнего однородного участка с сопротивлением R.  (R+r) — полное сопротивление цепи.  Закон Ома для полной цепи записывается в виде   или Работа и мощность тока - Справочник студента

Сила тока в электрической цепи прямо пропорциональна ЭДС источника тока и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи.

Источник: http://kaplio.ru/elektricheskij-tok-rabota-i-moshhnost-v-tsepi-postoyannogo-toka-zakon-oma-dlya-polnoj-tsepi/

Работа и мощность электрического тока

Урок разработан с целью организации исследовательской деятельности учащихся, направленной на формирование понятия «работа тока», «мощность», причин от которых зависит работа тока и мощность. Ознакомление учащихся с расчетными формулами, единицами измерения.

Цель урока:

  • Деятельностная: формирование способности учащихся к новому способу действия, расширение понятийной базы за счет введения нового понятия.
  • Образовательная: организация исследовательской деятельности учащихся, направленной на формирование понятия «работа тока», «мощность», причин от которых зависит работа тока и мощность. Ознакомление учащихся с расчетными формулами, единицами измерения.

Планируемые результаты:

  • умеет объяснять понятия «работа тока», «мощность»;
  • умеет находить «работа тока», «мощность»;
  • умеет объяснять проделанные эксперименты.

Оборудование:

  • Приборы для определения мощности в электрической цепи и для определения параметров, от которых зависит работа тока в электрической цепи: аккумулятор, ключ, амперметр, реостат, вольтметр, соединительные провода; лампочка, калькулятор.
  • Компьютер с мультимедийным проектором, экран;
  • Мультимедийное приложение к уроку.

Учебник: Перышкин А.В. «Физика – 8»

Ход урока

1. Организационный момент

Учитель: Здравствуйте. Посмотрите друг на друга, улыбнитесь. Сегодня на уроке я предлагаю вам побывать в роли сотрудников научной лаборатории. Работать вы будете в своих лабораториях по 2 человека и группами.

Результаты вашей работы необходимо будет отмечать в индивидуальных оценочных листах, которые лежат у вас на столе (приложение 1). В конце урока мы подведем итог вашей работы по накопленным баллам.

2. Постановка цели и задач урока

Как настоящие мастера своего дела засучили рукава, хлопнули в ладоши, потерли их друг о друга.

Учитель: Что мы с вами сделали? (Совершили работу). Значит в названии темы нашего урока мы используем слово «работа».

У вас на столе лежит лампочка. Внимательно рассмотрите её.

  • Когда вы покупаете лампочку, то обязательно смотрите…Что?
  • Так как звучит тема нашего урока?
  • Ученик: работа тока и мощность.

Учитель: Запишите тему. Работа и мощность электрического тока. (слайд 1)

  1. Учитель: Определите цели нашей работы, используя слова узнать …., учиться…, узнать:
  2. – как вычислить работу электрического тока и мощность тока;
  3. учиться:
  4. – объяснять проделанные эксперименты;
  5. – объяснять понятия «работа тока», «мощность тока»;
  6. Учитель: Скажите, зачем нам нужно знать о работе электрического тока, мощности? (слайд 2)(бытовая техника) (Оцените свою работу на этом этапе)

3. Актуализация знаний (слад 3)

Но прежде, чем приступить к работе, вам необходимо убедиться в том, что сотрудник лаборатории обладает достаточной базой знаний, чтобы участвовать в проведении экспериментальной и исследовательской работы.

Учащимся предлагается самостоятельная работа «Установите соответствие»

Работа и мощность тока - Справочник студента

Слайд 4 Проверка

А Б В Г Д Е Ж З
4 7 1 3 2 8 5 6

Взаимопроверка в парах, выставление баллов в оценочный лист. За каждый правильный ответ 1 б.

4. Открытие нового знания

Вспомним: Как обозначается работа? (А)

Давайте подумаем: от чего же зависит работа электрического тока? (на доске написать: Работа электрического тока зависит от …)

Слайд 5. Сравните два рисунка. На рисунке 2 лампа светит ярче, чем на рисунке 2.

Значит, работа тока зависит от напряжения.

Вывод: (записываем вывод на доску и в тетрадь)

Слайд 6. При увеличении силы тока лампа светит ярче.

Значит, работа тока зависит от силы тока.

Вывод:

Слайд 7. Если лампа будет работать 1 час, большую работу совершит ток? (Да)

Значит, работа тока зависит от времени работы цепи..

Вывод:

Выведем формулу для расчета работы электрического тока.

Работа и мощность тока - Справочник студента

  • Слайд 8
  • Вывод: работа электрического тока на участке цепи равна произведению напряжения на концах этого участка на силу тока и на время, в течение которого совершалась работа.
  • Нарисуйте «волшебный треугольник»

Работа и мощность тока - Справочник студента

  1. Проверьте, правильно ли это сделали? (1 б)
  2. Слайд 9. Для того чтобы измерить работу тока в цепи, нужны следующие приборы:
  3. а) Вольтметр
  4. б) Амперметр
  5. в) Часы (прибор для измерения времени) (в любой квартире – счётчик)

Вспомним, в чем измеряется работа? [А ] = [ Дж ] = [ А .В .c]

  • Какой величиной характеризуется быстрота выполнения работы?
  • (мощностью: N=A/t )
  • Слайд 10
  • Мощность электрического тока обозначается P.
  • Выведем формулу мощности электрического тока

Работа и мощность тока - Справочник студента

Нарисуйте «волшебный треугольник»

Работа и мощность тока - Справочник студента

1 б

Вывод: мощность электрического тока равна произведению напряжения на силу тока.

Слайд 11, 12. Для измерения мощности нужны: амперметр и вольтметр – это сочетается в ваттметре.

Работа с учебником. Таблица «Мощности различных электрических устройств, кВт». Стр.120

Рассмотрите таблицу и сравните мощности устройств, применяемых в быту, технике, на производстве.

Практически на всех электроприборах, используемых в быту и технике, в техническом паспорте указывается мощность тока, на которую они рассчитаны. Зная мощность, легко можно определить работу тока за заданный промежуток времени: Как по другому можно записать формулу работы?

  1. A =P∙t.(1 б)
  2. Слайд 13
  3. Тогда
  4. 1Дж = 1Вт ∙ с.

Однако эту единицу работы неудобно использовать на практике, так как в потребителях электроэнергии ток производит работу в течение длительного времени, например в бытовых приборах – в течение нескольких часов, в электропоездах – даже в течение нескольких суток. Поэтому на практике, вычисляя работу тока, удобнее время выражать в часах, а работу не в джоулях, а в других единицах: ватт ∙ час (Вт ∙ ч) и кратных им единицах.

1 Вт · ч = 3 600Дж

1 к Вт · ч = 1 000 Вт · ч = 3 600 000 Дж

А знаете ли вы, что…значение экономии электроэнергии велико для народного хозяйства страны? Например, 1 кВт ∙ ч энергии позволяет выплавить около 20 кг чугуна.

Оцените свою работу

5. Самостоятельная работа, закрепление материала

Необходимо восстанавливать свои силы. Давайте проведём физминутку, а поможет нам в этом ЭЛЕКТРОНИК.

  • Работаем в группах. Практические задания:
  • Слайд 14 1) Определение работы тока и мощности тока в лампе.
  • Слайд 15 2) Какой телевизор затратит больше электроэнергии
  • Решение: А=Рt
  • A1=24 Вт•3ч=72 Вт•ч=0,072•2.49=0,18 руб

А2=50•3=150Вт•ч=0,15•2.49=0,37руб.

На каждом из электроприборов вы можете найти информацию о потребляемой энергии и выбрать себе наиболее экономный в этом плане прибор.

Слайд 16. 3) Знакомство со счетчиком.

Вывод. Знание физических величин нужно не только на уроках физики, но и при покупке и использовании электрических приборов.

6. Итог урока

  1. Подсчитайте количество баллов и оцените свою работу на уроке.
  2. Если вы набрали за урок:
  3. Более 20 баллов, вы сегодня были в роли ученика-исследователя
  4. 14-19 баллов, вы сегодня были в роли ученика-теоретика
  5. 11-13 баллов, вы сегодня были просто учеником

7. Домашнее задание

Слайд 17

§ 50,51.

Узнайте мощности имеющихся у вас в квартире электроприборов (телевизора и холодильника). Посчитайте, сколько часов они работают в течение 1 дня. Вычислите стоимость электроэнергии, израсходованной ими за это время.

8. Рефлексия

  • Слайд 18
  • Заполнить лист рефлексии.
  • Похлопаем в ладоши.

Источник: https://rosuchebnik.ru/material/rabota-i-moshchnost-elektricheskogo-toka-20548/

1.11. Работа и мощность тока



При протекании тока по однородному участку цепи электрическое поле совершает работу. За время Δt по цепи протекает заряд Δq = I Δt. Электрическое поле на выделенном учестке совершает работу

ΔA = (φ1 – φ2) Δq = Δφ12 I Δt = U I Δt,

где U = Δφ12 – напряжение. Эту работу называют работой электрического тока.

  • Если обе части формулы выражающей закон Ома для однородного участка цепи с сопротивлением R, умножить на IΔt, то получится соотношение
  • Это соотношение выражает закон сохранения энергии для однородного участка цепи.
  • Работа ΔA электрического тока I, протекающего по неподвижному проводнику с сопротивлением R, преобразуется в тепло ΔQ, выделяющееся на проводнике.

Закон преобразования работы тока в тепло был экспериментально установлен независимо друг от друга Дж. Джоулем и Э. Ленцем и носит название закона Джоуля–Ленца.

  1. Мощность электрического тока равна отношению работы тока ΔA к интервалу времени Δt, за которое эта работа была совершена:
    Работа и мощность тока - Справочник студента
  2. Работа электрического тока в СИ выражается в джоулях (Дж), мощность – в ваттах (Вт).
  3. Рассмотрим теперь полную цепь постоянного тока, состоящую из источника с электродвижущей силой и внутренним сопротивлением r и внешнего однородного участка с сопротивлением R. Закон Ома для полной цепи записывается в виде
  4. Умножив обе части этой формулы на Δq = IΔt, мы получим соотношение, выражающее закон сохранения энергии для полной цепи постоянного тока:
    R I2Δt + r I2Δt =  IΔt = ΔAст.
  5. Первый член в левой части ΔQ = R I2Δt – тепло, выделяющееся на внешнем участке цепи за время Δt, второй член ΔQист = r I2Δt – тепло, выделяющееся внутри источника за то же время.
  6. Выражение  IΔt равно работе сторонних сил ΔAст, действующих внутри источника.

При протекании электрического тока по замкнутой цепи работа сторонних сил ΔAст преобразуется в тепло, выделяющееся во внешней цепи (ΔQ) и внутри источника (ΔQист).

.

Следует обратить внимание, что в это соотношение не входит работа электрического поля. При протекании тока по замкнутой цепи электрическое поле работы не совершает; поэтому тепло производится одними только сторонними силами, действующими внутри источника. Роль электрического поля сводится к перераспределению тепла между различными участками цепи.

Внешняя цепь может представлять собой не только проводник с сопротивлением R, но и какое-либо устройство, потребляющее мощность, например, электродвигатель постоянного тока. В этом случае под R нужно понимать эквивалентное сопротивление нагрузки.

Энергия, выделяемая во внешней цепи, может частично или полностью преобразовываться не только в тепло, но и в другие виды энергии, например, в механическую работу, совершаемую электродвигателем.

Поэтому вопрос об использовании энергии источника тока имеет большое практическое значение.

Полная мощность источника, то есть работа, совершаемая сторонними силами за единицу времени, равна

Работа и мощность тока - Справочник студента

Во внешней цепи выделяется мощность

Работа и мощность тока - Справочник студента

Отношение равное

Работа и мощность тока - Справочник студента

называется коэффициентом полезного действия источника.

На рис. 1.11.

1 графически представлены зависимости мощности источника Pист, полезной мощности P, выделяемой во внешней цепи, и коэффициента полезного действия η от тока в цепи I для источника с ЭДС, равной , и внутренним сопротивлением r. Ток в цепи может изменяться в пределах от I = 0 (при ) до (при R = 0).

Рисунок 1.11.1.Зависимость мощности источника Pист, мощности во внешней цепи P и КПД источника η от силы тока

Из приведенных графиков видно, что максимальная мощность во внешней цепи Pmax, равная достигается при R = r. При этом ток в цепи а КПД источника равен 50 %.

Максимальное значение КПД источника достигается при I → 0, т. е. при R → ∞.

В случае короткого замыкания полезная мощность P = 0 и вся мощность выделяется внутри источника, что может привести к его перегреву и разрушению. КПД источника при этом обращается в нуль.

 

Лучшие школы, лагеря, ВУЗы за рубежом

Источник: https://physics.ru/courses/op25part2/content/chapter1/section/paragraph11/theory.html

Работа и мощность постоянного тока — Класс!ная физика

  • «Физика — 10 класс»
  • Вспомните, как определяется работа кулоновских сил при перемещении заряда q из точки с потенциалом φ1 в точку с потенциалом φ2.
  • При упорядоченном движении заряженных частиц в проводнике электрическое поле совершает работу.
  • Её принято называть работой тока.

Рассмотрим произвольный участок цепи. Это может быть однородный проводник, например нить лампы накаливания, обмотка электродвигателя и др. Пусть за время Δt через поперечное сечение проводника проходит заряд Δq.

Электрическое поле совершит при этом работу А = ΔqU (U — напряжение между концами участка проводника).

А = IUΔt.         (15.12)

  1. Работа тока на участке цепи равна произведению силы тока, напряжения и времени, в течение которого шёл ток.
  2. Согласно закону сохранения энергии эта работа должна быть равна изменению энергии рассматриваемого участка цепи. Поэтому
  3. энергия, выделяемая на данном участке цепи за время Δt, равна работе тока.

Если на участке цепи не совершается механическая работа и ток не производит химических действий, то происходит только нагревание проводника, т. е. увеличивается внутренняя энергия проводника. Нагретый проводник отдаёт тепло окружающим телам.

Нагревание проводника происходит следующим образом. Электрическое поле ускоряет электроны. В результате столкновения с ионами кристаллической решётки они передают ионам свою энергию. Энергия беспорядочного движения ионов около положений равновесия возрастает.

Это и означает увеличение внутренней энергии. Так как температура — мера кинетической энергии тела, то температура проводника повышается, и он начинает передавать тепло окружающим телам.

Спустя некоторое время после замыкания цепи процесс устанавливается, и температура проводника перестаёт изменяться со временем. За счёт работы электрического поля в проводнике непрерывно выделяется энергия.

Но его внутренняя энергия остаётся неизменной, так как проводник передаёт окружающим телам количество теплоты, равное работе тока. Таким образом, формула (15.12) для работы тока определяет количество теплоты, передаваемой проводником другим телам.

Если в формуле (15.12) выразить либо напряжение через силу тока, либо силу тока через напряжение с помощью закона Ома для участка цепи, то получим три эквивалентные формулы

Работа и мощность тока - Справочник студента

Формулой A = I2RΔt удобно пользоваться при последовательном соединении проводников, так как сила тока в этом случае одинакова во всех проводниках. При параллельном соединении удобна формула так как напряжение на всех проводниках одинаково.

Закон Джоуля—Ленца.

Закон, определяющий количество теплоты, которую выделяет проводник с током в окружающую среду, был впервые установлен экспериментально английским учёным Д. Джоулем (1818—1889) и русским учёным Э. X. Ленцем (1804— 1865).

Читайте также:  Проводники в электростатическом поле - справочник студента

Количество теплоты, выделяемой в проводнике с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени прохождения тока по проводнику

Q = I2RΔt.         (15.14)

Мы получили этот закон с помощью рассуждений, основанных на законе сохранения энергии. Формула (15.14) позволяет вычислить количество теплоты, выделяемой на любом участке цепи, содержащем какие угодно проводники.

Мощность тока.

Любой электрический прибор (лампа, электродвигатель и т. д.) рассчитан на потребление определённой энергии в единицу времени. Поэтому наряду с работой тока очень важное значение имеет понятие мощность тока.

Мощность тока равна отношению работы тока ко времени прохождения тока. Согласно этому определению мощность тока

Работа и мощность тока - Справочник студента

Электрическая мощность, так же как и механическая, выражается в ваттах (Вт).

Это выражение для мощности тока можно переписать в нескольких эквивалентных формах, используя закон Ома для участка цепи:

Работа и мощность тока - Справочник студента

  • На большинстве электроприборов указана потребляемая ими мощность, предельное значение силы тока, а также предельное значение напряжения.
  • В быту для расчётов потребляемой электроэнергии часто используется единица кВт • ч, 1 кВт • ч = 3,6 • 106 Дж.
  • Источник: «Физика — 10 класс», 2014, учебник Мякишев, Буховцев, Сотский

Следующая страница «Электродвижущая сила» Назад в раздел «Физика — 10 класс, учебник Мякишев, Буховцев, Сотский»

Законы постоянного тока — Физика, учебник для 10 класса — Класс!ная физика

Электрический ток. Сила тока — Закон Ома для участка цепи. Сопротивление — Электрические цепи. Последовательное и параллельное соединения проводников — Примеры решения задач по теме «Закон Ома.

Последовательное и параллельное соединения проводников» — Работа и мощность постоянного тока — Электродвижущая сила — Закон Ома для полной цепи — Примеры решения задач по теме «Работа и мощность постоянного тока.

Закон Ома для полной цепи»

Источник: http://class-fizika.ru/10_a163.html

Работа и мощность электрического тока

16 августа 2013. Категория: Электротехника.

Работа электрического тока

Работа и мощность тока - Справочник студента
Рисунок 1. Работа и мощность электрического тока

К цепи, представленной на рисунке 1, приложено постоянное напряжение U.

U = φА – φБ

За время t по цепи протекло количество электричества Q. Силы электрического поля, действующего вдоль проводника, перенесли за это время заряд Q из точки А в точку Б. Работа электрических сил поля или, что то же, работа электрического тока может быть подсчитана по формуле:

  • A = Q × (φА – φБ) = Q × U,
  • Так как Q = I × t, то окончательно:
  • A = U × I × t,
  • где A – работа в джоулях; I – ток в амперах; t – время в секундах; U – напряжение в вольтах.
  • По закону Ома U = I × r. Поэтому формулу работы можно написать и так:
  • A = I 2 × r × t.

Мощность электрического тока

  1. Работа, произведенная в единицу времени, называется мощностью и обозначается буквой P.
  2. Из этой формулы имеем:
  3. A = P × t.
  4. Единица измерения мощности:

1 (Дж/сек) иначе называется ваттом (Вт). Подставляя в формулу мощности выражение для работы электрического тока, имеем:

P = U × I (Вт).

Формула мощности электрического тока может быть выражена также через потребляемый ток и сопротивление потребителя:

  • Кроме ватта, на практике применяются более крупные единицы измерения электрической мощности. Электрическая мощность измеряется в:
  • 100 Вт = 1 гектоватт (гВт); 1000 Вт = 1 киловатт (кВт);
  • 1000000 Вт = 1 мегаватт (МВт).

Электрическая мощность измеряется специальным прибором – ваттметром. Ваттметр имеет две обмотки (катушки): последовательную и параллельную.

Последовательная катушка является токовой и включается последовательно с нагрузкой на участке цепи, где производятся измерения, а параллельная катушка – это катушка напряжения, она соответственно включается параллельно этой нагрузке.

 Принцип действия ваттметра основан на взаимодействии двух магнитных потоков создаваемых током, протекающим по обмотке подвижной катушки (токовой катушки), и током, проходящим по неподвижной катушке (катушке напряжения).

При прохождении измеряемого тока по обмотке подвижной и неподвижной катушек образуются два магнитных поля, при взаимодействии которых подвижная катушка стремится расположится так, чтобы направление ее магнитного поля совпадало с направлением магнитного поля неподвижной катушки.

Вращающему моменту противодействует момент, созданный спиральными пружинками, через которые в подвижную катушку проводится измеряемый ток. Противодействующий момент пружинок прямо пропорционален углу поворота катушки. Стрелка, укрепленная на подвижной катушке, указывает значение измеряемой величины. Схема включения ваттметра показана на рисунке 2.

Рисунок 2. Схема включения ваттметра

Если вы решили измерить потребляемую мощность, какой либо имеющейся у вас нагрузки, и при этом у вас отсутствует ваттметр, вы можете «изготовить» ваттметр своими руками.

Из формулы P = I × U видно, что мощность, потребляемую в сети, можно определить, умножив ток на напряжение. Поэтому для определения мощности, потребляемой из сети, следует использовать два прибора, вольтметр и амперметр.

Измерив амперметром потребляемый ток и вольтметром напряжение питающей сети, необходимо показание амперметра умножить на показание вольтметра.

  1. Так, например, мощность, потребляемая сопротивлением r, при показании амперметра 3 А и вольтметра 220 В будет:
  2. P = I × U = 3 × 220 = 660 Вт.
  3. Для практических измерений электрической работы (энергии) джоуль является слишком мелкой единицей.
  4. Если время t подставлять не в секундах, а в часах, то получим более крупные единицы электрической энергии:
  5. 1 Дж = 1 Вт × сек; 1 Вт × ч = 3600 ватт × секунд = 3600 Дж; 100 Вт × ч = 1 гектоватт × час (гВт × ч);
  6. 1000 Вт × ч = 1 киловатт × час (кВт × ч).
  7. Электрическая энергия измеряется счетчиками электрической энергии.
  8. Видео 1. Работа и мощность электрического тока
  • Видео 1. Работа и мощность электрического тока

Видео 2. Еще немного о мощности

Пример 1. Определить мощность, потребляемую электрическим двигателем, если ток в цепи равен 8 А и двигатель включен в сеть напряжением 220 В.

P = I × U = 8 × 220 = 1760 Вт = 17,6 гВт = 1,76 кВт.

Пример 2. Какова мощность, потребляемая электрической плиткой, если плитка берет из сети ток в 5 А, а сопротивление спирали плитки равно 24 Ом?

P = I 2 × r = 25 × 24 = 600 Вт = 6 гВт = 0,6 кВт.

При переводе механической мощности в электрическую и обратно необходимо помнить, что 1 лошадиная сила (л. с.) = 736 Вт;

1 киловат (кВт) = 1,36 л. с.

Пример 3. Определить энергию, расходуемую электрической плиткой мощностью 600 Вт в течение 5 часов.

A = P × t = 600 × 5 = 3000 Вт × ч = 30 гВт × ч = 3 кВт × ч

Пример 4. Определить стоимость горения двенадцати электрических ламп в течение месяца (30 дней), если четыре из них по 60 Вт горят по 6 часов в сутки, а остальные восемь ламп по 25 Вт горят по 4 часа в сутки. Цена за энергию (тариф) 2,5 рубля за 1 кВт × ч.

  1. Мощность четырех ламп по 60 Вт.
  2. P = 60 × 4 = 240 Вт.
  3. Число часов горения этих ламп в месяц:
  4. t = 6 × 30 = 180 часов.
  5. Энергия, расходуемая этими лампами:
  6. A = P × t = 240 × 180 = 43200 Вт × ч = 43,2 кВт × ч.
  7. Мощность остальных восьми ламп по 25 Вт.
  8. P = 25 × 8 = 200 Вт.
  9. Число часов горения этих ламп в месяц:
  10. t = 4 × 30 = 120 часов.
  11. Энергия, расходуемая этими лампами:
  12. A = P × t = 200 × 120 = 24000 Вт × ч = 24 кВт × ч.
  13. Общее количество расходуемой энергии:
  14. 43,2 + 24 = 67,2 кВт × ч
  15. Стоимость всей потребленной энергии:
  16. 67,2 × 2,5 = 168 рублей.

Источник: Кузнецов М.И., «Основы электротехники» — 9-е издание, исправленное — Москва: Высшая школа, 1964 — 560с.

Источник: https://www.electromechanics.ru/electrical-engineering/541-after-the-electric-current-and-power.html

Работа и мощность тока

Практическая работа № 8.

«Работа и мощность тока».

I) Прочитайте § 106 учебника (Мякишев Г. Я. Физика. 10 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений — М.: Просвещение, 2012).

II) Составьте конспект параграфа 57 по плану:

    Дайте характеристику физической величины работа тока по плану:

    • Определение;
    • Формула;
    • Единица измерения.

    Дайте характеристику физической величины мощность тока по плану:

    1. Определение;
    2. Формула;
    3. Единица измерения.

    Дайте характеристику закона Джоуля — Ленца по плану:

    • Формулировка;
    • Математическая запись;
    • Границы применимости;
    • Пример проявления (применения).

III) Прочитайте задачу № 802 (Рымкевич, А.П. Физика. Задачник. 10 – 11 классы.: пособие для общеобразоват. учреждений – 17-е изд. — М.: Дрофа, 2013).

  1. IV) Разберите и перепишите в тетрадь решение первой части задачи № 806:
  2. 3, 5 В – это напряжение, под которым работает лампочка от карманного фонарика; 0,28 А – это сила тока в лампочке.
  3. Дано: Решение:
  4. U = 3,5 В U U 3,5
  5. I = 0,28 А I = — закон Ома для участка цепи; R = = = 12,5;
  6. Найти: R I 0,28
  7. R, Р — ? В

А

Р = I . U = 3,5 . 0,28 = 0,98;

[Р] = В . А = Дж . А = Дж . А = Дж = Вт

  • Кл А . с с
  • Ответ: Сопротивление лампы 12,5 Ом, мощность лампы 0,98 Вт.
  • V) Решите вторую часть задачи № 802.
  • VI) Объясните, почему при одинаковой силе тока сетевая лампа выделяет мощность больше, чем лампочка от карманного фонарика.
  • Практическая работа № 8DOC / 30 Кб

Источник: https://xn--j1ahfl.xn--p1ai/library/rabota_i_moshnost_toka_143620.html

Работа и мощность электрического тока

·  При последовательном включении в электрическую цепь не­скольких источников энергии с различным направлением э. д. с. общая э. д. с. равна алгебраической сумме э. д. с. всех источников. Суммирование э.

д. с. одного направления берут со знаком плюс, а э. д. с. противоположного направления — со знаком минус. При составлении уравнений выбирают направление обхода цепи и про­извольно задаются направлениями токов.

·  Обычно замкнутая цепь является частью сложной цепи, как показано, например, на рис. 21. Замкнутая цепь обозначена буква­ми а, б, в и г. Ввиду наличия ответвлений в точках а, б, в, г токи I1, I2, I3  и I4, отличаясь по силе, могут иметь и различные направле­ния. Для такой цепи в соответствии со вторым законом Кирхгофа можно написать:

  • ·  где r01, r02, r03  — внутренние сопротивления источников энергии,
  • ·     r1, r2, r3 — сопротивления приемников энергии.
  • ·  В частном случае при отсутствии ответвлений и последователь­ном  соединении  проводников  общее  сопротивление равно сумме всех сопротивлений.
  • ·  Если внешняя цепь источника энергии с внутренним сопротив­лением r0 состоит, например, из трех последовательно соединенных резисторов с сопротивлениями, соответственно равными r1, r2, r3, то на основании второго закона Кирхгофа можно написать следующее равенство:

·  При  нескольких  источниках  тока  в левой части этого равенства была бы алгебраическая сумма

·  э. д. с. этих источников.

·  При параллельном включении двух или не­скольких источников энергии токи, протекающие в них, в общем случае неодинаковы.

·  Если два параллельно соединенных источника энергии (рис. 22), имеющих э. д. с. Е1 и Е2 и внутренние сопротивления r1 и r2,. замкнуть на какое-либо внешнее сопротивление r, то силу тока во внешней цепи I и в источниках I1 и I2 можно определить из следующих выражений:

·  Отсюда сила тока во внешней цепи

· 

·  Сила тока, протекающего через первый и второй источники энер­гии,:

·  Пример 1.  В схеме, изображенной на рис. 21, э. д. с. источников энергии и сопротивления  приемников энергии имеют следующие значения: Е1=6 в, Е2=12 в, Е3=9 в, r1=8 ом, r2=5 ом, r3=4 ом и r4=10 ом.Решение. Алгебраическая сумма э. д.с. в цепи

·  В этом выражении э. д. с. Е1 взята со знаком минус потому, что первый источник энергии включен встречно второму и третьему.

·  Общее сопротивление цепи

·  Сила тока в цепи

·  Напряжение между точками а и г

·  Пример 2. Два параллельно соединенных генератора (см. рис. 22), имеющие э. д. с. Е1=Е2=120 в и внутренние сопротивления r1=3 ом и r2=6 ом, замкнуты на сопротивление r=18 ом.

·  Определить силу тока во внешней цепи и токи в первом и во втором гене­раторах.

·  Решение. Внутреннее сопротивление двух параллельно соединенных гене­раторов.

  1. · 
  2. ·  Сила тока во внешней  цепи
  3. · 

·  Токи в первом и во втором генераторах обратно пропорциональны внутрен­ним сопротивлениям этих генераторов, т. е.

  • · 
  • ·  Таким образом, I1 + I2 =3I2 = 6 a,  откуда  I2  = 2 a, I1  = 2I2  = 4 a.
  • ·  § 22. РАБОТА И МОЩНОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

·  Способность тела производить работу называется энергию тела.  Например, поднятый на высоту какой-либо груз обладает некоторым запасом энергии и при падении производит работу.

Энергия тела тем больше, чем большую работу может произвести это тело при своем движении. Энергия не исчезает, а переходит из одной формы в другую.

Например, электрическая энергия может быть превращена в механическую, тепловую, химическую, механи­ческая — в электрическую и т. д.

·  Для переноса зарядов  в замкнутой цепи источник электриче­ской энергии затрачивает известную энергию, равную произведению э. д. с. источника на количество электричества, перенесенного через эту цепь, т. е. EQ.

·  Однако не вся эта энергия является полезной, т. е. не вся работа,  произведенная  источником  энергии,  сообщается  приемнику энергии, так как часть ее расходуется на преодоление внутреннего сопротивления  источника  и  проводов.  Таким образом, источник энергии производит полезную работу, равную

  1. · 
  2. ·  где U — напряжение на зажимах приемника.
  3. ·  Так  как  количество  электричества равно произведению силы! тока в цепи на время его прохождения:
  4. · 
  5. ·  формулу работы можно представить в следующем виде
  6. · 

·  т. е. электрическая энергия или работа есть произведение напряже­ния, силы тока в цепи и времени его прохождения.

·  Если же выразить напряжение на зажимах участка цепи как произведение силы тока на сопротивление этого участка, т. е.

  • · 
  • ·  то формулу работы можно записать и таким образом:
  • · 

·  Однако ни одна из указанных формул не определяет размеров генератора электрической энергии, от которого получена эта рабо­та, так как и большой и малый генераторы могут дать одинаковую работу, но в различные промежутки времени.

Поэтому размеры генератора определяются не выполненной работой, а его мощно­стью.

Это относится к любому электротехническому аппарату и ма­шине, хотя бы они были не поставляющими, а  потребляющими электрическую энергию (например, электродвигатели, электриче­ские лампы, нагревательные приборы и т. д.).

Источник: http://fiziku5.ru/uchebnye-materialy-po-fizike/rabota-i-moshhnost-elektricheskogo-toka

Ссылка на основную публикацию