Gutdver.ru

Отделка и ремонт
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как найти силу тока

Как найти силу тока?

Расчет электрических параметров необходим для правильных построений цепей. Поскольку целью использования электричества в электротехнике является задача по выполнению током работы, то встает вопрос о том, как найти силу тока. Данный параметр используют при вычислениях мощности и в расчетах потребления электрической энергии.

Существуют разные способы определения этого важного параметра, которые мы рассмотрим в данной статье.

Формулами

Параметры электрического тока всегда взаимосвязаны. Например, изменение величины нагрузки отображается на показателях других величин. Причем эти изменения подчиняются соответствующим законам, которые выражаются через формулы. Поэтому на практике для нахождения силы тока часто используют соответствующие формулы.

Через заряд и время

Вспомним определение (рис.1): электричество – это величина заряда, движимого силами электрического поля, преодолевающего за единицу времени условную плоскость проводника, называемую поперечным сечением проводника.

Определение понятия сила тока

Рис. 1. Определение понятия сила тока

Таким образом, если известен электрический заряд, прошедший через проводник за определенное время, то не трудно найти величину этого заряда прошедшего за единицу времени, то есть: I = q/t

Через мощность и напряжение

В паспорте электроприбора обычно указывается его номинальная мощность и параметры электрической сети, для работы с которой он предназначен. Имея в распоряжении эти данные, можно вычислить силу тока по формуле: I = P/U.

Данное выражение вытекает из формулы для расчета мощности: P = IU.

Через напряжение или мощность и сопротивление

Силу электричества на участке цепи определяют по закону Ома. Для этого необходимо знать следующие параметры: сопротивление и напряжение на этом участке. Тогда I = U/R. Если известна мощность нагрузки, то ее можно выразить через квадрат силы тока умноженной на сопротивление участка: P = I 2 R, откуда

Ток через мощность и сопротивление

Для полной цепи эту величину вычисляют по закону Ома, но с учетом параметров источника питания.

Через ЭДС, внутреннее сопротивление и нагрузку R

Применяя закон Ома, адаптированный для полной цепи, вы можете вычислить максимальный ток по формуле I = ε / (R+r′), если известны параметры:

  • внешнее сопротивление проводников (R);
  • ЭДС источника питания (ε);
  • внутреннее сопротивление источника, обладающего ЭДС (r′).

Закон Джоуля-Ленца

Казалось бы, что расчет силы тока по количеству тепла, выделяющегося в результате нагревания проводника, не имеет практического применения. Однако это не так. Рассмотрим это на примере.

Пусть требуется найти силу тока во время работы электрочайника. Для этого доведите до кипения 1 кг воды и засеките время в секундах. Предположим, начальная температура составляла 10 ºС. Тогда Q = Cm(τ – τ) = 4200 Дж/кг× 1 кг (100 – 10) = 378 000 Дж.

Закон Джоуля-Ленца

Рис. 2. Закон Джоуля-Ленца

Из закона Джоуля-Ленца (изображение на рис. 2) вытекает формула:

Ток из закона джоуля ленца

Измерив сопротивление электроприбора и подставив значения в формулу, получим величину потребляемого тока.

Измерительными приборами

Если под руками имеются измерительные приборы, то с их помощью довольно просто найти силу тока. Необходимо лишь соблюдать правила измерений и не забывать о правилах безопасности.

Амперметром

Пользуясь приборами для измерения ампеража, следует помнить, что они подключаются в цепи последовательно. Внутреннее сопротивление амперметра очень маленькое, поэтому прибор легко выводится из строя, если проводить измерения пределами значений, для которых он рассчитан.

Схема подключения амперметра показана на рисунке 3. Обратите внимание на то, что на участке измеряемой электрической цепи обязательно должна быть нагрузка.

Схема подключения амперметра

Рис. 3. Схема подключения амперметра

Большинство аналоговых амперметров, например, таких, как на рисунке 4, предназначены для измерений параметров в цепях с постоянными токами.

Рис. 4. Аналоговый амперметр

Обратите внимание распределение шкалы амперметра. Цена первого деления 50 А, а всех последующих – 10 А. Максимальная величина, которую можно измерить данным амперметром не должна превышать 300 А. Для измерений электрической величины в меньших либо в больших пределах следует применять соответствующие приборы, предназначенные для таких диапазонов. В этом смысле универсальность амперметра ограничена.

При измерениях постоянных токов необходимо соблюдать полярность щупов при подключении амперметра. Для подключения прибора требуется разрывать цепь. Это не всегда удобно. Иногда вычисление силы тока по формуле является предпочтительней, особенно если приходится проводить измерения в сложных электротехнических схемах.

Мультиметром

Преимущество мультиметра в том, что этот прибор многофункциональный. Современные мультиметры цифровые. У них есть режимы для измерений в цепях постоянных и переменных токов. В режиме измерения силы тока этот измерительный прибор подключается в цепь аналогично амперметру.

Перед включением мультиметра в цепь, всегда проверяйте режим измерений, а пределы измерения выбирайте заведомо большие предполагаемой силы тока. После первого измерения можно перейти в режим с меньшим диапазоном.

Для работы с переменным напряжением переводите прибор в соответствующий режим. Считывайте значения с дисплея после того, как цифры перестанут мелькать.

Примеры

Покажем на простых примерах, как решать задачи на вычисление силы тока по формуле.

Задача 1.

Пример 1

Рис. 5. Пример 1

Решение: При параллельном соединении нагрузочных элементов U = const, то есть, напряжение одинаково на всех резисторах и составляет 100 В. Тогда, по закону Ома I = U/R

  • I1 = U/R1 =100/5 = 20 А;
  • I2 = U/R2 =100/25 ≈ 4 А;
  • I3 = U/R3 =100/50 = 2 А.

Для вычисления искомого параметра на всем участке цепи, нам необходимо знать общее сопротивление этого участка. Учитывая тот факт, что при параллельном соединении нагрузочных элементов в цепи их общее сопротивление равно:

Паралельное соединение резисторов

Имеем: 1/R= 1/5 + 1/25 + 1/50 = 13/50; R = 50/13 ≈ 3.85 (Ом)

Тогда: I = U/R = 100 В/3,85 Ом ≈26 А.

Ответ:

  • Сила тока на сопротивлениях: I1 =20 А; I2 = 4А; I3 = 2 А.
  • Сила тока, поступающего на рассматриваемый участок цепи равна 26 А.
Читайте так же:
Лампочка с проводом автомобильная маркировка

Задача 2.

Решение:

Воспользуемся формулой для нахождения силы тока, включающей напряжение и мощность: I = P/U.

  • 2 кВт преобразим в ватты: 2 кВт = 2000 Вт.
  • Подставляем данные: I = 2 000 Вт/ 220 В ≈ 9 А
  • Ответ: Нагревательный элемент электрочайника рассчитан на 9 А.

Задача 3.

Решение.

Применяя закон Ома для полной цепи, запишем: I = ε / (R+r′)

I = 6 В / (5 Ом + 1 Ом) = 1 А.

Ответ: сила тока 1 А.

Задача 4.

Решение:

За время t электричество выполнит работу A = U*I*t.

Напряжение сети известно – оно составляет 220 В.Силу тока находим по формуле: I = U/R, тогда A = (U 2 /R)*t или

A = ((220 В) 2 / 40 Ом) * 2 ч = 2420 Втч = 2,42 кВтч

Ответ: За 2 часа работы электроплита потребляет 2,42 кВт часов электроэнергии.

Применяя формулы для вычисления параметров электричества, пользуясь фундаментальными законами физики можно находить неизвестные данные для составных элементов цепей и электроприборов с целью оценки их состояния. В каждом отдельном случае необходимо определить известные параметры тока, которые можно использовать в дальнейших вычислениях. Обычно, это напряжение, мощность или сопротивление нагрузки.

Если можно обойтись без измерений амперметром – лучше прибегнуть к вычислениям, даже если при этом потребуется измерить напряжение. Такое измерение можно проводить без разрыва электрической цепи, чего нельзя сделать при помощи амперметра.

Контрольная работа по теме «Работа и мощность тока» 8 класс. 1

Определите мощность тока и силу тока в электрической лампе, включенной в сеть напряжением 220 В, если известно, что сопротивление нити накала лампы 1936 Ом.

Чему равна работа, совершенная электрическим током за 50 с в резисторе, рассчитанном на напряжение 24 В? Сила тока в резисторе 2 А.

Какое количество теплоты выделится в проводнике сопротивлением 500 Ом за 10 с, если его включили в сеть с напряжением 220 В?

Рассчитайте сопротивление электрической плитки, если она при силе тока 4 А за 20 мин потребляет 800 кДж энергии.

Какое количество теплоты выделит за 10 мин проволочная спираль сопротивлением 40 Ом, если сила тока в ней 1 А?

При напряжении 450 В сила тока в электродвигателе 90 А. Определить мощность тока в обмотке электродвигателя и его сопротивление.

Каков расход энергии за 40 с в автомобильной электрической лампочке, рассчитанной на напряжение 12 В при силе тока 3 А?

За какое время электрический утюг выделит количество теплоты 800 Дж, если сила тока в спирали 3 А, а напряжение в сети 220 В.

Какую работу совершит ток в электродвигателе за 90 с, если при напряжении 220 В сила тока в обмотке двигателя равна 0.2 А?

Определите мощность тока в электрической лампочке, если при напряжении 5 В сила тока в ней 100 мА.

Какое количество теплоты выделится в реостате сопротивлением 50 Ом за 2 мин при силе тока в цепи 2 А?

Определите мощность электрического чайника , если за 5 мин выделилось 30 к Дж теплоты.

Какое количество теплоты выделится за 10 мин в резисторе сопротивлением 200 Ом, включенном в сеть напряжением с напряжением 50 В?

Электропаяльник мощностью 110 Вт рассчитан на напряжение 220 В. Определите силу тока в обмотке паяльника и её сопротивление.

Какую работу совершает ток в электродвигателе за 15 с, если при напряжении 220 В сила тока в двигателе равна 0.2 А?

При напряжении 220 В в лампе в течение 4 мин выделено 14,4 кДж энергии. Определите сопротивление нити накала.

Определите мощность тока и силу тока в электрической лампе, включенной в сеть напряжением 120 В, если известно, что сопротивление нити накала лампы 876 Ом.

Чему равна работа, совершенная электрическим током за 30 с в резисторе, рассчитанном на напряжение 44 В? Сила тока в резисторе 2 А.

Какое количество теплоты выделится в проводнике сопротивлением 400 Ом за 20 с, если его включили в сеть с напряжением 220 В?

Рассчитайте сопротивление электрической плитки, если она при силе тока 2 А за 12 мин потребляет 240 кДж энергии.

Какое количество теплоты выделит за 11 мин проволочная спираль сопротивлением 55 Ом, если сила тока в ней 1,2 А?

При напряжении 350 В сила тока в электродвигателе 80 А. Определить мощность тока в обмотке электродвигателя и его сопротивление.

Каков расход энергии за 35 с в автомобильной электрической лампочке, рассчитанной на напряжение 12 В при силе тока 2.5 А?

За какое время электрический утюг выделит количество теплоты 600 Дж, если сила тока в спирали 3,6 А, а напряжение в сети 220 В.

Какую работу совершит ток в электродвигателе за 80 с, если при напряжении 220 В сила тока в обмотке двигателя равна 0.24 А?

Определите мощность тока в электрической лампочке, если при напряжении 15 В сила тока в ней 200 мА.

Какое количество теплоты выделится в реостате сопротивлением 50 Ом за 2 мин при силе тока в цепи 2 А?

Определите мощность электрического чайника , если за 5 мин выделилось 30 к Дж теплоты.

Какое количество теплоты выделится за 13 мин в резисторе сопротивлением 210 Ом, включенном в сеть напряжением с напряжением 80 В?

Электропаяльник мощностью 120 Вт рассчитан на напряжение 220 В. Определите силу тока в обмотке паяльника и её сопротивление.

Какую работу совершает ток в электродвигателе за 25 с, если при напряжении 220 В сила тока в двигателе равна 0.2 А?

Читайте так же:
Как включить лампочку через розетку

При напряжении 220 В в лампе в течение 2,4 мин выделено 15,4 кДж энергии. Определите сопротивление нити накала.

Определите мощность тока и силу тока в электрической лампе, включенной в сеть напряжением 127В, если известно, что сопротивление нити накала лампы 936 Ом.

Чему равна работа, совершенная электрическим током за 150 с в резисторе, рассчитанном на напряжение 36 В? Сила тока в резисторе 2 А.

Какое количество теплоты выделится в проводнике сопротивлением 520 Ом за 16 с, если его включили в сеть с напряжением 220 В?

Рассчитайте сопротивление электрической плитки, если она при силе тока 3 А за 25 мин потребляет 80 кДж энергии.

Какое количество теплоты выделит за 18 мин проволочная спираль сопротивлением 420 Ом, если сила тока в ней 2 А?

При напряжении 250 В сила тока в электродвигателе 60 А. Определить мощность тока в обмотке электродвигателя и его сопротивление.

Каков расход энергии за 140 с в автомобильной электрической лампочке, рассчитанной на напряжение 12 В при силе тока 3.2 А?

За какое время электрический утюг выделит количество теплоты 500 Дж, если сила тока в спирали 6 А, а напряжение в сети 220 В.

Какую работу совершит ток в электродвигателе за 2 мин , если при напряжении 220 В сила тока в обмотке двигателя равна 0.4 А?

Определите мощность тока в электрической лампочке, если при напряжении 4 В сила тока в ней 50 мА.

Какое количество теплоты выделится в реостате сопротивлением 60 Ом за 3 мин при силе тока в цепи 2 А?

Определите мощность электрического чайника , если за 70 с выделилось 32 к Дж теплоты.

Какое количество теплоты выделится за 10 мин в резисторе сопротивлением 240 Ом, включенном в сеть напряжением с напряжением 60 В?

Электропаяльник мощностью 110 Вт рассчитан на напряжение 210 В. Определите силу тока в обмотке паяльника и её сопротивление.

Какую работу совершает ток в электродвигателе за 35 с, если при напряжении 220 В сила тока в двигателе равна 0.5 А?

При напряжении 220 В в лампе в течение 3 мин выделено 24,4 кДж энергии. Определите сопротивление нити накала.

На электрическом утюге указано: 220 В; 650 вт. При какой силе тока работает утюг?

Какое количество теплоты выделится в проводе сопротивлением 6 Ом за 20 с, если сила тока в проводнике 4 А?

Самодельный электропаяльник при силе тока 520 мА имеет мощность 65 Вт. На какое напряжение рассчитан паяльник.

Сила тока в спирали электроплитки мощностью 500 Вт равна 5 А. Определите сопротивление спирали и работу за 2 мин.

Электрическая печь потребляет мощность 6 кВт, при силе тока 45 А. Определите напряжение в сети, питающей лампу

В парнике с электрическим обогревателем сила тока в грунте каждой рамы 22 А при напряжении 50В. Какую работу совершает обогреватель в течение 2 ч.

Какое количество теплоты выделится в реостате, сопротивление которого 12 Ом, если он находится под напряжением 15 В в течение 1 ч.

На электрической лампе указано: 3,5 В; 0,28 А. Какой мощности ток потребляет лампа.

Определите мощность тока и силу тока в электрической лампе, включенной в сеть напряжением 27В, если известно, что сопротивление нити накала лампы 956 Ом.

Чему равна работа, совершенная электрическим током за 160 с в резисторе, рассчитанном на напряжение 26 В? Сила тока в резисторе 4 А.

Какое количество теплоты выделится в проводнике сопротивлением 320 Ом за 26 с, если его включили в сеть с напряжением 220 В?

Рассчитайте сопротивление электрической плитки, если она при силе тока 3,5 А за 15 мин потребляет 30 кДж энергии.

Какое количество теплоты выделит за 28 мин проволочная спираль сопротивлением 340 Ом, если сила тока в ней 2 А?

При напряжении 230 В сила тока в электродвигателе 50 А. Определить мощность тока в обмотке электродвигателя и его сопротивление.

Каков расход энергии за 110 с в автомобильной электрической лампочке, рассчитанной на напряжение 12 В при силе тока 2.2 А?

За какое время электрический утюг выделит количество теплоты 400 Дж, если сила тока в спирали 5 А, а напряжение в сети 220 В.

Какое количество теплоты выделит за 24 мин проволочная спираль сопротивлением 240 Ом, если сила тока в ней 2.5 А?

При напряжении 210 В сила тока в электродвигателе 40 А. Определить мощность тока в обмотке электродвигателя и его сопротивление.

Каков расход энергии за 130 с в автомобильной электрической лампочке, рассчитанной на напряжение 12 В при силе тока 2.4 А?

За какое время электрический утюг выделит количество теплоты 700 Дж, если сила тока в спирали 5 А, а напряжение в сети 210 В.

На электрическом утюге указано: 220 В; 450 Вт. При какой силе тока работает утюг?

Какое количество теплоты выделится в проводе сопротивлением 16 Ом за 50 с, если сила тока в проводнике 4 А?

Самодельный электропаяльник при силе тока 320 мА имеет мощность 60 Вт. На какое напряжение рассчитан паяльник.

Сила тока в спирали электроплитки мощностью 460 Вт равна 5 А. Определите сопротивление спирали и работу за 3 мин.

Электрическая печь потребляет мощность 8 кВт, при силе тока 40 А. Определите напряжение в сети, питающей лампу.

Читайте так же:
Выключатель регулируемый энергосберегающая лампа

В парнике с электрическим обогревателем сила тока в грунте каждой рамы 24 А при напряжении 60В. Какую работу совершает обогреватель в течение 2 ч.

Какое количество теплоты выделится в реостате, сопротивление которого 14 Ом, если он находится под напряжением 20 В в течение 1 ч.

На электрической лампе указано: 4,5 В; 0,28 А. Какой мощности ток потребляет лампа.

Определите мощность тока и силу тока в электрической лампе, включенной в сеть напряжением 21В, если известно, что сопротивление нити накала лампы 756 Ом.

Чему равна работа, совершенная электрическим током за 60 с в резисторе, рассчитанном на напряжение 56 В? Сила тока в резисторе 3 А.

Какое количество теплоты выделится в проводнике сопротивлением 220 Ом за 25 с, если его включили в сеть с напряжением 220 В?

Рассчитайте сопротивление электрической плитки, если она при силе тока 4,5 А за 13 мин потребляет 36 кДж энергии.

Определите мощность тока и силу тока в электрической лампе, включенной в сеть напряжением 120 В, если известно, что сопротивление нити накала лампы 536 Ом.

Чему равна работа, совершенная электрическим током за 3 мин в резисторе, рассчитанном на напряжение 40 В? Сила тока в резисторе 2 А.

Какое количество теплоты выделится в проводнике сопротивлением 560 Ом за 30 с, если его включили в сеть с напряжением 220 В?

Рассчитайте сопротивление электрической плитки, если она при силе тока 3,3 А за 20 мин потребляет 820 кДж энергии.

Какое количество теплоты выделит за 1,8 мин проволочная спираль сопротивлением 700 Ом, если сила тока в ней 2 А?

При напряжении 240 В сила тока в электродвигателе 74 А. Определить мощность тока в обмотке электродвигателя и его сопротивление.

Каков расход энергии за 160 с в автомобильной электрической лампочке, рассчитанной на напряжение 12 В при силе тока 2,6 А?

За какое время электрический утюг выделит количество теплоты 480 Дж, если сила тока в спирали 5,5 А, а напряжение в сети 220 В.

Какую работу совершит ток в электродвигателе за 2,5 мин , если при напряжении 220 В сила тока в обмотке двигателя равна 0.6 А?

Определите мощность тока в электрической лампочке, если при напряжении 42 В сила тока в ней 54 мА.

Какое количество теплоты выделится в реостате сопротивлением 68 Ом за 4 мин при силе тока в цепи 2,6 А?

Определите мощность электрического чайника , если за 65 с выделилось 42 к Дж теплоты.

Какое количество теплоты выделится за 8 мин в резисторе сопротивлением 280 Ом, включенном в сеть напряжением с напряжением 70 В?

Электропаяльник мощностью 150 Вт рассчитан на напряжение 230 В. Определите силу тока в обмотке паяльника и её сопротивление.

Какую работу совершает ток в электродвигателе за 45 с, если при напряжении 220 В сила тока в двигателе равна 0.8 А?

При напряжении 220 В в лампе в течение 3,6 мин выделено 25,4 кДж энергии. Определите сопротивление нити накала.

Мощность

Допустим, нам необходимо убрать урожай пшеницы с поля площадью 100 га. Это можно сделать вручную или с помощью комбайна. Очевидно, что пока человек обработает 1 га площади, комбайн успеет сделать намного больше. В данном случае разница между человеком и техникой — именно то, что называют мощностью. Отсюда вытекает первое определение.

Мощность в физике — это количество работы, которая совершается за единицу времени.

Рассмотрим другой пример: между точкой А и точкой Б расстояние 15 км, которое человек проходит за 3 часа, а автомобиль может проехать всего за 10 минут. Понятно, что одно и то же количество работы они сделают за разное время. Что показывает мощность в данном случае? Как быстро или с какой скоростью выполняется некая работа.

В электромеханике данная величина тоже связана со скоростью, а конкретно — с тем, как быстро передается ток по участку цепи. Исходя из этого, мы можем рассмотреть еще одно определение.

Мощность — это скалярная физическая величина, которая характеризует скорость передачи энергии от системы к системе или скорость преобразования, изменения, потребления энергии.

Напомним, что скалярными величинами называются те, значение которых выражается только числом (без вектора направления).

Мощность человека в зависимости от деятельности

Вид деятельности

Мощность, Вт

Бег со скоростью 9 км/ч

Плавание со скоростью 50 м/мин

Как обозначается мощность: единицы измерения

В таблице выше вы увидели обозначение в ваттах, и читая инструкции к бытовой технике, можно заметить, что среди характеристик прибора обязательно указано количество ватт. Это единица измерения механической мощности, используемая в международной системе СИ. Она обозначается буквой W или Вт.

Измерение мощности в ваттах было принято в честь шотландского ученого Джеймса Уатта — изобретателя паровой машины. Он стал одним из родоначальников английской промышленной революции.

В физике принято следующее обозначение мощности: 1 Вт = 1 Дж / 1с.

Это значит, что за 1 ватт принята мощность, необходимая для совершения работы в 1 джоуль за 1 секунду.

В каких единицах еще измеряется мощность? Ученые-астрофизики измеряют ее в эргах в секунду (эрг/сек), а в автомобилестроении до сих пор можно услышать о лошадиных силах.

Интересно, что автором этой последней единицы измерения стал все тот же шотландец Джеймс Уатт. На одной из пивоварен, где он проводил свои исследования, хозяин накачивал воду для производства с помощью лошадей. И Уатт выяснил, что 1 лошадь за секунду поднимает около 75 кг воды на высоту 1 метр. Вот так и появилось измерение в лошадиных силах. Правда, сегодня такое обозначение мощности в физике считается устаревшим.

Читайте так же:
Выключатель с индикатором для светодиодной лампочки

Одна лошадиная сила — это мощность, необходимая для поднятия груза в 75 кг за 1 секунду на 1 метр. 🐴

Единицы измерения

Вт

1 эрг в секунду

1 метрическая лошадиная сила

Все формулы мощности

Зная определения, несложно понять формулы мощности, используемые в разных разделах физики — в механике и электротехнике.

В механике

Механическая мощность (N) равна отношению работы ко времени, за которое она была выполнена.

N = A / t, где A — работа, t — время ее выполнения.

Если вспомнить, что работой называется произведение модуля силы, модуля перемещения и косинуса угла между ними, мы получим формулу измерения работы.

Формула измерения механической работы

Если направления модуля приложения силы и модуля перемещения объекта совпадают, угол будет равен 0 градусов, а его косинус равен 1. В таком случае формулу можно упростить:

A = F × S

Используем эту формулу для вычисления мощности:

N = A / t = F × S / t = F × V

В последнем выражении мы исходим из того, что скорость (V) равна отношению перемещения объекта на время, за которое это перемещение произошло.

Формула мощности

В электротехнике

В общем случае электрическая мощность (P) говорит о скорости передачи энергии. Она равна произведению напряжения на участке цепи на величину тока, проходящего по этому участку.

P = I × U, где I — напряжение, U — сила тока.

В электротехнике существует несколько видов мощности: активная, реактивная, полная, пиковая и т. д. Но это тема отдельного материала, сейчас же мы потренируемся решать задачи на основе общего понимания этой величины. Посмотрим, как найти мощность, используя вышеуказанные формулы по физике.

Задача 1

Допустим, человек поднимает ведро воды из колодца, прикладывая силу 60 Н. Глубина колодца составляет 10 м, а время, необходимое для поднятия — 30 сек. Какова будет мощность в этом случае?

Решение:

Найдем вначале величину работы, используя тот факт, что мы знаем расстояние перемещения (глубину колодца 10 м) и приложенную силу 60 Н.

A = F × S = 60 Н × 10 м = 600 Дж

Когда известно значение работы и времени, найти мощность несложно:

N = A / t = 600 Дж / 30 сек = 20 Вт

Ответ: человек развивает мощность 20 ватт.

Задача 2

В комнате включена лампа мощностью 100 Вт. Напряжение домашней электросети — 220 В. Какая сила тока пройдет через эту лампу?

Решение:

Мы знаем, что Р = 100 Вт, а U = 220 В.

Поскольку P = I × U, следовательно I = P / U.

I = 100 / 220 = 0,45 А.

Ответ: через лампу пройдет сила тока 0,45 А.

Вопросы для самопроверки

Что характеризует механическая мощность?

Какие существуют единицы измерения мощности в физике?

Какая из единиц измерения считается устаревшей?

Мощность можно назвать скалярной величиной? Что это означает?

Как из формулы нахождения мощности получить работу?

Какой буквой обозначается мощность в механике, а какой — в электротехнике?

Какую работу производит за 30 минут устройство мощностью 600 Вт?

Как узнать напряжение в сети, если мы знаем мощность подключенного к ней прибора и силу тока, проходящую через прибор?

Если в течение 1 часа автомобиль №1 едет со скоростью 60 км/ч, а автомобиль №2 — со скоростью 90 км/ч, одинаковую ли мощность они развивают в это время?

Допустим, автобус отвез пассажиров из города А в город В за 1 час. Если он планирует вернуться в город А пустым по той же трассе и потратить на это 1 час, ему понадобится развить такую же мощность или меньшую?

Работа и мощность тока. Тепловое действие тока — ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

Ввести понятие работы электрического тока; вывести формулу для расчета работы тока. Научиться определять мощность и работу тока в лампе, используя амперметр, вольтметр и часы.

Оборудование (для кратковременной лабораторной работы):

Источник питания, низковольтная лампа на подставке, вольтметр, амперметр, ключ, соединительные провода, секундомер (или часы с секундной стрелкой).

I. Анализ контрольной работы

— Какая связь между количеством электричества и силой тока?

— Что является причиной электрического тока?

— Какую роль выполняет источник тока?

— Что показывает напряжение на участке цепи?

III. Работа и мощность тока

В источнике тока за счет энергии неэлектрического происхождения совершается работа по разделению электрических зарядов и создается электрическое поле. Энергетической характеристикой электрического поля в цепи является напряжение. В замкнутой цепи под действием электрического поля электроны движутся к положительному полюсу источника, т. к. в цепи поддерживается ток.

Таким образом, за счет энергии электрического поля совершается работа по перемещению электронов. Электроны движутся в проводнике, взаимодействуя при этом с ионами кристаллической решетки металла и, тем самым, изменяют скорость теплового движения ионов. При этом внутренняя энергия проводника увеличивается. Проводник нагревается.

Вывод: в замкнутой цепи происходит превращение одного вида энергии в другой.

Во всех случаях, когда происходит превращение одного вида энергии в другой, совершается работа. Электрическое поле, увеличивая скорость теплового движения ионов проводника, совершает работу или, как условно говорят, электрический ток совершает работу. Такая работа совершается в электробытовых приборах (холодильник, утюг, фен, и т. д.).

где А — работа [Дж];

U — напряжение [В];

Для измерения работы необходимо три прибора: вольтметр, амперметр и часы. На практике используют специальный прибор — счетчик. В устройстве счетчика как бы сочетаются три названных выше прибора. Работа рассчитывается по формуле:

Читайте так же:
Выключатель с подсветкой для светодиодных ламп решение

При оплате электроэнергии по счетчику используется «крупная» единица измерения работы тока: киловатт в час.

IV. Кратковременная лабораторная работа «Измерение мощности и работы тока в электрической лампе»

Указания к работе:

1. Соберите цепь из источника питания, лампы, амперметра и ключа, соединив все последовательно.

2. Измерьте вольтметром напряжение на лампе.

3. Начертите в тетради схему собранной цепи и запишите показания приборов.

4. Вычислите мощность тока в лампе.

5. Заметьте время включения и выключения лампы. По времени ее горения и мощности определите работу тока в лампе.

6. Проверьте, совпадет ли полученное значение мощности с мощностью, обозначенной на лампе. Если значения не совпадут, объясните причину этого.

V. Тепловое действие тока. Закон Джоуля-Ленца

— Как объяснить, почему проводники обладают сопротивлением?

— Как понимать выражение: «Внутренняя энергия проводника увеличилась?»

— Как объяснить нагревание проводника при прохождении по нему тока? В металлах электроны, двигаясь под действием электрического поля, взаимодействуют с ионами кристаллической решетки вещества проводника и передают им часть своей энергии, приобретенной в результате действия электрического поля. При этом скорость колебательных движений ионов увеличивается, следовательно, увеличивается и их кинетическая энергия, что приводит к увеличению внутренней энергии проводника и его нагреванию.

Это и есть формула закона Джоуля-Ленца.

Различные потребители тока, в том числе и нагревательные приборы, как правило, включаются в цепь параллельно. Это приводит к уменьшению сопротивления участка цепи, а следовательно, к увеличению силы тока в цепи. Так как всякий проводник рассчитан на ток определенной величины, то перегрузка цепи приводит к перегреву изоляции, которая может даже воспламениться.

Для защиты электрических цепей от перегрузки ставят плавкие предохранители. Пользуясь квартирным предохранителем («пробкой»), учитель объясняет его устройство, показывает, как предохранители изображаются на чертежах. На модели демонстрируется, как предохранители отключают линию.

В качестве модели предохранителя используется узкая полоска фольги. При соединении несущих проводов металлическим штырем сопротивление участка цепи уменьшается, при этом резко возрастает сила тока, что приводит к плавлению фольги. При проведении опыта у демонстрационного стола не должны находиться учащиеся.

VI. Закрепление изученного

— Чему равно электрическое напряжение на участке цепи?

— Какими приборами измеряют работу электрического тока?

— Что называется мощностью тока? Как рассчитать мощность тока?

— Какую величину обычно указывают в паспортах приемников тока?

— Какие единицы работы тока используют?

— Как можно объяснить нагревание проводника электрическим током?

— Как формулируется закон Джоуля-Ленца? Почему он носит такое название?

VII. Решение задач

По сопротивлению, к концам которого приложено напряжение 220 В, течет ток с силой 4 А. Определите мощность электрического тока и работу, совершаемую электрическим током за 10 с.

Мощность тока в цепи равна: Р = U · I,

Р = 220 В · 4 А = 880 Вт.

Работа электрического тока на участке цепи: А = Р · t,

A = 880 Вт · 10 с = 8800 Дж = 8,8 кДж.

Ответ: Р = 880 Вт, А = 8,8 кДж.

Расход энергии в электрической лампе при силе тока 0,5 А в течение 8 ч составляет 1728 кДж. Чему равно сопротивление лампы?

А = 1728 кДж = 1728000 Дж; t = 8ч = 8 · 3600 с.

Работа электрического тока на участке цепи:

По закону Ома:

Ответ: R = 240 Ом.

Определите стоимость электроэнергии, потребляемой телевизором в течение 2 ч, если стоимость 1 кВт·ч равна 1 руб., а потребляемая телевизором мощность от сети — 150 Вт.

тариф — 100 руб./кВт·ч

Работа тока на участке цепи: А = Р · t,

А = 150 Вт · 2 ч = 300 Вт·ч = 0,3 кВт·ч.

стоимость = 1 · 0,3 = 30 коп.

Ответ: стоимость электроэнергии — 30 коп.

Определите количество теплоты, выделяющейся за каждые 10 мин в электрической печи, включенной в сеть напряжением 220 В, если сила тока в обмотке печи составляет 2 А.

t = 10 мин = 600 с

Количество теплоты, выделяемое проводником, по которому течет ток, равно работе тока, т. е.:

Q = 220 В · 2 А · 600 с = 264000 Дж = 264 кДж.

Ответ: Q = 264 кДж.

Проволочная спираль, сопротивление которой в нагретом состоянии равно 55 Ом, включена в сеть напряжением 110 В. Какое количество теплоты выделит эта спираль за 1 мин?

По закону Джоуля-Ленца: Q = U · I · t (1),

По закону Ома:

Подставим (2) в (1):

Ответ: Q = 13,2 кДж

Какую массу воды можно нагреть от 10 °С до 100 °С за счет энергии, получаемой за 15 мин электрическим чайником, включенным в сеть напряжением 220 В, при силе тока 2 А? (Ответ: 1 кг.)

2. Задачи 82, 84, 86;

3. Трое учащихся (по желанию) готовят доклады о А. Н. Ладыгине, П. Н. Яблокове, Эдисоне.

Библиотека образовательных материалов для студентов, учителей, учеников и их родителей.

Наш сайт не претендует на авторство размещенных материалов. Мы только конвертируем в удобный формат материалы из сети Интернет, которые находятся в открытом доступе и присланные нашими посетителями.

Если вы являетесь обладателем авторского права на любой размещенный у нас материал и намерены удалить его или получить ссылки на место коммерческого размещения материалов, обратитесь для согласования к администратору сайта.

Разрешается копировать материалы с обязательной гипертекстовой ссылкой на сайт, будьте благодарными мы затратили много усилий чтобы привести информацию в удобный вид.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector