Меню

Какая формула применяется для вычисления работы электрического тока

Работа электрического тока. Закон Джоуля-Ленца.

Работа электрического тока Закон ДжоуляЛенца

Для определения работы, которая совершается током, проходящим по некоторому участку цепи, нужно воспользоваться определением напряжения: . Значит,

где А — работа тока; q — электрический заряд, который прошел за определенное время через исследуемый участок цепи. Подставив в последнее равенство формулу q = It, имеем:

Работа электрического тока на участке цепи является произведением напряжения на концах это­го участка на силу тока и на время, на протяжении которого совершалась работа.

Закон Джоуля-Ленца .

Закон Джоуля — Ленца гласит: количество теплоты, которое выделяется в проводнике на участке электрической цепи с сопротивлением R при протекании по нему постоянного тока I в течение времени t равно произведению квадрата тока на сопротивление и время:

Закон был установлен в 1841 г. английским физиком Дж. П. Джоулем, а в 1842 г. подтверж­ден точными опытами русского ученого Э. X. Ленца. Само же явление нагрева проводника при прохождении по нему тока было открыто еще в 1800 г. французским ученым А. Фуркруа, которо­му удалось раскалить железную спираль, пропустив через нее электрический ток.

Из закона Джоуля — Ленца видно, что при последовательном соединении проводников, поскольку ток в цепи всюду одинаков, максимальное количество тепла будет выделяться на про­воднике с наибольшим сопротивлением. Это применяется в технике, например, для распыления металлов.

Работа электрического тока Закон ДжоуляЛенца

При параллельном соединении каждый проводник находятся под одинаковым напряжением, но токи в них разные. Из формулы (Q = I 2 Rt) видно, что, так как, согласно закону Ома , то

Работа электрического тока Закон ДжоуляЛенца

Следовательно, на проводнике с меньшим сопротивлением будет выделяться больше тепла.

Если в формуле (А = IUt) выразить U через IR, воспользовавшись законом Ома, получим Закон Джоуля — Ленца. Это лишний раз подтверждает тот факт, что работа тока расходуется на выделение тепла на активном сопротивлении в цепи.

Источник



Работа электрического тока: формулы и задачи по теме

Как определяется работа электрического тока, рассчитывается мощность прибора? А может быть, последнюю можно измерить? И как применить полученные знания при решении задач?

Такие вопросы возникают у многих восьмиклассников при изучении темы «Электричество». Ответить на них достаточно просто. Да и запоминать формулы долго не придется. Потому что они очень похожи друг на друга или используют уже изученные раньше.

Первая величина: работа тока

Сначала требуется договориться об обозначениях. Потому что в них могут быть различия.

Обозначение Название величины Единицы измерения в СИ
I сила тока А
U электрическое напряжение В
t время с
А (в англоязычных источниках W) работа электрического тока Дж
Р мощность Вт
Q количество выделяющейся теплоты Дж
R электрическое сопротивление Ом
q заряд, который переносится током Кл

Каждый источник тока создает электрическое поле, которое заставляет двигаться свободные электроны. То есть возникает ток. В этот момент говорят, что электрическое поле совершает работу. Именно ее принято называть работой тока.

Электрическое поле, создаваемое источником тока, характеризуется напряжением. Оно влияет на то, какая работа электрического тока совершается при перемещении единичного заряда. Поэтому вводится формула для напряжения:

Из нее легко вывести формулу работы:

Теперь стоит вспомнить равенство, которое вводится для силы тока. Она равна отношению перемещаемого заряда ко времени его движения:

Отсюда q = I * t. Заменив букву q в формуле для работы последним выражением, получаем такую формулу:

Это общий вид равенства, по которому может быть вычислена работа электрического тока. Формула несколько изменится, если применить закон Ома. По нему напряжение равно произведению силы тока на сопротивление. Тогда верным будет такое равенство:

Можно заменить не напряжение, а силу тока. Оно равно частному U и R. Тогда формула работы станет выглядеть так:

работа электрического тока

Вторая величина: мощность тока

Общая формула для нее такая же, как в механике. То есть определяется как работа, совершенная за единицу времени.

Отсюда видно, что работа и мощность электрического тока взаимосвязаны. Чтобы получить более конкретное равенство, потребуется заменить числитель, воспользовавшись общей формулой для работы. Тогда становится понятно, как определить мощность, зная силу тока и напряжение цепи.

Читайте также:  Привод постоянного тока схема управления

К тому же мощность может быть измерена. Для этой цели существует специальный прибор, который называется ваттметром.

работа и мощность электрического тока

Закон Джоуля-Ленца

Явление нагрева проводника было обнаружено французским ученым А. Фуркуа. Произошло это еще в 1880 году. 41 год спустя оно было описано английским физиком Дж. П. Джоулем и через год подтверждено на опыте русским физиком Э.Х. Ленцем. Именно по фамилиям двух последних ученых стали называть обнаруженную закономерность.

В ней связаны две величины: количество теплоты и работа электрического тока. Закон Джоуля-Ленца утверждает, что вся работа в неподвижном проводнике идет на его нагревание. То есть проводник с током выделяет количество теплоты, равное произведению его сопротивления, времени и квадрата силы тока. Формула выглядит так же, как одна из тех, которые приведены для работы:

работа электрического тока закон Джоуля-Ленца

Задача на определение работы

Условие. Сопротивление лампочки карманного фонарика равно 14 Ом. Напряжение, которое дает батарейка, составляет 3,5 В. Чему будет равна работа тока, если фонарик работал 2 минуты?

Решение. Поскольку известны напряжение, сопротивление и время, то необходимо воспользоваться такой формулой: А = (U 2 * t)/R. Только сначала потребуется перевести время в единицы СИ, то есть секунды. Таким образом, в формулу нужно подставлять не 2 минуты, а 120 секунд.

Простые расчеты приводят к такому значению работы тока: 105 Дж.

Ответ. Работа равна 105 Дж.

Задача на определение мощности

Условие. Необходимо определить, чему равны работа и мощность электрического тока в обмотке электродвигателя. Известно, что сила тока в нем имеет значение 90 А при напряжении 450 В. Включенным электродвигатель остается на протяжении одного часа.

Решение. Сначала можно сосчитать значение работы. Для этого пригодится такая формула: А = U * I * t. Первые две величины даны в единицах СИ, а вот время снова нужно перевести в секунды, то есть взять 3600 с.

После подстановки значений и выполнения простых арифметических действий получается такое значение для работы: 145800000 Дж. Записать его в ответе удобнее в более крупных единицах. Например, мегаджоулях. Для этого результат нужно разделить на миллион. Работа оказывается равной 145,8 МДж.

Теперь нужно вычислить мощность электродвигателя. Расчеты будут выполняться по формуле: Р = U * I. После умножения получится число: 40500 Вт. Для того чтобы записать его в киловаттах, потребуется разделить результат на тысячу.

Ответ. А = 145,8 МДж, Р = 40,5 кВт.

работа электрического тока формула

Задача на вычисление напряжения

Условие. Электроплитка включена в сеть в течение 20 минут. Каково напряжение в сети, если при силе тока в 4 А работа оказывается равной 480 кДж?

Решение. Поскольку известны работа и сила тока, нужно использовать такую формулу: А = U * I * t. Здесь напряжение — неизвестный множитель. Его необходимо вычислить, как частное произведения и известного множителя, то есть: U = А /( I * t).

До проведения расчетов нужно перевести величины в единицы СИ. А именно, работу в Джоули и время в секунды. Это будут 480000 Дж и 1200 с. Теперь осталось все сосчитать.

Источник

Тест по физике за 10 класс

Тест по физике за 10 класс.

4. Законы постоянного тока

4.01. Какая физическая величина определяется отношением работы, совершаемой сторонними силами, при перемещении заряда q по всей замкнутой электрической цепи, к значению этого заряда?

А.) сила тока; Б.) напряжение; В.) электрическое сопротивление;

Г.) удельное электрическое сопротивление; Д.) электродвижущая сила.

4.02. Какая из приведенных ниже формул применяется для вычисления работы электрического тока?

4.03. Какая из приведенных ниже формул применяется для вычисления мощности электрического тока?
А.) ; Б.) ; В.) ; Г.) ; Д.) .

4.04. Какую физическую величину в технике измеряют в кВт∙ч?
А.) стоимость потребляемой электроэнергии;

Б.) мощность электрического тока;
В.) работу электрического тока.

4.05. По какой схеме (см. рис. 18) при включении амперметр наиболее точно измеряет силу тока, протекающего через резистор R?

4.06. По какой схеме (см. рис. 19) при включении вольтметр наиболее точно измеряет напряжение на резисторе R?

Читайте также:  Выясните по приведенным здесь графикам зависимости силы тока в двух цепях чему равны силы тока

4.07. Какая из приведенных ниже формул выражает закон Ома для участка цепи?
А.) ; Б.) ; В.) ; Г.) .

4.08. Какая из приведенных ниже формул выражает закон Ома для замкнутой цепи?
А.) ; Б.) ; В.) ; Г.) .

4.09. Зависит ли сопротивление проводника от напряжения на его концах? Нагреванием проводника можно пренебречь.

А.) зависит прямо пропорционально;

Б.) зависит обратно пропорционально; В.) не зависит.

4.10. Какой график на рис.20 соответствует зависимости сопротивления проводника от температуры?

4.11. Определить общее сопротивление цепи (рис.21), если

R 1 =1 Ом, R 2 =R 3 =R 4 =3 Ом.

4.12. При напряжении 12 В через нить электролампы течёт ток 2 А. Сколько тепла выделит нить за пять минут?

А.) 7200 Дж; Б.) 120 Дж; В.) 60 Дж; Г.) 3600 Дж.

4.13. Кусок неизолированной проволоки сложили вдвое. Как изменилось сопротивление проволоки?
А.) увеличилось в 2 раза; Б.) уменьшилось в 2 раза;

В.) увеличилось в 4 раза; Г.) уменьшилось в 4 раза;

Д.) не изменилось.

4.14. ЭДС элемента равна 15 В, внутреннее сопротивление r=1 Ом, сопротивление внешней цепи 4 Ом. Какова сила тока короткого замыкания?
А.) 15 А; Б.) 3 А; В.) 3,8 А.

4.15. Определите напряжение на проводнике R 1 , если сила тока в проводнике R 2 равна 0,2 А (см. рис. 22), где R 1 =60 Ом, а R 2 =15 Ом.

А.) 3 В;
Б.) 12 В;
В.) 30 В.

4 .16. Каково сопротивление лампы, включенной в цепь, если амперметр показывает ток 0,5 А, а вольтметр — 35 В? (рис. 23)

А.) 49,8 Ом;
Б.) 50,1 Ом;
В.) 120 Ом;
Г.) 20 Ом.

4.17. Найти сопротивление участка цепи, если R=3 Ом (рис. 24).

А.) 13 Ом; Б.) 3,9 Ом; В.) 5,5 Ом; Г.) 1,9 Ом.

4.18. Аккумулятор с ЭДС 2 В и внутренним сопротивлением 0,2 Ом замкнут сопротивлением 4,8 Ом. Найдите мощность тока на внешнем участке цепи.
А.) 1,92 Вт; Б.) 0,8 Вт; В.) 0.16 Вт; Г.) 0,77 Вт.

4.19. Что показывает амперметр, включенный в цепь, если ЭДС источника 3 В, внутреннее сопротивление 1 Ом, все сопротивления внешней цепи одинаковы и равны по 10 Ом? (рис. 25)

4.20. Сколько электронов проходит каждую секунду через поперечное сечение вольфрамовой нити лампочки мощностью 70 Вт, включенной в сеть напряжением 220 В?

А.) 3 ∙ 10 18 ; Б.) 2 ∙ 10 18 ; В.) 0,19 ∙ 10 -18 ; Г.) определить невозможно.

4.21. Каждая из двух ламп рассчитана на 220 В. Мощность одной лампы Р 1 =50 Вт, а другой Р 2 =100 Вт. Найдите отношение сопротивлений этих ламп.
А.) ; Б.) ; В.) ; Г.) .

4.22. Электрический чайник имеет две спирали. При каком соединении — параллельном или последовательном спиралей вода в чайнике закипит быстрее?
А.) при последовательном; Б.) при параллельном;

В.) тип соединения не играет роли; Г.) не знаю.

4.23. Найдите отношение сопротивлений двух железных проволок одинаковой массы. Диаметр первой проволоки в 2 раза больше второй.
А.) сопротивление более тонкой проволоки в 16 раз меньше;
Б.) сопротивление более тонкой проволоки в 16 раз больше;
В.) сопротивление более тонкой проволоки в 4 раз меньше;
Г.) сопротивление более тонкой проволоки в 4 раз больше.

4.24. Как отразится на работе плитки, если при её ремонте спираль немного укоротили?

А.) накал спирали увеличится; Б.) накал спирали уменьшится;
В.) накал спирали не изменится.

4 .25. На каком из резисторов (рис. 26) выделяется наибольшее количество теплоты в единицу времени?

А.) на первом;
Б.)на втором;
В.) на третьем;
Г.) на четвертом.

4.26. КПД источника η. Определить внутреннее сопротивление источника тока, если внешнее сопротивление цепи R.
А.) ; Б.) ; В.) ; Г.) .
4.27. Электрический утюг рассчитан на напряжение 215 В и мощность 500 Вт. При включении его в сеть напряжение на розетке падает с 220 В до 210 В. Определите сопротивление проводов, считая сопротивление утюга постоянным.
А.) 4,3 Ом; Б.) 0,43 Ом; В.) 23 Ом; Г.) 2,3 Ом.

Читайте также:  Электрический ток в полупроводниках его применение

4.28. К амперметру, внутреннее сопротивление которого 0,1 Ом, подключен шунт сопротивлением 0,0111 Ом. Определите силу тока, протекающего через амперметр, если сила тока в общей цепи 0,27 А.
А.) 2,7 А; Б.) 0,27 А; В.) 0,027 А; Г.) 0,0027 А.

4.29. Элемент с внутренним сопротивлением 0,6 Ом замкнут никелевой проволокой длиной б м и сечением 1 мм 2 . Определите КПД элемента. Удельное сопротивление никеля 73 ∙ 10 -7 Ом∙м.
А.) 42%; Б.) 98%; В.) 44%; Г.) 14%.

4 .30. На каких из резисторов R 1 , R 2 , R 3 и R 4 (рис. 27) выделяется одинаковое количество теплоты в единицу времени, если амперметр показывает 3 А, а R 1 =10 Ом, R 2 =R 3 =20 Ом и R 4 =40 Ом?

Источник

09-г. Работа электрического тока

§ 09-г. Работа электрического тока

Изучая применение электрического тока, нужно уметь вычислять количество электроэнергии, которое расходуется на то или иное действие тока. Например, подъём лифта, нагревание чайника и тому подобное. Поэтому выведем формулу для подсчёта работы тока.

В предыдущем параграфе
мы узнали формулу:

В левых частях этих равенств стоят разные символы, но они обозначают одну и ту же физическую величину – мощность. Следовательно, правые части формул можно приравнять: I · U = A / t . Выразим работу:

Формула для вычисления работы электрического тока или, что то же самое, для расчета потреблённой электроэнергии.

A – работа электрического тока, Дж
I – сила электрического тока, А
U – электрическое напряжение, В
t – время наблюдения, с

По этой формуле вычисляется работа тока или, что то же самое, израсходованная электроэнергия. Поясним, что выделенные нами термины – синонимы.

В момент замыкания цепи электрическое поле источника энергии приводит в движение заряженные частицы в проводнике (электроны и/или ионы), и их энергия возрастает. Сумма энергий всех частиц тела является внутренней энергией тела (см. § 7-д), значит, внутренняя энергия проводника в момент возникновения в нём тока возрастает. Согласно первому закону термодинамики, внутренняя энергия может расходоваться на теплопередачу или совершение работы (см. § 6-з). Но, расходуясь, она постоянно пополняется от источника энергии.

Вспомним, что прохождение тока по проводнику всегда сопровождается действиями тока (см. § 8-з). При этом обязательно происходит превращение электроэнергии в другие виды энергии. Например, внутреннюю (утюг или чайник), механическую (пылесос или вентилятор) и так далее. Поэтому под выражением «ток совершает работу» мы будем понимать превращение электроэнергии в другие виды энергии. В таком смысле работа тока и израсходованная электроэнергия – выражения-синонимы.

Для измерения потреблённой электроэнергии служат специальные измерительные приборы – счётчики электроэнергии.

Для учёта электроэнергии вместо джоуля используется более крупная единица – киловатт-час (обозначение: 1 кВт·ч). Например, счётчик на рисунке показывает значение 254,7 кВт·ч. Это может означать, что за всё время учёта потребитель мощностью 254,7 кВт работал 1 час или что потребитель мощностью 2547 Вт работал 100 часов (и так далее, соблюдая пропорцию).

Найдём связь киловатт-часа с более привычной нам единицей для измерения работы – джоулем.

1 кВт · ч = 1000 Вт · 60 мин =
= 1000 Дж/с · 3600 с = 3 600 000 (Дж/с)·с =
= 3 600 000 Дж = 3,6 МДж

Итак, 1 кВт·ч = 3,6 МДж.

Примечание. Формула для работы тока A = I·U·t поможет выяснить физический смысл электрического напряжения. Выразим его:

U = A Следовательно, 1 В = 1 Дж
I·t А·с

Отсюда видно, что 1 вольт – это такое напряжение, при котором ток силой 1 ампер способен за 1 секунду производить 1 джоуль работы. Другими словами, электрическое напряжение показывает работу, которую ежесекундно совершают силы электрического поля для поддержания в цепи тока силой 1 ампер.

Кроме того, из формулы I = q / t (см. § 9-б) следует: q = I · t. Тогда:

U = A Следовательно, 1 В = 1 Дж
q Кл

Исходя из этой формулы, 1 вольт может рассматриваться и как такое напряжение, при котором работа сил электрического поля при перемещении заряда в 1 Кл будет равна 1 Дж. Обобщённо мы скажем: электрическое напряжение является одной из характеристик электрического поля, перемещающего заряды по проводнику.

Источник

Приборы счетчики инструменты © 2021
Внимание! Информация, опубликованная на сайте, носит исключительно ознакомительный характер и не является рекомендацией к применению.