Урок на тему:Работа и мощность электрического тока

Тема урока: Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля-Ленца

Цели урока: Особенности нагревания проводников электрическим током. Закон Джоуля-Ленца.

Задача урока:

Образовательная:

·         ознакомить учащихся с законом Джоуля - Ленца;

·         сформировать умение вычислять количество теплоты, выделяемое

·         проводником, по которому течет ток, применительно к различным видам соединения.

Воспитательная:

·         воспитывать у учащихся умение самостоятельной работы;

·         воспитывать сопричастность к собственной деятельности и деятельности других.

·         воспитывать интерес к предмету

Развивающая:

·         развитие памяти и внимания;

·         развитие применения знаний при решении задач;

·         развитие познавательного интереса.

Тип урока: сообщение нового материала (беседа), с применением ИКТ

Оборудование: рабочие карточки, электронное приложение к учебнику.

План урока:

1.       Организационный момент (2 мин.).

2.       Актуализация знаний (7 мин.)

3.       Изучение нового материала (20 мин.).

4.       Закрепление нового материала (10 мин.).

5.       Физминутка (1 мин.).

6.       Рефлексия (2 мин.).

7.       Домашнее задание (3 мин.).

Ход урока

1. Организационный момент.

2. Актуализация прежних знаний

(проверка домашнего задания)

3.Формирование умений и навыков.

Фронтальный опрос:

- Что называют электрическим током?

- Что представляет собой электрический ток в металлах, растворах солей, щелочей, кислот?

- Какие действия может оказывать электрический ток?

Остановимся на тепловом действии электрического тока. Электрический ток нагревает проводник. Это явление хорошо известно: электрические нагревательные приборы, осветительные лампы; в промышленности тепловое действие тока используют для выплавки специальных сортов стали и других металлов, для электросварки; в сельском хозяйстве с помощью электрического тока обогревают теплицы, инкубаторы, сушат зерно и т.д. Объясняется нагревание тем, что свободные электроны в металлах или ионы в растворах солей, щелочей, кислот, перемещаясь под действием электрического поля, взаимодействуют с ионами или атомами вещества проводника и передают им свою энергию. В неподвижных металлических проводниках вся работа тока идет на увеличение их внутренней энергии. Нагретый проводник отдает полученную энергию окружающим телам, но уже путем теплопередачи.

            Можно сказать, что количество теплоты, выделяемое проводником, по которому течет ток, равно работе тока.

А - работа тока;

Q - количество теплоты;

А= UIt - формула для расчета работы тока (которая нам уже известна).

Из сказанного выше следует, что

А=Q, а это означает, что Q= UIt.

Из закона Ома I=U/R выразим напряжение: U=IR.

Если это учесть и подставить в формулу для расчета количества теплоты, то получим: Q=I²Rt.

Количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени.

К такому выводу на основании опытов, впервые пришли независимо друг от друга английский ученый Джеймс Джоуль и русский ученый Эмилий Христианович Ленц. Сформулированный вывод называют законом Джоуля-Ленца. Итак, для расчета количества теплоты, выделяемого током в проводнике, мы получили:

Q=UIt;

Q=I2Rt.

Получим еще одну формулу для расчета количества теплоты:

I=U/R подставляем в формулу Q=UIt, получаем :

Q=U2t/R.

Выясним, какую из этих формул удобнее применять для последовательного, а какую для параллельного соединения проводников. Для этого вспомним законы различных видов соединения.

(Два ученика на доске записывают законы последовательного и параллельного соединения проводников).

Последовательное соединение:

Параллельное соединение:

I=I1=I2;

U=U1=U2;

U=U1+U2;

I=I1+I2;

R=R1+R2.

1/R=1/R1+1/R2.

Мы видим, что при последовательном соединении не изменяется сила тока (I) , то для этого вида соединения проводников удобнее использовать формулу: Q=I²Rt.

При параллельном соединении проводников не изменяется напряжение (U), тогда для этого вида соединения проводников удобнее использовать формулу: Q=U²t/R.

Вспомним единицы измерения физических величин, входящих в формулы:

[А]=1 Дж;

[Q]=1 Дж;

[U]=1 В;

[I]=1 А;

[t]=1 с;

[R]=1 Ом.

4. Закрепление нового материала

Решение задач:

1.В проводнике сопротивлением 2 Ом сила тока 20 А. Какое количество теплоты выделится в проводнике за 1 минуту?

2. Электрический паяльник рассчитан на напряжение 12 В и силу тока 5А. Какое количество теплоты выделится в паяльнике за 30 минут работы?

5.Домашнее задание

§

Итак, мы вспомнили, что электрическое поле способно переместить заряженную частицу вдоль силовой линии, а значит оно (поле) может совершать работу. Это составляет понятие- работа тока.

Работа тока – работа электрического поля по перемещению заряженных частиц внутри проводника.

Как вычислить работу тока?

Надо найти работу электрического поля по перемещению заряда ?q из одной точки в другую , разность потенциалов между которыми U, т.е. из определения силы тока:

Работа тока на участке цепи равна произведению силы тока, напряжения и времени, в течение которого совершалась работа.

Электрический ток нагревает проводник. Почему проводник нагревается? (слайд №3)

Электрическое поле действует с силой на свободные электроны, которые начинают двигаться упорядоченно, одновременно участвуя в хаотическом движении, ускоряясь в промежутках между столкновениями с ионами кристаллической решетки. Приобретаемая электронами под действием электрического поля энергия направленного движения тратится на нагревание кристаллической решетки проводника, т.к. последующие столкновения ионов с другими электронами увеличивают амплитуду их колебаний и соответственно температуру всего проводника.

Опыты показывают, что в неподвижных металлических проводниках вся работа тока идет на увеличение их внутренней энергии. Нагретый проводник отдает полученную энергию окружающим телам (путем теплопередачи). Значит, количество теплоты, выделяемое проводником, по которому течет ток, равно работе тока. Мы знаем, что работу тока рассчитывают по формуле: А=U·I·t.
Обозначим количество теплоты буквой Q. Согласно сказанному выше Q = A, или Q = U·I·t. Пользуясь законом Ома, можно количество теплоты, выделяемое проводником с током, выразить через силу тока, сопротивление участка цепи и время. Зная, что U = IR, получим: Q = I·R·I·t, т. е.

 Количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени. Сформулированный выше вывод называется законом Джоуля - Ленца.

Исторический материал об открытии закона содержится на слайде №4

Важно! Закон Джоуля-Ленца позволяет вычислить количество теплоты, выделяемое на любом участке цепи, содержащем какие угодно проводники.

Кроме работы тока надо уметь вычислять мощность тока Р, т.е. работу, совершенную в единицу времени

Зная закон Ома для участка цепи, мощность можно вычислить 

Мощность измеряется в ваттах (Вт) и указывается на электроприборах

ИНТЕРЕСНО ?

В свое время в качестве единицы мощности Дж. Уатт предложил такую единицу, как «лошадиная сила». Эта единица измерения дожила до наших дней. Но в Англии в 1882 г. Британская ассоциация инженеров решила присвоить имя Дж. Уатта единице мощности. Теперь имя Джеймса Уатта
можно прочесть на любой электрической лампочке.
Это был первый в истории техники случай присвоения собственного имени единице измерения.
С этого случая и началась традиция присвоения собственных имен единицам измерения

Рассказывают, что ...
одну из паровых машин Уатта купил пивовар, чтобы заменить ею лошадь, которая приводила 
в действие водяной насос. При выборе необходимой мощности паровой машины пивовар определил 
рабочую силу лошади как восьмичасовую безостановочную работу до полного изнеможения лошади. Расчет показал, что каждую секунду лошадь поднимала 75 кг воды на высоту 1 метр, 
что и было принято за единицу мощности в 1 лошадиную силу. 

ЗНАЕШЬ ЛИ ТЫ ?

Ток, протекающий в спиралях электроламп, нагревает их до очень высокой температуры. 
Поэтому, чтобы спирали служили дольше, их заключают в стеклянные баллоны, 
заполненные в лампах большой мощности инертным газом.

В баллонах ламп малой мощности (до 40 Вт) - вакуум. Чтобы лампа работала дольше, 
температура спирали таких ламп ниже, а свет имеет желтый оттенок.

___

Атмосферное электричество опасно проявлением в виде линейных разрядов (молний), 
которых возникает на нашей планете примерно 100 каждую секунду. Атмосферные электрические заряды могут иметь напряжение до 1 миллиарда вольт, а сила тока молнии достигать 200 тысяч ампер. Время существования молнии оценивается от 0,1 до 1 секунды.
Температура достигает 6-10 тысяч градусов Цельсия. 
И если предположить, что электрическая энергия одной молнии может составлять 2500 квт/час,
а одна семья из трех человек потребляет в месяц 250 квт/час электричества, 
то энергии одной молнии хватило бы, чтобы удовлетворить потребность этой семьи на 10 месяцев. 

СУМЕЕШЬ ЛИ ТЫ РЕШИТЬ ?

Две электрические лампы, мощность которых 40 и 100 Вт, рассчитаны на одно и то же напряжение. Сравните по сопротивлениям нити накала обеих ламп.