Закон джоуля-ленца можно записать

Блог

Так как выделенная теплота равна работе сил электрического поля

Это закон Джоуля–Ленца в интегральной форме.

Мощность, выделенная в единице объема проводника .

Тепловая мощность тока в элементе проводника Δl, сечением ΔS, объемом равна:

Независимо друг от друга Джоуль и Ленц показали, что при протекании тока, в проводнике выделяется количество теплоты:

Разделив работу на время, получим выражение для мощности:

Отсюда видно, что нагревание происходит за счет работы, совершаемой силами поля над зарядом.

Закон джоуля-ленца можно записать

Полезно вспомнить и другие формулы для мощности и работы:

В 1841 г. манчестерский пивовар Джеймс Джоуль и в 1843 г. петербургский академик Эмилий Ленц установили закон теплового действия электрического тока.

то мы можем записать для мощности тока:

Согласно закону Ома в дифференциальной форме . Отсюда закон Джоуля — Ленца в дифференциальной форме характеризующий плотность выделенной энергии:

Соотношение (7.7.4) имеет интегральный характер и относится ко всему проводнику с сопротивлением R, по которому течет ток I. Получим закон Джоуля-Ленца в локальной-дифференциальной форме, характеризуя тепловыделение в произвольной точке.

где называется удельной электропроводностью металла. Обратная ей величина называется удельным сопротивлением.

Выведем закон Ома для металлов, исходя из модели электронного газа.

Законы Ома и Джоуля-Ленца в дифференциальной форме

Выражение (6), утверждающее прямую пропорциональную зависимость между плотностью тока и напряженностью поля, называется законом Ома в дифференциальной (локальной форме). С учетом направлений векторов и соотношение (6) можно записать и в векторном виде .

Будем считать, что в начале свободного пробега, сразу после соударения, cкорость направленного движения электрона u = 0. К концу свободного пробега его скорость становится равной umax. Электрон приобретает кинетическую энергию

Каждый электрон испытывает за 1 секунду z соударений ; сообщая всякий раз решетке энергию (8).

Электронная теория проводимости позволяет понять механизм выделения тепла при прохождении по проводнику электрического тока. Электрическое поле совершает работу и ускоряет электроны в металлах. Накапливаемая ими энергия при столкновениях с ионами передается решетке и нагревает металл. Отсюда можно теоретически вывести закон Джоуля-Ленца.

Найдем среднюю скорость дрейфа , применяя к электрону II закон Ньютона

где , характеризует скорость при Е = 1 В/м и называется подвижностью.

С учетом последнего, (9) можно переписать так . (10)

Следовательно, в единице объема за единицу времени должна выделяться теплота , (9)

где n – концентрация свободных электронов.

Для подсчета заряда, переносимого через площадку S, выберем параллелепипед с основанием S = 1 м 2 (рисунок 2). Число электронов, заключенных в объеме V параллелепипеда длиной , будет равно числу N электронов, пересекающих площадку S = 1м 2 в 1 с: (S = 1),

38.Чтобы быстрее вскипятить воду в стакане, обмотки двух одинаковых нагревателей нужно соединить

31.Сколько витков нихромовой проволоки диаметром d = 1 мм нужно навить на фарфоровый цилиндр радиусом r = 2,5 см, чтобы получить печь сопротивлением R = 100 Ом ?

Закон Джоуля-Ленца в интегpальной

При составлении уравнений по второму правилу Кирхгофа руководствуйтесь следующими правилами.

8.ЭДС батареи равна 1,60 В. При замыкании ее на нагрузку сопротивлением 3 Ом напряжение на полюсах батареи становится равным 0,96 В. Найти внутреннее сопротивление батареи.

29.Определить площадь сечения нихромовой проволоки длиной 50 м, необходимой для наматывания реостата, рассчитанного на максимальный ток 1 А и максимальную мощность 100 Вт?

9.При разомкнутом ключе напряжение на зажимах источника тока равно 6 В, при замкнутом ключе — 4 В. Найти сопротивление цепи, если внутреннее сопротивление источника 1 Ом.

Имейте ввиду, что уравнения по первому и второму правилу Кирхгофа составляют не длявсех узлов схемы и не длявсех контуров, и что число неизвестных токов не всегда равно числу сопротивлений. Для правильного обозначения сил токов в цепи подсчитайте число ветвей р. Ветвью называется любой участок цепи, соединяющий два соседних узла. Число токов должно быть равно числу ветвей. В каждой ветви течет только один ток, независимо от числа сопротивлений в ней, например, в схеме на рис. 2.4 в ветви Be1R1R2С два сопротивления R1 и R2, но ток в ней течет один, I1.

37.Уходя на занятия, вы забыли выключить электроплиту мощностью 800 Вт, за что пришлось заплатить по счетчику 5 руб при тарифе 46 коп за кВт·час. Полагая потери электроэнергии в проводах равными 10% от затраченной, определить, сколько времени работала плита.

17.В результате изменения напряжения мощность электрического тока возросла втрое. Как изменился при этом импульс направленного движения свободных электронов ?

1) последовательно 2) параллельно 3) не имеет значения как

Узлом разветвленной цепи назовем точку, в которой сходятся не менее трех проводников (рис. 2.3,а). Токи, направленные к узлу, будем называть входящими. Токи противоположной направленности — выходящими. Для узла, изображенного на рис. 2.3,б первое правило выразится соотношением

21.По алюминиевому отрезку провода длиной 1 м и диаметром 2 мм течет постоянный ток силой 1 А. Определить падение напряжение на нем.

В данном видеофрагменте показано, что при протекании электрического тока по металлическому проводнику он нагревается. Это происходит в результате взаимодействия электронов с ионами, расположенными в узлах кристаллической решетки. Выделившуюся энергию проводник передает окружающим телам. По закону сохранения энергии A=Q.

— От каких величин и почему зависит количество теплоты, переданное проводником окружающей среде? (вопрос учащимся)

Количество теплоты, выделенное проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени прохождения по нему тока.

Урок физики по теме — Закон Джоуля–Ленца

Как количество теплоты, выделяемое проводником с током, зависит от величин, входящих в формулу, выражающую закон Джоуля-Ленца? (вопрос учащимся)

Закончили работу. Какие вопросы, из предложенных, вызвали затруднения? Кто может ответить? (Выслушать ответы на вопросы вызвавшие затруднения, если необходимо ответить самому. Затем быстро выслушать ответы на остальные вопросы).

Сдать выполненные тестовые задания. Проверить правильность выполнения теста.

Далее вы снова работаете в паре. На работу вам дается пять минут. Вам необходимо восстановить представленный материал, сформулировать вопросы на понимание и записать эти вопросы в тетрадь.

В паре решить предложенные задачи. Необходимо помнить правила работы в паре: решить задачу, обсудить решение с товарищем, если необходимо исправить ошибки. Затем приступать к решению следующей задачи. Работу вам необходимо выполнить за 10 минут.

Просмотрим пример решения задачи на использование закона Джоуля – Ленца. (Учитель формулирует условие задачи, проговаривает ход решения задачи, демонстрируя слайд № 8 презентации).

Закончили работу. Сейчас вы работаете индивидуально. Возьмите тестовые задания. Подпишите. Отметьте правильные ответы. Перепишите ответы в тетрадь. Работаете 5 минут.

— Чем вы будете заниматься сегодня на уроке? (вопрос учащимся)

Заданные вопросы были вопросы на понимание или какие-то другие (на уточнение, на знание)? (вопрос учащимся)

Отнеся эту величину к объёму элемента трубки тока, придём к удельной тепловой мощности:

Закон Джоуля-Ленца в интегральной и дифференциальной формах

Пусть на участке электрической цепи протекает постоянный ток I (рис. 6.7.). Напряжение U на концах этого участка численно равно работе, совершаемой электрическими силами при перемещении единичного положительного заряда по этому участку. Это следует из определения напряжения (см. 3.16).

Разделив количество выделившейся теплоты dQ на время dt, получим тепловую мощность электрического тока:

Сторонние силы. Источники тока. Э.д.с. источника.

Если химическое действие и механическая работа при течении тока не производятся, то вся работа электрического тока расходуется только на нагревание проводника:

Подводя итог, ещё раз запишем формулы законов постоянного тока, рассмотренные на этой лекции.

i = lE — закон Ома в дифференциальной форме;

Учитывая, что i = lE = , это выражение можно записать ещё и так:

Перед нами закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме.

Здесь мы использовали хорошо известные соотношения:

Закон Ома для неоднородного участка цепи. Закон Ома для замкнутого контура.

Работа, совершаемая в единицу времени — мощность электрического тока:

Рис. 1.4 Движение материальной точки по криволинейной траект

В холодильной машине теплота передаётся от холодного тела (морозильной камеры) в более нагретую окружающую среду. Казалось бы, что это противоречит второму началу термодинамики. На самом деле проти

Решение ряда вопросов, в частности, сложение нескольких колебаний одинакового направления, значительно облегчается, если изображать колебания графически, в виде векторов на плоскости. Полученная та

Однородным называется участок цепи, не содержащий источника ЭДС. Ом экспериментально установил, что сила тока на однородном участке цепи пропорциональна напряжению и обратно пропорц

Рис.16.1 Предположим, чтонам удалось измерить скорости всех

Рис. 39.1 Для расчёта сложных цепей постоянного тока применя

Первое начало термодинамики — это обобщение закона сохранения энергии с учётом тепловых процессов. Его формулировка: количество теплоты, сообщённое системе, расходуется на выполнение работы

Рассмотрим изолированное тело, т.е. такое тело на которое не действует внешний момент сил. Тогда Mdt = 0 и из (4.5) следует d(Iw)=0, т.е. Iw=const. Если изолированная система состоит

Интерференцией называется явление наложения волн от двух когерентных источников, в результате которого происходит перераспределение интенсивности волн в пространстве, т.е. возникают интерференци

С учётом (38.3) выражение (38.2) можно записать в виде:

Закон Джоуля

В реальных условиях колеблющаяся система постепенно теряет энергию на преодоление сил трения, поэтому колебания являются затухающими. Чтобы колебания были незатухающими, необходимо каким-то образом

Представим закон Джоуля — Ленца (З8.1) в дифференциальной форме. Выделим, как и ранее, внутри проводника элементарный цилиндрический объем (рис. 37.1). Заменим в (38.1) . Тогда

Вывести данную зависимость можно и из теоретических соображений. Силы, перемещающие заряды по проводнику, совершают работу. Эту работу называют работой тока. Работа электрического тока на участке цепи, как следует из определения напряжения, A = U ⋅ Δ q » role=»presentation» style=»font-size: 100%; display: inline-block; position: relative;»> A = U ⋅ Δ q , где Δ q » role=»presentation» style=»font-size: 100%; display: inline-block; position: relative;»> Δ q − » role=»presentation» style=»font-size: 100%; display: inline-block; position: relative;»> − электрический заряд, проходящий по участку цепи, а U » role=»presentation» style=»font-size: 100%; display: inline-block; position: relative;»> U − » role=»presentation» style=»font-size: 100%; display: inline-block; position: relative;»> − напряжение на этом участке.

Если единственной причиной электрического сопротивления являются неупругие столкновения заряженных частиц с частицами окружающей среды, то работа электрического поля по поддержанию электрического тока равна количеству теплоты, выделяющемуся в проводнике при прохождении электрического тока:

Работа и мощность тока

Начни учиться бесплатно на любом курсе по физике!

Если R » role=»presentation» style=»font-size: 100%; display: inline-block; position: relative;»> R − » role=»presentation» style=»font-size: 100%; display: inline-block; position: relative;»> − сопротивление однородного участка цепи, то, используя закон Ома для участка цепи, можно получить формулу для расчета работы тока:

Скорость совершения работы тока на данном участке цепи характеризует мощность тока. Мощность тока определяют по формуле N = A Δ t » role=»presentation» style=»font-size: 100%; display: inline-block; position: relative;»> N = A Δ t или N = U ⋅ I » role=»presentation» style=»font-size: 100%; display: inline-block; position: relative;»> N = U ⋅ I . Данная формула также носит универсальный характер и может применяться не только для теплового действия тока.

Экспериментально установлено, что количество теплоты, выделившееся при прохождении электрического тока по проводнику, прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени, в течение которого шел ток: Q = I 2 ⋅ R ⋅ t » role=»presentation» style=»font-size: 100%; display: inline-block; position: relative;»> Q = I 2 ⋅ R ⋅ t . Это утверждение носит название закона Джоуля-Ленца.

Используя закон Ома для участка цепи, можно записать иначе формулу для мощности тока:

На большинстве электрических приборов указываются значения их мощности. Но надо понимать, что на эти значения устройства выходят только при подсоединении к расчетному (номинальному) напряжению. Здесь синонимом слова номинальное выступает проектное, расчетное, то есть то, в котором устройство долго будет работать в нормальном режиме. Соответственно, такие значения мощности, силы тока тоже называют номинальными. Например, лампочка, на которой написано 60 Вт, 220 В, будет потреблять мощность 60 Вт при включении в сеть с напряжением 220 В. Она будет гореть и при меньшем напряжении, но только более тускло, потребляя меньшую мощность. Какую именно, можно рассчитать, зная поданное напряжение и сопротивление лампы.

N = I 2 ⋅ R = U 2 R . » role=»presentation» style=»font-size: 100%; display: inline-block; position: relative;»> N = I 2 ⋅ R = U 2 R .

Кроме того, применяют внесистемные единицы: киловатт-час или гектоватт-час: 1 кВт ⋅ » role=»presentation» style=»font-size: 100%; display: inline-block; position: relative;»> ⋅ ч = 3,6 ⋅ » role=»presentation» style=»font-size: 100%; display: inline-block; position: relative;»> ⋅ 106 Дж = 3,6 МДж; 1 гВт ⋅ » role=»presentation» style=»font-size: 100%; display: inline-block; position: relative;»> ⋅ ч = 3,6 ⋅ » role=»presentation» style=»font-size: 100%; display: inline-block; position: relative;»> ⋅ 105 Дж = 360 кДж.

В этом случае речь идет о тепловой мощности. Единица мощности тока — Ватт: 1 Вт = Дж/с. Отсюда Дж = Вт ⋅ » role=»presentation» style=»font-size: 100%; display: inline-block; position: relative;»> ⋅ с.

Если цепь содержит конденсаторы и требуется найти тепло, выделившееся на резисторах при коммутации (замыкании/размыкании ключей), то удобно применить закон сохранения энергии с учетом работы источников тока.

Величина, оказывающая противодействие току …R

Ученик: Мощностью электрического тока является работа тока А, совершенная за единицу времени.

Через 8 мин взаимопроверка. Ученики меняются тетрадями и оценивают друг друга. После этого объявление темы урока. Записать в тетрадях тему урока:

Закон Джоуля -Ленца

Учитель: Что может произойти при коротком замыкании?

Учитель: Сегодня на уроке нам необходимо выяснить, почему при прохождении тока происходит нагревание проводника. Давайте прослушаем видео урок (№52).

Ученик: Возрастает резко сила тока в цепи и может возникнуть пожар!

Учитель: Как видим, закон был назван в честь двух знаменитых ученых, однако трудились они над этим открытием независимо друг от друга, находясь при этом даже в разных странах. Давайте послушаем, как это происходило.

Однако аналогичный закон уже был опубликован англичанином Джоулем в 1841 г. Что это, плагиат? На самом деле, реакция Ленца была обоснованной и по-научному корректной. Ученый особое внимание обратил на то, что, хотя результаты, полученные им, с результатами Джоуля в основном совпадают, но они, в отличие от работ Джоуля, свободны от любых неточностей. И это справедливо, ведь Джоулем было выполнено значительно меньше измерений, к тому же он использовал прибор, дававший ряд погрешностей. В связи с этим закон о тепловом действии тока, дополненный исключительно точными и обстоятельными измерениями Ленца дошел до нас как «закон Джоуля-Ленца».

Упорядоченное движение свободных носителей электрических зарядов Электрический ток.

Основные две формулы нахождения мощности это …

Учитель: Две проволоки одинаковой длины и сечения — железная и медная — соединены параллельно. В какой из них выделится большее количество теплоты?

Ученым была проведена большая серия опытов, во время которых он измерял время, затрачиваемое на нагревание раствора на 10°С. Получив достаточное количество убедительных данных, Ленц опубликовал закон, который сформулировал следующим образом: «Нагревание проволоки гальваническим током пропорционально квадрату служащего для нагревания тока» в 1843 г.