 |
Лекция 45. Работа и мощность электрического тока. Расчет электрических цепей
|
|
|
|
Цель: выяснить характер зависимости между энергией, выделяемой на участке цепи, электрическим током и сопротивлением этого участка цепи.
План занятия:
1. Работа электрического тока как характеристика процесса превращения электрической энергии.
2. Расчет работы электрического тока.
3. Мощность электрического тока.
4. Измерение работы и мощности электрического тока.
Что понимают под механической энергией и работой? Механическим движением называется изменение с течением времени положения тела относительно других тел. Работа – это количественная характеристика преобразования энергии в физических процессах, зависит от вида процесса; работа системы положительна, если она отдает энергию, и отрицательна, если получает., т.е механическая работа совершается только тогда, когда на тело действует сила, и оно движется. Допустим, что если тело массой m падает с высоты h1 до высоты h2, то при этом сила тяжести совершает работу А = mg (h1 - h2). Эта работа равна изменению потенциальной энергии тела: А = Eп1 – Eп2. Но общая механическая энергия тела не изменилась, она стала равной сумме потенциальной и кинетической энергии тела на высоте h2. Отсюда вывод, работа характеризует изменение энергии или превращение одного вида энергии в другой. В данном случае происходит превращение одного вида механической энергии (потенциальной) в механическую энергию другого вида (кинетическую).
Работа электрического тока также характеризует процесс превращения энергии одного вида (энегрии электрического вида) в энергию другого вида (внутреннюю энергию тел, в механическую и другие виды энергии, например, тепловую или световую).
Рассмотри опыт с лампой накаливания. Изменяя сопротивление, замечаем изменение силы тока и напряжения. Очевидно, что чем ярче светится лампочка, тем больше выделяется в ней энергии, и следовательно, тем большую работу совершает электрический ток. Следовательно, именно этому случаю соответствует и большие значения силы тока и напряжения. Опыт дает возможность качественно установить, что
|
|
|
Работа электрического тока А пропорциональна силе тока I, напряжению U и времени прохождения тока t:
А = IUt.
Формулу работы можно получить из формул: напряжение показывает, какую работу совершает электрическое поле при перемещении единичного положительного заряда из одной точки в другую, т.е напряжение прямо пропорционально работе и обратно пропорционально электрическому заряду.
,
отсюда A = Uq = UIt
За единицу работы электрического тока принят Джоуль, который равен работе, выполняемой электрически током силой 1А при напряжении 1В за 1 с:
1Дж = 1В∙1А∙1с.
Мы знаем, что мощность равна работе, совершенной в единицу времени 
следовательно, чтобы найти среднюю мощность электрического тока, надо его работу разделить на время
, из этой формулы можно определить, что 
.
За единицу мощности принят 1 Вт, равный 1 
,
из формулы P = UI следует, что 1 ватт ∙ 1 ампер или 1Вт = 1В∙А.
Используют также единицы мощности кратные ватту: гектоватт (гВт), киловатт (кВт), мегаватт (МВт)
1 гВт = 100Вт
1квт = 1000Вт
1Мвт = 1 000 000 Вт.
Для измерения мощности применяют приборы называемые ваттметры. Вычислить мощность можно: для этого напряжение умножают на силу тока, найденные по показаниям приборов: амперметра и вольтметра.
Для измерения работы электрического тока нужен прибор, учитывающий напряжение, силу тока и время прохождения тока. Таким прибором является электрический счетчик. Их устанавливают везде, где используется электрическая энергия.
Для определения можно воспользоваться формулой А = Рt, где выражая мощность в ваттах, а время в секундах получим работу в джоулях
|
|
|
1 Вт = 1 
, откуда 1 Дж = 1Вт∙1с., но на практике удобнее всего вычислять время не в секундах, а в часах, работу тока не в джоулях, а в других единицах: ватт- час (Вт∙ч), гектоватт - час(гВт∙ч), киловатт-час(кВт∙ч)
1 Вт∙ч = 3600 Дж
1 гВт∙ч = 100 Вт = 360 000 Дж
1 кВт∙ч = 1000 Вт = 3 600 000 Дж.
Решение задач.
1. Определите КПД электрического двигателя, который при напряжении 220В и силе тока 2 А за 30 с поднимает груз массой 100 кг на высоту 10 м.
Решение. Дано U = 220В I = 2А t = 30c m = 100 кг  ?
| По определению КПД – это отношение полезной работы к затраченной:  % Полезная работа равна АП = mgh, затраченная работа АЗ= UIt Тогда 
|
2. Два резистора имеют сопротивления по 1 Ом. Какова будет мощность тока, если подключить к источнику постоянного напряжения 1 В два резистора последовательно? Два резистора параллельно? Один резистор?
| Дано: R1= R2= 1 Ом U = 1В Р=? | Решение: Последовательно: R= R1+ R2 = 1Ом + 1 Ом = 2Ом. I = UxR = 1x 2 = 2 A P = UI = 2A x 1B = 2 Bт Параллельно: R = R1 x R2/ R1 + R2 = ½ = 0,5 Ом, I = UxR = 2 x 0,5 = 1 A P = UI = 1A x 1B = 1 Bт Ответ: 1Вт, 2Вт. |
Контрольные вопросы:
1. Что такое мощность?
2. Каковы единицы измерения мощности
3. Сформулируйте понятие работы тока.
4. Как называется прибор для измерения работы тока?
Домашнее задание
1. Учебник-1: § 10 (п. 1, 2, 3, 4); Учебник-2: § 7 (п. 1, 2).
2. Сборник задач.:
Ур1 № 5.6; 5.7; 5.8; 5.18.
Список использованной литературы
1. Физика. 11 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений: базовый и профил. уровни / Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Сотский; под ред. В. И. Николаева, Н. А. Парфентьевой. — 19-е изд. — М.: Просвещение, 2010. — 366 с.: ил.
2. Марон А.Е., Марон Е.А. «Сборник задачорник качественных задач по физике 11 кл, М.: Просвещение,2006
3. Л.А. Кирик, Л.Э.Генденштейн, Ю.И.Дик. Методические материалы для преподавателя 10 класс,М.:Илекса, 2005.-304с:, 2005
4. Л.Э.Генденштейн, Ю.И.Дик. Физика 11 класс.-М.: Мнемозина,2010
|
|
|
