Как избавиться количество теплоты выделяемое проводником с током если силу тока

Вопрос по физике:

Как изменить количество теплоты выделяемое проводником с током,если силу тока в проводнике уменьшить в 4раза.

Ответы и объяснения 1

Количество теплоты, выделяемое проводником с током , согласно закону Джоуля- Ленца ( Q=I²Rt ), прямо пропорционально квадрату силы тока, т е если уменьшить силу тока в четыре раза, то количество теплоты уменьшится в 16 раз
Q₁=I²Rt
Q₂=(I/4)²Rt=(I²/16)Rt

Знаете ответ? Поделитесь им!

Как написать хороший ответ?

Чтобы добавить хороший ответ необходимо:

Отвечать достоверно на те вопросы, на которые знаете правильный ответ;
Писать подробно, чтобы ответ был исчерпывающий и не побуждал на дополнительные вопросы к нему;
Писать без грамматических, орфографических и пунктуационных ошибок.

Этого делать не стоит:

Копировать ответы со сторонних ресурсов. Хорошо ценятся уникальные и личные объяснения;
Отвечать не по сути: «Подумай сам(а)», «Легкотня», «Не знаю» и так далее;
Использовать мат — это неуважительно по отношению к пользователям;
Писать в ВЕРХНЕМ РЕГИСТРЕ.

Есть сомнения?

Не нашли подходящего ответа на вопрос или ответ отсутствует? Воспользуйтесь поиском по сайту, чтобы найти все ответы на похожие вопросы в разделе Физика.

Трудности с домашними заданиями? Не стесняйтесь попросить о помощи — смело задавайте вопросы!

Физика — область естествознания: естественная наука о простейших и вместе с тем наиболее общих законах природы, о материи, её структуре и движении.

Источник

Закон Джоуля-Ленца

О чем эта статья:

8 класс, 10 класс

Закон Джоуля-Ленца

На примере многих бытовых приборов понятно, что если через участок цепи проходит электроток и при этом не совершается какая-либо работа, то происходит нагревание проводника. Иногда оно идет на пользу — например, в лампе накаливания или в аппарате дуговой сварки. Но в других случаях тепловой эффект нежелателен — например, перегрев электрической проводки в здании может вызвать пожар. Поэтому в наших интересах управлять таким эффектом, и правило Джоуля-Ленца определяет, от чего зависит тепловое действие тока.

Правило было сформулировано в результате опытов двух ученых — англичанина Джеймса Прескотта Джоуля и российского физика Эмилия Христиановича Ленца. Поскольку ученые работали независимо друг от друга, новый закон назвали двойным именем.

Закон Джоуля-Ленца кратко: нагревание проводника или полупроводника прямо пропорционально его сопротивлению, времени действия тока и квадрату силы тока.

Поскольку сопротивление проводника определяют такие характеристики, как его длина, площадь и проводимость, верны следующие утверждения:

количество теплоты в проводнике снижается при увеличении площади его сечения;

тепловой эффект снижается при уменьшении длины проводника.

Это легко проиллюстрировать, подключив к источнику питания две лампы с разным сопротивлением вначале последовательно, а после — параллельно. При последовательном подключении лампа с большим сопротивлением будет светить ярче, а при параллельном — наоборот.

Природа тепла в проводниках

Разберемся, как происходит нагрев проводника и каким образом этот процесс отвечает формулировке законе Джоуля-Ленца. Как известно, электрический ток представляет собой направленный поток электронов, если речь идет о металлах, и направленный поток ионов — если о растворах электролитов. Проводником называют такой металл, в котором много свободных электронов.

При подключении проводника к сети электроны начинают двигаться в одном направлении под действием электрического поля. При движении они сталкиваются с атомами проводника и передают им свою кинетическую энергию. Чем выше скорость заряженных частиц, тем чаще происходят такие столкновения и больше выделяется кинетической энергии. Часть этой энергии трансформируется в тепло, поэтому проводник нагревается.

Высокая сила тока означает, что через сечение проводника проходит много свободных электронов и столкновения происходят часто. Соответственно, частицам проводника передается много энергии, и он греется сильнее. Именно поэтому в законе Ленца-Джоуля говорится о том, что количество выделяемой теплоты пропорционально квадрату силы тока.

Теперь представим, что сечение проводника увеличилось. Конечно, столкновений частиц будет меньше, а значит — выделится меньше тепла. Вспоминаем, что удельное сопротивление проводника обратно пропорционально его сечению. Чем меньше сечение материала, тем выше его сопротивление и тем сильнее он нагревается. Вот мы и описали тепловое действие тока в соответствии с законом Джоуля-Ленца.

Уравнение Джоуля-Ленца

Посмотрим, как данный закон выражается в математическом виде. Допустим, на некоем участке цепи проходит электрический ток и вызывает нагревание проводника. Если на этом участке нет каких-либо механических процессов или химических реакций, требующих энергозатрат, выделенная проводником теплота Q равна работе тока A.

Q = A

Поскольку А = IUt, где I — сила тока, U — напряжение, а t — время, Q = IUt.

Теперь вспомним, что напряжение можно выразить через сопротивление и силу тока U = IR. Подставим это в формулу:

Q = IUt = I(IR)t = I 2 Rt

Q = I 2 Rt

Мы выразили количество теплоты в проводнике через сопротивление — эта формула для закона Джоуля-Ленца называется интегральной.

Но бывает так, что сила электрического тока неизвестна, зато есть информация о напряжении на участке цепи. В таком случае нужно использовать закон Ома:

I = U/R

Исходя из этого, закон Джоуля-Ленца можно записать в виде дифференциальной формулы:

Напомним, что такое уравнение, как и предыдущее, верно только в том случае, когда вся работа электрического тока уходит на выделение тепла и нет других потребителей энергии.

Итак, у нас есть две формулы для определения количества теплоты, выделяемой проводником при прохождении через него электричества:

При расчетах используют следующие единицы измерения:

количество тепла Q— в джоулях (Дж);

силу тока I — в амперах (А);

сопротивление R — в омах (Ом);

время t — в секундах (с).

Практическое применение

Применение на практике закона Джоуля-Ленца заключается в том, что тепловым действием электрического тока можно управлять, подбирая проводники с нужным сопротивлением. К примеру, для электрических нагревательных приборов, которые должны выделять максимум тепла, выбирают проводники с высоким сопротивлением.

Низкое сопротивление, напротив, позволяет проводнику практически не нагреваться при прохождении тока. Поэтому на промышленных предприятиях с усиленными требованиями к пожаробезопасности для прокладки линий электропередач используется медный кабель. Удельное сопротивление меди сечением 1 мм 2 равно 0,0175 Ом, в то время как у алюминия оно составляет 0,0271 Ом. Медь практически не нагревается, чем снижает риск возгораний.

Примеры задач

Задача 1

Электроплита подключена к сети с напряжением 220 В. Какое количество тепла выделит ее нагревательный элемент за 50 минут, если известно, что сила тока в цепи составляет 10 А.

Решение:

t = 50 мин = 3000 с;

Для того, чтобы рассчитать количество тепла, в данном случае подойдет интегральная формула Джоуля-Ленца Q = I 2 Rt, однако мы не знаем, чему равно сопротивление R. Однако согласно закону Ома R = U/I.

Вычислим сопротивление: R = U/I = 220/10 = 22 Ом.

Подставим имеющиеся данные в формулу:

Q = I 2 Rt = 10 2 × 22 × 3000 = 6 600 000 Дж = 6,6 МДж.

Ответ: плита выделит 6,6 мегаджоулей тепла.

Задача 2

Для обогрева дома требуется, чтобы отопительный прибор выделял 125 кДж тепла в час. Напряжение в электрической сети составляет 220 В. Каким должно быть электрическое сопротивление проводника, чтобы обеспечить данную теплоотдачу?

Решение:

Q = 125 Дж = 125 000 Дж;

В данном случае подойдет уравнение

Ответ: сопротивление проводника 1393,92 Ом.

Бесплатный марафон: как самому создавать игры, а не только играть в них (◕ᴗ◕)

Записаться на марафон

Бесплатный марафон: как самому создавать игры, а не только играть в них (◕ᴗ◕)

Источник

Разработка урока физики » Количество теплоты, выделяемое проводником с током. Закон Джоуля-Ленца»

Ищем педагогов в команду «Инфоурок»

Выбранный для просмотра документ Конспект урока.docx

Тема: Количество теплоты, выделяемое проводником с током. Закон Джоуля-Ленца.

1.Вывести формулу, выражающую закон Джоуля- Ленца; рассмотреть применение этой формулы на практике; закрепить знание по темам: напряжение, мощность и работа электрического тока.

2. Развивать учебно-информационные навыки

3.Воспитывать аккуратность при работе в тетрадях и у доски

Приветствие. Сообщение темы урока через анализ пословиц

Быстро нагревается- быстро остывает

Работающей мельнице некогда замерзать

— О какой физической величине идет речь в этих пословицах?

Правильно , сегодня мы с вами на уроке будем говорить о количестве теплоты, выделяемое проводником с током, выведем формулу для расчета этой физической величины. Но в начале давайте вспомним, что изучали на прошлых уроках.

2. Проверка знаний

1. Логическая цепочка ( заполнение пропусков в формуле поочередно)

Цепочка после заполнения заполнения

Цепочка до заполнения

-Объясните, в каких единицах измеряется каждая физическая величина.

2. Проверка домашнего задания

Определите силу тока в цепи

Определите напряжение на батареи

Рассчитайте напряжение на лампе

Рассчитайте напряжение на реостате

Вычислите мощность тока в лампе

Вычислите мощность тока в реостате

Рассчитайте работу электрического тока в лампе

Рассчитайте работу электрического тока в реостате

3. Самостоятельная работа

Определите силу тока в цепи

Определите напряжение на батареи

Рассчитайте напряжение на лампе

Рассчитайте напряжение на реостате

Вычислите мощность тока в лампе

Вычислите мощность тока в реостате

Рассчитайте работу электрического тока в лампе

Рассчитайте работу электрического тока в реостате

1,2 задание общее ,далее

1вариант выполняет задания под нечетными номерами, т.е. 3,5,7

2 вариант выполняет задание под четными номерами, т.е. 4,6,8.

(самопроверка по ответам)

3.Объяснение нового материала

— С какими физическими величинами связано количество теплоты? ( С работой и временем).

-Как обозначается количество теплоты? (Q )

— Подумайте и скажите, в какой зависимости находятся количество теплоты и время работы проводника ? ( В прямой пропорциональной зависимости. Чем дольше работает проводник с током, тем больше выделится количества теплоты) .

Электрический ток нагревает проводник. А с чем это связано? Ответ на этот вопрос найдите в учебнике.

(Работа с учебником)

Опыт показывает, что в неподвижных металлах вся работа тока идет на увеличение их внутренней энергии. Нагретый проводник отдает полученную энергию окружающим телам, но уже путем теплопередачи. Значит, количество теплоты , выделяемое проводником, по которому течет ток ,равно работе тока

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

К этому же выводу пришли независимо друг от друга английский ученый Джеймс Джоуль и русский ученый Эмилий Христианович Ленц. Поэтому сформулированный выше вывод называется законом Джоуля-Ленца.

(Просмотр ролика об Эмилии Ленце ( 6 мин) )

4. Первичное закрепление материала

1) выведите формулу для вычисления количества теплоты, выделяемое проводником, если известно

напряжение, сопротивление и время работы проводника ( Q= )

мощность электроприбора и его время работы (Q=Рt)

2)Используя карточку 1,определите, какое количество теплоты выделит лампочка

Источник