Как найти время течения тока

I = 5 А.

A = 540 кДж = 540 *10³ Дж.

R = 24 Ом.

t — ?

Работа электрического тока А при прохождении по проводнику определяется законом Джоуля-Ленца: A = I * U * t, где I – сила тока в проводнике, U – напряжение тока на концах проводника, t – время прохождения тока по проводнику.

t = A / I * U.

Напряжение на концах проводника U выразим по закону Ома для участка цепи, произведением силы тока I на сопротивление проводника R: U = I * R.

Время прохождения электрического тока по проводнику t будет определяться формулой: t = A / I * I * R = А / I² * R.

t =  540 *10³ Дж / (5 А)² * 24 Ом = 900 с = 15 мин.

Ответ: электрический ток совершил работу за время t = 15 мин.

Популярное на сайте:

Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах. 

Как научится читать по диагонали? Скорость чтения зависит от скорости восприятия каждого отдельного слова в тексте. 

Как быстро и эффективно исправить почерк?  Люди часто предполагают, что каллиграфия и почерк являются синонимами, но это не так.

Как научится говорить грамотно и правильно? Общение на хорошем, уверенном и естественном русском языке является достижимой целью. 

Закон Джоуля-Ленца и его применение

Раздел ОГЭ по физике: 3.9.Закон Джоуля-Ленца
Раздел ЕГЭ по физике: 3.2.8. Работа электрического тока. Закон Джоуля–Ленца

Рассмотрим Закон Джоуля-Ленца и его применение.

При прохождении электрического тока по проводнику он нагревается. Это происходит потому, что перемещающиеся под действием электрического поля свободные электроны в металлах и ионы в растворах электролитов сталкиваются с молекулами или атомами проводников и передают им свою энергию. Таким образом, при совершении током работы увеличивается внутренняя энергия проводника, в нём выделяется некоторое количество теплоты, равное работе тока, и проводник нагревается: Q = А или Q = IUt. Учитывая, что U = IR, в результате получаем формулу:

Q = I²Rt , где

Q — количество выделяемой теплоты (в Джоулях)
I — сила тока (в Амперах)
R — сопротивление проводника (в Омах)
t — время прохождения (в секундах)

♦ Закон Джоуля–Ленца: количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени прохождения тока.

В XIX в. независимо друг от друга англичанин Д. Джоуль и россиянин Э. Ленц изучали нагревание проводников при прохождении электрического тока и опытным путём обнаружили закономерность: количество теплоты, выделяющееся при прохождении тока по проводнику, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени: Q = I²Rt  (в случае постоянных силы тока и сопротивления). Эту закономерность называют законом Джоуля-Ленца. Данный закон дает количественную оценку теплового действия электрического тока.

Применяя закон Ома, можно получить эквивалентные формулы: Q = IUt,  Q= U²t/R

Где применяется закон Джоуля-Ленца ?

1. Например, в лампах накаливания и в электронагревательных приборах применяется закон Джоуля-Ленца. В них используют нагревательный элемент, который является проводником с высоким сопротивлением. За счет этого элемента можно добиться локализованного выделения тепла на определенном участке. Выделение тепла будет появляться при повышении сопротивления, увеличении длины проводника, выбором определенного сплава.

2. Одной из областей применения закона Джоуля-Ленца является снижение потерь энергии. Тепловое действие силы тока ведет к потерям энергии. При передаче электроэнергии, передаваемая мощность линейно зависит от напряжения и силы тока, а сила нагрева зависит от силы тока квадратично, поэтому если повышать напряжение, при этом понижая силу тока перед подачей электроэнергии, то это будет более выгодно. Но повышение напряжения ведет к снижению электробезопасности. Для повышения уровня электробезопасности повышают сопротивление нагрузки соответственно повышению напряжения в сети.

3. Также закон Джоуля-Ленца влияет на выбор проводов для цепей. Потому что при неправильном подборе проводов возможен сильный нагрев проводника, а также его возгорание. Это происходит когда сила тока превышает предельно допустимые значения и выделяется слишком много энергии.

Нагревание проводов является вредным, поскольку приводит к потерям электроэнергии при передаче ее от источника к потребителю. Для уменьшения этих потерь силу тока уменьшают, повышая напряжение источника с тем, чтобы передаваемая мощность осталась прежней. Чтобы избежать электрического пробоя изоляции проводов, их поднимают на большую высоту на мачтах высоковольтных линий электропередач, связывающих крупные электростанции с городами и поселками, отстоящими от них на десятки и сотни километров.

Вы смотрели конспект урока физики в 8 классе «Закон Джоуля-Ленца и его применение».
Выберите дальнейшие действия:

• Посмотреть «Решение ЗАДАЧ на Закон Джоуля-Ленца»
• Вернуться к Списку конспектов по Физике.
• Проверить свои знания по Физике.
• Смотреть следующий конспект «Работа и мощность электрического тока».

Способность
тела производить работу называется
энергией
тела. Таким
образом, мерой количества энергии
является работа. Энергия тела тем больше,
чем большую работу может произвести
это тело при своем движении. Энергия не
исчезает, а переходит из одной формы в
другую. Например, в генераторе механическая
энергия преобразуется в электрическую
энергию, а в двигателе – электрическая
в механическую. Однако не вся энергия
является полезной, т.е. часть ее расходуется
на преодоление внутреннего сопротивления
источника и проводов.

Работа
электрического тока
численно равна произведению напряжения,
силы тока в цепи и времени его прохождения.
Единица измерения – Джоуль.

Для
измерения работы или энергии электрического
тока используется электроизмерительный
прибор − счетчик
электрической энергии.

Электрическая
энергия помимо джоулей измеряется в
ватт-часах
или киловатт-часах:

1
Вт·ч = 3 600 Дж, 1 кВт·ч = 1 000 Вт·ч.

Мощность
электрического тока
– это работа, производимая (или
потребляемая) в единицу времени. Единица
измерения – Ватт.

Для
измерения мощности электрического тока
используется электроизмерительный
прибор − ваттметр.

Кратными
единицами измерения мощности являются
киловатт или мегаватт:

1
кВт = 1 000 Вт, 1 МВт = 1 000 000 Вт.

В
табл. 1 приведена мощность ряда устройств.

Таблица
1

Соотношения
между мощностью, током, напряжением и
сопротивлением приведены на рис. 1.

P
U

I
R

R·I

Рис.
1

Скорость,
с которой механическая или другая
энергия преобразуется в источнике в
электрическую называется мощностью
источника:

где
W_и
–
электрическая энергия источника.

Скорость,
с которой электрическая энергия
преобразуется в приемнике в другие виды
энергии, в частности в тепловую, называется
мощностью
приемника:

Мощность,
определяющая непроизвольный расход
энергии, например, на тепловые потери
в источнике или в проводниках, называют
мощностью потерь:

По
закону сохранения энергии мощность
источника равна сумме мощностей
потребителей и потерь:

Это
выражение представляет собой баланс
мощностей.

Эффективность
передачи энергии от источника к приемнику
характеризует коэффициент полезного
действия (КПД) источника:

где
Р₁
или Р_ист
– мощность, отдаваемая источником
энергии во внешнюю цепь;

Р₂
– мощность, получаемая извне или
потребляемая мощность;

∆P
или Р₀
(Р_вн)
– мощность, расходуемая на преодоление
потерь в источник или приемнике энергии.

Электрический
ток представляет собой направленное
движение электрически заряженных
частиц. При столкновении движущихся
частиц с молекулами и ионами вещества
кинетическая энергия движущихся частиц
передается ионам и молекулам, вследствие
чего происходит нагревание проводника.
Таким образом, электрическая энергия
преобразуется в тепловую.

В
1844 г. русским академиком Э.Х.
Ленцем
и английским ученым Джоулем
одновременно и независимо друг от друга
был открыт закон, описывающий тепловое
действие тока.

Закон
Джоуля-Ленца:
при
прохождении электрического тока по
проводнику количество теплоты, выделяемое
проводником, прямо пропорционально
квадрату силы тока, сопротивлению
проводника и времени, в течение которого
электрический ток протекает по проводнику:

где
Q–
количество теплоты, Дж, I
– сила тока, А; R
– сопротивление проводника, Ом; t
– время, в течение которого электрический
ток протекал по проводнику, с.

Закон
Джоуля-Ленца используют при расчетах
тепловых режимов источников электроэнергии,
линий электропередачи, потребителей и
других элементов электрической цепи.
Преобразование электроэнергии в тепловую
имеет очень большое практическое
значение. Вместе с тем тепловое действие
во многих случаях оказывается вредным
(рис. 2).

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Закон Джоуля-Ленца описывает тепловое действие электрического тока и находит широкое применение в электротехнике. В сегодняшней статье разберем несколько задач на закон Джоуля-Ленца.

Лень решать задачи? Зайдите на наш телеграм-канал: там найдется много интересного для всех учащихся. А если вы решили обратиться к нам за помощью, не упустите выгоду и обязательно прочекайте приятные скидки и акции на нашем втором канале.

Закон Джоуля-Ленца: задачи с решением

Для решения любой физической задачи существует алгоритм: сначала записываются все известные данные, затем определяются величины, которые нужно найти. Подробнее о решении физических задач читайте в нашей памятке для студентов. Также советуем держать под рукой формулы, это существенно облегчит процесс решения.

Кстати, если вы интересуетесь задачами на закон Джоуля-Ленца, вам также может быть полезно ознакомиться с задачами на мощность тока.

Задача на закон Джоуля-Ленца №1

Условие

Какое количество теплоты выделяет за 5 минут нагреватель электрочайника, если его сопротивление равно 30 Ом, а сила тока в цепи 1,5 А?

Решение

Это простейшая задача на закон Джоуля-Ленца для участка цепи. Запишем сам закон:

Q=I2Rt

Подставив значения из условия в формулу, найдем:

Q=1,52·30·300=20250 Дж

Ответ: 20,25 кДж.

Задача на закон Джоуля-Ленца №2

Условие

Какое количество теплоты выделит за 40 минут спираль электроплитки, если сила тока в цепи 3 А, а напряжение 220 В?

Решение

Эта также простейшая задача на закон Джоуля-Ленца, но, в отличие от первой задачи, при ее решении используется другая формулировка закона. Сначала запишем закон Джоуля-Ленца:

Q=I2Rt

Теперь перепишем его с учетом закона Ома:

I=URR=UIQ=I2UIt=IUt

Осталось подставить значения и вычислить:

Q=3·220·2400=1,584 МДж

Ответ: 1,584 МДж.

Задача на закон Джоуля-Ленца №3

Условие

Сколько минут ток шел по проводнику сопротивлением 25 Ом, если при силе тока 1 А проводник вылелил 6 кДж теплоты.

Решение

Запишем закон Джоуля-Ленца и выразим время:

Q=I2Rtt=QI2R

Найдем:

t=600012·25=240 c=4 мин

Ответ: 4 минуты.

При расчетах не забывайте переводить все величины из условия в систему СИ.

Задача на закон Джоуля-Ленца №4

Условие

Электрическая плитка при силе тока 4 А за 20 минут потребляет 1000 кДж энергии. Рассчитайте сопротивление плитки.

Решение

Выразим сопротивление из закона Джоуля-Ленца:

Q=I2RtR=QI2t

Подставим значения и вычислим:

R=1000·10316·1200=52 Ом

Ответ: 52 Ом.

Задача на закон Джоуля-Ленца №5

Условие

По проводнику с сопротивлением 6 Ом пропускали постоянный ток в течение 9 c. Какое количество теплоты выделилось в проводнике за это время, если через его сечение прошел заряд 3 Кл?

Решение

Заряд можно определить, зная время и силу тока. А зная заряд и врямя, за которое он прошел по проводнику, найдем силу тока:

I=qt

Запишем закон Джоуля-Ленца для количества теплоты:

Q=I2RtQ=q2t2Rt=q2Rt

Подставим значения и вычислим:

Q=32·69=6 Дж

Ответ: 6 Дж.

Вопросы на закон Джоуля-Ленца

Вопрос 1. Как звучит закон Джоуля-Ленца?

Ответ. Закон Джоуля-Ленца гласит:

Количество теплоты, выделившейся в проводнике при прохождении по нему электрического тока, прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока.

Q=I2Rt

Вопрос 2. Почему проводник с током нагревается?

Ответ. При прохождении тока по проводнику положительные ионы в узлах кристаллических решеток проводника за счет энергии тока начинают сильнее колебаться. Это сопровождается увеличением внутренней энергии проводника, т.е. его нагреванием. При этом энергия тока выделяется в виде теплоты, которую называют джоулевым теплом.

Вопрос 3. Как был открыт закон Джоуля-Ленца?

Ответ.  По спирали, помещенной в калориметр с водой, пропускали электрический ток. Через некоторое время вода нагревалась. По температуре воды можно было вычислить количество выделившейся теплоты. Эмпирическим путем было доказано, что при прохождении тока по проводнику, обладающему определенным сопротивлением, в течение времени током совершается работа, проявляющаяся в виде выделившейся теплоты.

Английский физик Джеймс Джоуль и русский физик Эмилий Ленц изучали зависимость количества выделяемой теплоты от силы тока одновременно. Они пришли к одному и тому же выводу независимо друг от друга.

Вопрос 4. Как еще можно записать закон Джоуля-Ленца?

Ответ. Воспользовавшись законом Ома для участа цепи, закон Джоуля-Ленца можно переписать следующим образом:

Q=UIt=U2Rt

1. На нем основан принцип действия многих нагревательных приборов (чайник, электроплитка, фен, утюг, паяльник и т.д).
2. На принципе закона Джоуля-Ленца основана контактная сварка, где создание неразъемного сварного соединения достигается путем нагрева металла за счет проходящего через него электрического тока и пластической деформации свариваемых деталей путем сжатия. Электродуговая сварка также использует закон Джоуля-Ленца.
3. Расчеты на основе закона Джоуля-Ленца позволяют стабилизировать и минимизировать тепловые потери в линиях электропередач.

Нужна помощь в решении задач и выполнении других заданий по учебе? Обращайтесь в профессиональный сервис для учащихся в любое время.