Berezka7km.ru

Березка 7км
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Презентация к уроку; Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля-Ленца

Презентация к уроку "Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля-Ленца"

Данный ресурс соответствует федеральному государственному образовательному стандарту. Содержит 7 тестовых вопросов для проверки усвоения и понимания восьмиклассниками учебного материала по обозначенной теме. Презентацию можно использовать на этапе первичного повторения или на этапе актуализации знаний. Применение данного материала на уроке позволит учителю своевременно выявить недостатки в знаниях учащихся и индивидуализировать процесс обучения физике.
Техническая составляющая понятна. Для визуализации правильного/неправильного ответа необходимо нажать на выбранный ответ, переход на следующий слайд — по управляющей кнопке.

Целевая аудитория: для 8 класса

Автор: Каратанова Марина Николаевна
Место работы: МБОУ СОШ №256 ГО ЗАТО Фокино Приморский край
Добавил: KarMaN

Физкультминутки

Физкультминутки обеспечивают кратковременный отдых детей на уроке, а также способствуют переключению внимания с одного вида деятельности на другой.

Свидетельство о публикации презентации

Уважаемые коллеги! Добавьте свою презентацию на Учительский портал и получите бесплатное свидетельство о публикации методического материала в международном СМИ.

Почтовая рассылка

Подпишитесь на почтовую рассылку Учительского портала и получайте ссылки на новые разработки уроков, презентации, тесты и другие методические материалы на электронную почту. Это бесплатно!

Конкурсы для учителей

Диплом и справка о публикации каждому участнику!

Новости образования

350 лет Петру I

Новый год

Маркер СМИ

© 2007 — 2021 Сообщество учителей-предметников «Учительский портал»
Свидетельство о регистрации СМИ: Эл № ФС77-64383 выдано 31.12.2015 г. Роскомнадзором.
Территория распространения: Российская Федерация, зарубежные страны.
Учредитель: Никитенко Евгений Игоревич

Сайт является информационным посредником и предоставляет возможность пользователям размещать свои материалы на его страницах.
Все материалы, размещенные на сайте, созданы пользователями сайта и представлены исключительно в ознакомительных целях.
Публикуя материалы на сайте, пользователи берут на себя всю ответственность за содержание материалов и разрешение любых спорных вопросов с третьими лицами.

Администрация сайта готова оказать поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта.
Если вы обнаружили, что на сайте незаконно используются материалы, сообщите администратору через форму обратной связи — материалы будут удалены.

Использование материалов сайта возможно только с разрешения администрации портала.

Фотографии предоставлены

Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля – Ленца

Автор: Понемасова Светлана Борисовна
Должность: Учитель физики
Учебное заведение: МБОУ СОШ с.Верхний Ломов имени И.И.Привалова
Населённый пункт: с.Верхний Ломов Пензенской области
Наименование материала: Разработка урока
Тема: Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля – Ленца
Раздел: среднее образование

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа с. Верхний Ломов

имени Ивана Ивановича Привалова

Технологическая карта урока

Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля – Ленца

Понемасова Светлана Борисовна

Технологическая карта урока

Ф.И. О. учителя: Понемасова Светлана Борисовна

Место работы, должность: МБОУ СОШ с. Верхний Ломов, учитель

Учебный предмет: физика

Автор учебника: А.В. Перышкин

Тема урока: « Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля – Ленца»

Тип урока: урок открытия нового знания и первичного закрепления полученных знаний

Технология построения урока: проблемно – экспериментальное обучение

Место и роль урока в изучаемой теме: завершающий этап в изучении темы: «Электрические

Цель урока: организовать деятельность учащихся по восприятию, осмыслению и первичному

Читайте так же:
Как найти количество теплоты выделяемое проводником с током

закреплению знаний о причинах и следствиях нагревания проводников электрическим током , формированию

представлений о практическом применении полученных знаний в повседневной жизни

Образовательные:

— опираясь на имеющиеся знания и повседневный опыт, аналитически установить связь выделяющейся

тепловой энергии в проводнике с силой тока, сопротивлением проводника и временем его протекания

— подтвердить полученные выводы результатами экспериментов

— опираясь на известные формулы и теоретические умозаключения получить расчетную формулу, для

расчета количества теплоты, выделяемого проводником с током

— сформулировать закон Джоуля – Ленца

— формировать умения применять данный закон для решения задач и анализа вопросов практической

Воспитательные:

содействовать формированию мировоззренческой идеи познаваемости явлений и свойств окружающего

формировать коммуникативные умения учащихся, способность работать в группах, уважительно

относиться друг к другу, прислушиваться к мнению товарищей

Развивающие:

— развивать интеллектуальные умения учащихся: наблюдать, сравнивать, размышлять анализировать и

обобщать результаты опытов, применять полученные знания в новых ситуациях

— предметные УУД: научить учащихся вычислять количество теплоты, выделяемое проводником с током

— метапредметные УУД:

а) коммуникативные: планировать учебное сотрудничество с учащимися и

учителем, работать индивидуально и в группе находить общее решение и разрешать конфликты на основе

условий и требований б) регулятивные: ставить учебную задачу, составлять план и последовательность

действий, осуществлять контроль в форме сравнения результата и способа действий с эталоном, с целью

обнаружения отличий и отклонений от него в) познавательные: самостоятельно выделять познавательную

цель, устанавливать причинно – следственные связи

— личностные УУД: формирование у учащихся умения видеть физические явления и законы в событиях

Основные термины: количество теплоты, сила тока, сопротивление проводника, закон, время

Физика. 8 кл.: учебник для общеобразовательных учреждений /А.В. Перышкин – М.: Дрофа, 2015г./

Урок по физике тепловое действие тока закон джоуля ленца

В словесной формулировке звучит следующим образом:

Математически может быть выражен в следующей форме:

где — мощность выделения тепла в единице объёма, — плотность электрического тока, — напряжённость электрического поля, σ — проводимость среды, а точкой обозначено скалярное произведение.

Закон также может быть сформулирован в интегральной форме для случая протекания токов в тонких проводах:

В интегральной форме этот закон имеет вид

где — количество теплоты, выделяемое за промежуток времени , — сила тока, — сопротивление, — полное количество теплоты, выделенное за промежуток времени от до . В случае постоянных силы тока и сопротивления:

Применяя закон Ома, можно получить следующие эквивалентные формулы:

Свойства электрического тока

Когда электрический ток проходит через металлический проводник, его электроны постоянно сталкиваются с различными посторонними частицами. Это могут быть обычные нейтральные молекулы или молекулы, потерявшие электроны. Электрон в процессе движения может отщепить от нейтральной молекулы еще один электрон. В результате, его кинетическая энергия теряется, а вместо молекулы происходит образование положительного иона. В других случаях электрон, наоборот, соединиться с положительным ионом и образовать нейтральную молекулу.

В процессе столкновений электронов и молекул происходит расход энергии, в дальнейшем превращающейся в тепло. Затраты определенного количества энергии связаны со всеми движениями, во время которых приходится преодолевать сопротивление. В это время происходит превращение работы, затраченной на преодоление сопротивления трения, в тепловую энергию.

Читайте так же:
Тепловой обратный ток диода

Опыты, демонстрирующие зависимость количества теплоты от силы тока и сопротивления

Факт нагрева проводника при протекании по нему тока объясняется тем, что во время движения заряженных частиц под действием электрического поля они сталкиваются с частицами проводника, в результате часть энергии передаётся этим частицам проводника, то есть средняя скорость хаотического (теплового) движения частиц проводника увеличивается, и проводник нагревается. По закону сохранения энергии кинетическая энергия свободных заряженных частиц, приобретённая под действием электрического поля, превратится во внутреннюю энергию проводника. Следовательно, можно предположить:

1. чем больше сопротивление проводника, тем больше тепла выделяется при прохождении электрического тока по проводнику, то есть количество теплоты, которое выделяется в проводнике при прохождении по нему электрического тока, прямо пропорционально сопротивлению проводника;

2. количество теплоты, выделяемое в проводнике при прохождении по нему электрического тока, зависит от силы тока (чем больше сила тока, тем большее количество свободных частиц проходит через сечение проводника в единицу времени, происходит больше столкновений, следовательно, больше энергии передаётся частицам проводника). Можно подтвердить данные предположения с помощью опытов.

Соберём электрическую цепь, в которой последовательно с источником тока подключены два нагревателя с разными сопротивлениями, которые опущены в калориметры (прибор для измерения количества теплоты) с одинаковым количеством воды при одинаковой температуре. При прохождении электрического тока через нагреватели будет наблюдаться повышение температуры воды, причём вода будет нагреваться быстрее в том калориметре, в который помещён нагреватель с бльшим сопротивлением (см. Рис. 1). То есть подтверждается предположение 1.

Для подтверждения предположения 2 соберём электрическую цепь, в которой последовательно к источнику тока подключен амперметр, лампочка накаливания и реостат. Регулируя сопротивление реостата, меняем силу тока в цепи при постоянном напряжении. При увеличении силы тока увеличивается яркость лампочки (см. Рис. 2), то есть увеличивается количество теплоты, которое выделяет нить накаливания.

Рис. 1. Нагреватель с бльшим сопротивлением нагревает воду быстрее

Рис. 2. Увеличение яркости лампочки при увеличении силы тока

Где может пригодиться этот закон Джоуля-Ленца?

В электротехнике есть понятие длительно допустимого тока протекающего по проводам. Это такой ток, который провод способен выдержать длительное время (то есть, бесконечно долго), без разрушения провода (и изоляции, если она есть, потому что провод может быть и без изоляции). Конечно, данные вы теперь можете взять из ПУЭ (Правила устройства электроустановок), но получали эти данные исключительно на основе закона Джоуля-Ленца.

В электротехнике так же используются плавкие предохранители. Их основное качество – надёжность срабатывания. Для этого используется проводник определенного сечения. Зная температуру плавления такого проводника можно вычислить количество теплоты, которое необходимо, чтобы проводник расплавился от протекания через него больших значений тока, а вычислив ток, можно вычислить и сопротивление, которым такой проводник должен обладать. В общем, как вы уже поняли, применяя закон Джоуля-Ленца можно рассчитать сечение или сопротивление (величины взаимозависимы) проводника для плавкого предохранителя.

Читайте так же:
Как найти количество теплоты в источнике тока

А ещё, помните, мы говорили про . Там на примере лампочки я рассказывал парадокс, что более мощная лампа в последовательном соединении светит слабее. И наверняка помните почему: падение напряжения на сопротивлении тем сильнее, чем меньше сопротивление. А поскольку мощность — это , а напряжение очень сильно падает, то и выходит, что большое сопротивление выделит большое количество тепла, то есть, току придется больше потрудиться, чтобы преодолеть большое сопротивление. И количество тепла, которое выделит ток при этом можно посчитать с помощью закона Джоуля-Ленца. Если брать последовательное соединение сопротивлений, то использовать лучше выражение через квадрат тока, то есть, изначальный вид формулы:

А для параллельного соединения сопротивлений, поскольку ток в параллельных ветвях зависит от сопротивления, в то время, как напряжение на каждой параллельной ветви одинаковое, то формулу лучше всего представить через напряжение:

Примерами работы закона Джоуля-Ленца вы все пользуетесь в повседневной жизни – в первую очередь это всевозможные нагревательные приборы. Как правило, в них используется нихромовая проволока и толщина (поперечное сечение) и длина проводника подбираются с учётом того, чтобы длительное тепловое воздействие не приводило к стремительному разрушению проволоки. Точно таким же образом добиваются свечения вольфрамовой нити в лампе накаливания. По этому же закону определяют степень возможного нагрева практически любого электротехнического и электронного устройства.

В общем, несмотря на кажущуюся простоту, закон Джоуля-Ленца играет в нашей жизни очень огромную роль. Этот закон дал большой толчок для теоретических расчётов: выделение тепла токами , вычисление конкретной температуры дуги, проводника и любого другого электропроводного материала, потери электрической мощности в тепловом эквиваленте и т.д.

Вы можете спросить, а как перевести Джоули в Ватты и это довольно частый вопрос в интернете. Хотя вопрос несколько неверный, читая далее, вы поймёте почему. Ответ довольно прост: 1 дж = 0.000278 Ватт*час, в то время, как 1 Ватт*час = 3600 Джоулей. Напомню, что в Ваттах измеряется потребляемая мгновенная мощность, то есть непосредственно используемая пока включена цепь. А Джоуль определяет работу электрического тока, то есть мощность тока за промежуток времени. Помните, в законе Ома я приводил аллегорическую ситуацию. Ток – деньги, напряжение – магазин, сопротивление – чувство меры и денег, мощность – количество продуктов, которые вы сможете на себе унести (увезти) за один раз, а вот как далеко, как быстро и сколько раз вы сможете их увезти – это работа. То есть, сравнить работу и мощность никак не получается, но можно выразить в более понятных нам единицам: Ваттах и часах.

Думаю, что теперь вам не составит труда применить закон Джоуля-Ленца в практике и теории, если таковое потребуется и даже сделать перевод Джоулей в Ватты и наоборот. А благодаря пониманию, что закон Джоуля-Ленца это произведение электрической мощности на время, вы сможете более легко его запомнить и даже, если вдруг забыли основную формулу, то помня всего лишь закон Ома можно снова получить закон Джоуля-Ленца. А я на этом с вами прощаюсь.

Читайте так же:
Теплоотражающий костюм ток 200 назначение

Знаменитый русский физик Ленц и английский физик Джоуль, проводя опыты по изучению тепловых действий электрического тока, независимо друг от друга вывели закон Джоуля-Ленца. Данный закон отражает взаимосвязь количества теплоты, выделяемого в проводнике, и электрического тока, проходящего по этому проводнику в течение определенного периода времени.

Что такое ток

Ток – это упорядоченное движение заряженных частиц, которые называются электронами. И если ток протекает по проводнику, то в нём начинают происходить разные физические процессы, а именно сталкиваются электроны с молекулами.

Молекулы бывают нейтральные или те, которые потеряли свою отрицательно заряженную частицу. В результате столкновений или электроны могут становиться нейтральными молекулами, или при этом выбивается из другой такой же молекулы электрон, образовавший положительно заряженный ион. Во время этих столкновений расходуется кинетическая энергия заряженных частиц. Именно эта энергия и становится теплом.

На тепловой нагрев проводника может влиять и сопротивление. Например, можно взять определённое тело и тащить его по земле. Земля в этом случае — сопротивление. Что же с ним будет? Правильно, между телом и поверхностью будет происходить сила трения, которая, в свою очередь, нагревает тело. Ток в этом случае ведёт себя точно так же.

Практическое значение

Снижение потерь энергии

При передаче электроэнергии тепловое действие тока является нежелательным, поскольку ведёт к потерям энергии. Поскольку передаваемая мощность линейно зависит как от напряжения, так и от силы тока, а мощность нагрева зависит от силы тока квадратично, то выгодно повышать напряжение перед передачей электроэнергии , понижая в результате силу тока. Однако, повышение напряжения снижает электробезопасность линий электропередачи .

Для применения высокого напряжения в цепи для сохранения прежней мощности на полезной нагрузке приходится увеличивать сопротивление нагрузки. Подводящие провода и нагрузка соединены последовательно . Сопротивление проводов () можно считать постоянным. А вот сопротивление нагрузки () растёт при выборе более высокого напряжения в сети. Также растёт соотношение сопротивления нагрузки и сопротивления проводов. При последовательном включении сопротивлений (провод — нагрузка — провод) распределение выделяемой мощности () пропорционально сопротивлению подключённых сопротивлений.

Ток в сети для всех сопротивлений постоянен. Следовательно, выполняются соотношение

И для в каждом конкретном случае являются константами. Следовательно, мощность, выделяемая на проводах, обратно пропорциональна сопротивлению нагрузки, то есть уменьшается с ростом напряжения, так как . Откуда следует, что . В каждом конкретном случае величина является константой, следовательно, тепло выделяемое на проводе обратно пропорционально квадрату напряжения на потребителе.

Выбор проводов для цепей

Тепло, выделяемое проводником с током, в той или иной степени выделяется в окружающую среду. В случае, если сила тока в выбранном проводнике превысит некоторое предельно допустимое значение, возможен столь сильный нагрев, что проводник может спровоцировать возгорание находящихся рядом с ним объектов или расплавиться сам. Как правило, при сборке электрических цепей достаточно следовать принятым нормативным документам, которые регламентируют, в частности, выбор сечения проводников.

Читайте так же:
Тепловое реле трн 40 номинальный ток 30а

Электронагревательные приборы

Если сила тока одна и та же на всём протяжении электрической цепи, то в любом выбранном участке будет выделять тепла тем больше, чем выше сопротивление данного участка.

За счёт сознательного увеличения сопротивления участка цепи можно добиться локализованного выделения тепла в этом участке. По этому принципу работают электронагревательные приборы
. В них используется нагревательный элемент
— проводник с высоким сопротивлением. Повышение сопротивления достигается (совместно или по отдельности) выбором сплава с высоким удельным сопротивлением (например, нихром , константан), увеличением длины проводника и уменьшением его поперечного сечения. Подводящие провода имеют обычное низкое сопротивление и поэтому их нагрев, как правило, незаметен.

Плавкие предохранители

Для защиты электрических цепей от протекания чрезмерно больших токов используется отрезок проводника со специальными характеристиками. Это проводник относительно малого сечения и из такого сплава, что при допустимых токах нагрев проводника не перегревает его, а при чрезмерно больших перегрев проводника столь значителен, что проводник расплавляется и размыкает цепь.

Урок по физике тепловое действие тока закон джоуля ленца

Домашні завдання

Блог Осипчука Олександра, вчителя фізики ЗШ № 11 м. Павлоград

суббота, 22 апреля 2017 г.

8 класс. Урок 55-56. Тепловое действие тока. Закон Джоуля-Ленца.

Тепловое действие электрического тока

Электрический ток нагревает проводник. Это явление нам хорошо известно. Объясняется оно тем, что свободные электроны в металлах, перемещаясь под действием электрического поля, взаимодействуют с ионами или атомами вещества проводника и передают им свою энергию . В результате работы электрического тока увеличивается скорость колебаний ионов и атомов и внутренняя энергия проводника увеличивается. Опыты показывают, что в неподвижных металлических проводниках 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 . Мы знаем, что работу тока рассчитывают по формуле: А = U·I·t

ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА

1. Качественные вопросы

1) Две проволоки одинаковых длины и сечения — железный и медный — соединены последовательно. В каком из них выделится большее количество теплоты?

2) Две проволоки одинаковых длины и сечения — железный и медный — соединены параллельно. В каком из них выделится большее количество теплоты?

3) Спираль электрической плитки укоротили. Как изменится количество теплоты, выделяемое в ней, если плитку включить в сеть с тем же напряжением?

2. Учимся решать задачи

1) Какое количество теплоты выделится в течение часа в проводнике сопротивлением 10 Ом при силе тока 2 А?

2) Определите количество теплоты, которое дает электроприбор мощностью 2 кВт за 10 мин. работы?

Какой длины ни­хро­мо­вый про­вод нужно взять, чтобы из­го­то­вить элек­три­че­ский камин, ра­бо­та­ю­щий при на­пря­же­нии 120 В и вы­де­ля­ю­щий 1 МДж теп­ло­ты в час? Диа­метр про­во­да 0,5 мм.

Дано: ; ; ; ;

Под­ста­вим зна­че­ние в фор­му­лу для длины про­вод­ни­ка:

Ответ:

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector