УСІ УРОКИ ФІЗИКИ 11 клас
АКАДЕМІЧНИЙ РІВЕНЬ

1-й семестр

ЕЛЕКТРОДИНАМІКА

2. Електричний струм

УРОК 6/17

Тема. Робота й потужність електричного струму

Мета уроку: закріпити й поглибити знання учнів про роботу й потужність електричного струму.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

ПЛАН УРОКУ

ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Робота електричного струму

Розглянемо довільну ділянку кола, наприклад нитку розжарення електричної лампи. Нехай за час t через поперечний переріз провідника проходить заряд q. Тоді електричне поле виконає роботу A = qU. Оскільки q = It, то ця робота дорівнює:

A = UIt.

За одиницю роботи електричного струму в СІ прийнято джоуль. Джоуль дорівнює роботі, виконуваній електричним струмом силою 1 А за напруги 1 В за 1 с:

В електротехніці використовують позасистемну одиницю роботи — кіловат-година (кВт · година): 1 кВт · год. = 3,6 · 106 Дж.

Прилади, що служать для вимірювання роботи струму, називають лічильниками електричної енергії.

2. Закон Джоуля-Ленца

Якщо на ділянці кола, у якому тече струм, не відбувається механічна робота й не відбуваються хімічні реакції, то робота електричного струму призводить тільки до нагрівання провідника. Нагрітий провідник шляхом теплопередачі віддає отриману енергію навколишнім тілам. Отже, у цьому випадку відповідно до закону збереження енергії кількість виділеної теплоти Q має дорівнювати роботі A струму: Q = A.

Оскільки A = UIt, а U = IR, одержуємо: Q = I2Rt. Остання формула є математичним записом закону Джоуля-Ленца:

·       Кількість теплоти, що виділилася в провіднику, дорівнює добутку квадрата сили струму на опір провідника й час проходження струму.

Формулою Q = I2Rt для обчислення кількості теплоти, що виділяється в процесі проходження струму на ділянці кола, можна користуватися завжди. А от іншими модифікаціями цієї формули —  — послуговуються тільки в тому випадку, коли вся електрична енергія йде на нагрівання.

3. Потужність електричного струму

Будь-який електричний прилад розрахований на споживання певної енергії в одиницю часу. Тому, крім роботи струму, дуже важливе значення має поняття потужності струму.

У Потужність електричного струму, P — фізична величина, що характеризує швидкість виконання струмом роботи й дорівнює відношенню роботи A струму до проміжку часу t, протягом якого ця робота була виконана:

P = A/t.

Оскільки A = UIt, одержуємо: P = UI.

Потужність струму вимірюють у системі СІ у ватах (Вт). Потужність дорівнює 1 Вт, якщо за 1 с відбувається робота 1 Дж.

[P] = 1 A · 1 B = 1 Вт.

Використовуючи закон Ома для ділянки кола, можна записати три еквівалентні формули для потужності:

Для вимірювання потужності струму використовують спеціальні прилади — ватметри.

ПИТАННЯ ДО УЧНІВ У ХОДІ ВИКЛАДУ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

Перший рівень

1. Що розуміють під механічною роботою? потужністю?

2. Які явища показують, що електричний струм може виконувати роботу?

3. Які перетворення енергії відбуваються в зовнішній ділянці електричного кола?

4. Наведіть приклади потужностей різних електроприладів.

Другий рівень

1. Як на практиці можна визначити роботу електричного струму в колі? Які для цього потрібні прилади?

2. Якими приладами і як можна виміряти потужність електричного струму на якій-небудь ділянці кола?

3. За яких умов робота струму в провіднику дорівнює кількості теплоти, що виділяється при цьому в провіднику?

ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

1). Якісні питання

1. Збільшиться чи зменшиться споживана ялинковою гірляндою потужність, якщо зменшити кількість лампочок на одну?

2. Мідний й алюмінієвий проводи однакових розмірів увімкнені паралельно. У якому з них виділяється більша кількість теплоти за той самий час? У скільки разів?

3. Два провідники опором 1 і 2 Ом з’єднані паралельно. У якому провіднику виділиться більша потужність, коли по них іде струм? У скільки разів більша?

2). Навчаємося розв'язувати задачі

1. Дві лампи, що мають потужності 90 і 40 Вт, з’єднані паралельно й підключені до джерела струму, що має напругу 220 В. Визначте силу струму, що протікає через кожну лампу, і опір кожної лампи.

2. На двох електричних лампочках написано «220 В, 60 Вт» і «220 В, 40 Вт». У якій із них буде менше потужність струму, якщо обидві лампи увімкнені послідовно?

Розв'язання. Користуватися формулою P = U2/R для порівняння потужностей за послідовного увімкнення лампочок недоцільно: адже напруга на лампочках у цьому випадку різна. За послідовного з’єднання однакова сила струму в обох лампочках, тому краще скористатися формулою P = I2R, з якої випливає: менша потужність струму за послідовного з’єднання буде в тій лампі, у якої опір менше (тобто він розрахованій на потужність 60 Вт).

3. Резистори опорами 60 і 20 Ом вмикають у мережу напругою 120 В. Знайдіть сумарну потужність струму в резисторах, якщо вони з’єднані: а) послідовно; б) паралельно.

4. Електродвигун трамвая працює за сили струму 110 А і напруги 550 В. Із якою швидкістю рухається трамвай, якщо двигун створює силу тяги 3,5 кН, а його ККД дорівнює 70 %?

ЩО МИ ДІЗНАЛИСЯ НА УРОЦІ

✵  Робота електричного струму на ділянці кола дорівнює:

A = UIt.

✵  Закон Джоуля-Ленца: кількість теплоти, що виділилася в провіднику, дорівнює добутку квадрата сили струму на опір провідника й час проходження струму.

Q = I2Rt.

✵  Потужність електричного струму, P — фізична величина, що характеризує швидкість виконання струмом роботи й дорівнює відношенню роботи A струму до проміжку часу t, протягом якого ця робота була виконана:

Домашнє завдання

1. Підр-1: § 12 (п. 1, 2); підр-2: § 6 (п. 1, 2).

2. Зб.:

Рів1 № 5.2; 5.3; 5.10; 5.12.

Рів2 № 5.24; 5.25; 5.26; 5.27.

Рів3 № 5.52, 5.53; 5.54; 5.61.