Количество теплоты тока: Количество теплоты, выделяемое проводником с током — урок. Физика, 8 класс.

Физика Тепловое действие тока. Закон Джоуля–Ленца

Материалы к уроку

Конспект урока

Мы уже знаем, что электрический ток нагревает проводник. Попробуем разобраться как это происходит?
Электрическое поле ускоряет электроны. После столкновения с ионами кристаллической решетки они передают ионам свою энергию. В результате энергия хаотического движения ионов около положения равновесия возрастает. Это и означает увеличение внутренней энергии проводника. Температура проводника повышается, и он начинает передавать теплоту окружающим телам.
Спустя некоторое время после замыкания цепи процесс устанавливается, и температура перестает изменяться со временем. К проводнику непрерывно поступает энергия за счет работы электрического поля. Но его внутренняя энергия остается неизменной, так как проводник отдает окружающим телам количество теплоты, равное работе тока. Это будет справедливо тогда, когда работа полностью расходуется на увеличение внутренней энергии.
Закон Джоуля – Ленца.
Английский физик Джеймс Пре́скотт Джо́уль и русский физик  Эмилий Христианович  Ленц независимо друг от друга установили закон, по которому можно определить количество теплоты, выделяемое в проводнике при прохождении по нему тока.

Количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата  силы тока, сопротивления и времени прохождения тока.
Попробуем вывести данную формулу. Количество теплоты будет равно работе электрического тока.
Q = A         А= IUt, значит Q = IUt, так как U= RI, значит Q=I RI t
или  Q = I2Rt  Q = I∙U∙t
Первая формула определяет количество теплоты в общем случае, когда известны сила тока, напряжение и время.
Вторая формула чаще используется при рассмотрении количества теплоты, выделяемое в последовательно соединенных сопротивлениях, когда сила тока одинакова.
Проведем опыт. Соберем электрическую цепь с источником (6В), двумя последовательно соединенными сопротивлениями
(2 Ома и 4 Ома), амперметром о вольтметром. Включим на 1 минуту цепь. Произведем замеры.
Сила тока при последовательном соединении на всех участках одинакова.
I1 = I2 = I =1 A;
Напряжение U1= 2 B;    U2= 4B;
время  t = 60 c
Вычислим потери теплоты на первом и  втором сопротивлениях.
Q1=I1U1t =1A*2B*60c = 120 Дж
Q2= I2U2t = 1A*4B*60c = 240 Дж
Делаем вывод: при  последовательном соединении сопротивлений  больше тепла выделяется в большем сопротивлении.
Проведем опыт. Соберем электрическую цепь с   такими же элементами, как и в предыдущем опыте, но соединим сопротивления параллельно. Силы тока в параллельных ветвях измеряем амперметрами.
Произведем замеры. При параллельном соединении напряжение на участках одинаковое.
U1=U2=U=6B
Сила тока I1=3A;   I2=2,5A,     время t=60c
Вычислим потери теплоты на первом сопротивлении и на втором.
Q1=I1U1t=3A∙6B∙60c =1080 Дж
Q2=I2U2t= 2,5A∙6B∙60c=900 Дж
Делаем вывод: при параллельном соединении сопротивлений больше тепла выделяется в меньшем сопротивлении.
 

Остались вопросы по теме? Наши репетиторы готовы помочь!

• Подготовим к ЕГЭ, ОГЭ и другим экзаменам

• Найдём слабые места по предмету и разберём ошибки

• Повысим успеваемость по школьным предметам

• Поможем подготовиться к поступлению в любой ВУЗ

Выбрать репетитора

Работа тока, количество теплоты, закон Джоуля-Ленца. Тест

Всего вопросов: 13

Вопрос 1. Используя показания приборов, рассчитайте работу тока за 30 с.

A.	4 Дж
B.	2 Дж
C.	60 Дж
D.	8 Дж

Вопрос 2. Как изменится количество теплоты, выделяемое за единицу времени, в проводнике с постоянным электрическим сопротивлением при увеличении силы тока в цепи в 4 раза?

A.	увеличится в 2 раза
B.	увеличится в 16 раз
C.	уменьшится в 4 раза
D.	увеличится в 4 раза

Вопрос 3. Как изменится количество теплоты, выделяемое за единицу времени в проводнике при постоянном напряжении на концах проводника, если его сопротивление увеличить в 3 раза?

A.	уменьшится в 9 раз
B.	не изменится
C.	увеличится в 3 раза
D.	уменьшится в 3 раза

Вопрос 4. Как изменится мощность, потребляемая электрической лампой, если, не изменяя ее электрическое сопротивление, уменьшить напряжение на ней в 3 раза?

A.	не изменится
B.	уменьшится в 3 раза
C.	уменьшится в 9 раз
D.	увеличится в 9 раз

Вопрос 5. В цепи, состоящей из трех одинаковых проводников, соединенных параллельно и включенных в сеть, за 40 с выделилось некоторое количество теплоты. За какое время выделится такое же количество теплоты, если проводники соединить последовательно?

A.	за то же время
B.	360 с
C.	240 с
D.	120 с

Вопрос 6. Если три проводника одинакового сечения и длины с удельными сопротивлениями соединить параллельно и подключить к источнику тока, то сильнее нагреется проводник:

A.	3
B.	это зависит от времени нагревания
C.	нагреются одинаково
D.	1
E.	2

Вопрос 7. Если три проводника одинакового сечения и длины, удельные сопротивления которых , соединены последовательно и подключить к источнику тока, то сильнее нагреется проводник:

A.	3
B.	1
C.	это зависит от времени нагревания
D.	нагреваются одинаково
E.	2

Вопрос 8. Количество теплоты, выделяемое током в проволоке за одну секунду, можно удвоить, не меняя напряжения, за счет:

A.	уменьшения и радиуса и длины проволоки в 2 раза
B.	увеличения и радиуса и длины проволоки в 2 раза
C.	уменьшения радиуса проволоки в 2 раза
D.	увеличения длины проволоки в 2 раза
E.	увеличения радиуса проволоки в 2 раза

Вопрос 9. Гирлянда из 15 электрических лампочек, соединенных последовательно, подключена к источнику постоянного напряжения. Как изменится расход электроэнергии, если количество ламп сократить до десяти?

A.	уменьшится в 2,25 раза
B.	увеличится в 2,25 раза
C.	уменьшится в 1,5 раза
D.	увеличится в 1,5 раза
E.	не изменится

Вопрос 10. Электрическая цепь, состоящая из резисторов , включенных последовательно, подсоединена к электрической сети. Если эти резисторы подключить параллельно друг другу и подсоединить к той же сети, то расход электроэнергии:

A.	уменьшится в 6 раз
B.	увеличится в 11 раз
C.	уменьшится в 11 раз
D.	не изменится
E.	увеличится в 6 раз

Вопрос 11. В каком из резисторов выделится большее количество теплоты, если

A.	R3
B.	R6
C.	R5
D.	одинаковое в R1, R3 и R5
E.	R1

Вопрос 12. В каком из резисторов выделится большее количество теплоты за одно и то же время, если

A.	R3
B.	R1
C.	R2
D.	R4
E.	одинаковое количество теплоты во всех резисторах

Вопрос 13. Две электрические лампы мощностью 100 Вт и 200 Вт, рассчитанные на напряжение 220 В каждая, соединены последовательно. Если к ним приложить напряжение 440 В, то:

A.	обе лампы будут светить
B.	обе лампы перегорят
C.	перегорит лампа меньшей мощности
D.	лампы не перегорят, но светить будут гораздо слабее
E.	перегорит лампа большей мощности

НАГРЕВАТЕЛЬНОЕ ДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

Введение

При протекании тока по проводнику в проводнике выделяется тепловая энергия. Нагревающее действие электрического тока зависит от трех факторов:

• Сопротивление R проводника. Более высокое сопротивление производит больше тепла.
• Время, t, в течение которого протекает ток. Чем больше время, тем больше количество произведенного тепла
• Количество тока, I. Чем выше ток, тем больше количество выделяемого тепла.

Следовательно, эффект нагрева, производимый электрическим током I через проводник с сопротивлением R в течение времени t, определяется формулой H = I ² Rt. Это уравнение называется уравнением Джоуля электрического нагрева.

Электрическая энергия и мощность

Работа, совершаемая при перемещении заряда по электрической цепи, выражается как w.d = VIt

Таким образом, мощность, P = w.d /t = VI

Электрическая мощность, потребляемая электрическим прибором определяется как P = VI = I ² R = V ² /R

Пример

1. Электрическая лампа имеет маркировку 100 Вт, 240 В. Рассчитать:

а) Ток через нить накала, когда лампа работает нормально
б) Сопротивление нити накала, используемого в лампе.

Решение

1. I = P/V = 100/240 = 0,4167 А
2. R = P/I ² = 100/0,4167 ² = 576,04 Ом или R = В ² /P =240 ² /100 = 576 Ом

1. Найдите энергию, рассеиваемую за 5 минут электрической лампочкой с сопротивлением нити накала 500 Ом, подключенной к сети 240 В. { анс. 34 560 Дж }

Решение

E = Pt = V2/R *t = (240 ² *5*60)/500 = 34 560 Дж

1. Для нагрева воды используется погружной нагреватель мощностью 2,5 кВт. Рассчитать:

1. Рабочее напряжение нагревателя, если его сопротивление 24 Ом
2. Электрическая энергия, преобразованная в тепловую энергию за 2 часа.

{ отв. 244,9488 В, 1,8*10 ⁷ J }

Решение

1. P=VI=I ² R

I = (2500/24) ^1/2 =10,2062A

V=IR= 10,2062 * 24 = 244,9488В

1. E = VIt = Pt = 2500*1*610,8*60 7 Дж

ИЛИ E= VIt = 244,9488 * 10,2062 * 2 * 60 * 60 = 1,8 * 10 ⁷ J

Электрическая лампочка имеет маркировку 100 Вт, 240 В. Рассчитать:
Ток через нить накала
Сопротивление нити накала лампы.

Раствор

P = VI I = P/V = 100/240 =0,4167A
Из закона Ома V =IR R=V/I =240/0,4167 = 575,95 Ом

Применение нагревательного действия электрического тока

Большинство бытовых электроприборы таким образом преобразуют электрическую энергию в тепловую. К ним относятся лампы накаливания, электронагреватели, электроутюги, электрочайники и т. д.

В осветительных приборах

1. Лампы накаливания — сделаны из вольфрамовой проволоки, заключенной в стеклянную колбу, из которой удален воздух. Это связано с тем, что воздух окисляет нить. Нить нагревается до высокой температуры и раскаляется добела. Вольфрам используется из-за его высокой температуры плавления; 3400 ⁰ Колба заполнена неактивным газом, напр. аргон или азот при низком давлении, что уменьшает испарение вольфрамовой проволоки. Однако одним из недостатков инертного газа является то, что он вызывает конвекционные потоки, которые охлаждают нить накала. Эта проблема сводится к минимуму путем намотки проволоки так, чтобы она занимала меньшую площадь, что снижает потери тепла за счет конвекции.
2. Люминесцентные лампы — эти лампы более эффективны по сравнению с лампами накаливания и служат намного дольше. У них в стеклянной трубке есть пары ртути, которые при включении излучают ультрафиолетовое излучение. Это излучение заставляет порошок в трубке светиться (флуоресцировать), т.е. излучать видимый свет. Разные порошки дают разные цвета. Обратите внимание, что люминесцентные лампы дороги в установке, но их эксплуатационные расходы намного меньше.

В электрическом нагреве

1. Электрические плиты — электрические плиты раскаляются докрасна, и выделяемая тепловая энергия поглощается кастрюлей за счет теплопроводности.
2. Электрические обогреватели-радиаторы становятся красными примерно при 900 ⁰ С, а испускаемое излучение направляется в помещение полированными отражателями.
3. Электрочайники — нагревательный элемент размещается на дне чайника так, чтобы нагреваемая жидкость покрывала его. Затем тепло поглощается водой и распределяется по всей жидкости за счет конвекции.
4. Электрические утюги — когда ток проходит через нагревательный элемент, вырабатываемая тепловая энергия передается основанию из тяжелого металла, повышая его температуру. Затем эта энергия используется для глажки одежды. Температуру электроутюга можно регулировать с помощью термостата (биметаллическая планка).

Как рассчитать количество выделяемого тепла

Обновлено 12 февраля 2020 г.

Клэр Гиллеспи

Некоторые химические реакции выделяют энергию за счет тепла. Другими словами, они передают тепло окружающей среде. Они известны как экзотермические реакции: «Экзо» относится к внешним или внешним, а «термические» означает тепло.

Некоторые примеры экзотермических реакций включают горение (горение), реакции окисления (ржавление) и реакции нейтрализации между кислотами и щелочами. Многие предметы повседневного обихода, такие как грелки для рук и самонагревающиеся банки для кофе и других горячих напитков, подвергаются экзотермическим реакциям.

TL;DR (слишком длинный; не читал)

Чтобы рассчитать количество тепла, выделяющегося при химической реакции, используйте уравнение 9.0003 Q = mc ΔT , где Q — переданная тепловая энергия (в джоулях), m — масса нагреваемой жидкости (в килограммах), c ^{5 удельная теплоемкость жидкости (джоуль на килограмм градусов Цельсия), а ΔT — изменение температуры жидкости (градусы Цельсия).}

Разница между теплом и температурой

Важно помнить, что температура и тепло — это не одно и то же. Температура — это мера того, насколько горячим является объект, измеряемая в градусах Цельсия или Фаренгейта, а тепло — это мера тепловой энергии, содержащейся в объекте, измеряемая в джоулях.

При передаче тепловой энергии к объекту повышение его температуры зависит от:

• массы объекта
• вещества, из которого сделан объект
• количества энергии, приложенной к объекту

Чем больше тепловой энергии передается объекту, тем больше повышается его температура.

Удельная теплоемкость

Удельная теплоемкость ( c ) вещества – это количество энергии, необходимое для изменения температуры 1 кг вещества на 1 единицу температуры. Разные вещества имеют разную удельную теплоемкость, например, вода имеет удельную теплоемкость 4181 Дж/кг°С, кислород имеет удельную теплоемкость 918 Дж/кг °C, а удельная теплоемкость свинца составляет 128 Дж/кг °C.

Калькулятор тепловой энергии

формула теплоты:

Q = m × c × ΔT

Q – переданная энергия в джоулях, m 90915 m 90915 – удельная масса вещества теплоемкость в Дж/кг градусов С, и ΔT — изменение температуры в градусах Цельсия в формуле удельной теплоемкости.