Site Loader

Решениа задач по теме «Работа и мощность электрического тока»

Просмотр содержимого документа
«Решениа задач по теме «Работа и мощность электрического тока»»

Решениа задач по теме: «Работа и мощность электрического тока»

  • Какую работу совершит электрический ток в электродвигателе вентилятора за 20 мин, если сила тока в цепи 0,2 А, а напряжение 12 В?
  • Какую работу совершит электрический ток в паяльнике за 30 мин, если сопротивление паяльника 40 Ом, а сила тока в цепи 3 А?
  • Сколько времени работал электродвигатель игрушечной машины, если при напряжении 12 В и силе тока 0,1 А электрический ток совершил работу 360 Дж?
  • Рассчитайте расход энергии электрической лампой, включенной на 10 мин в сеть напряжением 127 В, если сила тока в лампе 0,5А.
  • В течение 10 мин по некоторому участку протекает электрический ток, значение которого – 250 мА. Напряжение на этом участке – 4 В. Необходимо определить мощность электрического тока, который выделяется на этом участке, и работу электрического тока, произведенную за это время
  • Сопротивление нагревательного элемента электрического чайника 24 Ом. Найдите мощность тока, питающего чайник при напряжении 120 В.
  • Определите расход энергии электрической лампой мощностью 150 Вт за 800 ч 
  • Определить мощность тока в электрической лампе, если при напряжении 110 В сила тока в ней 200 мА.
  • Определить мощность тока в электрической лампе, если сопротивление нити акала лампы 400 Ом, а напряжение на нити 100 В.
  •   Определить силу тока в лампе электрического фонарика, если напряжение на ней 6 В, а мощность 1,5 Вт.
  • Сила тока в паяльнике 4,6 А при напряжении 220 В. Определите мощность тока в паяльнике.
  • При на­пря­же­нии 120 В элек­три­че­ская лампа в те­че­ние 0,5 мин по­тре­би­ла 900 Дж энергии. Чему равна сила тока в лампе?
  • При каком напряжении источника в проводнике сопротивлением 20(Ом) за каждую минуту будет совершаться работа равная 120кДж?
  • Какой силы ток потребляет двигатель электрической циркулярной пилы мощностью 0,66кВт, работающей от сети с напряжением 220В?
  • Спираль электроплитки сопротивлением 80(Ом) работает под напряжением 220В. Каков КПД нагревательного устройства, если 1 л воды, взятой при температуре 20С, закипает через 12 мин? (Удельная теплоемкость воды .)
  • Какую работу совершает электрический ток в электродвигателе за 30 мин, если сила тока  в цепи 0,5 А, а напряжение на клеммах двигателя 12 В?
  • Рассчитайте расход энергии электрической лампой , включенной на 10 мин в сеть с напряжением 127 В, если сила тока в лампе 0,5A.
  • Электроплитка рассчитана на напряжение 220 В и силу тока 3 А. Определите мощность тока в плитке. 
  • Какую работу совершает электрический ток в электродвигателе за 30 мин, если сила тока  в цепи 0,5 А, а напряжение на клеммах двигателя 12 В?
  • В цепь с напряжением 127  В  включена электрическая лампа, сила тока в которой 0,6 А. Найдите мощность тока в лампе.
  • Какую работу совершает за 1 ч электрический ток в утюге мощностью 2200 Вт?
  • Сила тока в паяльнике 4,6 А при напряжении 220 В. Определите мощность тока в паяльнике.
  • Определите мощность тока в электрической лампе, включенной в сеть напряжением 220 В, если известно, что сопротивление нити накала лампы 484 Ом.
  • В цепь с напряжением 127  В  включена электрическая лампа, сила тока в которой 0,6 А. Найдите мощность тока в лампе.
  • Какую работу совершает за 1 ч электрический ток в утюге мощностью 2200 Вт?
  • Сила тока в паяльнике 4,6 А при напряжении 220 В. Определите мощность тока в паяльнике.
  • Определите мощность тока в электрической лампе, включенной в сеть напряжением 220 В, если известно, что сопротивление нити накала лампы 484 Ом.
  • Сила тока в паяльнике 4,6 А при напряжении 220 В. Определите мощность тока в паяльнике.
  • Определите мощность тока в электрической лампе, если при напряжении 3 В сила тока в ней 100 мА.
  • При переменном напряжении 400 В сила тока в электродвигателе 92 А. Определите мощность тока в обмотках электродвигателя.
  • На баллоне первой лампы написано 120 В; 100 Вт, а на баллоне второй — 220 В; 100 Вт. Лампы включены в сеть с напряжением, на которое они рассчитаны. У какой лампы сила тока больше; во сколько раз?
  • Определите мощность тока в электрической лампе, включенной в сеть напряжением 220 В, если известно, что сопротивление нити накала лампы 484 Ом.
  • При напряжении 120 В в электрической лампе в течение 0,5 мин израсходовано 900 Дж энергии. Определите, чему равна сила тока в лампе.
  • Электродвигатель мощностью 100 Вт работает при постоянном напряжении 6 В. Определите силу тока в электродвигателе.
  • Электрическая плитка при силе тока 5 А за 30 мин потребляет 1080 кДж энергии. Рассчитайте сопротивление плитки.
  • На баллоне одной электрической лампы написано 220 В; 25 Вт, а на баллоне другой— 220 В; 200 Вт. Определите, сопротивление какой лампы больше и во сколько раз?
  • Определите расход энергии в электрической лампе при напряжении 127 В и силе тока 0,5 А за 8 ч.
  • Сколько энергии израсходует электрическая лампа мощностью 50 Вт за месяц (30 дней), если она горит 8 ч в сутки?
  • При прохождении тока по проводнику, выделяется тепло. Происходит это потому, что электроны сталкиваются с ядрами атомов проводника.
  • Если энергия идет только лишь на нагревание проводника, то выделяющееся количество тепла будет равно работе электрического тока, т.е.

Закон Джоуля-Ленца

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

1.

Какое количество теплоты выделит за 20 мин спираль электроплитки сопротивлением 25 Ом, если сила тока в цепи 1,2 А?

2. Какое количество теплоты выделит за 30 мин спираль электроплитки, если сила тока в цепи 2 А, а напряжение 220В?

3. Сколько времени нагревалась проволока сопротивлением 20 Ом, если при силе тока 1 А в ней выделилось 6 кДж теплоты.

4. Электрическая плитка при силе тока 5 А за 30 мин потребляет 1080 кДж энергии. Рассчитайте сопротивление плитки.

№5. Какое количество теплоты выделится за 25 мин в обмотке электродвигателя, если ее активное сопротивление равно 125 Ом, а сила тока, протекающего в ней, равна 1,2 А? №6. Чему равно время прохождения тока силой 5 А по проводнику, если при напряжении на его концах 120 В в проводнике выделяется количество теплоты, равное 540 кДж? (Ответ дайте в секундах.)

7. Резистор 1 с электрическим сопротивлением 3 Ом и резистор 2 с электрическим сопротивлением 6 Ом включены последовательно в цепь постоянного тока. Чему равно отношение количества теплоты, выделяющегося на резисторе 1, к количеству теплоты, выделяющемуся на резисторе 2 за одинаковое время?

№8. Ученик собрал электрическую цепь с последовательным соединением резисторов. Какая энергия выделится во внешней части цепи при протекании тока в течение 10 мин? Сила тока равна 1 А, сопротивление R1 и R2 равны 2 и 4 Ом соответственно.

9. Найти время, в течение которого по проводнику шел постоянный ток, если для переноса заряда в 10 Кл через проводник с сопротивлением 1 Ом потребовалось совершить работу 10Дж. №10. Два проводника сопротивлением 10 Ом и 14 Ом соединены параллельно и подключены к источнику тока. За некоторое время в первом проводнике выделилось 840 Дж теплоты. Какое количество теплоты выделилось за то же время во втором проводнике. 

12. Кипятильник нагревает 3 л воды от 25 до 90ºС за 15 мин. Предполагая, что кипятильник работает от сети под напряжением 220 В и что его коэффициент полезного действия составляет 60 %, найдите ток в кипятильнике.

13. Троллейбус массой 10 т едет со скоростью 54 км/ч. При этом, ток в обмотке двигателя равен 50 А, а двигатель работает под напряжением 600 В. Если КПД двигателя равен 70%, найдите коэффициент сопротивления движению троллейбуса.

  • Определите сопротивление электрического паяльника, потребляющего ток мощностью 300 Вт от сети напряжением 220 В.
  • Электродвигатель, включенный в сеть, работал 2 ч. Расход энергии при этом составил 1600 кДж. Определите мощность электродвигателя.
  • Нагреватель из нихромовой проволоки (ρ = 110·10 -8  Ом·м) длиной 5 м и диаметром 0,25 мм включается в сеть постоянного тока напряжением 110 В. Определите мощность нагревателя.
  • Какую работу совершает ток в электродвигателе вентилятора за 30с, если при напряжении 220В сила тока в двигателе 100мА
  • Паяльник имеет сопротивление 440Ом и рассчитан на напряжение 220В. Какое количество теплоты выделит паяльник за 20с.
  • Какое количество теплоты выделится за 30 минут проволочной спиралью сопротивлением 50 Ом при силе тока 2А ?
  • Напряжение на концах электрической цепи 5 В. Какую работу совершит в ней электрический ток в течение 1 с при силе тока 0,2 А?
  • Мощность, потребляемая из сети электрокамином, равна 0,98 кВт, а сила тока в цепи 7,7 А. Определите величину напряжения на зажимах электрокамина.
  • Грузовой электропоезд с двигателем мощностью 3МВт движется со средней скоростью 36 км/ч. Определите расход электрической энергии за 640 км пути.
  • Электродвигатель троллейбуса питается током силой 200А под напряжением 600В. Найдите его мощность. Какую работу он совершает за 5ч? Ответ дайте в Дж и кВт∙ч.
  • Сколько теплоты выделится за 1мин в электрической печи, включенной в сеть с силой 5А, если сопротивление печи 30 Ом?
  • Спираль электроплитки, рассчитанной на напряжение 220В, при силе тока 4А выделила 800кДж теплоты. Сколько времени плитка была включена в сеть?
  • Какую энергию расходует электрическая лампа мощностью 100Вт за месяц (30дней), если она горит 8ч в сутки?
  • Мощность электродвигателя 3кВт, сила тока в нем 12А. Чему равно напряжение на зажимах электродвигателя?
  • Определите расход энергии в электрической лампе за 8ч при напряжении 127 В и силе тока в ней 0,5А.
  • На баллоне электрической лампы написано: «75 Вт; 220 В». Определите силу тока в лампе, если её включить в сеть с напряжением, на которое она рассчитана.
  • Два резистора сопротивлением 6 Ом и 10 Ом включены в цепь последовательно. Какое количество теплоты выделится в каждом резисторе за 2 мин, если напряжение во втором равно 20 В?
  • Два проводника соединены параллельно. В первом за 1 мин выделилось 3,6 кДж теплоты, а во втором за то же время – 1,2 кДж. Вычислить сопротивление второго проводника, если сопротивление первого равно 2 Ом.
  • Сколько теплоты выделится в электрическом нагревателе в течение 2 мин, если его сопротивление 20 Ом, а сила тока в цепи 6 А?
  • В спирали электроплитки, включенной в розетку с напряжением 220 В, при силе тока 3,5 А выделилось 690 кДж теплоты. Сколько времени была включена в сеть плитка?

Работа и мощность тока

Цели:

Образовательные: формулирование физических понятий «работа» и «мощность» тока, вывести формулы мощности и работы тока, знакомство с единицей измерения мощности, с историей возникновения данной единицы измерения, максимально вовлечь учащихся класса в активную деятельность на уроке.

Развивающие: развитие навыков  решения экспериментальных, вычислительных задач, развитие познавательного интереса, развитие психических процессов (мышления, смысловой памяти, аргументированной речи).

Воспитательные: продолжение работы по формированию у учащихся добросовестного отношения к труду, использование элементов новых технологий, развитие коммутативных навыков общения и умения слушать и слышать.

«Науку все глубже постигнуть
 стремись,
Познанием вечного жаждой
томись
Лишь первых познаний
блеснет тебе свет,
Узнаешь: предела для знания
нет. »
Фирдоуси

I. Организационный момент.

Сегодня ребята мы с вами познакомимся с новой физической величиной – мощностью тока, а также подробнее рассмотрим работу тока.

Запись темы урока и числа в тетрадь.

За каждый правильный ответ – 1 балл.

II. Разминка.

А) Повторение основных величин по теме «Электричество» (электрический ток, сила тока, напряжение….).

Б) Обозначение физических величин и их единицы измерения (карточки с обозначением физических величин и единицами измерения).

В) Вспомним правила по ТБ.

Г) Назовите виды соединения проводников? Какой из видов соединения предпочтительней? Почему?

Д) Просмотр видеофильма по теме «Параллельное соединение проводников».

Е) Почему при включении в сеть нескольких электрических приборов сила тока увеличивается? (вопрос к фильму).

III. Во время разминки двое учеников собирают электрическую цепь, состоящую из двух лампочек, источника тока, ключа, реостата.

Работа с цепью. Вопросы.

  1. Состав цепи.
  2. Соединение цепи.
  3. Почему лампочки не горят? (нужно замкнуть цепь)
  4. Почему лампочки горят по-разному? Ведь сила тока одинаковая, казалось бы, что они должны гореть одинаково.

Ответ: разное напряжение.

Запись в тетради.

IV.

Действие  тока характеризуют величины

Работа тока

Мощность тока

1. Что такое работа тока? (работа сил электрического поля, созд. электрический ток).

2. Напишите формулу, которая связывает работу тока и напряжение.

(ученик работает у доски)

U=A/q

Выразим из этой формулы А=Uq.

3. По определению силы тока запишем формулу.

I=q/t.

Выразим q=It. Отсюда получаем

A=UIt.

4. Чему работа тока? Сформулируйте по формуле. (Работа электрического тока на участке цепи равна произведению напряжения на концах этого участка на силу тока  и на время, в течение которого совершалась работа).

5. Вспомните, а в чем измеряется механическая работа?

Джоуль.

Также и в   Дж измеряется и работа тока.

6. Как вы считаете, а какие приборы нам нужны для измерения работы тока (по определению работы).

— вольтметр, амперметр, часы.

7. На практике работу тока измеряют специальными приборами – счетчиками, которые находятся в каждом доме, квартире. Как именно пользоваться этим прибором, я расскажу на следующем уроке.

8. Выполнить следующее задание (виртуальная лаборатория).

Определите работу тока в цепи за 10 секунд.

(На мониторе компьютера изображена цепь, на которой видны показания амперметра и вольтметра).

Работает учащийся у доски.

Выясняем, что нам дано. И как определить по этим данным работу тока. (применение формулы работы тока).

9. Физическая минутка по теме «Электричество».

1. Вспомните, а что такое мощность (из механики – 7 кл).

(мощность равна отношению работы к промежутку времени, за который эта работа совершена)

2. P=A/t , так как A=UIt, отсюда

P=UIt /t=UI.

3. P=UI

(Мощность тока равна произведению напряжения на силу тока в цепи. )

4.Выполните задание и вы узнаете единицу измерения мощности.

— 10000 А =    кА

Вариант ответа: 100(а),10(в),1(б).

— 45000мкКл =    Кл

Вариант ответа:45(0), 0,045(А), 4,5(В).

— 0,02 кДж =     гДж

Вариант ответа:2(о),20(л),0,2(т)

7030мВ=      В

Вариант ответа: 7,03(т),703(0),70,3(а).

Итак, что получилось?

Ответ: Ватт.

5. Почему именно так была названа единица измерения? Внимательно заслушайте доклад (доклад  читает учащийся).

6. Доклад. Джеймс Уатт (1736-1819гг).

пункт (V).

7. Давайте распишем единицу мощности по формуле

1 Вт=1В * 1А

Как на практике можно измерить мощность тока?

(определить силу тока и напряжение)

Также существуют специальные приборы для измерения мощности – это ваттметры.

8. Возвращаемся к собранной цепи. Какая из этих лампочек светит ярче?

(светит ярче та у которой мощность больше).

9. Индивидуальное задание. Измерить мощность электрической лампочки.

Дана цепь.

(По показаниям амперметра и вольтметра)

А все остальные выполняют упражнение 25 №2 по учебнику.

V. Доклад. Джеймс Уатт (1736–1819гг).

Его именем названа единица мощности во всех областях физики и техники. Выдающийся инженер и изобретатель родился 19 января 1736 г. в Гриноке (Шотландия) в семье купца. Из-за слабого здоровья Уатт формально мало учился, но очень много изучил самостоятельно. Уже подростком он увлекался астрономией, химическими опытами и т.д. В 1755 г. уехал в Лондон, где усвоил профессию мастера по математическим и астрономическим инструментам. Открыл собственную мастерскую по ремонту механики. В 1763 г. к нему обратились с просьбой  отремонтировать паровую машину. Он не только ее отремонтировал, но и улучшил параметры паровой машины. ЕЕ стали использовать на заводах, фабриках, пароходах и т.д. В 1882 г. Британская ассоциация инженеров решила присвоить его имя единицы мощности, теперь имя Джеймса Уатта можно прочесть на любой электрической лампочке. Это был первый в истории случай присвоения собственного имени единицы измерения.

VI. Выполнение упражнения 25 №2 по учебнику. Проверка индивидуального задания и упражнения.

VII. Выполнение упражнения 25 №3 по учебнику. Проверка  упражнения.

VIII. Подведение итогов.

1. Загадки.

А) Металлический пруток
Хорошо проводит ток.
Если по длине велик,
Как зовется……? (проводник)

Б) Вы его в руках держали,
Когда лабораторную выполняли,
Им силу тока изменяют,
Если что-то в нем сдвигают (реостат).

В) Он всем несет тепло и свет
Щедрей его на свете нет
К поселкам, селам, городам
Приходит он нам по проводам (электрический ток).

2. С чем познакомились? Что нового узнали?

Что понравилось, а что не понравилось?

Оценки учащимся выставляются по баллам.

3. Д/З: п.50,51, упр.24 №1 (все записано заранее на доске).

Заканчиваю урок следующими словами.

Да, путь познания не гладок.
Но знаем мы со школьных лет,
Загадок больше, чем разгадок
И поиска предела нет!

Спасибо за урок  дети, молодцы!

Литература:

  1. А.В. Перышкин Физика – 8, М.: Дрофа, 2009 г.
  2. Н.А. Родина, Е.М. Гутник. Самостоятельная работа учащихся по физике 7 – 8 классах средней школы. – М.Просвещение, 1994 г.
  3. Газеты «1 сентября», приложение «Физика».

1.2. Ток, напряжение и мощность в электрической цепи

1. 2. Ток, напряжение и мощность в электрической цепи.

Электрический ток и напряжение являются основными величинами, характеризующими состояние электрических цепей. Электрический ток в проводниках представляет явление упорядоченного движения электрических зарядов под действием электрического поля. Под словами ток понимают также интенсивность или силу тока, измеряемую количеством электрического заряда q, прошедшего через поперечное сечение проводника в единицу времени:

,     [A]                               (1.1)

где q — электрический заряд, прошедший за время  t через поперечное сечение проводника.    

Следовательно, ток характеризует скорость изменения заряда во времени.

В системе СИ заряд измеряется в кулонах (Кл), время — в секундах, а ток — в Амперах (А).

Ток является скалярной алгебраической величиной, знак которой зависит от направления движения одноименных зарядов, а именно условно принятого положительного заряда. Для однозначного определения знака тока достаточно произвольно выбрать одно из двух возможных направлений за положительное, которое отмечается стрелкой (см. рис. 1.2.). Перед началом анализа электрической цепи необходимо отметить во всех ветвях положительные направления токов, выбор которых может быть произвольным. Закон изменения тока во времени может быть выражен функцией времени произвольной формы.

Постоянным называется ток, значение которого неизменно во времени при неизменных параметрах электрической цепи. Постоянный ток принято обозначать буквой I.

Прохождение электрического тока в цепи связано с преобразованием или потреблением энергии. Для определения энергии, затрачиваемой при перемещении заряда между двумя рассматриваемыми точками проводника, вводят новую величину — напряжение.

Рекомендуемые материалы

Электрическим напряжением между двумя точками называют количество энергии, затрачиваемой на перемещение заряда из одной точки в другую.

,    [В]                              (1.2.)

где W – энергия электрического поля. При измерении энергии в джоулях (Дж) и заряда в кулонах (Кл) напряжение измеряется в вольтах (В).

Для однозначного определения знака напряжения между двумя выводами рассматриваемого участка цепи одному из выводов условно приписывают положительную полярность, которую отмечают либо знаком <+>, либо стрелкой, направленной от вывода (рис. 1.3).  Напряжение  положительно, если его полярность совпадает с выбранной.

Рекомендуем посмотреть лекцию «Остальное».

Обычно условно положительную полярность напряжения выбирают согласованной с выбранным положительным напряжением тока, когда стрелки для тока и напряжения совпадают. В цепях постоянного тока напряжение принято обозначать буквой U.

Из определения напряжения (1.2) получается выражение энергии W, затраченной на перемещение заряда  q  на участке цепи с напряжением U к моменту времени  t :

                                             (1. 3)

Дифференцирование этого равенства во времени дает выражение мгновенной  мощности p — скорости изменения энергии во времени :

(1.4)

Мощность измеряется в Ваттах (Вт). Мощность в электрической цепи постоянного тока  обозначается  буквой P и равна P=UI. Она является алгебраической величиной, знак которой определяется знаком напряжения и тока: при совпадении этих знаков мощность  положительна  (Р>0), что соответствует потреблению энергии в рассматриваемом участке цепи; при несовпадении знаков тока и напряжения мощность отрицательна (P<0), что означает выделение ее из участка цепи (такой участок является источником энергии).

Электроэнергия

Что такое электроэнергия? Какова формула электрической мощности? Что такое ватты, вольты и амперы? Эта статья представляет и иллюстрирует эти электрические основы и, в частности, формулу мощности. Поскольку это не учебник, формула не доказана и не выведена. Формула мощности просто введена и используется для демонстрации некоторых важных принципов, необходимых для понимания и поиска неисправностей в электрических или электронных устройствах.

Если вы считаете себя неграмотным в электротехнике, то вам рекомендуется прочитать это, чтобы вы были достаточно знакомы, чтобы вернуться и использовать это в качестве справочного материала в будущем.

Те из вас, у кого возникают мыслительные блоки, когда вы видите что-либо техническое или видите формулы, таблицы и графики, будьте уверены, что их здесь не слишком много, используется только минимум, необходимый для иллюстрации фундаментальных принципов электрической энергии.

Что такое сила?

Начнем с вопроса: какая из этих машин мощнее?

Конечно, у трактора большая сила толкания или тяги, или ворчание, поэтому его, очевидно, можно считать мощным, но он не может двигаться очень быстро.Гоночный автомобиль, напротив, едет чрезвычайно быстро и соответственно называется мощным, но он не может тянуть тяжелые грузы. Спорткар не может тянуть так же сильно, как трактор, и не может ехать так же быстро, как гоночный автомобиль, но, тем не менее, он очень мощный.

Итак, все сводится к нашему определению силы. Мы могли бы просто сказать, что мощность транспортного средства — это комбинация его способности толкать (или тянуть) и его скорости. То есть, если бы у нас была цифра толкающей (или тянущей) силы некоего транспортного средства (назовем это «хрюканьем»), и мы знали бы его скорость, то мы могли бы вывести формулу:

Мощность транспортного средства = Разгон x Скорость

Если для получения «электрической» мощности сделаны следующие замены:

Grunt = ток                                       Скорость = напряжение

то формула для электрической мощности выглядит так:

Электрическая мощность = Ток x Напряжение

Эта простая формула является одной из самых важных, которые вам необходимо знать при работе с электрикой.

Знание общих символов и единиц измерения для этих характеристик полезно, и может показаться, что вы действительно знаете свое дело.

Имя Символ Единицы измерения
Мощность Р Вт (Вт)
Текущий я ампер или ампер (А)
Напряжение В вольт (В)

* В учебниках часто используется буква «Е» для обозначения напряжения.Технически это правильно, поскольку правильное название напряжения — электродвижущая сила или ЭДС, которую символизирует буква «Е». Однако для простоты понимания будет использоваться буква «V», которую легче связать с общим пониманием напряжения

.

То есть формулу можно записать так:

Р = I х В

Это означает, что для прибора (например, светильника), который потребляет 1,5 ампера при 12 вольтах, мощность, потребляемая светом, рассчитывается по этой формуле, следовательно:

Сила Света = 1. 5 ампер x 12 вольт = 18 Вт

Если вы знаете, что мощность 12-вольтовой лампы составляет 18 Вт, то, очевидно, формулу можно изменить, чтобы рассчитать ток, потребляемый лампой. То есть:

Ток = мощность, деленная на напряжение

или

I =
П / В
Что все это значит?

Хорошо, пока хватит теории. Что все это означает на практике? Попробуйте выполнить следующие примеры:

Пример 1: У вас есть лампочка мощностью 60 ватт, 240 вольт.Сколько тока он потребляет?

I = P / V , следовательно, ток = 60 / 240 = 1 / 4 ампер.

Пример 2: У вас есть еще одна лампочка на 60 Вт, но она от вашего автомобиля, поэтому она рассчитана на 12 вольт. Какой ток потребляет этот?

I = P / V , следовательно, ток = 60 / 12 = 5 ампер.

Это не означает, что один светильник мощнее другого, так как оба потребляют 60 Вт электроэнергии. Однако он показывает взаимосвязь между напряжением, током и электрической мощностью. То есть при заданной мощности (скажем 60 ватт) при низком напряжении (12 вольт) ток должен быть высокий (5 ампер), а при высоком напряжении (240 вольт) ток будет низкий ( ¼ ампера). Немного похоже на нашу иллюстрацию трактора и гоночного автомобиля: если у вас нет скорости (напряжения), вам понадобится ворчание (ток), чтобы подняться на холм (например, трактор). Точно так же, если у вас нет ворчания (тока), вам понадобится скорость (напряжение), чтобы подняться на тот же холм (т.грамм. быстрая машина). Обратите внимание, что, подобно трактору или автомобилю, не используйте лампочку, предназначенную для одной работы, чтобы попытаться выполнить другую работу. Другими словами, не подключайте 12-вольтовую лампочку к 240-вольтовой.

 

Практические советы

1) Прибор потребляет ровно столько электроэнергии, сколько ему требуется, вы не можете передать во что-то больше электроэнергии, чем ему нужно.

Пример: если свет рассчитан на 60 ватт, а у вас есть генератор на 1000 ватт, то это нормально, но свет будет потреблять только свои 60 ватт.

 

2) Прибор потребляет столько тока, сколько ему требуется, вы не можете заставить его потреблять больше ампер, чем ему нужно.

Пример: если электронное устройство рассчитано на 6 вольт, 0,3 ампера, а источник питания (выпрямитель батареи или блок питания) рассчитан на 6 вольт, 0,5 ампера, то это тоже нормально, но устройство будет работать только потреблять требуемые 0,3 ампера.

 

3) Прибор обычно работает при напряжении немного выше или немного ниже номинального.Обычно вы должны стараться подавать правильное напряжение на все приборы.

 

4) Если электроприбор рассчитан на 1500 Вт, для правильной работы ему требуется 1500 Вт (при указанном напряжении) электроэнергии.

Пример: Если у вас есть электрическая дрель мощностью 1500 Вт, и вы пытаетесь запустить ее от генератора мощностью 1000 Вт, она не будет работать должным образом и даже может повредить дрель и/или генератор.

 

5) Номинальная мощность прибора относится либо к мощности, которую он выдает, либо к мощности, которую он потребляет.

Пример 1: Генератор мощностью 1000 Вт означает, что он способен вырабатывать до 1000 Вт электроэнергии при указанном напряжении (например, 220 вольт).

Пример 2: Лампа мощностью 60 Вт означает, что для нормальной работы требуется 60 Вт электроэнергии.

Пример 3: 300-ваттный инвертор (скажем, 12 вольт в 110 вольт) показывает, что он выдает 300 ватт электроэнергии при 110 вольтах, что означает, что он будет потреблять больше, чем 300 ватт (из-за потерь эффективности) от 12-вольтовой батареи. (Примечание: 300 Вт при 12 В — 25 А!)

 

6) Номинальная мощность светильника указывает на потребляемую электрическую мощность, а не на количество излучаемого света.20-ваттная люминесцентная лампа может дать больше света, чем 45-ваттная лампочка, потому что люминесцентная лампа более эффективно преобразует электрическую мощность в мощность освещения, чем лампочка.

 

7) Трансформаторы и двигатели часто измеряются в ВА (вольт-ампер) или кВА (киловольт-ампер, т. е. 1000 вольт-ампер). Для большинства целей этот показатель можно приравнять к электрической мощности в ваттах, хотя в строгом техническом смысле существуют различия (из-за того, что ток не совпадает по фазе с напряжением в индуктивной цепи).

 

8) Потребляемая электроприбором электрическая мощность измеряется в ваттах или ВА. Обычно это написано под или на задней панели прибора. Чтобы рассчитать ток, потребляемый прибором, разделите значение мощности в ваттах на напряжение.

Если у вас нет под рукой калькулятора, можно использовать расчетные цифры. Для простоты расчета попробуйте использовать следующие цифры:

Для 240 вольт используйте 250 вольт, т.е. 1000/250 = 4 ампера

Для 220 вольт используйте 200 вольт e.грамм. 1000/200 = 5 ампер

Для 110 вольт используйте 100 вольт, т.е. 1000/100 = 10 ампер

Упражнение. Осмотрите 10 различных электроприборов в вашем доме или офисе и определите, какой ток потребляет каждый из них. Используйте следующую таблицу или аналогичную ей.

9) Чтобы узнать, сколько ампер вы потребляете, просто сложите вместе ампер каждого используемого вами прибора.

Пример: Ваш утюг потребляет 4 ампера, ваш комнатный обогреватель потребляет 10 ампер, вместе они потребляют 14 ампер.

 

10) 4-контактная силовая плата обычно имеет выключатель, который отключается, когда через нее проходит 10 ампер или более. Поэтому, если у вас есть нагреватель и утюг, подключенные к одной плате, он отключится, и ни один из них не будет работать.

Простой калькулятор для этих формул доступен здесь.

В следующей статье мы увидим, насколько на самом деле прост страшный закон Ома…

 

Power объединяет истории тока и напряжения

Электрическая цепь

Электричество и магнетизм

Power объединяет истории тока и напряжения

Учебное руководство для 11-14

Мощность определяется током и напряжением

Думая об обучении

Идея электрической энергии объединяет движущуюся часть заряда (тока) электрической цепи с частью энергии, сдвинутой (напряжение). Таким образом, ученики часто находят это удовлетворительным шагом, поскольку они опираются на свои знания о токе и напряжении и видят, как это приводит к пониманию электрической энергии.

Размышление об обучении

Тем учащимся, которые способны следовать линии рассуждений, мы рекомендуем следовать подходу , основанному на первых принципах, , изложенному в описании физики (от силы тока и напряжения к мощности).

Начните с определений тока как кулона в секунду и напряжения как джоуля на кулон и переходите от них к мощности в джоулях в секунду.Такой подход упрощается в классе, если обратиться к конкретной цепи (как мы это делали в повествовании) и работать с конкретными значениями тока и напряжения (например: 2 ампера и 12 вольт). Разработав понятие мощности для конкретного случая, можно затем ввести общее определение.

Слишком часто учащиеся знают, что мощность можно рассчитать путем перемножения тока и напряжения, но плохо понимают, почему это должно быть так или что на практике означает электрическая мощность.

Напряжение и ток

Как упоминалось ранее, нам нужно больше, чем просто непрерывный путь (контур), прежде чем возникнет непрерывный поток электронов: нам также нужны какие-то средства, чтобы проталкивать эти электроны по контуру. Точно так же, как шарики в трубе или вода в трубе, требуется какая-то сила воздействия, чтобы инициировать поток. В случае с электронами эта сила та же, что и в статическом электричестве: сила, возникающая из-за дисбаланса электрического заряда.

Если мы возьмем натертые друг о друга воск и шерсть, мы обнаружим, что избыток электронов в воске (отрицательный заряд) и дефицит электронов в шерсти (положительный заряд) создают дисбаланс заряда между ними. . Этот дисбаланс проявляется как сила притяжения между двумя объектами:

Если между заряженным воском и ватой поместить токопроводящую проволоку, то через нее потекут электроны, так как часть избыточных электронов в воске устремится по проволоке, чтобы попасть обратно в вату, восполняя там недостаток электронов:

Дисбаланс электронов между атомами воска и атомами шерсти создает силу между двумя материалами. Поскольку у электронов нет пути для перехода от воска к шерсти, все, что может сделать эта сила, — это притянуть два объекта друг к другу. Однако теперь, когда проводник перекрывает изолирующую щель, сила заставит электроны течь в одном направлении по проводу, хотя бы на мгновение, пока заряд в этой области не нейтрализуется и сила между воском и шерстью не уменьшится.

Электрический заряд, образующийся между этими двумя материалами при их трении друг о друга, служит для накопления определенного количества энергии.Эта энергия мало чем отличается от энергии, хранящейся в высоком резервуаре с водой, которая была перекачана из нижнего пруда:

Влияние гравитации на воду в резервуаре создает силу, которая пытается снова опустить воду на нижний уровень. Если от резервуара обратно к пруду провести подходящую трубу, вода под действием силы тяжести будет течь вниз из резервуара по трубе:

Чтобы перекачать эту воду из низкоуровневого пруда в высокоуровневый резервуар, требуется энергия, а движение воды по трубопроводу обратно до ее исходного уровня представляет собой высвобождение энергии, накопленной от предыдущей перекачки.

Если воду перекачать на еще более высокий уровень, для этого потребуется еще больше энергии, поэтому больше энергии будет сохранено, и больше энергии будет высвобождено, если воде будет позволено снова течь по трубе обратно вниз:

Электроны мало чем отличаются. Если мы будем тереть воск и шерсть друг о друга, мы «откачаем» электроны с их нормальных «уровней», создав условия, при которых между воском и шерстью существует сила, поскольку электроны стремятся восстановить свои прежние позиции (и уравновесить внутри себя). соответствующие атомы).Сила, притягивающая электроны обратно в исходное положение вокруг положительно заряженных ядер их атомов, аналогична силе гравитации, действующей на воду в резервуаре, стремящуюся опустить ее до прежнего уровня.

Точно так же, как перекачка воды на более высокий уровень приводит к накоплению энергии, «перекачивание» электронов для создания дисбаланса электрического заряда приводит к накоплению определенного количества энергии в этом дисбалансе. И точно так же, как обеспечение возможности для стекания воды с высоты резервуара приводит к высвобождению этой накопленной энергии, предоставление пути электронам для возврата на их первоначальные «уровни» приводит к высвобождению накопленной энергии.

Когда электроны находятся в равновесии в этом статическом состоянии (точно так же, как вода, стоящая неподвижно высоко в резервуаре), энергия, хранящаяся там, называется потенциальной энергией , потому что она имеет возможность (потенциал) высвобождения, которое не было полностью понял еще. Когда вы царапаете обувь на резиновой подошве по тканевому ковру в сухой день, вы создаете дисбаланс электрического заряда между собой и ковром. Действие шарканья ногами накапливает энергию в виде дисбаланса электронов, вынужденных покинуть свои первоначальные места.Если этот заряд (статическое электричество) стационарен, то вы и не поймете, что энергия вообще накапливается. Однако, как только вы приложите руку к металлической дверной ручке (с большим количеством подвижных электронов, чтобы нейтрализовать ваш электрический заряд), эта накопленная энергия будет высвобождена в виде внезапного потока электронов через вашу руку, и вы будете воспринимать это как удар током!

Эта потенциальная энергия, хранящаяся в форме дисбаланса электрического заряда и способная спровоцировать прохождение электронов через проводник, может быть выражена как термин, называемый напряжением , который технически является мерой потенциальной энергии на единицу заряда электронов. , или что-то, что физик назвал бы удельной потенциальной энергией .В контексте статического электричества напряжение — это мера работы, необходимой для перемещения единичного заряда из одного места в другое против силы, которая пытается уравновесить электрические заряды. В контексте источников электроэнергии напряжение — это количество доступной потенциальной энергии (работа, которую необходимо выполнить) на единицу заряда для перемещения электронов через проводник.

Поскольку напряжение является выражением потенциальной энергии, представляя возможность или потенциал для высвобождения энергии при движении электронов с одного «уровня» на другой, оно всегда указывается между двумя точками.Рассмотрим аналогию с водохранилищем:

Из-за разницы в высоте падения из резервуара через трубопровод в точку 2 может быть высвобождено гораздо больше энергии, чем в точку 1. Можно интуитивно понять принцип падения камня: приводит к более сильному удару, камень падает с высоты 1 фут или тот же камень падает с высоты 1 миля? Очевидно, что падение с большей высоты приводит к выделению большей энергии (более сильному удару). Мы не можем смотреть только на водохранилище и оценивать количество запасенной в нем энергии, просто измеряя объем воды, точно так же, как мы не можем оценить серьезность удара брошенного камня, просто измеряя его массу: в обоих случаях мы должны также учитывать, как далеко эти массы упадут с их первоначальной высоты. Точно так же потенциальная энергия, доступная для перемещения электронов из одной точки в другую, составляет относительно между этими двумя точками. Следовательно, напряжение всегда является величиной относительной между двумя точками.Интересно, что аналогия массы, потенциально «падающей» с одной высоты на другую, является настолько подходящей моделью, что напряжение между двумя точками иногда называют падением напряжения .

Напряжение можно генерировать другими способами, кроме трения определенных типов материалов друг о друга. Химические реакции, лучистая энергия и влияние магнетизма на проводники — вот лишь несколько способов получения напряжения. Соответствующими примерами этих трех источников напряжения являются батареи, солнечные элементы и генераторы (такие как «генератор переменного тока» под капотом вашего автомобиля).Пока мы не будем вдаваться в подробности того, как работает каждый из этих источников напряжения — более важно то, что мы понимаем, как источники напряжения могут применяться для создания потока электронов в цепи.

Возьмем символ химической батареи и построим схему шаг за шагом:

Любой источник напряжения, включая батареи, имеет две точки электрического контакта. В этом случае у нас есть точка 1 и точка 2 на приведенной выше диаграмме. Горизонтальные линии разной длины указывают на то, что это батарея, и они также указывают направление, в котором напряжение этой батареи будет пытаться проталкивать электроны по цепи.Тот факт, что горизонтальные линии в символе батареи кажутся разделенными (и, следовательно, не могут служить путем для движения электронов), не вызывает беспокойства: в реальной жизни эти горизонтальные линии представляют собой металлические пластины, погруженные в жидкость или полутвердую среду. материал, который не только проводит электроны, но и генерирует напряжение, толкающее их вперед, взаимодействуя с пластинами.

Обратите внимание на маленькие знаки «+» и «-» слева от символа батареи. Отрицательный (-) конец батареи всегда является концом с самой короткой чертой, а положительный (+) конец батареи всегда является концом с самой длинной чертой.Поскольку мы решили называть электроны «отрицательно» заряженными (спасибо, Бен!), отрицательный конец батареи — это тот конец, который пытается вытолкнуть из нее электроны. Точно так же положительный конец — это тот конец, который пытается притянуть электроны.

Когда контакты «+» и «-» батареи не подключены ни к чему, между этими двумя точками будет напряжение, но не будет потока электронов через батарею, поскольку для электронов нет непрерывного пути двигаться.

Тот же принцип справедлив для аналогии с резервуаром для воды и насосом: без обратной трубы в пруд накопленная в резервуаре энергия не может быть высвобождена в виде потока воды. Как только резервуар полностью заполнен, поток не может возникнуть, независимо от того, какое давление может создавать насос. Должен быть полный путь (контур) для потока воды из пруда в резервуар и обратно в пруд, чтобы обеспечить непрерывный поток.

Мы можем обеспечить такой путь для батареи, подключив кусок провода от одного конца батареи к другому. Образуя цепь с петлей из проволоки, мы инициируем непрерывный поток электронов по часовой стрелке:

Пока батарея продолжает вырабатывать напряжение и непрерывность электрического пути не нарушена, электроны будут продолжать течь в цепи.Следуя метафоре воды, движущейся по трубе, этот непрерывный равномерный поток электронов по цепи называется током . Пока источник напряжения продолжает «толкать» в одном и том же направлении, поток электронов будет продолжать двигаться в том же направлении в цепи. Этот однонаправленный поток электронов называется постоянным током или постоянным током. Во втором томе этой серии книг исследуются электрические цепи, в которых направление тока переключается туда и обратно: Переменный ток , или переменный ток. Но сейчас мы просто займемся цепями постоянного тока.

Поскольку электрический ток состоит из отдельных электронов, протекающих в унисон через проводник, двигаясь и отталкивая электроны впереди, точно так же, как шарики через трубу или вода через трубу, количество потока в одном контуре будет одинаковым. в любой момент. Если бы мы наблюдали за поперечным сечением провода в одной цепи, подсчитывая протекающие электроны, мы бы заметили точно такое же количество в единицу времени, как и в любой другой части цепи, независимо от длины проводника или диаметра проводника. .

Если мы разорвем непрерывность цепи в любой точке , электрический ток прекратится во всем контуре, и полное напряжение, создаваемое батареей, проявится через разрыв, между концами проводов, которые раньше были соединены:

Обратите внимание на знаки «+» и «-», нарисованные на концах разрыва цепи, и на то, как они соответствуют знакам «+» и «-» рядом с клеммами аккумулятора. Эти маркеры указывают направление, в котором напряжение пытается подтолкнуть поток электронов, это направление потенциала обычно называют полярностью . Помните, что напряжение всегда относительно между двумя точками. Из-за этого факта полярность падения напряжения также является относительной между двумя точками: помечается ли точка в цепи знаком «+» или «-», зависит от другой точки, к которой она относится. Взгляните на следующую схему, где каждый угол петли отмечен номером для справки:

При разрыве цепи между точками 2 и 3 полярность падения напряжения между точками 2 и 3 будет «-» для точки 2 и «+» для точки 3.Полярность батареи (1 «-» и 4 «+») пытается протолкнуть электроны через петлю по часовой стрелке от 1 к 2, к 3, к 4 и снова к 1.

Теперь давайте посмотрим, что произойдет, если мы снова соединим точки 2 и 3, но разорвем цепь между точками 3 и 4:

При разрыве между 3 и 4 полярность падения напряжения между этими двумя точками будет «+» для 4 и «-» для 3. Обратите особое внимание на тот факт, что «знак» точки 3 противоположен что в первом примере, где разрыв был между точками 2 и 3 (где точка 3 была помечена «+»). Мы не можем сказать, что точка 3 в этой цепи всегда будет либо «+», либо «-», потому что полярность, как и само напряжение, не специфична для одной точки, а всегда относительна между двумя точками!

ОБЗОР:

  • Электроны могут двигаться по проводнику с помощью той же силы, что и статическое электричество.
  • Напряжение — это мера удельной потенциальной энергии (потенциальной энергии на единицу заряда) между двумя точками.С точки зрения непрофессионала, это мера «толчка», доступного для мотивации электронов.
  • Напряжение, как выражение потенциальной энергии, всегда относительно между двумя местоположениями или точками. Иногда это называют «падением напряжения».
  • Когда источник напряжения подключен к цепи, напряжение вызывает равномерный поток электронов через эту цепь, называемый током .
  • В одиночной (одной петле) цепи величина тока тока в любой точке такая же, как величина тока в любой другой точке.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.