Site Loader

Содержание

Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля-Ленца

Электрический ток нагревает проводник. Это явление нам хорошо известно. Объясняется оно тем, что свободные электроны в металлах или ионы в растворах электролитов, перемещаясь под действием электрического поля, взаимодействуют с молекулами или атомами вещества проводника и передают им свою энергию.

Опыты показывают, что в неподвижных металлических проводниках вся работа тока идет на нагревание проводников, т. е. на увеличение их внутренней энергии. Мерой же изменения внутренней энергии тела является количество теплоты. Значит, количество теплоты, выделяющееся в проводнике, равно работе тока.

Мы знаем, что работу тока рассчитывают по формуле:

А = UIt.

Обозначим количество теплоты буквой Q. Согласно сказанному выше Q = A, или

Q = UIt.

Пользуясь законом Ома, можно выразить количество теплоты, выделяющееся в участке цепи при работе тока, через силу тока, сопротивление участка цепи и время.

Зная, что U= IR, получим:

Q=IRIt

т. е.

Q=I2Rt

Количество теплоты, выделяемое проводником с током,

равно произведению квадрата силы тона, сопротивления проводника и времени.

К этому же выводу, но на основании опытов впервые пришли независимо друг от друга английский ученый Джоуль и русский ученый Ленц. Поэтому сформулированный выше вывод называется законом Джоуля — Ленца.

Вопросы. 1. Как можно объяснить нагревание проводника электрическим током? 2. По какой формуле можно рассчитать количество теплоты, выделяемое в проводнике током? 3. Как, пользуясь законом Ома, можно выразить количество теплоты, выделяемое током в проводнике, через силу тока, сопротивление проводника и время? 4. Как формулируется закон Джоуля Ленца?

Упражнения. 1. Какое количество теплоты выделится за 30 мин в проволочной спирали сопротивлением 20 Ом при силе тока 5 A? 2. С какой целью провода в местах соединения не просто скручивают, а еще и спаивают? Ответ обоснуйте.  

3.    Если нагревательный прибор (кипятильник) вынуть из воды, не выкормив предварительно его из сети, то он быстро перегорает. Почем? 4. В цепь источника тока включены последовательно три проволоки одинакового сечения и длины: медная, стальная и никелиновая. Какая из них больше нагреется? Ответ обоснуйте и по возможности проверьте в классе на опыте.

Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля–Ленца

Мы уже упоминали о том, что со временем электрический ток нагревает провода. Чтобы объяснить это явление нам нужно вспомнить, что мы знаем о внутренней энергии тела и об электрическом токе. Под словом «нагревание» мы подразумеваем повышение температуры. А температура — это мера средней кинетической энергии молекул тела. Эта энергия увеличивается в результате интенсивного движения свободных электронов под действием электрического поля.

Итак, электрический ток совершает работу, при этом нагревая проводник. Проводя серию опытов, Джеймс Джоуль и Эмилий Ленц доказали, что в неподвижных проводниках вся работа электрического тока идет на нагревание проводника.

Из этого мы можем сделать вывод, что количество теплоты, выделяемое проводником, равно работе электрического тока. Это и есть закон ДжоуляЛенца:

Исходя из этого закона, давайте подумаем, как делаются нагревательные элементы. Мы уже говорили, что производители подстраиваются под стандартное напряжение, поэтому регулировать количество теплоты можно только с помощью регулирования силы тока или сопротивления. Мы видим, что чем больше сопротивление, тем больше выделяемое количество теплоты. Однако, нельзя забывать, что большое сопротивление уменьшает силу тока. К тому же, количество теплоты прямо пропорционально сопротивлению, но, при этом, пропорционально квадрату силы тока. С другой стороны, слишком большой ток может перегреть провода. Поэтому, тут нужно найти так называемую, «золотую середину».

Рассмотрим конкретный пример. Мы подключаем обогреватель к сети с помощью провода.

Поскольку это является последовательным соединением, то и по проводу, и по спирали обогревателя будет проходить одинаковый ток. Поэтому нам нужно сделать так, чтобы сопротивление спирали было значительно больше сопротивления провода. Как мы помним, для достижения этой цели, нам надо либо сделать спираль очень тонкой и длинной, либо сделать её из материала с большим удельным сопротивлением. Также, нельзя забывать, что нагревательный элемент должен выдерживать высокие температуры, иначе он может просто расплавиться при длительной работе.

Примеры решения задач.

Задача 1. Нужно, чтобы нагревательный элемент выделял 11 МДж теплоты за 1 час. Длина провода 2 м, а площадь сечения 1 мм2. Провод перегревается, если за час получает 72 кДж теплоты. Какой длины должна быть нихромовая проволока с площадью сечения 1 мм2?

Нарисуем соответствующую схему. На ней четко разделено сопротивление спирали и сопротивление самого обогревателя, не нужно их путать. В задаче не требуется найти сопротивление самого прибора, но ради интереса мы легко можем это сделать потом.

Задача 2. Спираль рефлектора, подключенного к стандартной розетке, за 2 ч выделила 8 МДж теплоты. Какова сила тока в этой спирали?

Нагревание проводников электрическим током — Энциклопедия по машиностроению XXL

Единица тока. Закон Ома. Падение напряжения в цепи. Способы соединения Источника и потребителей тока. Нагревание проводников электрическим током. Правила соединения проводов. Работа и мощность тока. Единица мощности.  [c.507]

Нагревание проводников электрическим током. Мощность электрического тока на любом участке цепи определяется произведением напряжения на ток (P=Ul). В зависимости от рода нагрузки эта мощность полностью или частично переходит в тепло. В тепло переходит только та часть мощности, которая затрачивается на преодоление электрического сопротивления. При этом проводник нагревается тем сильнее, чем выше его сопротивление и чем больший ток протекает в нем. Мощность электрического тока, переходящая в тепло, пропорциональна квадрату силы тока и определяется формулой Джоуля  

[c.184]


Медь — пластичный, легко полирующийся металл, являющийся хорошим проводником электрического тока. Удельный вес меди 8,9 г/сж атомный вес 63,54. Температура плавления 1084° С. В химических соединениях медь может быть одновалентной (в цианистых электролитах) и двухвалентной (в кислых электролитах), соответственно и электрохимический эквивалент меди будет 2,372 и 1,186 г/а-ч. Гальванически осажденная медь имеет красивый розовый цвет. Медь легко растворяется в азотной и хромовой кислотах, слабее в серной и соляной кислоте. Последняя слабо действует на медь даже при нагревании. В щелочах, за исключением раствора аммиака, медь довольно устойчива.  [c.149]

В большинстве электронных приборов поток свободных электронов получается при нагревании металлического проводника электрическим током. Нить накала можно изготовлять из вольфрама, который дает хорошую термоэлектронную эмиссию при температуре 2000—2200°. Сейчас для этой цели применяют оксидированные нити накала вольфрамовая нить покрывается оксидами — соединениями некоторых щелочноземельных металлов (бария, стронция). Такие нити обеспечивают хорошую термоэлектронную эмиссию уже при температуре 700—900°, что позволяет расходовать ток меньшей величины и удлинить срок службы нити.  

[c.94]

Полиэтилен (—СНг—СНг—)г. получил наибольшее распространение (из пластиков). Это твердый, белый, слегка прозрачный материал, напоминающий парафин легко поддается резке ножом, не имеет запаха и вкуса, горит голубоватым слабо светящимся пламенем, не является проводником электрического тока, размягчается при нагревании, изменяя первоначальную и сохраняя полученную форму. Промышленность выпускает полиэтилен в виде труб, листов, пленок, нитей и различных формованных изделий.  

[c.11]

Если на участке цепи под действием электрического поля не совершается механическая работа и не происходят химические превращения веществ, то работа электрического поля приводит только к нагреванию проводника. При этом работа электрического тока  [c.149]

Закон Ома для полной цепи. Если в результате прохождения постоянного тока в замкнутой электрической цепи происходит только нагревание проводников, то по закону сохранения энергии полная работа электрического тока в замкнутой цепи, равная работе сторонних сил источника тока, равна количеству теплоты, выделившейся на внешнем и внутреннем участках цепи  [c.150]


Электрический ток, проходящий через проводник, нагревает его. Количество тепла, выделяемое при нагревании, пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению, а также времени прохождения тока.  
[c.122]

Примем также, что это сопротивление покрыто идеальным тепло-изолятором и что теплопроводностью проводников можно пренебречь (здесь слово тепло используется в смысле предварительного обсуждения в разд. 1.15.3 строгое же определение этого понятия будет дано в гл. 6, в которой обсуждается тепловое взаимодействие). Рассмотрим короткий интервал времени, в течение которого через границу систем X и Y (рис. 3.3, а) от X к Y проходит электрический ток, вызывающий нагревание последней системы. Заметим, что тот же самый процесс будет иметь место на этой границе, если осуществить одну из следующих замен а) сопротивления идеальным мотором (без потерь на трение), причем работа мотора сводилась бы к поднятию груза (рис. 3.3, б) б) батареи идеальным генератором (без потерь на тепло), приводимым в движение опускающимся грузом (рис. 3.3, б). Единственным результирующим эффектом, внешним по отношению к каждой из систем (X или Y), при любой такой замене будет изменение высоты груза. Следовательно, в соответствии с нашим определением работы взаимодействие между батареей и сопротивлением (рис. 3.3, а) есть взаимодействие, осуществляющее работу, которую по способу совершения в данном случае мы назовем электрической работой. Еще раз подчеркнем, что работа — это некая переходная категория, реализующаяся, лишь до тех пор, пока имеется взаимодействие,  

[c.55]

Параллельно с возникновением электрического тока при наличии разности температур в цепи разнородных проводников наблюдается обратное явление эффект Пельтье) нагревание или охлаждение спаев разнородных проводников при прохождении через них электрического тока. При этом выделение или поглощение тепла зависит от направления тока. На рис. 2.2 показана схема цепи Пельтье, содержащая два различных материала А п В (например, сурьму и висмут.) При пропускании электрического тока через эту  

[c.15]

Многовековой опыт человека показывает, что движение материи одной формы может переходить в движение другой формы. Так, механическое движение может перейти в беспорядочное движение молекул тела, т. е. в тепловую форму движения. В некоторых случаях тепловое движение, наоборот, может частично перейти в упорядоченное движение тела, т. е. в механическое. Известно, что электрический ток вызывает нагревание проводников. Этот факт говорит о переходе электрической формы движения материи в тепловое движение. Известно также, что атомные электростанции представляют собой устройства, в которых внутриядерная форма движения материи превращается (через ряд промежуточных форм) в электрическую. Можно было бы привести много других примеров, но уже из сказанного видно, что различные формы движения материи взаимно связаны между собой и могут переходить одна в другую, что некоторые из этих переходов используются человеком в его практической деятельности. Если некоторая форма движения материи переходит какую-то иную форму, то это должно означать, что движение материи одной формы количественно уменьшилось, а движение другой формы — количественно уве-  

[c.131]

Известно, что когда электрический ток проходит через проводник, то последний нагревается. Нагрев бывает тем выше, чем больше ток. На нагревание проводника расхо-  [c.70]

Электрический ток, нагревая проводник, совершает работу, т. е. на нагревание затрачивается электрическая энергия. Величина работы, или электрической энергии, зависит от напряжения на зажимах потребителя, величины тока и времени его действия.  [c.20]

В случае обработки металлов для измерения температуры при выполнении настоящей работы рекомендуется так называемая естественная термопара, элементами которой являются металл обрабатываемой заготовки и металл режущей части резца. Как известно из физики, между свободными концами двух разнородных металлов, имеющих общую точку спая, возникает разность электрических потенциалов всякий раз, когда температура спая превысит температуру свободных концов. Если к свободным концам проводников (металлов) подключить милливольтметр, то через него при нагревании спая пойдет электрический ток, о чем можно судить по отклонению стрелки милливольтметра. Отклонение стрелки будет тем сильнее, чем больше разность температур нагретого спая и свободных холодных концов металлов.  [c.128]


Высокочастотный (диэлектрический) нагрев в основном применяется для нагревания таких материалов, которые плохо проводят электрический ток, а также являются плохими проводниками тепла, так как оба эти свойства встречаются в материалах одновременно. Пластмасса, которую требуется сварить или нагреть, помещается в высокочастотное поле (фиг. 72) между электродами или в непо.  [c.122]

Известно, что когда электрический ток проходит через проводник, то этот проводник нагревается, при этом тем выше, чем больше ток. На нагревание проводника расходуется часть электрической энергии, которая превращается в тепло. Между электрической энергией, затрачиваемой на прохождение тока, и количеством тепла, выделяющимся в проводнике, существует определенная зависимость, определяемая законом Ленца-Джоуля. Напомним зависимость  [c.10]

До начала измерений у токопроводящей части находят места (начало и конец цепи), к которым присоединяют источник тока и измерительные приборы. Рабочие контактные поверхности этих мест очищают от загрязнения и окислов. Собирают схему измерения (см. рис. 4.5, в). Измерения ведут при минимальном числе соединений в цепи, быстро, чтобы избежать нагревания проводников, а для большей точности снимают несколько показаний приборов при различных значениях силы тока. Для расчета берут среднее значение показаний приборов. Полученное значение активного сопротивления 7 , токопроводящей части электрической машины приводит к 20 °С по формуле  [c.205]

Для измерения температуры применяются термопары, у которых при нагревании места спая 1 двух различных металлических проводников 2 нЗ (фиг. 6) на свободных концах появляется разность потенциалов, пропорциональная разности температур спаянных и неспаянных концов. Если холодные концы проводников замкнуть, соединив их с клеммами чувствительного милливольтметра (гальванометра) С, по цепи потечет электрический ток, величина которого регистрируется отклонением стрелки гальванометра, так как электродвижущая сила пропорциональна температуре горячего спая термопары шкала гальванометра градуирована в милливольтах и в градусах Цельсия. Свободные концы электродов термопары 2 и 3 соединяются с гальванометром при помощи проводов 4 м 5. Такой прибор называется термоэлектрическим пирометром. В зависимости от характера выбранной пары металлов при помощи термоэлектрического пирометра могут быть измерены температуры до 1600 » С (табл. 3).  [c.56]

Кристаллический селен существует в моноклинной или гексагональной модификации. Наиболее устойчивым при комнатной температуре является селен гексагональной модификации. По внешнему виду он напоминает металл серого цвета, является хорошим проводником тепла и электрического тока, инертен в атмосферных условиях и легко образуется при нагревании лю-боИ другой формы селена до завершения  [c.411]

Действие электроизмерительных приборов основано на использовании различных проявлений электрического тока. В одних приборах используется явление взаимодействия тока и магнитного поля в других — нагревание проводника при прохождении через него электрического тока в третьих — явление взаимодействия электромагнитных полей и т. д.  [c.144]

Тепловая — использует явление нагревания и изменения геометрических размеров проводника при прохождении через него электрического тока. Приборы этой системы применяются почти исключительно в радиотехнике как технические амперметры и миллиамперметры для измерения токов высокой частоты.  [c.144]

Электромагнитом называют катушку (проводник свитый в спираль), внутри которой находится сердечник. Магнитное поле электромагнита сильнее, так как стальной сердечник усиливает магнитные свойства. В электромагнитах постоянного тока сердечник выполняют из сплошной стали. Сердечник электромагнита переменного тока набирают из отдельных листов электротехнической стали с электрической изоляцией между ними. Последнее необходимо для уменьшения потерь электроэнергии на нагревание магнитопровода при переменном токе.  [c.150]

Электрическая С. методом сопротивления основана на явлении нагревания электрич. током проводника. При этом способе свариваемые предметы включаются в электрич. цепь сварочной машины в качестве сопротивлений и по достижении сварочной 1° свариваются путем спрессовывания друг с другом. Т. о. электрич. С. методом сопротивления является машинизированным процессом. Электрич. энергия при этом процессе превращается в тепло, гл. обр. в месте контакта свариваемых частей вследствие переходного сопротивления и в меньшей мере по всей массе их, лежащей между электродами, вследствие их сопротивления. Т. к. всегда можно направить ток через свариваемые предметы т. о., чтобы нагревание произошло именно в том месте, где это необхо-  [c.95]

Термичес дсая ионизадил. Нагревание газа делает ею проводником электрического тока, потому что часть атомов или моле- ул газа превращается в заря-лсенные ионы.  [c.168]

В самом начале XIX в. при первых исследованиях действий и проявлений гальванического тока были открыты три возможных метода преврап1 ения электрической энергии в световую, которые и стали принципиальной основой построения электрических источников света. Это — нагревание проводника током, дуговой разряд между угольными электродами и разрядное свечение в вакууме. Прошло, однако, несколько десятилетий, прежде чем эта проблема получила дальнейшую экспериментальную разработку и продвижение в практику, и лишь с появлением электромашинного генератора 3. Т. Грамма (1870 г. началось интенсивное развитие электрического освеш ения.  [c.137]

Одна из разновидностей термоэлектрического генератора с использованием рубидия и цезия работает на магиитогидродинамическом принципе. Ионы цезия, образовавшиеся при нагревании, прогоняются при очень высокой температуре через магнитное поле, но, поскольку поток ионов представляет собой как бы электрический проводник, ионы выполняют роль якоря в обычном генераторе, благодаря чему вырабатывается электрический ток.  [c.643]


Гексагона.пьная модификация. Селеп гексагональной модификации считается наиболее устойчивым при обычных условиях. Он имеет серый цвет и по внешнему виду напоминает металл, является хорошим проводником тепла и электрического тока, довольно инертеи в атмосферных условиях, обладает высокой механической прочностью и легко образуется при нагревании любой формы селена до завершения кристаллизации (16, 33, 34].  [c.649]

Как уже отмечалось, для металлов характерна электронная электропроводность, при которой (в отличие от ионной и молионяой электропроводности) отсутствует видимый перенос вещества при прохождении через вещество электрического тока. При прохождении через металл больших количеств электричества, т. е. при длительном пропускании через металл постоянного тока большой силы не удается обиаружить изменений массы металла или изменений его химического состава (конечно, должны быть устранены окисление вследствие нагревания проводника током в атмосфере воздуха и тому подобные побочные явления).  [c.23]

В отличие от трубки Фаулера, где электрический разряд используется как средство быстрого нагревания газа, в Т-образной трубке, построенной Колбом [7] для ускорения газа — плазмы, используется явление электромагнитного взаимодействия токов. Шина, по которой течет возвратный ток в электрической цепи разряда, максимально приближена к разрядной части трубки, как показано на рис. 4.4. Как известно, параллельные проводники с противоположно направленными токами отталкиваются друг от друга. Это можно рассматривать как результат воздействия магнитного поля одного тока на проводник с другим током. Сила, действующая на единицу объема проводника с током, определяется векторным произведением плотности тока у и напряженности магнитного  [c.207]

Независимо от Майера закон сохранения энергии был также установлен английским физиком Джеймсом Прескоттом Джоулем, проводившим в начале 40-х годов XIX в. свои классические опыты по вьщелению тепла в проводниках при прохождении по ним электрического тока. В 1843 г. эти опьггы привели его к определению механического эквивалента тепла. Таким образом, усилиями Майера и Джоуля было сделано открытие, принесшее первое экспериментальное доказательство кинетического характера тепла-этой некогда загадочной и таинственной субстанции. Правда, в первых своих опытах, которые не могли отличаться большой точностью, Джоуль получил значение механического эквивалента тепла, равное 460 кгм/ккал более поздние опыты дали весьма точное значение 425 кгм/ккал. В конце концов, в результате последовавших затем многочисленных измерений оказалось, что одной единице тепла- килокалории, определяемой, как количество тепла, необходимое для нагревания одного килограмма деаэрированной воды при нормальном атмосферном давлении от 14,5°С до 15,5°С, соответствует 4186,8 джоулей (418,7 кгм) механической работы.  [c.181]

Прямой термоэлектрический эффект (явление Зеебека) состоит в том, что благодаря нагреванию спая двух разнородных проводников возникает э. д. с. Обратный эффект (явление Пельтье) состоит в том, что спай двух разнородных проводников нагревается при прохождении электрического тока. Это нагревание не следует смешивать с нагреванием, производимым джоулевым теплом. Разницу легко усмотреть. Термоэлектрический эффект есть эффект нечетный при изменении направления тока явление Пельтье проявляется в охлаждении спая. Аналогичным образом при охлаждении спая (вместо нагревания) термоэлектродвижуш ая сила меняет знак. Оба термоэлектрических явления могут с совершенно достаточным приближением описываться линейными зависимостями. Количественное выражение опытных законов обоих явлений таково  [c.149]

Примером твердого электролита может служить стекло, в котором имеются ионы натрия. При низких температурах пере-г.1еш,ение ионов в стекле затруднено и стекло является хорошим изолятором. При нагревании стекла до 300—400 °С ионы получают козможиость перемеш аться под действием электрического поля п стекло становится проводником Э7 ектричоского тока.  [c.164]

ПИНЧ-ЭФФЕКТ есть свойство канала электрического разряда в электропроводящей среде уменьшать свое сечение под действием собственного магнитного поля тока ПИРОЭЛЕКТРИК— кристаллический диэлектрик, обладающий самопроизвольной поляризацией ПИРОЭЛЕКТРИЧЕСТВО — возникновение электрических зарядов на поверхости некоторых кристаллов диэлектриков при их нагревании или охлаждении ПЛАЗМА (есть частично или полностью ионизированный газ, в котором объемные плотности положительных и отрицательных электрических зарядов практически одинаковы высокотемпературная имеет температуру ионов выше 10 К газоразрядная находится в газовом разряде кварк-глюонная возникает в результате соударения тяжелых ядер при высоких энергиях ядерного вещества низкотемпературная имеет температуру ионов менее 10″ К твердых тел — условный термин, обозначающий совокупность подвижных заряженных частиц в твердых проводниках, когда их свойства близки к свойствам газоразрядной плазмы) ПЛАСТИНКА вырезанная из двоя-копреломляющего кристалла параллельно его оптической оси, толщина которой соответствует оптической разности хода обыкновенного и необыкновенного лучей, кратной [длине волны для пластинки в целую волну нечетному числу (половин для волн для пластинки в полволны четвертей длин волн для пластинки в четверть волны)] зонная — прозрачная плоскость, на которой четные или нечетные зоны Френеля для данного точечного источника света сделаны непрозрачными нлоскопараллельная — ограниченный параллельными плоскостями слой среды, прозрачной в некотором интервале длин волн оптического излучения ПЛАСТИЧНОСТЬ — свойство твердых тел необратимо изменять свои размеры и форму под действием механических нагрузок ПЛОТНОСТЬ тела — одна из основных характеристик тела (вещества), равная отношению массы элемента тела к его объему  [c.259]

Бериллиевая бронза обладает высокими упругими свойствами, устойчивыми при нагревании до 250 °С. Она обладает электрической проводимостью, превышающей в 2…2,5 раза проводимость других марок бронз общего назначения, относится к сплавам. Бериллиевая бронза приобретает прочность в результате старения. Она применяется для изготовления раз-личнь . проводника тока отдельные виды щеткодержателей, токоведущие пружины, скользящие контакты в различных приборах, штепсельные разъемы и т п.  [c.23]

Тепло, выделяющееся в проводнике при прохождении по нему тока, во многих случаях имеет полезное практическое значение, например, в электрической лампе, электрической плитке или печке. Однако тепловое действие тока нередко является вредным. В частности, когда ток лрохо-дит по обмоткам электродвигателя, они нагреваются, причем в случае значительной перегрузки нагрев может быть настолько сильным, что это вызывает повреждение изоляции и выход двигателя из строя. Такое явление иногда имеет место и в электродвигателях механизированных инструментов при их перегрузках. Перегрев двигателя при работе электроинструмента обнаруживается по сильно.му нагреванию корпуса, ощущаемому рукой. Нормальная температура нагрева электродвигателя составляет обычно 60—70°.  [c.11]

Для создания и поддержания П. т. в проводниках необходимо присоединять их к источникам электрич. энергии П. т. Такими источниками энергии являются первичные электрохимич. элементы (см. Гальванические элементы),вторичяые электрохимич. элементы, или аккумуляторы электрические (см.), термоэлементы (см.), фотоэлементы (см.), динамомашины (см.) и наконец преобразователи (см.) и выпрямители (см.). В то время как ряд электротехнич. процессов выполним независимо от направления тока, например нагревание, или же только при переменном шоке (см.), напр, питание асинхронного двигателя, другие процессы выполнимы только при П.Т. питание двигателей П.т., рентгеновских трубок, пылеуловителей и т. п. На данном этапе развитияэлектротехники передача энергии на большие расстояния более выгодно производится переменным током, благодаря удобству и простоте преобразования напряжения переменного тока и возможности связывать целые районы линиями высокого напряжения—до 380 кV.Коротко замкнутые асинхронные двигатели трехфазного тока(см. Индукционные машины) являются идеальными машинами по дешевизне и прочности конструкций. С другой стороны, двигатели П. т. более удобны для регулирования скорости вращения. П. т. считается весьма пригодным для электрификации ж. д., так что во многих случаях строят специальные тяговые подстанции для преобразования переменного тока в П. т. вместо того, чтобы применять на тяговых линиях однофазный или трехфазный ток. Тем не менее и сейчас существует ряд ж.-д. линий, успешно работающих на переменном или трехфазном токе, так что проблема выбора системы тока для электрификации транспорта не может считаться решенной. С другой стороны, линии передачи (см.) высокого напряжения П. т.  [c.230]



Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля – Ленца

Тема:
Нагревание проводников
электрическим током.
Закон Джоуля – Ленца.
Лампа накаливания. Электрические
нагревательные приборы.
.
A UIt
Q A
Q UIt
По закону Ома:
U IR
Q I Rt
2
Значит:

4. Закон Джоуля- Ленца

был
выведен двумя
учеными независимо
друг от друга
Количество
теплоты, выделившееся при
нагревании проводника, прямо
пропорционально квадрату силы тока,
сопротивлению и времени подключения
к источнику тока.
Количество теплоты измеряется в Дж

6. Короткое замыкание

7. Электроприборы

8. Согласно закону Джоуля-Ленца

Если при коротком замыкании ток увеличится в 10 раз, то
количество теплоты, выделяющейся при этом,
возрастёт примерно в 100 раз (при прочих равных условиях)!
Вот почему короткое замыкание может вызвать расплавление
проводов, воспламенение изоляции и в конечном итоге привести
к возгоранию горючих предметов вокруг места короткого
замыкания и к пожару.
Чаще всего причиной короткого замыкания является нарушение
изоляции проводов (из-за их износа, неправильной эксплуатации
и т.п.). Также причиной короткого замыкания могут быть
механические повреждения в электрической цепи или в
электроприборе, а также перегрузки сети.
Домашнее задание
Решить задачи и выбрать
правильный ответ.
Ответы прикрепить с
решением в дневник.ру
1. Как изменится количество теплоты, выделяемое
проводником с током, если силу тока в проводнике
уменьшить в 4 раза?
А. Уменьшится в 2 раза
Б. уменьшится в 16 раз
В. Уменьшится в 4 раза.
2. В электрической печи при напряжении 220 В сила
тока 30 А. Какое количество теплоты выделит печь
за 10 мин?
А. 40 000 Дж
Б. 39 600 Дж
В. 3 960 000 Дж.
3. Никелиновая и стальная проволоки, имеющие одинаковые
размеры, соединены последовательно и подключены к
источнику тока.
Какая из них выделит при этом большее количество теплоты?
А. Никелиновая
Б. Стальная
В. Проволоки выделят одинаковое количество теплоты
4. Две электрические лампы имеют одинаковые мощности.
Одна из них рассчитана на напряжение 110 В, а другая – на 220 В.
Какая из ламп имеет большее сопротивление и во сколько раз?
А. Вторая в 4 раза
Б. Первая в 4 раза
В. Вторая в 2 раза
5. Какое количество теплоты выделит за 30 мин
проволочная спираль сопротивлением 20 Ом, если
сила тока в цепи 2 А?
А. 144 000 Дж
Б. 28 800 Дж
В. 1440Дж
6. Медная и нихромовая проволоки, имеющие
одинаковые размеры, соединены параллельно
и подключены к источнику тока. Какая из них
выделит при этом большее количество теплоты?
А. Нихромовая
Б. Медная
В. Проволоки выделят одинаковое
количество теплоты

Конспект урока «Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля-Ленца» 8 класс

электрического поля, взаимодействуют с атомами или ионами проводника и передают

свою энергию. В результате работы тока внутренняя энергия проводника увеличивается.

3. Изучение закона Джоуля-Ленца.

В неподвижных проводниках вся работа тока идет на увеличение их внутренней

энергии. Значит, количество теплоты, выделяемое проводником, равно работе тока.

По какой формуле рассчитывается работа тока? (А=IUt)

Так как Q=A, то Q=IUt.

Выразите напряжение из закона Ома. (U=IR)

Подставим значение напряжения в формулу работы тока. (Q=I * IR*Rt=I

2

Rt)

Полученная формула называется законом Джоуля-Ленца и позволяет рассчитать

количество теплоты, выделяемое проводником с током.

Давайте попытаемся сформулировать этот закон.

Закон был установлен экспериментально независимо друг от друга английским

ученым Д. Джоулем и русским ученым Э. Ленцем. Поэтому он носит двойное название:

закон Джоуля-Ленца.

4.Историческая минутка.

Сообщение обучающегося о Д. Джоуле и Э.Ленце

5.Применение теплового действия тока

Сообщение обучающегося о применении теплового действия тока

IV. Этап применения знаний :

1. Устные упражнения: а) Как изменится количество теплоты, выделяемое

проводником с током, при увеличении силы тока в 2 раза? (Увеличится в 4 раза)

б) Два проводника: медный и железный равной длины и сечения включены в цепь с

одной и той же силой тока. В каком проводнике: медном или железном выделится

большее количество теплоты? (В железном, так как удельное сопротивление железа

больше, чем у меди, а количество теплоты, выделяемое проводником, прямо

пропорционально сопротивлению проводника, которое, в свою очередь, прямо

пропорционально удельному электрическому сопротивлению)

2. Фронтальное решение.

1.В спирали электроплитки сопротивлением 80 Ом сила тока 2 А. Сколько времени

была включена в сеть плитка, если в ней выделилось 320 кДж тепла?

Решение: Q=I

2

Rt. t =

Как влияет на нагрев проводников тепловое действие и плотность тока

Как влияет на нагрев проводников тепловое действие и плотность тока

Электрический ток — направленное (упорядоченное) движение частиц или квазичастиц — носителей электрического заряда.

Под тепловым действием электрического тока понимают выделение тепловой энергии в процессе прохождения тока по проводнику. Когда через проводник проходит ток, образующие ток свободные электроны сталкиваются с ионами и атомами проводника, нагревая его.

Выделяемое при этом количество теплоты можно определить с помощью закона Джоуля-Ленца, который формулируется так: количество теплоты, выделяемое при прохождении электрического тока через проводник, равно произведению квадрата тока, сопротивления данного проводника и времени прохождения тока через проводник.

Приняв ток в амперах, сопротивление в омах, а время в секундах, получим количество теплоты в джоулях. А учитывая что произведение тока на сопротивление — есть напряжение, а произведение напряжения на ток — мощность, в результате оказывается, что количество выделенной теплоты в данном случае равно количеству электрической энергии, переданной данному проводнику во время прохождения по нему тока. То есть электрическая энергия преобразуется в тепловую.

Получение тепловой энергии из электрической широко применяется с давних времен в различной технике. Электронагревательные приборы, такие как обогреватели, водонагреватели, электрические плиты, паяльники, электропечи и т. д., а также электросварка, лампы накаливания и многое другое используют именно этот принцип для получения тепла.

Но в большом количестве электрических устройств нагрев, вызываемый током, вреден: электродвигатели, трансформаторы, провода, электромагниты и т. д. — в данных устройствах, не предназначенных для получения тепла, нагрев снижает их КПД, мешает эффективной работе, и даже может привести к аварийным ситуациям.

Для любого проводника, в зависимости от параметров окружающей среды, характерно определенное допустимое значение величины тока, при котором проводник заметно не нагревается.

Так, например, для нахождения допустимой токовой нагрузки на провода, используют параметр «плотность тока», характеризующий ток, приходящийся на 1 кв.мм площади поперечного сечения данного проводника.

Допустимая плотность тока для каждого проводящего материала в определенных условиях своя, она зависит от многих факторов: от вида изоляции, интенсивности охлаждения, температуры окружающей среды, площади поперечного сечения и т. д.

К примеру для электрических машин, где обмотки изготавливают, как правило, из меди, величина предельно допустимой плотности тока не должна превышать 3-6 ампер на кв.мм. Для лампы накаливания, а точнее для ее вольфрамовой нити, — не более 15 ампер на кв.мм.

Для проводов осветительных и силовых сетей предельно допустимая плотность тока принимается исходя из вида их изоляции и площади поперечного сечения.

Если материалом проводника служит медь, а изоляция резиновая, то при площади сечения, например, в 4 кв.мм допускается плотность тока не более 10,2 ампер на кв.мм, а если сечение 50 кв.мм, то допустимая плотность тока будет всего 4,3 ампера на кв.мм. Если же проводники указанной площади не имеют изоляции, то допустимые плотности тока будут соответственно 12,5 и 5,6 ампер на кв.мм.

С чем же связано понижение допустимой плотности тока для проводников большего сечения? Дело в том, что проводники с существенной площадью поперечного сечения, в отличие от проводников малого сечения, имеют больший объем проводящего материала расположенного внутри, и получается что внутренние слои проводника сами окружены нагревающимися слоями, которые мешают отводу тепла изнутри.

Чем больше площадь поверхности проводника по отношению к его объему, — тем большую плотность тока способен выдержать проводник не перегреваясь. Неизолированные проводники допускают нагрев до более высокой температуры, так как от них тепло отводится прямо в окружающую среду, изоляция этому не препятствует, и охлаждение происходит быстрее, поэтому для них допускается более высокая плотность тока чем для проводников в изоляции.

Если превысить допустимый для проводника ток, он начнет перегреваться, и в какой-то момент его температура окажется чрезмерной. Изоляция обмотки электродвигателя, генератора или просто проводки, может в таких условиях обуглиться или загореться, что приведет к короткому замыканию и пожару. Если же говорить о неизолированном проводе, то он при высокой температуре может просто расплавиться и разорвать цепь, в которой служит проводником.

Превышение допустимого тока принято предотвращать. Поэтому в электрических установках обычно принимают специальные меры с целью автоматического отключения от источника питания той части цепи или того электроприемника, в котором случилась перегрузка по току или короткое замыкание. Для этого служат автоматические выключатели, плавкие предохранители и другие устройства, несущие аналогичную функцию — разорвать цепь при перегрузке.

Из закона Джоуля-Ленца следует, что перегрев проводника может произойти не только из-за превышения тока через его поперечное сечение, но и из-за более высокого сопротивления проводника. По этой причине для полноценной и надежной работы любой электрической установки крайне важно сопротивление, особенно в местах соединения друг с другом отдельных проводников.

Если проводники соединены не плотно, если их контакт друг с другом не качественный, то сопротивление в месте соединения (так называемое переходное сопротивление в месте контакта) окажется выше чем для цельного участка проводника той же длины.

В результате прохождения тока через такое некачественное, не достаточно плотное соединение, место данного соединения будет перегреваться, что чревато возгоранием, выгоранием проводников или даже пожаром.

Чтобы этого избежать, концы соединяемых проводников надежно зачищают, облуживают и оснащают кабельными наконечниками (впаивают или прессуют) или гильзами, которые обеспечивают запас на переходное сопротивление в месте контакта. Такие наконечники можно плотно закрепить на клеммах электрической машины при помощи болтов.

К электрическим аппаратам, предназначенным для включения и выключения тока, также применяют меры по уменьшению переходного сопротивления между контактами.

Ранее ЭлектроВести писали, что луганские энергетики объявиляли амнистию своим сотрудникам, которые воруют электроэнергию.

По материалам: electrik.info.

Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля-Ленца. Лампа накаливания. Электрические нагревательные приборы.

Цель урока:

— обобщить знания по вопросу выделения тепла при прохождении тока по проводнику на уровне понимания;

— оценить свои умения применять знания о законе Джоуля — Ленца; познакомиться с конструкцией лампы накаливания;

— научиться применять закон Джоуля — Ленца к объяснению и анализу явлений окружающего мира;

— применять знания и умения, полученные на уроке к решению физических задач; усвоить характерные особенности закона Джоуля – Ленца

  • формирование у учащихся представлений о том, как устроены окружающие их электрические нагревательные приборы, лампа накаливания

Задачи урока:

Образовательные:

Проверить полученные знания о законе Ома в электрической  цепи при помощи вопросов и электронных упражнений

Изучить закон Джоуля-Ленца. Разобрать формулу, составляющие её величины, единицы измерения. Изложение материала посредством одностраничного сайта на базе бесплатной платформы Tobiz

Изучить строение лампы накаливание законспектировать важные мысли, сделать рисунок и схему

Понять основной принцип работы электронагревательных приборов. Основной элемент которых это нагревательный элемент, через который проходит ток.

Выявить уровень усвоения формулы закона Джоуля — Ленца и его понимания. Дать знания о величинах, характеризующих количество теплоты, выделяемой проводником при прохождении по нему электрического тока.

Дать представление о механизме выделения тепла в проводнике на основе модели строения вещества. Обосновать связь между материалом спирали электрической лампочки и количеством выделившейся теплоты.

Сформировать умения применять основные положения теории строения вещества к обоснованию электрических свойств данного вещества.

Развития мышления:

Проверить уровень самостоятельности мышления школьника в применении знаний в различных ситуациях.

Сформировать элементы творческого поиска на основе приемов обобщения. Формировать умения развертывать доказательство на основе данных.

Ход урока I

Актуализация знаний

Первые 10-15 минут урока целесообразно посвятить проверке усвоения материала по предыдущей теме. Повторение с помощью вопросов. Проверить полученные знания о законе Ома в электрической  цепи при помощи вопросов и электронных упражнений https://learningapps.org/2026488

Изложение нового материала.

Презентация на сайте Prezi https://prezi.com/p/rxprnbryq4tf/

При введении понятия работы электрического тока мы уже пользовались, тепловым действием тока (нагревание проводников). — Почему при прохождении электрического тока проводник нагревается? Обратить внимание на внутреннюю энергию, вспомнить строение вещества.

Они неоднократно наблюдали тепловое действие тока в бытовых приборах. Ученые Джоуль и Ленц, автономно друг от друга проводя опыты пришли к выводу:

Нагревание проводников зависит от их сопротивления. Чем больше сопротивление проводника, тем больше он нагревается.

— Из какого материала необходимо изготовлять спирали для лампочек накаливания?

— Какими свойствами должен обладать металл, из которого изготовляют спирали нагревательных элементов?

Закон Джоуля-Ленца. Учащиеся знают уже формулу для работы A = UIt. Кроме того, им известно, что в неподвижных проводниках вся работа тока идет лишь на нагревание проводников, т. е. на то, чтобы увеличь их внутреннюю энергию. Следовательно, количество теплоты

Из закона Ома для участка цепи U = IR. Если это учесть, то Q=I2Rt

Количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени.

Количество тепловой энергии, выделяемой проводником, через который течет ток равно произведению квадрата силы тока на сопротивление проводника за время прохождения тока

Устройство лампы накаливания:

Slide4.jpg

На рисунке изображена газонаполненная лампа накаливания. Концы спирали 1 приварены к двум проволокам, которые проходят сквозь стержень из стекла 2 и припаяны к металлическим частям цоколя 3 лампы: одна проволока — к винтовой нарезке, а другая — к изолированному от нарезки основанию цоколя 4. Для включения лампы в сеть ее ввинчивают в патрон. Внутренняя часть патрона содержит пружинящий контакт 5, касающийся основания цоколя лампы, и винтовую нарезку 6, удерживающую лампу. Пружинящий контакт и винтовая нарезка патрона имеют зажимы, к которым прикрепляют провода от сети.

Тепловое действие тока используют в различных электронагревательных приборах и установках. В домашних условиях широко применяют электрические плитки, утюги, чайники, кипятильники. Основная часть всякого нагревательного электрического прибора — нагревательный элемент. Электронагревательные приборы состоят из корпуса, нагревательного элемента, включающих и регулирующих устройств, контактных штифтов, электроизоляционных и теплоизолирующих материалов. Нагревательный элемент представляет собой проводник с большим удельным сопротивлением, способный, кроме того, выдерживать, не разрушаясь, нагревание до высокой температуры (до 1000—1200 °С).

Сплавы, из которых изготовляют проволоку или ленту для нагревательных элементов, должны обладать более высоким удельным сопротивлением, чем медь и другие проводники, что обеспечивает компактность конструкции и малую зависимость от температуры (температурный коэффициент сплава должен быть весьма мал). Кроме того, они должны длительно выдерживать высокую температуру, не расплавляясь и не окисляясь.

Больше всего удовлетворяют этим требованиям специальные сплавы — константан, нихром (сплав хрома и марганца) и фехраль (табл. 1.1). https://coollib.net/b/404056/read

 

Решение задачи на понимание закона Джоуля-Ленца с помощью сервиса интернетурок, тренажера по данной теме https://interneturok.ru/physics/8-klass/belektricheskie-yavleniyab/nagrevanie-provodnikov-elektricheskim-tokom-zakon-dzhoulya-lentsa-grebenyuk-yu-v/trainers.

Задача:

Какова сила тока в лампе фонаря, если напряжение 4В в ней за 1 с расходуется 0,8 Дж электроэнергии.

Для решения данной задачи необходимо понимать, что такое сила тока, поэтому в 1-м упражнении тренажера нужно ответить на этот вопрос. Вспомнив, что сила тока – это отношение заряда прошедшего за единицу времени к величине этого промежутка. Нужно вывести закон Джоуля-Ленца используя данную в начале формулу для напряжения.

Q=I2Rt, по закону Ома I=UR, U=IR, а значит Q=UIt, выразив силу тока из полученной формулы записываем I=QUt. Подставив значения в формулу получаем I=0,8 Дж 4В*1с=0,2А

Ответ. I=0,2А

 

Домашнее задание: § 53, 54 вопросы к параграфам. Упражнение 27

Конспект параграфа 54 по схеме:

  • Название электроприбора;
  • Рисунок электроприбора;
  • Принцип работы электроприбора.

Материал учебник Перышкин § 53. Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля-Ленца. § 54. Лампа накаливания. Электрические нагревательные приборы.

НАГРЕВАТЕЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

Введение

Когда ток течет по проводнику, в проводнике генерируется тепловая энергия. Нагревательный эффект электрического тока зависит от трех факторов:

  • Сопротивление R проводника. Чем выше сопротивление, тем больше тепла.
  • Время t, в течение которого течет ток. Чем больше время, тем больше выделяется тепла.
  • Величина тока I. Чем выше сила тока, тем больше выделяется тепла.

Следовательно, нагревательный эффект, создаваемый электрическим током I через проводник сопротивления R в течение некоторого времени, t определяется как H = I 2 Rt. Это уравнение называется уравнением Джоуля электрического нагрева.

Электроэнергия и мощность

Работа, выполняемая при проталкивании заряда по электрической цепи, определяется выражением w.d = VIt

.

Так что мощность, P = w.d / t = VI

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

Пример

  1. Электрическая лампочка имеет маркировку 100 Вт, 240 В.Вычислить:
а) Ток через нить накала при нормальной работе лампы
б) Сопротивление нити накала лампы.

Решение

  1. I = P / V = ​​100/240 = 0,4167A
  2. R = P / I 2 = 100 / 0,4167 2 = 576,04 Ом или R = V 2 / P = 240 2 /100 = 576 Ом
  1. Найдите энергию, рассеиваемую за 5 минут электрической лампочкой с нитью накала 500 Ом, подключенной к источнику питания 240 В.{ ANS. 34,560J }

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. Вычислить:
  1. Рабочее напряжение нагревателя при его сопротивлении 24 Ом
  2. Электрическая энергия, преобразованная в тепловую за 2 часа.

{ ANS. 244,9488 В, 1,8 * 10 7 Дж }

Решение

  1. P = VI = I 2 R

I = (2500/24) 1/2 = 10.2062A

В = ИК = 10,2062 * 24 = 244,9488 В

  1. E = VIt = Pt = 2500 * 2 * 60 * 60 = 1,8 * 10 7 J

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

Электрическая лампочка имеет маркировку 100W, 240V. Вычислить:
Ток через нить накала
Сопротивление нити накала лампы.

Решение

P = VI I = P / V = ​​100/240 = 0,4167A
Согласно закону Ома, V = IR R = V / I = 240 / 0,4167 = 575,95 Ом

Применение нагревающего эффекта электрического тока

Большинство бытовых электроприборов таким образом преобразуют электрическую энергию в тепло.К ним относятся лампы накаливания, электрический нагреватель, электрический утюг, электрический чайник и т. Д.

В осветительных приборах

  1. Лампы накаливания — изготовлены из вольфрамовой проволоки, заключенной в стеклянную колбу, из которой удален воздух. Это связано с тем, что воздух окисляет нить накала. Нить нагревается до высокой температуры и становится раскаленной добела. Вольфрам используется из-за его высокой температуры плавления; 3400 0 Колба заполнена неактивным газом, например. аргон или азот при низком давлении, что снижает испарение вольфрамовой проволоки.Однако одним из недостатков инертного газа является то, что он вызывает конвекционные токи, которые охлаждают нить накала. Эта проблема сводится к минимуму за счет наматывания проволоки таким образом, 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 есть пары ртути в стеклянной трубке, которая при включении испускает ультрафиолетовое излучение. Это излучение заставляет порошок в трубке светиться (флуоресцировать) i.е. излучает видимый свет. Из разных порошков получаются разные цвета. Обратите внимание, что люминесцентные лампы дороги в установке, но их эксплуатационные расходы намного меньше.

В электрическом обогреве

  1. Электрические плиты — электрические плиты раскалены докрасна, и произведенная тепловая энергия поглощается кастрюлей посредством теплопроводности.
  2. Электрические обогреватели — лучистые обогреватели становятся красными при температуре около 900 0 C, а испускаемое излучение направляется в комнату с помощью полированных отражателей.
  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 — при прохождении тока через нагревательный элемент выделяемая тепловая энергия передается на основание из тяжелого металла, повышая его температуру. Затем эта энергия используется для прессования одежды. Температуру утюга можно контролировать с помощью термостата (биметаллической планки).

электрических цепей — Почему нагреваются токоведущие провода?

электрические цепи — Почему нагреваются токоведущие провода? — Обмен физическими стеками
Сеть обмена стеком

Сеть Stack Exchange состоит из 177 сообществ вопросов и ответов, включая Stack Overflow, крупнейшее и пользующееся наибольшим доверием онлайн-сообщество, где разработчики могут учиться, делиться своими знаниями и строить свою карьеру.

Посетить Stack Exchange
  1. 0
  2. +0
  3. Авторизоваться Зарегистрироваться

Physics Stack Exchange — это сайт вопросов и ответов для активных исследователей, ученых и студентов-физиков.Регистрация займет всего минуту.

Зарегистрируйтесь, чтобы присоединиться к этому сообществу

Кто угодно может задать вопрос

Кто угодно может ответить

Лучшие ответы голосуются и поднимаются наверх

Спросил

Просмотрено 82k раз

$ \ begingroup $

Очевидно провода тоже нагреваются, но почему они нагреваются? И по той же причине, почему мы получаем электрические ожоги?

Manishearth

18k55 золотых знаков5757 серебряных знаков100100 бронзовых знаков

Создан 10 июн.

$ \ endgroup $ 1 $ \ begingroup $

Когда электричество проходит через что-либо — провода или ткани тела — в действительности (как правило) движутся электроны.Эти электроны притягиваются электрическим полем, но они также сталкиваются с атомами, составляющими провод или ткань тела. Когда электрон врезается в атом, он передает ему часть своей кинетической энергии. Температура — это просто форма кинетической энергии, из которой вычитается «объемное движение». Если атомы в проводе или в тканях тела не движутся, это означает, что вся кинетическая энергия, которая им передается, измеряется как температура. То есть атомы нагреваются.Этот процесс называется «Джоулевым нагревом» и является тем же принципом для проводов, что и для тканей тела.