ПОМОГИТЕ ПОЖАЛУЙСТА СРОЧНО! Фізика Електричний струм, з- н Ома, послідовне, паралельне з’єднання, з-н Джоуля-Ленца, електричний струм у різних середов … ищах
Помогите с физикой Две одинаковые длинные тяжелые однородные доски лежат (одна на другой) на горизонтальной поверхности. Резким ударом нижней доске со … общили начальную скорость 6 м/с, направленную точно вдоль досок. Доски до самой остановки движутся поступательно. Ускорение свободного падения считайте равным 10 м/с2. 1.) За какое время проскальзывание досок друг по другу прекратится, если коэффициент трения между досками и коэффициент трения между нижней доской и поверхностью одинаковы и равны 0,5? Ответ выразите в секундах, округлив до десятых. 2.) За какое время после сообщения нижней доске начальной скорости движение досок прекратится полностью? Ответ выразите в секундах, округлив до десятых.
Помогите пожалуйста!Небольшое тело запускают вверх вдоль наклонной плоскости, наклонённой под углом α=30∘ к горизонту, со скоростью v0=5 м/с.
Помогите с физикойДве одинаковые длинные тяжелые однородные доски лежат (одна на другой) на горизонтальной поверхности. Резким ударом нижней доске соо … бщили начальную скорость 6 м/с, направленную точно вдоль досок. Доски до самой остановки движутся поступательно. Ускорение свободного падения считайте равным 10 м/с2. 1.) За какое время проскальзывание досок друг по другу прекратится, если коэффициент трения между досками и коэффициент трения между нижней доской и поверхностью одинаковы и равны 0,5? Ответ выразите в секундах, округлив до десятых. 2.) За какое время после сообщения нижней доске начальной скорости движение досок прекратится полностью? Ответ выразите в секундах, округлив до десятых.-3кг) и сопротивлением 27 мОм. Система находится в однородном вертикально направленном магнитном поле с индукцией 1 мТл (0.001 Тл). Если к концам рельсов приложить напряжение 8мВ, то проводник придет в движение с ускорением a-? в начальный момент. Определите значение величины, обозначенной ?. Как изменится начальное ускорение движение проводника при увеличении напряжения в β раз? Почему в процессе дальнейшего движения проводника его ускорение будет изменяться?
Якою мала б бути маса протона, для того щоб сила електростатичного відштовхування між двома протонами зрівноважилась сило їх гравітаційного притяганн … я?
Сила струму в провіднику змінюється з часом згідно з рівнянням I = 5 + 3t, де I — сила струму, t — час. Яка кількість електрики q проходить крізь попе … речний переріз за час від t1=3c до t2=8с
141. Воздушный винт самолета совершает один полный оборот за 0,01 с. Сколько оборотов совершит винт на пути 800 км при скорости 360 км/ч
Работа и мощность тока | Физика
1. Работа тока. Закон Джоуля-Ленца
Работа тока
Работу электрического поля по перемещению свободных зарядов в проводнике называют работой тока. При перемещении заряда q вдоль проводника поле совершает работу A = qU (см. § 53), где U – разность потенциалов на концах проводника. Поскольку q = It, работу тока можно записать в виде
A = UIt.
Закон Джоуля-Ленца
Рассмотрим практически важный случай, когда основным действием тока является тепловое действие. В таком случае согласно закону сохранения энергии количество теплоты, выделившееся в проводнике, равно работе тока: Q = A. Поэтому
Q = IUt. (1)
? 1. Докажите, что количество теплоты Q, выделившееся в проводнике с током, выражается также формулами
Q = I2Rt, (2)
Q = (U2/R)t. (3)
Подсказка. Воспользуйтесь формулой (1) и законом Ома для участка цепи.
Мы вывели формулы (1) – (3), используя закон сохранения энергии, но исторически соотношение Q = I2Rt независимо друг от друга установили на опыте российский ученый Эмилий Христианович Ленц и английский ученый Дж. Джоуль за несколько лет до открытия закона сохранения энергии.
Закон Джоуля – Ленца: количество теплоты, выделившееся за время t в проводнике сопротивлением R, сила тока в котором равна I, выражается формулой
Q = I2Rt.
Применение закона Джоуля – Ленца к последовательно и параллельно соединенным проводникам
Выясним, в каких случаях для сравнения количества теплоты, выделившейся в проводниках, удобнее пользоваться формулой (2), а в каких случаях – формулой (3).
Формулу Q = I2Rt удобно применять, когда сила тока в проводниках одинакова, то есть когда они соединены последовательно (рис. 58.1).
Из этой формулы видно, что при последовательном соединении проводников большее количество теплоты выделяется в проводнике, сопротивление которого больше. При этом
Q1/Q2 = R1/R2.
Формулу Q = (U2/R)t удобно применять, когда напряжение на концах проводников одинаково, то есть когда они соединены параллельно (рис. 58.2).
Из этой формулы видно, что при параллельном соединении проводников большее количество теплоты выделяется в проводнике, сопротивление которого меньше. При этом
Q1/Q2 = R2/R1.
? 2. При последовательном соединении в первом проводнике выделилось в 3 раза большее количество теплоты, чем во втором. В каком проводнике выделится большее количество теплоты при их параллельном соединении? Во сколько раз большее?
? 3. Имеются два проводника сопротивлением R1 = 1 Ом и R2 = 2 Ом. Их подключают к источнику напряжения 6 В. Какое количество теплоты выделится за 10 с, если:
а) подключить только первый проводник?
в) подключить оба проводника последовательно?
г) подключить оба проводника параллельно?
д) чему равно отношение значений количества теплоты Q1/Q2, если проводники включены последовательно? Параллельно?
Поставим опыт
Будем включать в сеть две лампы накаливания с разными сопротивлениями нити накала параллельно и последовательно (рис. 58.3, а, б). Мы увидим, что при параллельном соединении ламп ярче светит одна лампа, а при последовательном – другая.
? 4. У какой из ламп (1 или 2) сопротивление больше? Поясните ваш ответ.
? 5. Объясните, почему при последовательном соединении накал нити каждой лампы меньше, чем накал этой же лампы при параллельном соединении.
? 6. Почему при включении лампы в осветительную сеть нить накала раскаляется добела, а последовательно соединенные в нею соединительные провода почти не нагреваются?
2. Мощность тока
Мощностью тока P называют отношение работы тока A к промежутку времени t, в течение которого эта работа совершена:
P = A/t. (4)
Единица мощности – ватт (Вт). Мощность тока равна Вт, если совершаемая током за 1 с работа равна 1 Дж. Часто используют производные единицы, например киловатт (кВт).
? 7. Докажите, что мощность тока можно выразить формулами
P = IU, (5)
P = I
P = U2/R. (7)
Подсказка. Воспользуйтесь формулой (4) и законом Ома для участка цепи.
? 8. Какой из формул (5) – (7) удобнее пользоваться при сравнении мощности тока:
а) в последовательно соединенных проводниках?
б) в параллельно соединенных проводниках?
? 9. Имеются проводники сопротивлением R1 и R2. Объясните, почему при последовательном соединении этих проводников
P1/P2 = R1/R2,
а при параллельном
P1/P2 = R2/R1.
? 10. Сопротивление первого резистора 100 Ом, а второго – 400 Ом. В каком резисторе мощность тока будет больше и во сколько раз больше, если включить их в цепь с заданным напряжением:
б) параллельно?
в) Чему будет равна мощность тока в каждом резисторе при параллельном соединении, если напряжение в цепи 200 В?
г) Чему при том же напряжении цепи равна суммарная мощность тока в двух резисторах, если они соединены: последовательно? параллельно?
Мощностью электроприбора называют мощность тока в этом приборе. Так, мощность электрочайника – примерно 2 кВт.
Обычно мощность прибора указывают на самом приборе.
Ниже приведены примерные значения мощности некоторых приборов.
Лампа карманного фонарика: около 1 Вт
Лампы осветительные энергосберегающие: 9-20 Вт
Лампы накаливания осветительные: 25-150 Вт
Электрочайник: до 2000 Вт
Все электроприборы в квартире включаются параллельно, поэтому напряжение на них одинакова.
? 11. В сеть напряжением 220 В включен электрочайник мощностью 2 кВт.
а) Чему равно сопротивление нагревательного элемента в рабочем режиме (когда чайник включен)?
б) Чему равна при этом сила тока?
? 12. На цоколе первой лампы написано «40 Вт», а на цоколе второй – «100 Вт». Это – значения мощности ламп в рабочем режиме (при раскаленной нити накала).
а) Чему равно сопротивление нити накала каждой лампы в рабочем режиме, если напряжение в цепи 220 В?
б) Какая из ламп будет светить ярче, если соединить эти лампы последовательно и подключить к той же сети? Будет ли эта лампа светить так же ярко, как и при параллельном подключении?
? 13. В электронагревателе имеются два нагревательных элемента сопротивлением R1 и R2, причем R1 > R2. Используя переключатель, элементы нагревателя можно включать в сеть по отдельности, а также последовательно или параллельно. Напряжение в сети равно U.
а) При каком включении элементов мощность нагревателя будет максимальной? Чему она при этом будет равна?
б) При каком включении элементов мощность нагревателя будет минимальной (но не равной нулю)? Чему она при этом будет равна?
в) Чему равно отношение R1/R2, если максимальная мощность в 4,5 раза больше минимальной?
Дополнительные вопросы и задания
14. На рисунке 58.4 изображена электрическая схема участка цепи, состоящего из четырех одинаковых резисторов. Напряжение на всем участке цепи постоянно. Примите, что зависимостью сопротивления резистора от температуры можно пренебречь.
а) На каком резисторе напряжение самое большое? самое маленькое?
б) В каком резисторе сила тока самая большая? самая маленькая?
в) В каком резисторе выделяется самое большое количество теплоты? самое маленькое количество теплоты?
г) Как изменится количество теплоты, выделяемое в каждом из резисторов 2, 3, 4, если резистор 1 замкнуть накоротко (то есть заменить проводником с очень малым сопротивлением)?
д) Как изменится количество теплоты, выделяемое в каждом из резисторов 2, 3, 4, если отсоединить провод от резистора 1 (то есть заменить этот резистор проводником с очень большим сопротивлением)?
Формула закона Джоуля-Ленца
☰
При прохождении электрического тока по проводнику происходит нагревание проводника. Можно сказать, что работа электрического тока тратится исключительно на увеличение внутренней энергии проводника, т. е. на тепло. Тогда, исходя из закона сохранения энергии, следует, что A = Q.
Причина нагревания проводника связана с взаимодействием движущихся электронов с ионами кристаллической решетки. В результате ионы в узлах кристаллической решетки начинают быстрее колебаться, т. е. их кинетическая энергия возрастает. В растворах электролитов перемещаются сами ионы.
Ученые Джеймс Джоуль и Эмилий Ленц независимо друг от друга открыли опытным путем, что количество теплоты, выделяемой проводником при прохождении через него электрического тока, равно силе тока в квадрате, умноженной на сопротивление проводника и на время прохождения тока:
Q = I2Rt
Именно эта закономерность называется законом Джоуля-Ленца. Хотя эти ученые вывели закон с помощью опытов, его формулу можно вывести из современных знаний об электричестве.
Работа по перемещению заряда q находится как произведение q на напряжение на участке цепи:
A = qU
В свою очередь перемещение заряда равно произведению силы тока в проводнике на время действия этого тока:
q = It
Если подставить в формулу работы вместо q его выражение через силу тока и время, то получим
A = ItU
Напряжение также можно выразить через силу тока (по закону Ома: I = U/R). Оно равно произведению силы тока на сопротивление проводника:
U = IR
Подставим в формулу работы вместо напряжения его выражение через силу тока и сопротивление:
A = ItIR или A = I2Rt
Поскольку A = Q, то и
Q = I2Rt
Единицей измерения теплоты является джоуль (Дж). В формуле закона Джоуля-Ленца IR — это напряжение (U), которое измеряется в вольтах (В), I — сила тока, измеряемая в амперах (A), t — время в секундах. Тогда получается, что
1 Дж = 1 В * 1 A * 1 c
ОГЭ по математике «Раздел «Алгебра». Задание №13 Практические расчеты по формулам»
Раздел «Алгебра».
Задание №13
Практические расчеты по формулам
Расстояние s (в метрах) до места удара молнии можно приближённо вычислить по формуле s=330t, где t — количество секунд, прошедших между вспышкой молнии и ударом грома. Определите, на каком расстоянии от места удара молнии находится наблюдатель, если t=17с. Ответ дайте в километрах, округлив его до целых.
s=330t
5610 м
6 км
Задание № 13
Задание № 13
Ответ: 200
Задание № 13
Закон Джоуля–Ленца можно записать в виде Q=I2Rt, где Q — количество теплоты (в джоулях), I — сила тока (в амперах),
R — сопротивление цепи (в омах), а t — время (в секундах). Пользуясь этой формулой, найдите сопротивление цепи R (в омах), если Q=1296 Дж, I=9 A, t=2 с.
Дано: Q=1296 Дж
I=9 A,
t=2 с.
Найти: R
Q=I2Rt
𝑹=8
Ответ: 8
Закон Менделеева–Клапейрона можно записать в виде PV=νRT, где P — давление (в паскалях), V — объём (в м 3 ), ν — количество вещества (в молях), T — температура (в градусах Кельвина), а R — универсальная газовая постоянная, равная 8,31 Дж/(К ⋅ моль). Пользуясь этой формулой, найдите температуру T (в градусах Кельвина), если ν=28,9 моль, P=77 698,5 Па, V=1,7 м 3.Задание № 13
Дано:
𝑹= 8,31 Дж/(К ⋅ моль)
ν=28,9 моль
P=77 698,5 Па
V=1,7 м 3
Найти: T
PV=νRT
17
Т=550
Ответ: 550
Зная длину своего шага, человек может приближённо подсчитать пройденное им расстояние s по формуле s=nl, где n — число шагов, l — длина шага. Какое расстояние прошёл человек, если l=70 см, n=1800? Ответ выразите в километрах.Задание № 13
Дано: n=1800
l=70 см
Найти: s
s=nl
126000 см
1м = 100см
1км = 1000м
Задание № 13
Дано: Т=11 с
Найти: 𝑙
𝑙=30,25
Ответ: 30,25
Задание № 13
Дано: r=3000 м
k=9⋅109 Н ⋅ м 2 /Кл 2
q2=0,004 Кл
F=0,016 Н
Найти: q1
Ответ: 0,004
Центростремительное ускорение при движении по окружности ( в м /с2) вычисляется по формуле a=ω2R, где ω — угловая скорость ( в с− 1), R — радиус окружности (в метрах). Пользуясь этой формулой, найдите радиус R, если угловая скорость равна 9 с− 1, а центростремительное ускорение равно 648 м /с2. Ответ дайте в метрах.
a=ω2R
Задание № 13
648=92R
81R=648
R=648: 81
R=8
Ответ: 8
Мощность постоянного тока (в ваттах) вычисляется по формуле P=I2R, где I — сила тока (в амперах), R — сопротивление (в омах). Пользуясь этой формулой, найдите сопротивление R, если мощность составляет 180 Вт, а сила тока равна 6 А. Ответ дайте в омах.
P=I2R
36R=180
R=180 : 36
R =5
Задание № 13
Чтобы перевести значение температуры по шкале Цельсия в шкалу Фаренгейта, пользуются формулой t F=1,8tC+32, где tС — температура в градусах Цельсия, tF — температура в градусах Фаренгейта. Скольким градусам по шкале Фаренгейта соответствует − 10 градусов по шкале Цельсия?
t F=1,8tC+32
Задание № 13
Задание № 13
Дано: t F = 149
Найти: tС
Решите самостоятельно Задача № 1. Задача № 2 Расстояние s (в метрах) до места удара молнии можно приближённо вычислить по формуле s=330t, где t — количество секунд, прошедших между вспышкой молнии и ударом грома. Определите, на каком расстоянии от места удара молнии находится наблюдатель, если t=12 с. Ответ дайте в километрах, округлив его до целых. Расстояние s (в метрах) до места удара молнии можно приближённо вычислить по формуле s=330t, где t — количество секунд, прошедших между вспышкой молнии и ударом грома. Определите, на каком расстоянии от места удара молнии находится наблюдатель, если t=19 с. Ответ дайте в километрах, округлив его до целых. Задача № 3
- Чтобы перевести значение температуры по шкале Цельсия в шкалу Фаренгейта, пользуются формулой tF=1,8tC+32, где tC — температура в градусах Цельсия, tF — температура в градусах Фаренгейта. Скольким градусам по шкале Фаренгейта соответствует 80 градусов по шкале Цельсия?
- Чтобы перевести значение температуры по шкале Цельсия в шкалу Фаренгейта, пользуются формулой tF=1,8tC+32, где tC — температура в градусах Цельсия, tF — температура в градусах Фаренгейта. Скольким градусам по шкале Фаренгейта соответствует − 25 градусов по шкале Цельсия?
1
Первый слайд презентации: Тема урока
Тепловое действие электрического тока. Закон Джоуля-Ленца
Изображение слайда
2
Слайд 2: Цель урока
1. объяснить явление нагревания проводников электрическим током; 2. установить зависимость выделяющейся при этом тепловой энергии от параметров электрической цепи; 3. сформулировать закон Джоуля – Ленца; 4. формировать умение применять этот закон для решения качественных и количественных задач.
Изображение слайда
3
Слайд 3: Актуализация знаний
1. Какую работу совершит ток силой 5 А за 2 с при напряжении в цепи 10 В? (100 Дж) 2. Какие три величины связывают закон Ома? (I, U, R; сила тока, напряжение, сопротивление.) 3. Как формулируется закон Ома ? ( Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению.) 4. Что представляет собой электрический ток в металлах? (Эл- ий Ток в металлах представляет собой упорядоченное движение свободных электронов ) 5. Какова зависимость силы тока от напряжения? ( Во сколько раз увеличивается напряжение в цепи, во столько же раз увеличивается и сила тока) 6. Как выразить работу тока за некоторое время ? ( А =U*I*t ) 7. Как рассчитать мощность электрического тока? (P=U*I) 8. При каком соединении все потребители находятся при одной и той же силе тока? (При последовательном соединении)
Изображение слайда
4
Слайд 4: Потребители электрического тока
Какой прибор не вписывается в общий ряд? Уберите лишний. Чем ты руководствовался, делая выбор ? Какое действие электрического тока проявляется в выбранных приборах ? (Тепловое)
Изображение слайда
5
Слайд 5: Почему же проводники нагреваются?
БАТАРЕЯ Почему же проводники нагреваются? Рассмотрим на примере движении одного электрона по проводнику Электрический ток в металлическом проводнике – это упорядоченное движение электронов. Провод — это кристалл из ионов, поэтому электронам приходится «течь» между ионами, постоянно наталкиваясь на них. При этом часть кинетической энергии электроны передают ионам, заставляя их колебаться сильнее. Кинетическая энергия и онов увеличивается, следовательно увеличивается внутренняя энергия проводника, и следовательно его температура. А это и значит что, проводник нагревается
Изображение слайда
6
Слайд 6
От каких величин зависит нагревание проводника? Многочисленные опыты показывают, что чем больше сила тока в проводнике тем и количество теплоты выделившееся в проводнике будет больше. Значит нагревание проводника зависит от силы тока ( I ). Но не только сила тока отвечает за то, что выделяется большое количество теплоты. Был проведен эксперимент. медь никелин сталь А I 1 = I 2 = I 3 Q 1 ≠Q 2 ≠Q 3
Изображение слайда
7
Слайд 7
медь никелин сталь А Следовательно количество теплоты зависит не только от силы тока, но и от того, из какого вещества изготовлен проводник. Точнее — от электрического сопротивления проводника ( R ) Вещество Удельное сопротивление Ом мм 2 /м Нагрев проводника Медь 0,017 слабый Сталь 0,1 средний Никелин 0,42 сильный Чтобы проводник нагревался сильнее, он должен обладать большим удельным сопротивлением
Изображение слайда
8
Слайд 8
Сделаем вывод От чего зависит количество теплоты в проводнике с током? Количество теплоты, которое выделяется при протекании э лектрического тока по проводнику, зависит от силы тока в этом проводнике и от его электрического сопротивления. Джеймс Прескотт Джоуль (1818-1889 гг.) Обосновал на опытах закон сохранения энергии. Установил закон определяющий тепловое действие электрического тока. Вычислил скорость движения молекул газа и установил её зависимость от температуры. Ленц Эмилий Христианович (1804 – 1865) О дин из основоположников электротехники. С его именем связано открытие закона определяющего тепловые действия тока, и закона, определяющего направление индукционного тока. Закон определяющий тепловое действие тока. ЗАКОН ДЖОУЛЯ-ЛЕНЦА
Изображение слайда
9
Слайд 9
Как записывается закон Джоуля-Ленца Q – количество теплоты — [ Дж ] I – сила тока – [A] R – сопротивление – [ Ом ] t – время – [c] Q=I 2 Rt Формулу которую мы получили, в точности соответствует формуле которую мы изучили ранее. Это формула работы электрического тока A= UIt из закона Ома I=U/R следует U=IR с ледовательно A= IRIt что соответствует закону Джоуля-Ленца Q=I 2 Rt Вывод: Количество теплоты электрического тока равно работе электрического тока. Q=A Количество теплоты, выделяемое проводником с током, р авно произведению квадрата силы тока, сопротивления п роводника и времени
Изображение слайда
10
Слайд 10
Систематизация знаний 1. В чем проявляется тепловое действие тока? (В нагревании проводника) 2. Как можно объяснить нагревание проводника с током? (Движущиеся электроны взаимодействуют с ионами кристаллической решетки и передают им свою энергию) 3. Какие превращения энергии происходят при протекании тока через проводник ? (Электрическая энергия превращается во внутреннюю) 4. Как по закону Джоуля – Ленца рассчитать количество теплоты, выделяемое в проводнике? ( Q = I ² Rt )
Изображение слайда
11
Слайд 11
Решим задачу Определить количество теплоты, выделяемое проводником, сопротивление которого 35 Ом, в течении 5 минут. Сила тока в проводнике 5 А. Дано: R=35 Ом t=5 мин I= 5 А Q= ? Си — 300 с — Решение: Q=I 2 Rt Q= (5A) 2. 35 Ом. 300 с = 262500Дж = = 262,5 кДж Ответ: Q= 262,5 кДж
Изображение слайда
12
Слайд 12: Типовые задачи
«При изучении наук задачи полезнее правил.» Исаак Ньютон
Изображение слайда
13
Слайд 13: Задача №1
При ремонте электроплитки её спираль укоротили в 2 раза. Как изменилась мощность электроплитки? 1) Увеличилась в 2 раза 2) Увеличилась в 4 раза 3) Уменьшилась в 2 раза 4) Уменьшилась в 4 раза
Изображение слайда
14
Слайд 14: Задача №2
Сопротивление электрического кипятильника 100 Ом. Сила тока в цепи 2 А. Чему равна работа, совершаемая электрическим током за 5 мин работы кипятильника? 1) 12 Дж 2) 2000 Дж 3 ) 6000 Дж 4) 120000 Дж Ответ:
Изображение слайда
15
Слайд 15: Задача №3
Изображение слайда
16
Слайд 16: Задача №4
Электрическая плитка, подключённая к источнику постоянного тока, за 120 с потребляет 108 кДж энергии. Чему равна сила тока в спирали плитки, если её сопротивление 25 Ом?
Изображение слайда
17
Слайд 17: Задача №5
Нагреватель включён последовательно с реостатом сопротивлением 7,5 Ом в сеть с напряжением 220 В. Каково сопротивление нагревателя, если мощность электрического тока в реостате составляет 480 Вт?
Изображение слайда
18
Последний слайд презентации: Тема урока
Домашнее задание Решить задачи с предыдущих слайдов Спасибо за урок
Изображение слайда
Решение задач по физике как интеллектуальное приключение — Учебные материалы — Каталог статей
При решении задач мы исподволь пользуемся воспоминаниями, а нам кажется, что мы решаем задачу. И объясняя, как надо решать задачи, мы бессознательно используем механизмы воспоминания вместо механизмов решения, а потому учим плохо (не учим решать). Ведь наш ученик не помнит того, что помним мы — учителя — о решении задач. А мы еще позволяем себе его упрекать в этом! Как же учить решатьтого, кто мало знает о решении задач? Прежде всего, сами научимся решать задачи, а не вспоминать готовые решения.
Приглядимся к тому, как нормальный человек решает ту или иную проблему (задачу). Это наблюдение обещает быть полезным, ибо только этому и надо будет учить нашего ученика, когда он придет к нам на урок.
Например, нам надо повесить картину. Мы знаем, что для этого обычно вбивают в нужное место стены гвоздь (проблема переформулирована для конкретной ситуации). Очередной шаг — найти подходящий гвоздь (материал) и молоток (инструмент). Если это удалось, следующий шаг – умело воспользоваться инструментом, чтобы забить гвоздь (решить задачу практически). Последний шаг – повесить картину на гвоздь, завершив успешно свои действия.
Ага! Мы использовали последовательность шагов, каждый из которых решал частную задачу, однако, постепенно приближающую нас к цели. Мы кое-что должны были знать и кое-чем уметь пользоваться. Важно заметить, трудность заключалась в том, что картина, гвоздь и молоток, в явном виде никак не связаны между собой, а конечный результат мы себе представляли в очень общем виде. Неочевидность шагов и отсутствие света в конце тоннеля — неизменные атрибуты решения любой проблемы, ибо, если это не так, то и проблемы нет. Наших детей должно приучать к тому, чтобы смело ДЕЙСТВОВАТЬ в условиях неочевидности, а не пасовать, не сидеть и не сопеть, как только они не видят пути к ответу. И задачи решайте такие, чтобы путь к ответу не был очевиден. Это научит их решать задачи и далеко не только по физике.
А теперь конкретно.
Покажем, как нашим способом можно решить одну из несложных задач части С (С3) из материалов ЕГЭ. Затем покажем, как эту же задачу обычно решают в школе. Любопытно сравнить.
В горизонтальном цилиндрическом сосуде, закрытом подвижным поршнем, находится одноатомный идеальный газ. Давление окружающего воздуха p = 105 Па. Трение между поршнем и стенками сосуда пренебрежимо мало. В процессе медленного охлаждения от газа отведено количество теплоты Q = 75 Дж. При этом поршень передвинулся на расстояние х = 10 см. Чему равна площадь поперечного сечения поршня?
Не будем даже записывать кратко условие задачи, так как наш ученик не всегда знает, как что называется и какой буквой обозначается (но мы обучаем решению задач и таких учеников тоже).
Первое. Выделим ключевые слова, те, которые, как кажется ученику, обозначают физические величины или понятия: «идеальный газ», «количество теплоты».
Поищем, где встречаются эти слова. Мы, знающие, ищем в голове, а незнающие полезут в справочник: Q = cmΔt; Q = λm; Q = rm; Q = qm; Q = ΔU + A’; Q = I2Rt.
Наступает время выбора из множества. Вместе ключевые слова сходятся в формуле первого закона термодинамики: Q = ΔU + A’.
Хорошо бы, были такие справочники, в которых все выстроено не по темам (долгонько искать незнающему-то), а по алфавиту, и все искомое на одной странице, и сразу можно понять, что и как обозначено в формуле. Но, допустим, у нас именно такой справочник.
Что-то нашли, но ответ пока не виден. До неизвестной площади S пока — ой как! — далеко, но мы ребята упертые! А, главное, верим в силу алгоритма.
Второй шаг. Поищем в том же замечательном справочнике, как можно выразить ΔU и A’ через одни и те же величины, ведь Q нам известно:
а) Внимание! Для выбора формулы работы газа A’ всегда надо знать процесс, происходящий с газом. В данной задаче это проблема. Если внимательно прочитать условие, можно понять, что поршень никто намеренно не удерживает, трение мало. Это значит, что давление внутри цилиндра и снаружи одинаково и не меняется (!) – мы имеем процесс с постоянным давлением, для которого
A’ = pΔV = — pxS (объем уменьшается).
Это соотношение очень полезно, так как позволит нам в дальнейшем связать между собой величины из условия задачи: x, S и Q (вот и забрезжил свет в конце тоннеля).
б) Тут же в справочнике: ΔU = 3/2 νRΔT = 3/2 pΔV = — 3/2pxS.
Третий шаг. Теперь осталось собрать в одну формулу найденные нами зависимости: Q = ΔU + A’ = — 3/2pxS – pxS = — 5/2 pxS.
Подставив сюда значение данных нам величин, легко найдем ответ: S = — 2Q/(5px) = 30·10-4 м2 = 30 см2.
Заметим, что Q = — 75 Дж, так как «от газа отведено количество тепла».
Ответ: S = 30 см2.
Теперь решение, как его дают обычно в школе.
Воспользуемся первым законом термодинамики: Q = ΔU + A’. (А почему???)
Подставим сюда формулы изменения внутренней энергии и работы газа: ΔU = 3/2 νRΔT = 3/2 pΔV = — 3/2pxS. A’ = pΔV = — pxS. (Ловко! А откуда вы все это взяли???)
Тогда получим: Q = ΔU + A’ = — 3/2 pxS – pxS = — 5/2 pxS.
Откуда: S = — 2Q/(5px) = 30·10-4 м2 = 30 см2.
Сравним для ясности. Сколь много вопросов без ответов возникает у ученика в таком решении. Насколько необоснованными (для мало знающего ученика, конечно) выглядят действия учителя! Сколь много подразумевается того, что должно было быть высказано. Как много возложено на плечи учеников того, что мог бы и должен был взять на себя учитель! А как использовать это решение? Запомнить как решение одной из задач? Так мало? Так беспомощно?
Обратите внимание. Алгоритм, предложенный нами, годится для решения любой школьной задачи и не только по физике. В нем четко распределены роли: что делается в слепую по алгоритму, что берем в качестве знания (из головы или справочника), где все дело за нами (принятие решения, выбор). Вот, только где бы взять такой удобный для ученика справочник формул?
И главное. Мы, пытаясь решить задачу, прошли по лабиринту, ранее не хоженому нами. За каждым поворотом нас ожидало новое интеллектуальное приключение, новый поворот, новый вопрос и поиск ответа. Как все это далеко от второго решения. Да, решение в обоих случаях по сути одно и то же. И все же, все же.
Работая по такому алгоритму, часто наши изначально не слишком умелые дети находят не одно, а два и более решения. Не мудрено, ведь они обращаются сразу ко всему массиву возможных формул (зависимостей, законов). А запомнить (заучить) им нужно только один алгоритм (и небольшое количество приемов), а не решение полутора тысяч задач из школьного задачника. А их готовность к решению вовсе неизвестных задач! И не имеет значения, относится ли задача к одной теме (например, сугубо колебательный контур) или включает в себя еще и механику, и термодинамику и т.д. (ведь в поиске по алфавиту мы в справочнике получаем доступ сразу ко всему массиву формул данной величины).
Толково ли я объяснил здесь разницу? Понятен ли вам выигрыш и его истоки?
Приведем примеры решения других задач. Например, С5.
В идеальном колебательном контуре, состоящем из конденсатора и катушки индуктивности, амплитуда силы тока Im = 50 мА. В таблице приведены значения разности потенциалов на обкладках конденсатора, измеренные с точностью до 0,1 В в последовательные моменты времени. Найдите значение электроемкости конденсатора.
| t, мкс | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| U, В | 0,0 | 2,8 | 4,0 | 2,8 | 0,0 | -2,8 | -4,0 | -2,8 | 0,0 |
1. Ключевые слова условия задачи — «колебательный контур», «емкость» — дают по справочнику: C = q/U; C = ε ε0S/d; W = CU2/2; T = 2п √(LC).
Выберем формулу Томсона (есть подозрение, что Т мы найдем по таблице):
T = 2п √(LC)
или, возведя в квадрат, T2 = 4π2LC.
2. Осложнение: неизвестные индуктивность L и период Т. Среди прочих формул L обратим внимание на энергию магнитного поля: W = LI2/2
Вместе с формулой энергии конденсатора W = CU2/2 (которая уже раз мелькнула перед нами) можно составить уравнение сохранения энергии при колебаниях (максимальная энергия магнитного поля катушки равна максимальной энергии конденсатора):
LIm2/2 = CUm2/2. Это часто встречающийся прием, на который раз за разом надо обращать внимание. Таких приемов немного в решении задач.
Здесь Im нам дано по условию задачи, а Um можно найти в таблице (наибольшее значение напряжения).
Отсюда: LIm2 = CUm2; L = CUm2/ Im2.
3. Подставим значение индуктивности в формулу Томсона:
T2 = 4π2C· CUm2/ Im2.
Извлечем квадратный корень из обеих частей уравнения и выразим С:
C = Т Im / 2πUm.
4. Период колебаний найдем в таблице как время полного цикла колебаний (Т = 8 мкс). Поскольку все величины известны, подставляем численные значения и получаем ответ.
Ответ: С ≈ 16·10-9 Ф = 16 нФ.
В этом решении четче видно то, что мы называем «интеллектуальным путешествием с препятствиями по лабиринту формул» (число которых для ученика представляется бесконечным). Отыскали формулу Томсона, да не тут-то было. Нашли формулу, связывающую ток (дано по условию задачи) и индуктивность (промежуточное неизвестное). Далее потребовалось умение использовать закон сохранения энергии (ну, наш ученик ходит на уроки, где-то слышал о сохранении энергии, имеет какие-то представления о колебательных процессах, чтобы по таблице найти максимум напряжения и период колебаний).
Опора на ключевые слова, умение выделять главное – одно из важнейших надпредметных умений, необходимых человеку в информационном мире, которое мы усиленно развиваем у нашего ученика.
Все справочник, справочник… А как же знания самого ученика? На первое место мы ставим успех (сиречь – вера!), а знания появятся как неизбежная объективная необходимость по мере накопления опыта (становится более понятным, для чего зубрить). И еще, становится понятной особая важность точного знания, не приблизительного, каким грешат у нас многие.
Задача A19.
В области пространства, где находится частица с массой 1 мг и зарядом 2 нКл, создано однородное горизонтальное электрическое поле напряжённостью 50 В/м. За какое время частица переместится на расстояние 0,45 м по горизонтали, если её начальная скорость равна нулю? Действием силы тяжести пренебречь.
Ответы: 1) 95 с 2) 4,2 с 3) З с 4) 9,5 с.
1. Ключевые слова: масса, заряд, напряженность, время и расстояние.
Время и расстояние: s = vt; s = (v + v0)t/2; s = v0t + at2/2; N = A/t; FΔt = Δp. Упоминание в условии задачи начальной скорости приводит нас к выбору: s = v0t + at2/2 = at2/2.
2. Осложнение: мы не знаем ускорения a, без которого ничего не решить.
Из кучи формул ускорения выберем ту, которая не содержит времени (нам его потом надо будет найти): F = ma.
3. Массу m мы знаем по условию задачи, это вдохновляет, но теперь новая проблема – сила F.
4. Из всех сил выбираем по смыслу электрическую: F = kq1q2/r2; F = Eq. Последнее предпочтительнее, так как в условии упоминаются напряженность и заряд.
5. Собираем найденное вместе: ma = Eq; a = Eq/m. Далее: t2 = 2s/a = 2sm/(Eq).
Задача решена: t = 3 с. Правильный ответ №3.
Пять неочевидных для ученика шагов в задаче! Пять крутых поворотов, за которыми не виден результат. Как в романе! Целое детективное расследование. А многие ли ученики рискнут взяться за решение задачи, когда они не видят всего пути целиком, от начала и до конца. И как мало в этой задаче, в отличие от предыдущей, надо понимать в физике (что упрощает жизнь тем, кто у нас пока неуспешен). Полностью выручает работа со справочником (формальное знание). Алгоритм плюс знание. Плюс математика.
Задача С5.
В идеальном колебательном контуре амплитуда колебаний силы тока в катушке индуктивности 5 мА, а амплитуда колебаний заряда конденсатора 2,5 нКл. В момент времени t сила тока в катушке равна 3 мА. Найдите заряд конденсатора в этот момент.
1. Ключевые слова: колебательный контур, сила тока, заряд, конденсатор.
По справочнику имеем в распоряжении формулы: , ω = 2π/T; q =qm cos ωt; i =im sin ωt; Wэл = CU2/2; Wм = LI2/2.
ФИПИ рекомендует начинать решение задачи с закона сохранения энергии, но есть и другое решение. Для наших детей очевиднее выбрать уравнения заряда и тока (этих величин много в условии задачи): q =qm cos ωt; i =im sin ωt.
Знание амплитуды тока и текущего значения тока позволят нам найти sin ωt (пока не понятно зачем, но для наших детей «можно», значит надо попробовать).
Итак, 3 = 5 sin ωt; значит sin ωt = 3/5.
2. Как бы это использовать? Синус позволит найти косинус, который мы видим в формуле колебаний заряда. Основное тригонометрическое тождество: 1 = sin2 ωt + cos2 ωt. Откуда cos ωt = ± 4/5.
3. Зная текущее значение cos ωt, найдем текущее значение заряда, ведь максимальный заряд нам известен: q = qm cos ωt = ± 2,5·4/5 = ± 2 (нКл). В отличие от ФИПИ мы нашли иное решение и два правильных ответа вместо одного.
Итак, написать решение — не значит решить задачу. Решить – это совершить ряд последовательных действий, в каждом из которых необходимо сделать выбор, что, между прочим, далеко необязательно сразу приводит к ответу, а, скорее всего, приведет к новым вопросам и потребует новых шагов. Решать — значит двигаться в определенном направлении в условиях неочевидности.
Наши дети довольно часто оказываются в тупике. Ой, как это полезно. Мы не ставим за это плохую оценку. Попытка, пусть неудачная, тоже требует своей работы над задачей. Отрицательный результат бывает более полезен, чем положительный. А многие, пройдя через несколько неудач, понимают, что где-то надо было пойти другим путем.
Наш подход делает обучаемыми гораздо большее количество детей, чем это обычно бывает. Наш ученик оптимистичен. Он знает, всегда есть варианты.
Закон джоуля-ленца фізика — ma-gazin.ru
Скачать закон джоуля-ленца фізика rtf
Закон Джоуля – Ленца. Английский физик Джеймс Пре́скотт Джо́уль и русский физик Эмилий Христианович Ленц независимо друг от друга установили закон, по которому можно определить количество теплоты, выделяемое в проводнике при прохождении по нему тока.
Количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления и времени прохождения тока. Закон Джоуля—Ленца». На одном из прошлых уроков мы с вами говорили о действиях электрического тока, которые он способен оказывать, протекая в различных средах: Также мы с вами говорили о том, что тепловое действие ток производит и любой среде: твёрдой, жидкой и газообразной. Так, энергия электрического поля переходит во внутреннюю энергию проводника.
Обратимся теперь к количественной стороне вопроса: сколько теплоты выделяется при прохождении тока определённой силы в данном конкретном проводнике? Ответ на него мы найдём, применив закон сохранения энергии. Формулировка закона Джоуля-Ленца, основанная на работах обоих ученых, звучит так: при прохождении электрического тока по проводнику количество теплоты, выделяемое в проводнике, прямо пропорционально квадрату тока, сопротивлению проводника и времени, в течение которого электрический ток протекал по проводнику.
Формула для закона Джоуля-Ленца. Q=I2Rt. I – сила тока, [А] Приведенная формула выражает закон Джоуля-Ленца для участка цепи. Единица измерения количества теплоты (Q) – джоуль (Дж), является производной единицей и может быть получена из формулы: 1Дж = 1Ом · (1А)2· 1с. В неподвижном проводнике, по которому течет постоянный ток работа сторонних сил расходуется на его нагревание. Знаменитый русский физик Ленц и английский физик Джоуль, проводя опыты по изучению тепловых действий электрического тока, независимо друг от друга вывели закон Джоуля-Ленца.
Данный закон отражает взаимосвязь количества теплоты, выделяемого в проводнике, и электрического тока, проходящего по этому проводнику в течение определенного периода времени. Свойства электрического тока. Когда электрический ток проходит через металлический проводник, его электроны постоянно сталкиваются с различными посторонними частицами. Это могут быть обычные нейтральные молекулы или молекулы, потерявшие электроны. Эл. Закон джоуля -ленца. При прохождениии тока по проводнику проводник нагревается, и происходит теплообмен с окружающей средой, т.е.
проводник отдает теплоту окружающим его телам. Количество теплоты, выделяемое проводником с током в окружающую среду, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени прохождения тока по проводнику. По закону сохранения энергии количество теплоты, выделяемое проводником численно равно работе, которую совершает протекающий по проводнику ток за это же время.
В системе СИ: [Q] = 1 Дж.
Закон Джоуля – Ленца: «Если по проводнику протекает ток, в проводнике выделяется теплота Q». Найдем выражение для Q. Сначала получим закон в дифференциальной форме на основе электронной теории. Введем новое понятие: (Дж/м3×с). удельная мощность – это энергия, выделяющаяся в единице объема проводника за единицу времени [22]. энергия, передаваемая одним электроном иону решетки за одно столкновение, т. е.
за время t — время между двумя столкновениями. энергия, передаваемая электронами, находящимися в единице объема проводника за одно столкновение (за время t), n— концентрация электронов. Занятие Тепловое действие тока. Закон Джоуля — Ленца. Пишу для школьников (для лучшего понимания ими основ физики).
Материал излагаю в соответствии с признанной ныне научной трактовкой физических явлений. Электрический ток проявляет себя по тепловому, химическому (наблюдается в электролитах) и магнитному (действие тока на магнитную стрелку или другой проводник с током) действиям.
Тепловое действие проявляется в том, что при протекании тока по проводнику (пусть это будет провод), проводник нагревается. Выделившееся при этом количество теплоты равно произведению квадрата силы тока на сопроти. Закон Джоуля-Ленца. 1. Электрический ток, проходя по цепи, производит разные действия: тепловое, механическое, химическое, магнитное.
При этом электрическое поле совершает работу, и электрическая энергия превращается в другие виды энергии: во внутреннюю, механическую, энергию магнитного поля и пр. Отсюда \(A=qU \).
Поскольку заряд равен произведению силы тока \((I) \) и времени \((t) \) \(q=It \), то \(A=IUt \), т.е. работа электрического тока на участке цепи равна произведению напряжения на этом участке, силы тока и времени, в течение которого совершается работа. Единицей работы является джоуль (1 Дж). Эту единицу можно выразить через электрические единицы: \([A] \) = 1 Дж = 1 В · 1 А · 1 с.
txt, txt, EPUB, EPUBПохожее:
DeKalb Av | DeKalb Ave и Flatbush Ave Extension, Fleet St и Flatbush Ave Extension | Две островные платформы | B по будням до 23:00, R все время, кроме поздней ночи | Метро, местная и экспресс-станция, ADA доступно |
Atlantic Av- Barclays Ctr | Hanson Place and Flatbush Ave, Pacific St и 4th Ave, Atlantic Ave и Flatbush Ave | Две островные платформы | B по будням до 23:00, D, N, R, 2, 3 все время, кроме поздней ночи, 4, 5, только в будние дни | Метро, местная и экспресс-станция, ADA доступно |
7 Av | Park Place и Flatbush Ave, Park Place and Carlton Ave | Две островные платформы | B по будням до 23:00 | Метро, местная и скоростная |
Проспект Парк | Lincoln Road между Flatbush Ave и Ocean Ave, Flatbush Ave к югу от Ocean Ave | Две островные платформы | B по будням до 23:00, S | Открытая, местная и экспресс-станция, доступ в ADA |
Parkside Av | Parkside Ave и Ocean Ave | Две боковые платформы | Без переводов | Открытый разрез, местная станция |
Church Av | Church Ave и E 18 St, St Paul’s Place и Caton Ave | Две островные платформы | B по будням до 23:00 | Открытая, местная и экспресс-станция |
Beverly Rd | Beverly Road между Marlborough Road и East 16 St | Две боковые платформы | Без переводов | Открытый разрез, местная станция |
Cortelyou Rd | Cortelyou Road между Marlborough Road и East 16 St | Две боковые платформы | Без переводов | Открытый разрез, местная станция |
Ньюкирк Плаза | Newkirk Plaza между Newkirk Ave и Foster Ave | Две островные платформы | B по будням до 23:00 | Открытая, местная и экспресс-станция |
Авеню H | Avenue H и E 16 St, Avenue H и E 15 St | Две боковые платформы | Без переводов | Открытый разрез, местная станция, доступ ADA |
Авеню J | Avenue J и между E 16 St и E 15 St | Две боковые платформы | Без переводов | Открытый разрез, местная станция |
Авеню М | Avenue M между E 16 St и E 15 St | Две боковые платформы | Без переводов | Открытый разрез, местная станция |
Kings Hwy | Kings Highway между E 16 St и E 15 St, E 16 St и Quentin Road | Две островные платформы | B по будням до 23:00 | Открытая, местная и экспресс-станция, доступ в ADA |
Авеню U | Avenue U между E 16 St и E 15 St | Две боковые платформы | Без переводов | Открытый разрез, местная станция |
Шейка Rd | Gravesend Neck Road между E 16 St и E 15 St | Две боковые платформы | Без переводов | Открытый разрез, местная станция |
Залив Шипсхед | Sheepshead Bay Road и East 15 St, Voorhies Ave между E 14 St и Shore Pkwy | Две островные платформы | B по будням до 23:00 | Открытая, местная и экспресс-станция |
Брайтон-Бич | Brighton Beach Ave и Brighton 7 St, Brighton Beach Ave к западу от Брайтона 6 St | Две островные платформы | B по будням до 23:00 | Надземная, местная и скоростная |
Ocean Pkwy | Brighton Beach Ave к востоку от Ocean Pkwy, Brighton Beach Ave к западу от Ocean Pkwy | Две островные платформы | Без переводов | Надземный участок |
West 8 St NY Aquarium | W 8 St к северу от Surf Ave, W 5 St и W Brighton Ave | Четыре боковые платформы | Ф | Надземный участок |
Кони-Айленд Stillwell Av | Mermaid Ave к востоку от Stillwell Ave, Stillwell Ave и Surf Ave | Четыре островных платформы | D, F, N | Надземная местная и экспресс-станция, доступ в ADA |
Электроотопление Влияние электрического тока 10 класса наука NCERT
Эффект нагрева электрическим током
Когда электрический ток подается в чисто резистивный проводник, энергия электрического тока полностью рассеивается в виде тепла, и в результате резистор нагревается.Нагрев резистора из-за рассеивания электрической энергии обычно известен как эффект нагрева электрическим током. Вот некоторые примеры:
Когда электрическая энергия подается на электрическую лампочку, нить накаливания нагревается, из-за чего она дает свет. Нагрев электрической лампочки происходит из-за нагревающего воздействия электрического тока.
Когда электрический утюг подключен к электрической цепи, элемент электрического утюга нагревается из-за рассеяния электрической энергии, которая нагревает электрический утюг.Элемент электрического утюга представляет собой чисто резистивный проводник. Это происходит из-за нагревающего воздействия электрического тока.
Причина нагревающего эффекта электрического тока: Электрический ток выделяет тепло для преодоления сопротивления проводника, через который он проходит. Чем выше сопротивление, тем больше тепла выделяется электрический ток. Таким образом, выделение тепла электрическим током при прохождении через проводник является неизбежным следствием.Этот эффект нагрева используется во многих бытовых приборах, таких как электрический утюг, электрический обогреватель, электрический гейзер и т. Д.
Закон нагрева Джоуля:
Let; электрический ток I протекает через резистор с сопротивлением, равным R.
Разность потенциалов через резистор равна В.
Заряд Q течет по цепи за время t.
Таким образом, работа, совершенная при перемещении заряда Q разности потенциалов `V = VQ`
Поскольку этот заряд Q течет по цепи за время t
Для этого; потребляемая мощность (P) в цепи может быть задана следующим уравнением:
`P = VxxQ / t` ——— (1)
Мы знаем, электрический ток `I = Q / t`
Подставляя Q / t = I в уравнение (i), получаем;
`P = VI`………. (ii)
Поскольку электрическая энергия подается в течение времени t, таким образом, после умножения обеих частей уравнения (ii) на время t, мы получаем
`P xx t = VI xx t = VIt` . 2Rt`…….. (v)
Выражение (v) известно как закон нагрева Джоуля, который гласит, что тепло, выделяемое в резисторе, прямо пропорционально квадрату тока, подаваемого на резистор, прямо пропорционально сопротивлению для данного тока и прямо пропорционально времени. для которого ток течет через резистор.
Пример 1: Если электрический нагреватель потребляет электричество со скоростью 500 Вт, а разность потенциалов между двумя выводами электрической цепи составляет 250 В, рассчитайте электрический ток и сопротивление в цепи.
Решение: Учитывая, потребляемая мощность (P) = 500 Вт
Разность потенциалов (В) = 250 В
Электрический ток (I) =?
Сопротивление (R) в цепи =?
Мы знаем, что мощность `(P) = VI`
Или, `500 Вт = 250 В xx I`
Или, `I = 500 Вт ÷ 250 В = 2 А`
Мы знаем, сопротивление `R = V / I`
Или, R = 250 В ÷ 2 A = 125 Ом
Пример 2: Электрическая газовая колонка потребляет 1000 Вт электроэнергии.Если разность потенциалов в электрической цепи составляет 250 В, найдите сопротивление гейзера и электрический ток в цепи.
Решение: Учитывая, потребляемая мощность (P) = 1000 Вт
Разность потенциалов (В) = 250 В
Электрический ток (I) =?
Сопротивление (R) в цепи =?
Мы знаем, что мощность `(P) = VI`
Или, `1000 Вт = 250 В xx I`
Или, `I = 1000 В ÷ 250 В = 4 А`
Мы знаем, сопротивление `R = V / I`
Или, R = 250 В ÷ 4 A = 62.5 Ом 90 9 10
Пример 3: Электрический нагреватель с сопротивлением 5 Ом подключен к источнику электроэнергии. Если он выделяет 180 Дж тепла за одну секунду, найдите разность потенциалов на электронагревателе.
Решение: Дано, сопротивление (R) = 5 Ом, тепло (H), выделяемое нагревателем в секунду, = 1800 Дж, время «t» = 1 с
Разница потенциалов (В) =?
Чтобы вычислить разность потенциалов, нам нужно сначала вычислить электрический ток (I). 2 = 180 ÷ 5 = 36`
Или, I = 6 A
Теперь, разность потенциалов `V = IR`
Или, `V = 6 A xx 5 Ω = 30 V`
Первый закон термодинамики
Цели обучения
К концу этого раздела вы сможете:
- Определите первый закон термодинамики.
- Опишите, как сохранение энергии соотносится с первым законом термодинамики.
- Опишите примеры первого закона термодинамики, работающего в повседневных ситуациях, включая биологический метаболизм.
- Рассчитайте изменения внутренней энергии системы с учетом теплопередачи и проделанной работы.
Рис. 1. Этот кипящий чайник представляет энергию в движении. Вода в чайнике превращается в водяной пар, потому что тепло передается от плиты к чайнику.По мере того, как вся система нагревается, работа выполняется — от испарения воды до свиста чайника. (кредит: Джина Гамильтон)
Если нас интересует, как теплопередача преобразуется в работу, тогда важен принцип сохранения энергии. Первый закон термодинамики применяет принцип сохранения энергии к системам, в которых передача тепла и выполнение работы являются методами передачи энергии в систему и из нее. Первый закон термодинамики утверждает, что изменение внутренней энергии системы равно чистой теплопередаче в систему за вычетом чистой работы, выполненной системой.В форме уравнения первый закон термодинамики: Δ U = Q — W .
Здесь Δ U — изменение внутренней энергии U системы. Q — это чистое тепло, переданное в систему , то есть Q — это сумма всей теплопередачи в систему и из нее. W — это чистая работа, выполненная системой , то есть W — это сумма всей работы, выполненной в системе или ею.Мы используем следующие условные обозначения: если значение Q положительное, значит, имеется чистый теплоперенос в систему; если Вт положительный, значит, система выполняет чистую работу. Таким образом, положительный Q добавляет энергию в систему, а положительный W забирает энергию из системы. Таким образом, Δ U = Q — W . Также обратите внимание, что если в систему передается больше тепла, чем проделанной работы, разница сохраняется как внутренняя энергия. Тепловые двигатели — хороший тому пример — в них происходит передача тепла, чтобы они могли выполнять свою работу.(См. Рис. 2.) Теперь мы рассмотрим Q , W и Δ U дальше.
Рис. 2. Первый закон термодинамики — это принцип сохранения энергии, установленный для системы, в которой тепло и работа являются методами передачи энергии для системы, находящейся в тепловом равновесии. Q представляет собой чистую теплопередачу — это сумма всех теплопередач в систему и из нее. Q положителен для чистой передачи тепла в систему. W — это общий объем работы, выполненной в системе. W положителен, когда система выполняет больше работы, чем над ней. Изменение внутренней энергии системы Δ U связано с теплом и работой согласно первому закону термодинамики Δ U = Q — Вт .
Установление связей: закон термодинамики и закон сохранения энергии
Первый закон термодинамики — это фактически закон сохранения энергии, сформулированный в форме, наиболее полезной в термодинамике. Первый закон устанавливает связь между теплопередачей, проделанной работой и изменением внутренней энергии системы.
Heat
Q и Work WТеплопередача ( Q ) и выполнение работы ( W ) — два повседневных средства передачи энергии в систему или ее вывода из системы. Процессы совершенно разные. Теплообмен, менее организованный процесс, обусловлен разницей температур. Работа — это вполне организованный процесс, в котором действует макроскопическая сила, действующая на расстоянии. Тем не менее, тепло и работа могут дать одинаковые результаты, например, оба могут вызвать повышение температуры.Передача тепла в систему, например, когда Солнце нагревает воздух в шине велосипеда, может повысить ее температуру, и поэтому может работать над системой, например, когда велосипедист нагнетает воздух в шину. Как только произошло повышение температуры, невозможно сказать, было ли оно вызвано теплопередачей или работой. Эта неопределенность — важный момент. Теплообмен и работа — это энергия в пути, и ни одна из них не хранится как таковая в системе. Однако оба могут изменить внутреннюю энергию U системы.Внутренняя энергия — это форма энергии, полностью отличная от тепла или работы.
Внутренняя энергия
UМы можем думать о внутренней энергии системы двумя разными, но последовательными способами. Первый — это атомно-молекулярная точка зрения, которая исследует систему в атомном и молекулярном масштабе. внутренняя энергия U системы — это сумма кинетической и потенциальной энергий ее атомов и молекул. Напомним, что кинетическая плюс потенциальная энергия называется механической энергией.Таким образом, внутренняя энергия — это сумма атомной и молекулярной механической энергии. Поскольку невозможно отследить все отдельные атомы и молекулы, мы должны иметь дело со средними значениями и распределениями. Второй способ взглянуть на внутреннюю энергию системы — с точки зрения ее макроскопических характеристик, которые очень похожи на средние атомные и молекулярные значения.
Макроскопически мы определяем изменение внутренней энергии Δ U как значение, определяемое первым законом термодинамики: Δ U = Q — Вт .
Многие подробные эксперименты подтвердили, что Δ U = Q — W , где Δ U — изменение полной кинетической и потенциальной энергии всех атомов и молекул в системе. Также экспериментально было определено, что внутренняя энергия U системы зависит только от состояния системы, а не от того, как она достигла этого состояния . Более конкретно, U , как обнаружено, является функцией нескольких макроскопических величин (например, давления, объема и температуры), независимо от прошлой истории, например от того, была ли проведена теплопередача или проделана работа.Эта независимость означает, что, зная состояние системы, мы можем рассчитать изменения ее внутренней энергии U на основе нескольких макроскопических переменных.
Установление соединений: макроскопические и микроскопические
В термодинамике мы часто используем макроскопическую картину при расчетах поведения системы, в то время как атомная и молекулярная картина дает основные объяснения в терминах средних значений и распределений. Мы еще раз увидим это в следующих разделах этой главы.Например, в теме энтропии расчеты будут производиться с использованием атомно-молекулярного представления.
Чтобы лучше понять, как думать о внутренней энергии системы, давайте рассмотрим систему, переходящую из состояния 1 в состояние 2. Система имеет внутреннюю энергию U 1 в состоянии 1 и имеет внутреннюю энергию. энергия U 2 в состоянии 2, независимо от того, как он попал в любое из состояний. Таким образом, изменение внутренней энергии Δ U = U 2 — U 1 не зависит от того, что вызвало изменение.Другими словами, Δ U не зависит от пути . Под путем мы подразумеваем способ добраться от начальной точки до конечной точки. Почему важна эта независимость? Обратите внимание, что Δ U = Q — W . И Q , и W зависят от пути , а Δ U — нет. Эта независимость от пути означает, что внутреннюю энергию U легче учитывать, чем теплопередачу или проделанную работу.
Пример 1.Расчет изменения внутренней энергии: одно и то же изменение в
U производится двумя разными процессами- Предположим, что теплопередача в систему составляет 40,00 Дж, в то время как система выполняет работу 10,00 Дж. Позже происходит передача тепла из системы на 25,00 Дж, в то время как в системе выполняется 4,00 Дж работы. Каково чистое изменение внутренней энергии системы?
- Каково изменение внутренней энергии системы, когда в общей сложности 150,00 Дж теплопередачи происходит из (от) системы и 159.00 Дж работы выполнено в системе? (См. Рисунок 3).
Рис. 3. Два разных процесса производят одно и то же изменение в системе. (a) Всего в системе происходит 15,00 Дж теплопередачи, в то время как работа потребляет в общей сложности 6,00 Дж. Изменение внутренней энергии составляет ΔU = Q − W = 9,00 Дж. (b) Теплопередача удаляет 150,00 Дж из система во время работы вкладывает в нее 159,00 Дж, увеличивая внутреннюю энергию на 9,00 Дж. Если система начинается в одном и том же состоянии в пунктах (а) и (б), она окажется в одном и том же конечном состоянии в любом случае — ее конечное состояние связано с внутренней энергией, а не с тем, как эта энергия была получена.
Стратегия
В части 1 мы должны сначала найти чистую теплопередачу и чистую работу, выполненную на основе данной информации. Тогда первый закон термодинамики (Δ U = Q — W ) может быть использован для определения изменения внутренней энергии. В части (b) приведены чистая теплопередача и проделанная работа, поэтому уравнение можно использовать напрямую.
Решение для Части 1
Чистая теплопередача — это теплопередача в систему за вычетом теплопередачи из системы, или
Q = 40.00 Дж — 25,00 Дж = 15,00 Дж.
Аналогично, общая работа — это работа, выполненная системой за вычетом работы, выполненной в системе, или
Вт = 10,00 Дж — 4,00 Дж = 6,00 Дж
Таким образом, изменение внутренней энергии определяется первым законом термодинамики:
Δ U = Q — W = 15,00 Дж — 6,00 Дж = 9,00 Дж
Мы также можем найти изменение внутренней энергии для каждого из двух шагов. Во-первых, рассмотрим теплопередачу 40,00 Дж и 10.00 Дж тренировки, или Δ U 1 = Q 1 — Вт 1 = 40,00 Дж — 10,00 Дж = 30,00 Дж
Теперь рассмотрим 25,00 Дж теплоотдачи и 4,00 Дж работы на входе, или
Δ U 2 = Q 2 — W 2 = –25.00 Дж — (- 4.00 Дж) = –21.00 Дж.
Общее изменение — это сумма этих двух шагов, или Δ U = Δ U 1 + Δ U 2 = 30.00 Дж + (-21,00 Дж) = 9,00 Дж.
Обсуждение части 1
Неважно, смотрите ли вы на процесс в целом или разбиваете его на этапы, изменение внутренней энергии одинаково.
Решение для Части 2
Здесь чистая теплопередача и общая работа даны непосредственно как Q = –150,00 Дж и Вт = –159,00 Дж, так что
Δ U = Q — Вт = –150,00 Дж — (- 159,00 Дж) = 9,00 Дж.
Обсуждение части 2
Совершенно другой процесс в части 2 дает то же 9.Изменение внутренней энергии на 00 Дж, как в части 1. Обратите внимание, что изменение в системе в обеих частях связано с Δ U , а не с отдельным задействованным Q с или Вт с. Система оказывается в том же состоянии в обеих частях. Части 1 и 2 представляют два разных пути, которыми должна следовать система между одними и теми же начальными и конечными точками, и изменение внутренней энергии для каждой из них одинаково — оно не зависит от пути.
Метаболизм человека и первый закон термодинамики
Метаболизм человека — это преобразование пищи в теплообмен, работу и накопленный жир.Метаболизм — интересный пример действия первого закона термодинамики. Теперь мы еще раз посмотрим на эти темы с помощью первого закона термодинамики. Рассматривая тело как интересующую нас систему, мы можем использовать первый закон для изучения теплопередачи, выполнения работы и внутренней энергии в различных видах деятельности, от сна до тяжелых упражнений. Каковы некоторые из основных характеристик теплопередачи, выполнения работы и энергии в организме? Во-первых, температура тела обычно поддерживается постоянной за счет передачи тепла в окружающую среду.Это означает, что Q отрицательный. Другой факт: тело обычно работает с внешним миром. Это означает, что W положительный. В таких ситуациях тело теряет внутреннюю энергию, поскольку Δ U = Q — Вт отрицательно.
Теперь рассмотрим эффекты еды. Прием пищи увеличивает внутреннюю энергию тела за счет добавления химической потенциальной энергии (это неромантичный взгляд на хороший стейк). В организме метаболизируется всей пищи, которую мы потребляем.По сути, метаболизм — это процесс окисления, в котором высвобождается химическая потенциальная энергия пищи. Это означает, что питание осуществляется в форме работы. Энергия пищи указывается в специальной единице, известной как калория. Эта энергия измеряется сжиганием пищи в калориметре, как и определяются единицы.
В химии и биохимии одна калория (обозначается строчной буквой c) определяется как энергия (или теплопередача), необходимая для повышения температуры одного грамма чистой воды на один градус Цельсия.Диетологи и наблюдатели за весом обычно используют диетических калорий, которые часто называют калориями (пишется с заглавной буквы ° C). Одна еда Калория — это энергия, необходимая для повышения температуры одного килограмма воды на один градус Цельсия. Это означает, что одна диетическая калория равна одной килокалории для химика, и нужно быть осторожным, чтобы не путать их.
Опять же, рассмотрим внутреннюю энергию, потерянную телом. Эта внутренняя энергия может идти по трем направлениям — на теплопередачу, выполнение работы и накопленный жир (крошечная часть также идет на восстановление и рост клеток).Передача тепла и выполнение работы забирают внутреннюю энергию из тела, а пища возвращает ее. Если вы едите только нужное количество пищи, ваша средняя внутренняя энергия остается постоянной. Все, что вы теряете на теплопередачу и выполнение работы, заменяется едой, так что в конечном итоге Δ U = 0. Если вы постоянно переедаете, то Δ U всегда положительный, и ваше тело сохраняет эту дополнительную внутреннюю энергию в виде жира. Обратное верно, если вы едите слишком мало. Если Δ U будет отрицательным в течение нескольких дней, тогда организм метаболизирует собственный жир, чтобы поддерживать температуру тела и выполнять работу, которая забирает у тела энергию.Именно так соблюдение диеты способствует снижению веса.
Жизнь не всегда так проста, как знает любой человек, сидящий на диете. Тело накапливает жир или метаболизирует его только в том случае, если потребление энергии меняется в течение нескольких дней. После того, как вы сели на основную диету, следующая будет менее успешной, потому что ваше тело изменит способ реагирования на низкое потребление энергии. Ваша основная скорость метаболизма (BMR) — это скорость, с которой пища преобразуется в теплообмен и работу, выполняемую, когда организм находится в полном покое. Организм регулирует базальную скорость метаболизма, чтобы частично компенсировать переедание или недоедание.Организм будет снижать скорость метаболизма, а не устранять собственный жир, чтобы заменить потерянную еду. Вы легче простужаетесь и чувствуете себя менее энергичным в результате более низкой скорости метаболизма, и вы не будете терять вес так быстро, как раньше. Упражнения помогают похудеть, потому что они обеспечивают теплоотдачу от вашего тела и работы, а также повышают уровень метаболизма, даже когда вы находитесь в состоянии покоя. Снижению веса также способствует довольно низкая эффективность тела в преобразовании внутренней энергии в работу, так что потеря внутренней энергии в результате выполнения работы намного больше, чем проделанная работа.Однако следует отметить, что живые системы не находятся в тепловом равновесии.
Тело дает нам отличный индикатор того, что многие термодинамические процессы необратимы . Необратимый процесс может идти в одном направлении, но не в обратном, при заданном наборе условий. Например, хотя телесный жир может быть преобразован для выполнения работы и передачи тепла, работа, выполняемая телом, и передача тепла в него не могут быть преобразованы в телесный жир. В противном случае мы могли бы пропустить обед, загорая или спустившись по лестнице.Другой пример необратимого термодинамического процесса — фотосинтез. Этот процесс представляет собой поглощение растениями одной формы энергии — света — и ее преобразование в химическую потенциальную энергию. Оба применения первого закона термодинамики показаны на рисунке 4. Одно большое преимущество законов сохранения, таких как первый закон термодинамики, состоит в том, что они точно описывают начальную и конечную точки сложных процессов, таких как метаболизм и фотосинтез, без учета осложнения между ними.В таблице 1 представлена сводка терминов, относящихся к первому закону термодинамики.
Рис. 4. (а) Первый закон термодинамики применительно к метаболизму. Тепло, передаваемое из тела (Q), и работа, выполняемая телом (W), удаляют внутреннюю энергию, в то время как прием пищи заменяет ее. (Прием пищи можно рассматривать как работу, выполняемую организмом.) (Б) Растения преобразуют часть лучистой теплопередачи в солнечном свете в запасенную химическую энергию — процесс, называемый фотосинтезом.
| Таблица 1.Краткое изложение терминов первого закона термодинамики, ΔU = Q — W | |
|---|---|
| Срок | Определение |
| U | Внутренняя энергия — сумма кинетической и потенциальной энергий атомов и молекул системы. Можно разделить на множество подкатегорий, таких как тепловая и химическая энергия. Зависит только от состояния системы (например, P , V и T ), а не от того, как энергия поступает в систему.Изменение внутренней энергии не зависит от пути. |
| Q | Тепло — энергия, передаваемая из-за разницы температур. Характеризуется случайным движением молекул. Сильно зависит от пути. Q Вход в систему положительный. |
| Вт | Работа — энергия, передаваемая силой, перемещающейся на расстояние. Организованный, упорядоченный процесс. Зависит от пути. W , выполненный системой (либо против внешней силы, либо для увеличения объема системы), является положительным. |
Сводка раздела
- Первый закон термодинамики задается как Δ U = Q — W , где Δ U — изменение внутренней энергии системы, Q — чистая теплопередача (сумма вся теплопередача в систему и из нее), а Вт — это чистая проделанная работа (сумма всей работы, проделанной в системе или ею).
- И Q , и W — энергия в пути; только Δ U представляет собой независимую величину, которую можно хранить.
- Внутренняя энергия U системы зависит только от состояния системы, а не от того, как она достигла этого состояния.
- Метаболизм живых организмов и фотосинтез растений — это особые виды передачи тепла, выполнения работы и внутренней энергии систем.
Концептуальные вопросы
- Опишите фотографию чайника в начале этого раздела с точки зрения теплопередачи, проделанной работы и внутренней энергии. Как передается тепло? Какая работа и что делается? Как чайник поддерживает свою внутреннюю энергию?
- Первый закон термодинамики и закон сохранения энергии, как обсуждалось в книге «Сохранение энергии», явно связаны.Чем они различаются по рассматриваемым видам энергии?
- Теплопередача Q и выполненная работа Вт — это всегда энергия в пути, тогда как внутренняя энергия U — это энергия, запасенная в системе. Приведите пример каждого типа энергии и конкретно укажите, как он передается или находится в системе.
- Чем отличаются теплопередача и внутренняя энергия? В частности, что можно сохранить как таковое в системе, а что нет?
- Если вы сбежите по лестнице и остановитесь, что произойдет с вашей кинетической энергией и вашей начальной гравитационной потенциальной энергией?
- Объясните, как пищевая энергия (калории) может рассматриваться как молекулярная потенциальная энергия (в соответствии с атомарным и молекулярным определением внутренней энергии).
- Определите тип энергии, передаваемой вашему телу в каждом из следующих случаев: внутренняя энергия, теплопередача или выполнение работы: (а) купание в солнечном свете; (б) употребление пищи; (c) подъем на лифте на более высокий этаж.
Задачи и упражнения
- Как изменится внутренняя энергия автомобиля, если в его бак залить 12 галлонов бензина? Энергетическая ценность бензина составляет 1,3 × 10 8 Дж / галлон. Все остальные факторы, например температура в автомобиле, постоянны.
- Сколько тепла происходит от системы, если ее внутренняя энергия уменьшилась на 150 Дж, пока она выполняла 30,0 Дж работы?
- Система выполняет 1,80 × 10 8 Дж работы, в то время как 7,50 × 10 8 Дж теплопередачи происходит в окружающую среду. Каково изменение внутренней энергии системы при отсутствии других изменений (например, температуры или добавления топлива)?
- Каково изменение внутренней энергии системы, которая выполняет 4,50 × 10 5 Дж работы, в то время как 3.00 × 10 6 Дж происходит теплопередача в системе, а 8.00 × 10 6 Дж теплопередачи происходит в окружающую среду?
- Предположим, женщина выполняет 500 Дж работы, и 9500 Дж передается в окружающую среду в процессе. а) Как уменьшается ее внутренняя энергия, если не меняется температура или потребление пищи? (То есть другой передачи энергии нет.) Б) Какова ее эффективность?
- (а) Сколько пищевой энергии человек усвоит в процессе усвоения 35.0 кДж работы при КПД 5,00%? б) Сколько тепла передается в окружающую среду, чтобы поддерживать постоянную температуру?
- (а) Какова средняя скорость метаболизма в ваттах человека, который усваивает 10 500 кДж пищевой энергии за один день? (б) Какое максимальное количество работы в джоулях он может выполнить без расщепления жира, предполагая максимальную эффективность 20,0%? (c) Сравните его производительность с дневной мощностью двигателя 187 Вт (0,250 лошадиных сил).
- (a) На сколько времени хватит энергии в стакане йогурта на 1470 кДж (350 ккал) у женщины, выполняющей работу с мощностью 150 Вт с эффективностью 20?0% (например, при неспешном подъеме по лестнице)? (б) Означает ли время, указанное в части (а), легко потребить больше пищевой энергии, чем вы можете разумно ожидать, работая с упражнениями?
- (a) Женщина, поднимающаяся на памятник Вашингтону, усваивает 6,00 × 10 2 кДж пищевой энергии. Если ее КПД составляет 18,0%, сколько тепла передается в окружающую среду, чтобы поддерживать ее температуру постоянной? (б) Обсудите величину теплопередачи, указанную в (а). Это согласуется с тем, что вы быстро разминаетесь во время тренировки?
Глоссарий
Первый закон термодинамики: гласит, что изменение внутренней энергии системы равно чистой теплопередаче в систему за вычетом чистой работы, выполненной системой
внутренняя энергия: сумма кинетической и потенциальной энергий атомов и молекул системы
метаболизм человека: преобразование пищи в теплообмен, работу и накопленный жир
Избранные решения проблем и упражнения
1.1,6 × 10 9 Дж
3. −9.30 × 10 8 Дж
5. (а) -1,0 × 10 4 Дж, или -2,39 ккал; (б) 5,00%
7. (а) 122 Вт; (б) 2,10 × 10 6 Дж; (c) Работа двигателя составляет 1,61 × 10 7 Дж; таким образом, двигатель производит в 7,67 раз больше работы, чем человек
9. (a) 492 кДж; (б) Такое количество тепла соответствует тому факту, что вы быстро согреваетесь во время тренировки. Поскольку организм неэффективен, выделяемое избыточное тепло должно рассеиваться через потоотделение, дыхание и т. Д.
Примечания к закону Джоуля — механический эквивалент тепла
Закон Джоуля гласит, что количество тепла, выделяемого в проводнике сопротивления, R прямо пропорционально
i. Квадрат тока для данного сопротивления, i 2
i. Сопротивление при заданном токе R
iii. Время, в течение которого ток протекает через резистор, t
⇒ H ∝ i 2 Rt.
Рассмотрим ток i, протекающий через резистор сопротивления, R
Разность потенциалов на нем = V,
Время, в течение которого проходит заряд Q = t.
Работа, совершаемая при перемещении заряда Q через разность потенциалов V, выражается следующим образом:
Вт = VQ.
При подстановке V = IR из закона Ома и Q = it
⇒ W = i 2 Rt
⇒ W = Vit
Когда ток течет через проводник, работа выполнена (т. Е. W = i 2 Rt ) Превращается в тепловую энергию.
Мы выражаем тепловую энергию в калориях.
Соотношение между калориями и джоулями выглядит следующим образом:
4.18 джоулей = 1 калория.
Итак, тепло, производимое в проводнике в единицах джоуля, выражается следующим образом:
H = i 2 Rt, но тепло, выделяемое в проводнике в единицах калорий, выражается следующим образом:
H = (i 2 Rt) / (4,18) кал, где 1 джоуль = 1 / 4,18 калории.
Используя это значение в H = I 2 Rt, можно рассчитать выделяемое тепло.
Одно из распространенных применений джоулева нагрева — предохранители, используемые в электрических цепях.Электрический предохранитель — это предохранительное устройство, используемое для защиты цепей и приборов, останавливая прохождение любого чрезмерно высокого электрического тока. Работает на нагревательном действии электрического тока.
Электроэнергетика
Источник должен подать энергию, равную VQ за время t.
⇒ Мощность, вводимая в цепь источником, — это энергия, подаваемая в цепь источником за время t.
⇒ P = VQt = VI
⇒ H = P × t
⇒ H = Vit
Эта энергия рассеивается в резисторе в виде тепла.
Определение механического эквивалента тепла (Дж)
Если для выработки тепла выполняются электрические работы, то (H) составляет:
прямо пропорционально квадрату тока (H ∝ i 2 )
прямо пропорционально сопротивлению проводника (H ∝ R).
прямо пропорционально времени (t) прохождения тока (H ∝ t)
Механический эквивалент тепла (т.е.е., константа Джоуля), J можно рассчитать с помощью калориметра Джоуля.
Принцип
Если ток в I ампер проходит через нагревательный элемент с сопротивлением (R) из-за приложения разности потенциалов (V), электрическая работа, выполненная (W) за данный момент времени t, определяется следующим уравнением.
W = Vit джоули.
Согласно закону Джоуля, в элементе вырабатывается эквивалентная тепловая энергия (H).
Если это тепло (H) поглощается калориметром и вода в нем, значение J можно найти из следующего уравнения.
J = W / H = Vit / H
Экспериментальная установка
- Возьмите медный калориметр (C) с мешалкой (S), заключенный в изолирующий деревянный ящик.
- Определите массу калориметра с мешалкой.
- Пусть будет W 1 gm. Налейте воду в калориметр до половины его объема и определите общую массу. Пусть это будет W 2 gm.
- Тогда масса воды (м) должна быть равна (w 2 — w 1 ) г.
- Найдите начальную температуру (t 1 o C) содержимого калориметра с помощью термометра (Th).
- Возьмите катушку (H) с двумя фиксированными клеммами и погрузите ее в воду в калориметре.
- Подключите эту нагревательную спираль в цепь, содержащую батарею (B), штепсельный ключ (K), амперметр (A) и реостат (Rh) последовательно.
- Подключите вольтметр (V) параллельно катушке, чтобы определить разность потенциалов (V) на ней.
- Закройте ключ на некоторое время и отрегулируйте положение ползунка в реостате (Rh) так, чтобы амперметр показывал ток (i) около 1 ампера, и отключите ключ.
- Закройте ключ и одновременно включите секундомер.
- При перемешивании содержимого калориметра позвольте току I пройти через катушку в течение времени t секунд, чтобы температура калориметра и его содержимого повысилась по крайней мере на 5 o C.
- Запишите показания напряжения V в вольтметре (V) и тока I в амперметре (A).
- Найдите конечную температуру t 2 o C.
- Выключите секундомер и одновременно выньте ключ из розетки.
- Отметьте время t секунд, в течение которого прошел ток.
Наблюдение
Масса калориметра = w 1 г
Удельная теплоемкость материала калориметра = s кал / г / o C
Масса воды (м) = (w 2 — w 1 ) г
Удельная теплоемкость воды = 1 кал / г / м3 / o C
Начальная температура калориметра и его содержимого = t 1 o C
напряжение = Вольт
Ток = I ампер.
Конечная температура калориметра, мешалки и воды = t 2 o C
Время прохождения тока = t сек.
Расчет
Тепло, выделяемое калориметром + мешалка = w 1 с (t 2 — t 1 ) (s = 0,1 для медного калориметра)
Тепло, выделяемое водой = m × l x (t 2 — t 1 )
Общее количество тепла, выделяемого при прохождении тока,
H = w 1 s (t 2 — t 1 ) + m × l × (t 2 — t 1 ) калорий
Выполненные электрические работы выражаются следующим образом.
W = Vit Джоули. Подставляя значения H и W из уравнений в уравнение, можно определить значение механического эквивалента J как
J = Vit / ((w 1 s + m) (t 2 — t 1 ))
Значение J составляет 4,18 Дж / кал.
Вопросы с множественным выбором (MCQ) по сварке — страница 2 из 5
Тепло создается химической реакцией в
- Сварка сопротивлением
- Кислородно-ацетиленовая сварка
- Дуговая сварка вольфрамом
- Сварка термитом
(Отв: д)
Напряжение, используемое при контактной сварке, обычно поддерживается в пределах
- 4-12 В
- 12-20 вольт
- 20-28 вольт
- 28-36 вольт
(Ответ: а)
Тепло, выделяемое (H) при контактной сварке, выражается как
- I 2 Rt
- IR 2 т
- IRt 2
- 2IRT
(Ответ: а)
Напряжение, необходимое при контактной сварке, не зависит от
- Состав
- Площадь
- Толщина сварного шва
- Длина сварного шва
(Отв: д)
Какое из следующих утверждений справедливо для контактной сварки?
- Время, в течение которого течет ток, очень важно
- После отключения тока давление поддерживается до остывания сварного шва
- Вода циркулирует через полые электроды для охлаждения электродов
- i & ii
- i & iii
- II и III
- i, ii и iii
(Отв: д)
При контактной сварке два электрода изготавливаются из
- Алюминий
- Медь
- Утюг
- бронза
(Отв: б)
Что из перечисленного не является контактной сваркой?
- Точечная сварка
- Стыковая сварка
- Сварка давлением
- Ударная сварка
(ответ: c)
Процесс контактной сварки, подходящий для сварки черных и цветных металлов толщиной до 8 мм, составляет
- Точечная сварка
- Проекционная сварка
- Стыковая сварка
- Сварка давлением
(Ответ: а)
При точечной сварке для соединения внахлест диаметр зоны сварки (сварного шва) должен составлять
- 4т + 2.5 мм
- 8 зуб. + 2,5 мм
- 12 зуб. + 2,5 мм
- 2t + 2,5 мм
Где «t» — толщина листа
(Отв: d)
При точечной сварке расстояние между двумя точечными швами составляет
- 4т
- 8т
- 12 т
- 16т
(ответ: c)
При точечной сварке диаметр наконечника электрода составляет около
- √t
- √2т
- 2√т
- √3т
(Ответ: а)
термодинамика — Что математически означает следующее выражение $ C = \ frac {\ delta Q} {dT} $?
Вы можете принять выражение $ C = \ frac {\ delta Q} {\ mathrm dT} $ как бесконечно малую версию $$ C = \ frac {Q} {\ Delta T} $$ или формальное переписывание $$ \ дельта Q = C \ mathrm dT $$ что, однако, не имеет смысла на языке дифференциальных форм, поскольку деление на форму $ \ mathrm dT $ не определено.
Давайте посмотрим, что означает $ \ delta Q = C \ mathrm dT $, принимая дифференциальные формы:
По второму закону термодинамики $ \ delta Q = T \ mathrm dS $. $ \ Delta $ не имеет особого значения, это просто напоминание о том, что мы имеем дело с дифференциальной формой, а не с функцией (мы не можем писать здесь $ \ mathrm dQ $, так как форма неточная, т.е. не дифференциальная некоторой функции состояния $ Q $).
Термодинамические системы, как правило, по крайней мере двумерны и допускают различный выбор координат, поэтому предположим, что $ S $ представлен функцией температуры и другой переменной, например, $ S = S (V, T) $ или $ S = S (P, T) $.
В приведенном выше определении теплоемкости предполагается, что $ S $ является функцией только $ T $, поскольку правая часть не содержит членов с $ \ mathrm dV $ или $ \ mathrm dP $. В общем, нам необходимо дополнительное ограничение на разрешенные процессы, например $ V = \ mathrm {const} $ или $ P = \ mathrm {const} $, что дает $ C_V $ или $ C_P $ соответственно.
При этом предположении имеем $$ \ mathrm dS = \ frac {\ partial S} {\ partial T} \ mathrm dT $$ т.е. $$ C \ mathrm dT = \ delta Q = T \ frac {\ partial S} {\ partial T} \ mathrm dT $$ и наконец $$ C = T \ frac {\ partial S} {\ partial T} $
Еще одно примечание для математиков:
Геометрически ограничения $ V = \ mathrm {const} $ или $ P = \ mathrm {const} $ определяют одномерное подмногообразие, в котором возврат $ \ delta Q $ через естественное вложение будет (локально) точным.
