Закон джоуля единица измерения

Каталог статей Справочная информация Справочник по электротехнике

  • Currently 3.79/5
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5

Рейтинг 3.8/5 (194 голосов)

Закон Джоуля-Ленца определяет меру теплового действия электрического тока. Дело в том, что электрический ток представляет собой перемещение заряда под действием электрического поля. Отсюда следует, что электрическое поле совершает работу.

Теперь давайте подумаем. Если электрическое поле совершает работу и ток может обладать мощностью, то должна выделяться энергия. Каким образом и куда эта энергия уходит.

Оказывается, если ток проходит по неподвижному металлическому проводнику, то вся работа тока идет на нагревание этого проводника.

Другими словами, энергия переходит в другое качество, в тепловую энергию.

Это и есть закон Джоуля — Ленца.

Теперь посмотрим еще на один очень важный момент. Если выделить в проводнике элементарный цилиндрический объем dV = dS dl (ось цилиндра совпадает с направлением тока), то его сопротивление будет равно R = ρ dl/dS. Тогда, по закону Джоуля — Ленца

Количество теплоты, выделяющееся за единицу времени в единице объема, называется удельной тепловой мощностью тока

То же можно записать используя дифференциальную форму закона Ома

Последние два выражения являются обобщенным выражением закона Джоуля — Ленца.

Единица измерения количества теплоты — Джоуль (Дж).

principact.ru

Урок физики в 8-м классе «Нагревание проводников. Закон Джоуля-Ленца»

Разделы: Физика

Цель урока:

  • Формирование у учащихся представления о тепловом действии электрического тока и его причинах.
  • Вывести закона Джоуля-Ленца.
  • Содействовать в понимании практической значимости данной темы.
  • Развивать интеллектуальных умений учащихся (наблюдать, сравнивать, применять ранее усвоенные знания в новой ситуации, размышлять, анализировать, делать выводы)
  • Формировать коммуникативных умений учащихся.
  • содействовать формированию мировоззренческой идеи познаваемости явлений и свойств окружающего мира;

Оборудование: компьютер, проектор, экран.

Тип урока: Изучение нового материала.

Ход урока

I. Организационный этап.

Приглядывайтесь к облакам,
Прислушивайтесь к птицам,
Притрагивайтесь к ручейкам –
Ничто не повторится.
За часом час, за мигом миг
Впадайте в изумление.
Всё будет так, и всё не так
Через одно мгновение…

На данном этапе учитель предлагает учащимся самостоятельно сформулировать цель урока.

II. Активизация знаний.

Вспомним некоторые вопросы, которые потребуются, чтобы изучить новую тему:

  1. Что называют электрическим током? (Упорядоченное движение заряженных частиц)
  2. Какие действия тока вам известны? (Тепловое, электрическое, магнитное, химическое)
  3. Чему равна работа тока? (A=IUT)
  4. В каких единицах измеряется работа? (Джоулях)
  5. Закон Ома. (I=U/R U=IR R=U/I)
  6. Закон сохранения и превращения энергии. (Во всех явления, происходящих в природе, энергия не возникает и не исчезает. Она только превращается из одного вида в другой, при этом ее значение сохраняется.)
  7. Вставьте пропущенные в формулах буквы. Выразите единицы измерения.

III. Изучение нового материала.

Давайте потрем ладошки. Что мы чувствуем? Почему они нагреваются?

Исследуя на опыте нагревание проводников током, русский физик Эмилий Христианович Ленц (1804–1865) и английский физик Джеймс Джоуль (1818–1889) установили, что количество теплоты, выделяющееся в проводнике при прохождении через него электрического тока, прямо пропорционально сопротивлению R проводника, квадрату силы тока I и времени t, в течение которого поддерживается ток в проводнике. Этот закон, носящий название закона Джоуля – Ленца, можно выразить следующей формулой:

(1)
где Q – выделившееся количество теплоты в джоулях, R – сопротивление в омах, I – сила тока в амперах, t – время в секундах.

Измерения, приводящие к закону Джоуля-Ленца, можно выполнить, поместив в калориметр (рис. 1) проводник с известным сопротивлением R и пропуская через него ток определенной силы I в течение известного времени t. Количество выделяющейся при этом теплоты Q определим, составив уравнение теплового баланса, как это принято при калориметрических измерениях. Производя опыты при различных значениях R, I и t, получим зависимость, выраженную законом Джоуля-Ленца. Пользуясь законом Ома, мы можем выразить силу тока I через напряжение U на концах проводника и его сопротивление R. Подставляя выражение I=U/R в формулу (1), найдем

(2)


Рис. 1. Калориметр для проверки закона Джоуля-Ленца

Формулы (1) и (2) позволяют рассчитать количество теплоты, выделяющееся в отдельных проводниках, соединенных последовательно и параллельно. При последовательном соединении во всех проводниках течет ток одной и той же силы (§ 50). Поэтому для сравнения количеств теплоты, выделяющихся в отдельных проводниках, удобнее формула (1). Она показывает, что при последовательном соединении нескольких проводников в каждом выделяется количество теплоты, пропорциональное сопротивлению проводника. При параллельном соединении ток в проводниках различен, но напряжение на их концах (в точках разветвления) имеет одно и то же значение (§ 50). Поэтому в этом случае удобнее пользоваться формулой (2). Она показывает, что при параллельном соединении в каждом проводнике выделяется количество теплоты, обратно пропорциональное сопротивлению проводника.

IV. Физкультминутка.

В кабинете физики на одной из стен имеются изображения трёх голубей разного цвета. Под спокойную музыку учащимся предлагается зафиксировать внимание на одном из них, затем закрыть глаза, медленно повернуть голову и мысленно перенести изображение голубя на противоположную стену. То же самое проделывается с остальными изображениями голубей. Тем самым обеспечивается отдых глазам и головному мозгу.

V. Закрепление новых знаний.

Решение задач.

Задача №1

Известно, что безопасным для человека является постоянный ток 100 мкА. Какое количество теплоты выделится за 1 мин в теле человека при прохождении тока от конца одной руки до конца другой руки (при сухой коже), если сопротивление этого участка равно 15000 Ом?

Протекание через тело человека тока большой силы вызывает нагрев и ожог участков тела, разложение крови, непроизвольное сокращение мышц, смерть.

Задача №2

Какое количество теплоты выделяется за 10 мин спиралью электронагревательного прибора, если известны его сопротивление и сила тока в ней.

xn--i1abbnckbmcl9fb.xn--p1ai

Закон Джоуля – Ленца. Определение, формула, физический смысл

Закон Джоуля – Ленца – закон физики, определяющий количественную меру теплового действия электрического тока. Сформулирован этот закон был в 1841 году английским учёным Д. Джоулем и совершенно отдельно от него в 1842 году известным русским физиком Э. Ленцем. Поэтому он получил своё двойное название — закон Джоуля – Ленца.

Определение закона и формула

Словесная формулировка имеет следующий вид: мощность тепла, выделяемого в проводнике при протекании сквозь него электрического тока, пропорционально произведению значения плотности электрического поля на значение напряженности.

Математически закон Джоуля — Ленца выражается следующим образом:

ω = j • E = ϭ E²,

где ω — количество тепла, выделяемого в ед. объема;

E и j – напряжённость и плотность, соответственно, электрического полей;

σ — проводимость среды.

Физический смысл закона Джоуля – Ленца

Закон можно объяснить следующим образом: ток, протекая по проводнику, представляет собой перемещение электрического заряда под воздействием электрического поля. Таким образом, электрическое поле совершает некоторую работу. Эта работа расходуется на нагрев проводника.

Другими словами, энергия переходит в другое свое качество – тепло.

Но чрезмерный нагрев проводников с током и электрооборудования допускать нельзя, поскольку это может привести к их повреждению. Опасен сильный перегрев при коротких замыканиях проводов, когда по проводниках могут протекать достаточно большие токи.

В интегральной форме для тонких проводников закон Джоуля – Ленца звучит следующим образом: количество теплоты, которое выделяется в единицу времени в рассматриваемом участке цепи, определяется как произведение квадрата силы тока на сопротивление участка.

Математически эта формулировка выражается следующим образом:

Q = ∫ k • I² • R • t,

при этом Q – количество выделившейся теплоты;

I – величина тока;

R — активное сопротивление проводников;

t – время воздействия.

Значение параметра k принято называть тепловым эквивалентом работы. Величина этого параметра определяется в зависимости от разрядности единиц, в которых выполняются измерения значений, используемых в формуле.

Закон Джоуля-Ленца имеет достаточно общий характер, поскольку не имеет зависимости от природы сил, генерирующих ток.

Из практики можно утверждать, что он справедлив, как для электролитов, так проводников и полупроводников.

Область применения

Областей применения в быту закона Джоуля Ленца – огромное количество. К примеру, вольфрамовая нить в лампе накаливания, дуга в электросварке, нагревательная нить в электрообогревателе и мн. др. Это наиболее широко распространенный физический закон в повседневной жизни.

pue8.ru

fizika / Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме

Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме.

Работа электрического тока показывает, какая работа была совершена электрическим полем при перемещении зарядов по проводнику.

Зная две формулы: I = q/t . и . U = A/q можно вывести формулу для расчета работы электрического тока: Работа электрического тока равна произведению силы тока на напряжение и на время протекания тока в цепи.

Единица измерения работы электрического тока в системе СИ: [ A ] = 1 Дж = 1A. B . c

НАУЧИСЬ, ПРИГОДИТСЯ ! При расчетах работы электрического тока часто применяется внесистемная кратная единица работы электрического тока: 1 кВт.ч (киловатт-час).

1 кВт.ч = . Вт.с = 3 600 000 Дж

В каждой квартире для учета израсходованной электроэнергии устанавливаются специальные приборы-счетчики электроэнергии, которые показывают работу электрического тока, совершенную за какой-то отрезок времени при включении различных бытовых электроприборов. Эти счетчики показывают работу электрического тока ( расход электроэнергии) в «кВт.ч».

Необходимо научиться рассчитывать стоимость израсходованной электроэнергии! Внимательно разбираемся в решении задачи на странице 122 учебника (параграф 52) !

МОЩНОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

Мощность электрического тока показывает работу тока, совершенную в единицу времени и равна отношению совершенной работы ко времени, в течение которого эта работа была совершена.

(мощность в механике принято обозначать буквой N, в электротехнике — буквой Р) так как А = IUt, то мощность электрического тока равна:

или

Единица мощности электрического тока в системе СИ:

[ P ] = 1 Вт (ватт) = 1 А . B

Закон Джо́уля — Ле́нцафизический закон, дающий количественную оценку теплового действия электрического тока. Установлен в 1841 году Джеймсом Джоулем и независимо от него в 1842 году Эмилием Ленцем [1] .

В словесной формулировке звучит следующим образом [2]

Мощность тепла, выделяемого в единице объёма среды при протекании электрического тока, пропорциональна произведению плотности электрического тока на величину напряженности электрического поля

Математически может быть выражен в следующей форме:

где — мощность выделения тепла в единице объёма, — плотность электрического тока, напряжённость электрического поля, σпроводимость среды.

Закон также может быть сформулирован в интегральной форме для случая протекания токов в тонких проводах [3] :

Количество теплоты, выделяемое в единицу времени в рассматриваемом участке цепи, пропорционально произведению квадрата силы тока на этом участке и сопротивления участка

В математической форме этот закон имеет вид

где dQ — количество теплоты, выделяемое за промежуток времени dt, I — сила тока, R — сопротивление, Q — полное количество теплоты, выделенное за промежуток времени от t1 до t2. В случае постоянных силы тока и сопротивления:

studfiles.net

Науколандия

Статьи по естественным наукам и математике

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:

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:

В свою очередь перемещение заряда равно произведению силы тока в проводнике на время действия этого тока:

Если подставить в формулу работы вместо q его выражение через силу тока и время, то получим

Напряжение также можно выразить через силу тока (по закону Ома: I = U/R). Оно равно произведению силы тока на сопротивление проводника:

Подставим в формулу работы вместо напряжения его выражение через силу тока и сопротивление:

A = ItIR или A = I 2 Rt

Поскольку A = Q, то и

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

scienceland.info

Это интересно:

  • Черного тела закон кирхгофа Черного тела закон кирхгофа Введем некоторые характеристики теплового излучения. Поток энергии (любых частот), испускаемый единицей поверхности излучающего тела в единицу времени во всех направлениях (в пределах телесного угла […]
  • Пуазейля закон Пуазейля закон МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА ОСНОВЫ МЕХАНИКИ СПЛОШНЫХ СРЕД 6.10. Формула Пуазейля . Течение жидкости по трубе При течении вязкой несжимаемой жидкости по цилиндрической трубе радиуса R линии тока ее […]
  • Что такое развод по библии Что такое развод по библии "Кто разведется с женою своею. " Продолжая Нагорную проповедь, Иисус Христос провозгласил: “Сказано также, что если кто разведется с женою своею, пусть даст ей разводную. А Я говорю вам: кто разводится с […]
  • Таможенные органы Их система задачи полномочия Таможенные органы Их система задачи полномочия §1. Понятие, задачи и система таможенных органов Таможенные органы - одни из старейших правоохранительных органов, история возникновения и развития которых неразрывно связана с […]
  • Вопросы юристу по военной ипотеке Задайте вопрос юристу Мы консультируем военнослужащих по юридическим вопросам. Помогаем понять, защитить и использовать свои права для получения законных льгот. Находим действующее решение проблем в соответствии с законодательством. […]
  • Ип на енвд налоги отчетность Ип на енвд налоги отчетность 11 августа 2018 Отчетность ИП на ЕНВД 2018 (без наемных работников) Для того чтобы перейти на «вмененку», нужно подать в инспекцию заявление в срок не позднее пяти дней, со дня фактического начала […]