Мультимедийные лекции по физике Постоянный ток Тема

Мультимедийные лекции по физике Постоянный ток

Тема 2. Работа и мощность электрического тока План лекции 2. 1. Работа и мощность электрического тока. 2. 2. КПД источника тока. 2. 3. Закон Джоуля – Ленца в интегральной и дифференциальной формах.

2. 1. Работа и мощность электрического тока В однородном проводнике силы электрического поля переносят заряд q с одного конца проводника на другой, совершая при этом работу: Заменив , получим формулу для работы тока в виде A= IUt Учитывая закон Ома, получим другие формулы для работы тока.

Мощность тока (Р) равна работе тока, совершённой за единицу времени: Тогда

Мощность электрического тока на участке цепи пропорциональна квадрату силы тока и сопротивлению участка. Работа тока измеряется в Дж (джоулях). Мощность тока измеряется в Вт (ваттах). Работа тока равна энергии тока. Электрическую энергию принято измерять в к. Вт-час. 1 к. Вт-час = 3, 6 106 Дж

2. 2. КПД источника тока, включённого в замкнутую электрическую цепь, равен отношению полезной мощности к затраченной мощности: Полезная мощность выделяется на внешнем сопротивлении R. Затраченная мощность выделяется во всей цепи, сопротивление которой (R + r).

Зависимость КПД источника тока от внешнего сопротивления R

Полезная мощность Рассмотрим замкнутую электрическую цепь. Запишем закон Ома и полезную мощность, выделенную на внешнем сопротивлении R.

Из системы двух уравнений можно получить формулу: Зависимость полезной мощности от величины внешнего сопротивления имеет сложный характер.

Исследуем функцию Р(R) на экстремум: Максимальная мощность во внешней цепи выделяется при условии, что сопротивление внешней цепи равно внутреннему сопротивлению источника тока.

Обратим внимание, что при условии R = r КПД источника тока равен всего 0, 5. Это означает, что только половина мощности, развиваемой источником тока, выделяется во внешней цепи. Остальная же мощность идет на нагревание самого источника тока. Сравнительные графики

Обратимся снова к системе уравнений: 1) 2) Из второго уравнения выделим R и подставим в первое уравнение. Тогда получим квадратное уравнение относительно силы тока:

Графиком зависимости полезной мощности от силы тока является парабола. РПОЛ I

2. 3. Закон Джоуля – Ленца в интегральной и дифференциальной формах. В неподвижном проводнике, по которому течет ток, выделяющаяся в проводнике энергия отдается в окружающую среду в форме тепла. Выделение тепла при прохождении тока по проводнику происходит за счет работы тока: Q = A.

Дж. Джоуль (Англия) и Э. X. Ленц (Россия) установили экспериментальный закон, согласно которому количество выделенного тепла на однородном участке электрической цепи определяется формулой: Закон Джоуля - Ленца: количество тепла, выделенного в проводнике при прохождении тока, пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока.

При непостоянном токе количество тепла рассчитывается через интегрирование выражения: Все записанные формулы выражают закон Джоуля – Ленца в интегральной форме. Перейдём к дифференциальной форме записи этого закона.

Подставим в формулу закона Джоуля – Ленца соответствующие формулы для силы тока и сопротивления: Е – напряжённость электрического поля в проводнике; - проводимость; - объём проводника.

Получим Введём новое понятие – плотность тепловой мощности. Плотность тепловой мощности тока (или удельная тепловая мощность): - равна количеству тепла, выделяемого единицей объема проводника за единицу времени; - измеряется в Вт/м 3.

Закон Джоуля – Ленца в дифференциальной форме запишется как Формулировка закона: плотность тепловой мощности тока в данной точке проводника пропорциональна квадрату напряженности электрического поля в этой же точке. w E