Постоянный электрический ток

Работа и мощность тока. Закон Джоуля–Ленца

Пёрышкин «Физика 8», §50–53

Работа и мощность

Работа тока — это энергия, которую он передал участку цепи. Мощность — та же работа за секунду.

A = U I t, \qquad P = U I

через закон Ома:

P = I^2 R = \dfrac{U^2}{R}

Какую форму выбирать в задаче3

Если участки соединены последовательно (ток общий) — удобна форма $P = I^2 R$ : больше греется тот, у кого больше сопротивление.

Если параллельно (напряжение общее) — удобна $P = U^2/R$ : больше греется тот, у кого сопротивление меньше.

Эти два вывода противоположны, и именно на них строят задачи-ловушки.

Закон Джоуля–Ленца

Вся работа тока на участке с сопротивлением переходит в теплоту.

Q = I^2 R t

теплота растёт как квадрат тока — вдвое больший ток даёт вчетверо больше тепла

Как это проверяют на опыте3

Спираль опускают в калориметр с водой, включают ток, засекают время секундомером, меряют силу тока амперметром и напряжение вольтметром.

Считают теплоту двумя способами: электрически как $I^2Rt$ и калориметрически как $cm\Delta t$ . Числа сходятся — значит вся работа тока действительно ушла в теплоту.

На квадратичной зависимости построена защита: предохранитель и автомат срабатывают именно при превышении тока, а не напряжения.

⚗

Опыт в Физлабе

Джоуль–Ленц через калориметр

Спираль в воде, оба расчёта считаются рядом и сходятся.

Открыть опыт

Разобранные примеры

Через лампу течёт ток

0{,}5

А при напряжении

220

В. Найди мощность.разбор

$P = UI = 220 \cdot 0{,}5$ .
$P = 110$ Вт.

Ответ:

110

Вт

Сколько теплоты выделит резистор

10

Ом за

2

минуты при токе

2

А?разбор

Переводим время: $2$ мин $= 120$ с.
Закон Джоуля–Ленца: $Q = I^2 R t = 4 \cdot 10 \cdot 120$ .
$Q = 4800$ Дж $= 4{,}8$ кДж.

Ответ:

4{,}8

кДж

Закон Ома. Соединения пров…Магнитное поле. Опыт Эрстеда