1-й семестр
ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ ЯВИЩА
2. Електричний струм
Урок 19/25
Тема. Робота й потужність електричного струму
Мета уроку: з’ясувати характер залежності між енергією, що виділяється на ділянці кола, електричним струмом та опором цієї ділянки кола.
Тип уроку: комбінований урок.
План уроку
Контроль знань | 12 хв. | Самостійна робота № 9 “Обчислення електричних кіл” |
Демонстрації | 5 хв. | 1. Механічна 2. Вимірювання потужності в електричному колі за допомогою амперметра і вольтметра |
Вивчення нового матеріалу | 20 хв. | 1. Робота електричного струму. 2. Обчислення роботи електричного струму. 3. Потужність електричного струму. 4. Вимірювання роботи й потужності електричного струму |
Закріплення вивченого матеріалу | 8 хв. | 1. Контрольні питання. 2. Учимося розв’язувати задачі |
ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ
1. Робота електричного струму
Як відомо, робота характеризує зміну енергії
Робота електричного струму також характеризує процес перетворення енергії одного виду (енергії електричного поля) в енергію іншого виду (внутрішню енергію тіл, у механічну й інші види енергії).
При введенні поняття роботи електричного струму можна скористатися дослідами, що безпосередньо демонструють механічну роботу електричного струму (підйом вантажу електродвигуном). Для демонстрації збирають установку з електродвигуна, послідовно з яким вмикають реостат і демонстраційний амперметр.
Учні на досліді бачать, що електричний струм виконує роботу, отже, електрична енергія перетворюється на механічну.
Щоб установити, від чого залежить робота електричного струму, скористаємося установкою з лампою накалювання. Змінюючи опір реостата, демонструємо різне світіння лампи. Помічаємо значення сили струму й напругу в цих випадках. Очевидно, чим яскравіше світиться лампа, тим більше виділяється в ній енергії і, отже, тим більшу роботу виконує електричний струм. Звертаємо увагу, що саме цьому випадку відповідають і великі значення сили струму й напруги.
2. Обчислення роботи електричного струму
Дослід дає можливість якісно установити:
O Робота електричного струму A пропорційна силі струму І, напрузі U і часу t.
A = IUt.
Формула роботи може бути отримана і з відомого учням визначення напруги: U = A/q. З цієї формули одержуємо:
A = qU = IUt.
За одиницю роботи електричного струму в СІ прийнятий джоуль.
O Один джоуль дорівнює роботі, що виконується електричним струмом силою 1 А за напруги 1 В протягом 1 с.
1 Дж = 1 В – 1 А – 1 с.
3. Потужність електричного струму
З поняттям потужності учні вже зустрічалися при вивченні механіки. Тому спочатку можна повторити визначення потужності й одиниці її виміру.
Фізичну величину, що характеризує швидкість виконання роботи, називають потужністю.
У споживачах електричної енергії струм виконує роботу, швидкість виконання якої залежить від виду споживача і напруги, що подається до нього.
O Потужність електричного струму – це фізична величина, що характеризує швидкість виконання електричним струмом роботи, і дорівнює відношенню роботи A до часу t, за який ця робота була виконана.
За одиницю потужності в СІ прийнятий ват (Вт):
1 Вт = 1 В – 1 А.
4. Вимірювання роботи й потужності електричного струму
З формули для обчислення роботи сили струму випливає, що для вимірювання роботи достатньо виміряти силу струму в колі, напругу на ділянці кола, час протікання струму. Таким чином, для вимірювання роботи струму необхідні такі прилади: амперметр, вольтметр і секундомір.
На рисунку показана схема для вимірювання роботи струму:
Такі виміри ми називаємо непрямими. Але існують прилади прямого вимірювання роботи струму – лічильники електричної енергії, що встановлюються скрізь, де використовується електрична енергія: у квартирах, офісах, навчальних і виробничих установах.
Для вимірювання потужності електричного струму використовуються ватметри, що враховують напругу та силу струму. Виміряти потужність можна і за допомогою вольтметра й амперметра. Щоб обчислити шукану потужність, множать напругу на силу струму, знайдені за показниками приладів.
З формули A = P – t можна одержати широко застосовувані в побуті одиниці виміру електричної енергії – кіловат-годину:
Питання до учнів у ході викладу нового матеріалу
– Що розуміють під поняттям механічної енергії і роботи?
– Які спостереження показують, що електричний струм може виконати роботу?
– Які перетворення енергії відбуваються в зовнішній ділянці електричного кола?
– Що розуміють під поняттям механічної потужності?
– Які ви знаєте одиниці потужності й роботи, що використовуються в електриці?
ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ
1. Якісні питання
1) Одна електрична лампа ввімкнена в мережу напругою 127 В, а інша – у мережу з напругою 220 В. У якій лампі при проходженні 1 Кл відбувається більша робота?
2) Чому під час роботі на верстаті із затупленим інструментом збільшується витрата електроенергії?
3) Збільшиться чи зменшиться споживана ялинковою гірляндою потужність, якщо зменшити кількість лампочок на одну?
2. Учимося розв’язувати задачі
1) Два резистори мають опори по 1 Ом. Яка буде потужність струму, якщо підключити до джерела постійної напруги 1 В один резистор? Два резистори паралельно? Два резистори послідовно?
2) Яку роботу виконає електричний струм у лампочці кишенькового ліхтаря за 10 хвилин, якщо напруга 4 В, а сила струму 250 мА?
3) При переміщенні заряду 50 Кл по провіднику виконана робота 200 Дж. Визначити час проходження струму й потужність.
4). Визначте ККД електричного двигуна, що за напруги 220 В і сили струму 2 А за 30 с піднімає вантаж масою 100 кг на висоту 10 м.
Розв’язок
За визначенням, ККД – це відношення корисної роботи до витраченої: 
Корисна робота дорівнює Ак = mgh, витрачена робота – Ав = UIt. Тоді
Звідки
Що ми дізналися на уроці
– Робота електричного струму на ділянці кола дорівнює добутку напруги на кінцях цієї ділянки на силу струму і на час, протягом якого відбувалася робота.
А = IUt.
1 Дж = 1 В – 1 А – 1 с.
– Потужність електричного струму дорівнює добутку напруги на силу струму.
P = IU
1 Вт = 1 В – 1 А.
Домашнє завдання
1. Підр.: §§ 15.
2. Зб.:
Рів1 – № 10.1; 10.2; 10.3; 10.11; 10.12.
Рів2 – № 10.21; 10.22; 10.23; 10.25, 10.27.
Рів3 – № 10.36, 10.38; 10.39; 10.40; 10.42.
(2 votes, average: 3,50 out of 5)