☰ Содержание · Физика

Закон Джоуля–Ленца и КПД

Уроки 34–35 · 2 урока · П. К. Хабибуллаев, А. Бойдедаев, А. Д. Бахромов, Ж. Э. Усаров, К. Т. Суяров, М. К. Юлдашева. Физика: учебник для 8 класса общеобразовательных школ, переработанное и дополненное 3-е издание. Творческий издательско-полиграфический дом «O‘qituvchi», Ташкент, 2019
34

Нагревание проводников электрическим током

Учебник: с. 97–99
ЦельЗнай закон Джоуля–Ленца Q = I²Rt и используй его для расчёта теплового действия тока.
Новые слова
закон Джоуля–Ленца · Joul–Lens qonuniколичество теплоты · issiqlik miqdoriтепловое действие тока · tokning issiqlik ta’siriнагревательная спираль · qizdirgich spirali
Объяснение

Когда течёт ток, проводник нагревается, потому что движущиеся заряды передают часть своей энергии веществу проводника. Согласно закону, независимо открытому английским физиком Джоулем и русским физиком Ленцем, количество теплоты, выделяющееся в проводнике, прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению и времени: Q = I²Rt. Если вся работа тока превращается в теплоту, Q = A, поэтому верно и Q = IUt = U²t/R. Количество теплоты измеряют в джоулях. При последовательном соединении сила тока одинакова, поэтому больше теплоты выделяется в проводнике с большим сопротивлением; при параллельном (напряжение одинаково) больше выделяется в проводнике с меньшим сопротивлением. Поэтому соединительные провода остаются холодными, а нагревательная спираль раскаляется докрасна. Нагреватели могут стать причиной пожара: не пользуйся ими без присмотра взрослых.

Примеры
R = 10 Ом, I = 3 А, t = 20 с: Q = I²Rt = 9 · 10 · 20 = 1800 Дж.
Спираль при U = 24 В с R = 6 Ом, t = 1 мин = 60 с: Q = U²t/R = 576 · 60 : 6 = 5760 Дж.
Работа в классе

Составь в тетради таблицу: для двух проводников, соединённых последовательно (R₁ = 2 Ом, R₂ = 8 Ом, I = 1 А, t = 10 с), вычисли Q₁ и Q₂ и сделай вывод, какой из них нагревается сильнее. Ничего не подключай к току.

Упражнения
1
Сформулируй закон Джоуля–Ленца и запиши его формулу.
2
R = 5 Ом, I = 4 А, t = 30 с. Q в Дж?
3
U = 12 В, R = 4 Ом, t = 10 с. Q = U²t/R в Дж?
4
Почему нить лампы нагревается намного сильнее, чем соединительные провода, хотя сила тока одна и та же?