3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Чему равна работа электрического тока если через электрическую лампочку

Самостоятельная работа №20. РАБОТА ТОКА

Начальный уровень

1. Напряжение на концах электрической цепи 1 В. Ка­кую работу совершит в ней электрический ток в тече­ние 1с при силе тока 1 А?

2. Две одинаковые лампочки, рассчитанные на напря­жение 6,3 В, включены в электрическую цепь. Одна лампочка светила 1 мин, другая — 2 мин. В какой лампочке работа электрического тока была больше?

3. Одна электрическая лампа включена в сеть напря­жением 127 В, а другая — в сеть напряжением 220 В. В какой лампе при прохождении 1 Кл совер­шается большая работа?

4. Одна электрическая лампа включена в сеть напря­жением 127 В, а другая — в сеть напряжением 220 В. Через какую лампу должно пройти большее количество электричества, чтобы работа тока была одинаковой в обеих лампах?

5. Докажите, что 1 Втּч = 3600 Дж.

6. Как на практике можно определить работу электриче­ского тока в цепи? Какие для этого нужны приборы?

Средний уровень

1. По проводнику, к концам которого приложено на­пряжение 5 В, прошло 100 Кл электричества. Опре­делите работу тока.

2. При прохождении через проводник 40 Кл электриче­ства током была совершена работа 200 Дж. Какое напряжение было приложено к этому проводнику?

3. Электрическая лампочка включена в цепь напряже­нием 10 В. Током была совершена работа 150 Дж. Какое количество электричества прошло через нить накала лампочки?

4. Через раствор азотнокислого серебра прошло 240 Кл электричества при напряжении на электродах 5 В. Чему равна работа, совершенная током?

5. Лампочка включена в сеть напряжением 110 В. Ка­кое количество электричества прошло через нить на­кала лампочки, если работа тока 220 Дж?

6. Определите работу тока, если через проводник, нахо­дящийся под напряжением 30 В, прошло 75 Кл электричества.

Достаточный уровень

1. Какую работу совершит ток силой 3 А за 10 мин при напряжении в цепи 15 В?

2. В лампочке карманного фонаря сила тока равна 0,2 А. Вычислите электрическую энергию, получае­мую лампочкой за каждые 2 мин, если напряжение на лампочке составляет 3,6 В.

3. В электроприборе за 45 мин током 5 А совершена ра­бота 162 кДж. Определите сопротивление прибора.

4. К источнику тока напряжением 120 В поочередно присоединяли на одно и то же время проводники со­противлением 20 Ом и 40 Ом. В каком случае работа электрического тока была меньше и во сколько раз?

5. Какова сила тока в лампе велосипедного фонаря, ес­ли при напряжении 4 В в ней за 1 с расходуется 0,8 Дж электроэнергии?

6. Сила тока в электролампе прожектора 2 А. Как ве­лико напряжение, подведенное к прожектору, если он потребляет 45,6 кДж за 1 мин?

Высокий уровень

1. Подъемный кран поднял на высоту 12 м шеститон­ный груз в течение 2 мин. Как велик КПД крана, ес­ли сила тока в цепи его электродвигателя была равна во время подъема груза 51 А при напряжении 380 В?

2. Трамвай развивает скорость 20 м/с при силе тяги электродвигателя, равной 1,2 кН. Напряжение в кон­тактной цепи 600 В, сила тока в двигателе 50 А. Ка­ков КПД электродвигателя трамвая?

3. Башенный кран равномерно поднимает груз массой 0,5 т на высоту 30 м за 2 мин. Сила тока в электродви­гателе равна 16,5 А при напряжении 220 В. Опреде­лите КПД электродвигателя крана.

4. Троллейбус движется равномерно со скоростью 10 м/с. Найдите силу тяги двигателя троллейбуса, если при КПД, равном 80 %, и напряжении в контактной цепи 550 В по обмотке двигателя течет ток силой 50А.

5. Транспортер поднимает за время 1 мин груз массой 300 кг на высоту 8 м. КПД транспортера 60 %. Опре­делите силу тока через электродвигатель транспорте­ра, если напряжение в сети 380 В.

6. Каков КПД электродвигателя, который за 20 с под­нимает груз массой 150 кг на высоту 12 м? Напряжение в электрической сети 380 В, сила тока через двигатель 4 А.

Самостоятельная работа №21. МОЩНОСТЬ ТОКА

Начальный уровень

1. Какие вы знаете единицы мощности и работы, ис­пользуемые в электричестве?

2. Чему равна мощность тока в проводнике, если за 1 с электрическим током совершена работа 1 Дж?

3. Имеются две лампы мощностью 60 Вт и 100 Вт, рас­считанные на напряжение 220 В. Какая из них будет гореть ярче при включении в осветительную сеть?

4. В квартире в течение часа горели две электрические лампы. Мощность первой лампы 75 Вт, второй — 100Вт. В какой из ламп расход электроэнергии боль­ший?

5. Две электрические лампы, мощность которых 40 Вт и 80 Вт, рассчитаны на одно и то же напряжение. Сравните нити накала обеих ламп.

Читать еще:  Почему моргает светодиодная лампочка с проходным выключателем

6. Какими приборами и как можно измерить мощность электрического тока на каком-либо участке цепи?

Средний уровень

1. Электродвигатель, включенный в сеть работал 6 ч. Расход энергии при этом составил 3240 кДж. Какова мощность электродвигателя?

2. Напряжение на зажимах генератора 380 В, а сила то­ка в цепи 5 А. Определите мощность генератора.

3. Вычислите работу, совершенную за 10 мин током мощностью 25 Вт.

4. Мощность, потребляемая из сети электрокамином, рав­на 0,98 кВт, а сила тока в его цепи 7,7 А. Определите величину напряжения на зажимах электрокамина.

5. Вычислите силу тока в обмотке электрического утю­га, если известно, что при включении в розетку с напряжением 127 В он потребляет мощность 310 Вт.

6. Лампа работает под напряжением 6,3 В при силе то­ка 0,5 А. Определите мощность этой лампы.

Достаточный уровень

1. Определите мощность тока в электрической лампе, включенной в сеть напряжением 220 В, если извест­но, что сопротивление нити накала лампы 484 Ом.

2. Во сколько раз сопротивление лампы, рассчитанной на напряжение 220 В, должно быть больше сопротивления лампы такой же мощности, рассчитанной на 127 В?

3. Две лампы мощностью 90 Вт и 40 Вт включены па­раллельно в сеть с напряжением 220 В. Определите сопротивление каждой лампы и ток, протекающий через каждую лампу.

4. Лампа, рассчитанная на напряжение 127 В, потреб­ляет мощность 50 Вт. Какое дополнительное сопротивление нужно присоединить к лампе, чтобы вклю­чить ее в сеть с напряжением 220 В?

5. Сравните мощность тока в двух проводниках сопро­тивлением 50 Ом и 10 Ом, если они соединены: а) параллельно; б) последовательно. Напряжение на кон­цах цепи в обоих случаях одинаково.

6. Из какого материала изготовлена спираль нагрева­тельного элемента, мощность которого 480 Вт, если его длина равна 16 м, сечение 0,24 мм 2 и напряже­ние в сети 120 В?

Высокий уровень

1. Шесть одинаковых ламп последовательно включены в сеть с напряжением 42 В. Мощность каждой из ламп 20 Вт. На сколько изменится общая потребляе­мая мощность, если одну из ламп заменить новой, на которой написано «9В, 12 Вт»?

2. Четыре лампы мощностью по 25 Вт, включенные по­следовательно в сеть с напряжением 36 В, горят нормальным накалом. Последовательно с лампами включен реостат. При каком сопротивлении реостата потребляемая мощность уменьшится вдвое?

3. Две лампы мощностью 40 Вт и 60 Вт, рассчитанные на одинаковое напряжение, включены в сеть с тем же напряжением последовательно. Какие мощности они потребляют?

4. Елочная гирлянда, включенная в сеть с напряжени­ем 220 В, состоит из одинаковых лампочек, на кото­рых написано «4В, 2 Вт». Какую мощность потреб­ляет эта гирлянда при нормальном накале ламп? Ес­ли лампочка перегорает, количество лампочек в гир­лянде уменьшают. Какую мощность будет потреблять гирлянда после того, как перегорят пять лампочек? Во сколько раз изменится мощность, потребляемая каждой лампочкой?

5. Если подключить два резистора последовательно к источнику постоянного напряжения, потребляемая в цепи мощность составит 4 Вт; если те же резисторы подключить к этому источнику параллельно, будет потребляться мощность 18 Вт. Какая мощность будет выделяться в каждом из резисторов, если их поочеред­но подключить к тому же источнику напряжения?

6. В электрическом самоваре мощностью 600 Вт и элек­трическом чайнике мощностью 300 Вт при включении в сеть напряжением 220 В, на которое они рассчитаны, вода закипает одновременно через 20 мин. Через сколь­ко времени закипит вода в самоваре и чайнике, если их соединить последовательно и включить в сеть?

Чему равна работа электрического тока если через электрическую лампочку

Каждый день мы пользуемся электрическими бытовыми приборами и не раз замечали, что во время работы они нагреваются независимо от того, включены ли они в сеть или питаются от аккумулятора. С чем это связано?

ЭНЕРГИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

Электрический ток, протекая по проводнику, вызывает его нагревание. Причина нагревания проводников электрическим током состоит в том, что свободные электроны в металлах (или ионы в растворах или расплавах электролитов), двигаясь под действием электрических сил, взаимодействуют с ионами (атомами) вещества проводника. В результате этого взаимодействия часть кинетической энергии движущихся электронов или ионов передаётся ионам кристаллической решётки. Это приводит к увеличению внутренней энергии проводника, т. е. увеличению его температуры. Энергию движущихся электрических зарядов принято называть энергией электрического тока или электрической энергией.

РАБОТА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

Электрические силы в проводнике совершают работу по переносу заряда. Напряжение на участке цепи есть не что иное, как отношение работы А электрических сил по переносу положительного заряда q к значению этого заряда: U = A/q

Читать еще:  Моргают ли светодиодные лампы если выключатель с подсветкой

Зная напряжение между концами проводника и перемещённый заряд, можно записать эту работу как А = qU.

Значение перемещённого заряда q за время t можно получить, зная силу тока в цепи I: q = It.

Следовательно, А = Ult.

Работу электрического поля называют работой тока. Работа электрического тока на участке цепи равна произведению напряжения на концах этого участка на силу тока и на время, в течение которого протекал ток. Работа электрического тока показывает, сколько электрической энергии превратилось в другие виды энергии.

Например, нагревание металлического проводника, поворот рамки с током — это примеры работы электрического тока, когда электрическая энергия превращается в другой вид энергии (внутреннюю, механическую и т. д.).

Единицей работы является джоуль (1 Дж). 1 Дж = 1 В • 1 А • 1 с.

Электрическая энергия, используемая потребителями тока, измеряется работой тока в этих потребителях. Для учёта совершённой работы служат счётчики — специальные устройства, сочетающие в себе три прибора: амперметр, вольтметр и часы.

Внутри счётчика имеется небольшой электродвигатель, диск которого начинает вращаться, если через счётчик проходит ток. При этом скорость вращения диска пропорциональна силе тока и напряжению. Количество оборотов диска подсчитывается счётным механизмом. Затраты электроэнергии в конечном счёте и определяются числом оборотов диска.

ЗАКОН ДЖОУЛЯ-ЛЕНЦА

Если на участке цепи, по которому протекает электрический ток, не совершается механическая работа и не происходят химические превращения вещества, то работа электрического тока приводит только к нагреванию проводника, т. е. при протекании тока по проводнику происходит превращение электрической энергии в тепловую. При этом по закону сохранения энергии количество теплоты Q, выделяемое проводником с током, будет равно работе электрического тока А: Q = А.

Известно, что А = Ult, тогда и Q = Ult. Учитывая закон Ома U = IR, получаем Q = IRIt, или Q = PRt.

Количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления и времени его протекания.

Этот закон был экспериментально установлен английским учёным Джеймсом Джоулем и независимо от него российским учёным Эмилием Ленцем, поэтому носит название закона Джоуля—Ленца.

Работа электрического тока: что это такое, формулы, примеры задач

В этой статье я объясню, что такое работа электрического тока, какие единицы измерения для нее используются и какие важные формулы необходимо знать.

Что такое работа электрического тока?

Давайте рассмотрим обычную батарейку. По сути, батарейка преобразует химическую энергию в электрическую энергию электронов. Если теперь подключить её в электрическую цепь, то электроны могут совершать работу, используя свою электрическую энергию, например, зажигать лампочку.

Если вы хотите узнать, сколько электрической энергии было преобразовано в другой вид энергии, то вам нужно рассчитать работу электрического тока.

Определение понятия «электрическая работа» и её единицы измерения.

Работа электрического тока [A] позволяет определить, сколько электрической энергии было или может быть преобразовано в другие виды энергии.

Когда вы рассчитываете работу электрического тока, вы знаете, сколько электрической энергии было преобразовано в другие формы энергии. А уже какие другие формы энергии могут быть — это зависит от ситуации (несколько примеров в списке ниже):

  • Ваш тостер преобразует электрическую энергию в тепловую;
  • Когда вы включаете лампочку, электрическая энергия преобразуется в световую;
  • Электродвигатель преобразует электрическую энергию в механическую.

Единицей измерения работы электрического тока в СИ является Джоуль [Дж], также часто используется в качестве единицы измерения Ватт-секунда [Вт·с]. Один джоуль всегда соответствует одной ватт-секунде. То есть 1 Дж = 1 Вт·с .

Другой важной единицей измерения является киловатт-час [кВт·ч]. Один киловатт-час равен 3 600 000 ватт-секунд или джоулей.

1 кВт·ч = 1 * 10 3 Вт·ч = 1 * 10 3 * 3600 Вт·с = 3,6 * 10 6 Вт·с = 3,6 * 10 6 Дж.

Полезный факт: а вы знали, что именно электрическую работу измеряют электросчётчики установленные в наших домах и квартирах! Электросчётчики измеряют работу электрического тока в кВт·ч.

По какой формуле вычисляется работа электрического тока?

Если вы на каком-либо участке электрической цепи под действием электрического напряжения U привели в движение заряд q, то вы можете рассчитать электрическую работу A как напряжение U, приложенное на концах этого участка цепи, умноженное на электрический заряд q, который прошёл по нему, то есть: A = U * q .

Зная, что электрический заряд, прошедший по участку цепи, можно определить, измерив силу тока и время его прохождения: q = I * t. Тогда электрическую работу A [Дж] можно определить как напряжение U [В], умноженное на силу тока I [А] и умноженное на время t [с], то есть: A = U * I * q .

Работа электрического тока на участке цепи равна произведению напряжения на концах этого участка на силу тока и на время, в течение которого совершалась работа.

Чуть ниже в статье мы разберем два практических примера, которые покажут применение данных формул. Однако перед этим мы кратко рассмотрим еще несколько важных формул.

Читать еще:  Две лампы три провода подключение

Примечание: Вы обязательно должны запомнить первые две формулы. Следующие ниже формулы менее важны, но могут быть полезны для вас при решении тех или иных задач.

Другие формулы для определения работы электрического тока.

Закон Ома для участка цепи связывает напряжение U и ток I. Это позволяет нам рассчитать электрическую работу A другим способом.

Итак, согласно закона Ома, U = I * R или I = U / R , где R — это электрическое сопротивление.

Тогда вы можете подставить эти формулы в A = U * I * t. В итоге получатся другие формулы для нахождения работы электрического тока:

  • A = I 2 * R * t ;
  • A = (U 2 * t ) / R .

Примеры задач

У вас есть батарея, подающая постоянное напряжение 12 В и ток 2,3 А. Вы используете эту батарею для освещения лампочки в течение 1 часа. Теперь вы хотите знать, какая работа электрического тока была произведена.

Мы знаем формулу для определения работы электрического тока: A = U * I * q, тогда получаем:

A = 12 В * 2,3 А * 1 ч = 27,6 Вт·ч .

Чтобы дать вам представление о единицах измерения, давайте переведем результат в ватт-секунды и джоули

27,6 Вт·ч = 27,6 * 3600 Вт·с = 99360 Вт·с = 99360 Дж.

У вас есть батарейка с напряжением 5 В. Эта батарейка совершает электрическую работу в 10*10 -2 Вт·с. Нам нужно рассчитать рассчитать количество электрического заряда q, перемещенного между полюсами батареи.

Мы знаем формулу для определения работы электрического тока: A = U * q, тогда q = A / U. Подставляя значения в формулу получаем:

Формула мощности тока

Электрический ток, на каком угодно участке цепи совершает некоторую работу (А). Допустим, что у нас есть произвольный участок цепи (рис.1) между концами которого имеется напряжение U.

Работа, которая выполняется при перемещении заряда равного 1 Кл между точками A и B (рис.1) будет равна U. В том случае, если через проводник протекает ток силой I за время равное $Delta t$ по указанному выше участку пройдет заряд (q) равный:

Следовательно, работа, которую совершает электрический ток на данном участке, равна:

$$A=U cdot I cdot Delta t(2)$$

Надо отметить, что выражение (2) является справедливым при I=const для любого участка цепи (в таком участке могут содержаться проводники 1–го и 2–го рода).

Определение и формула мощности тока

Мощность тока – есть работа тока в единицу времени:

Формулой для вычисления мощности можно считать выражение:

В том случае, если участок цепи содержит источник тока, то формулу мощности можно представить в виде:

$$P=left(varphi_<1>-varphi_<2>right) I+varepsilon I$$

где $left(varphi_<1>-varphi_<2>right)$ – разность потенциалов, $varepsilon$ – ЭДС источника, который включен в цепь.

Выражение (5) является интегральной записью. Это выражение можно представить в дифференциальной форме, если использовать понятие удельной мощности ($P_=frac$ – мощность, развиваемая током в единице объема проводника):

где j – плотность тока, $rho$ – удельное сопротивление.

Единицы измерения мощности тока

Основной единицей измерения мощности тока (как и мощности вообще) в системе СИ является: [P]=Вт=Дж/с.

Выражение (4) применяют в системе СИ для того, чтобы дать определение единицы напряжения. Так, единицей напряжения (U) является вольт (В), который равен: 1 В= (1 Вт)/(1 А).

Вольтом называют электрическое напряжение, которое порождает в электроцепи постоянный ток силы 1 А при мощности 1 Вт.

Примеры решения задач

Задание. Какой должна быть сила тока, которая течет через обмотку электрического мотора для того, чтобы полезная мощность двигателя (PA) стала максимальной?Какова максимальная полезная мощность? Если двигатель постоянного тока подключен к напряжению U, сопротивление обмотки якоря – R.

Решение. Мощность, которую потребляет электроприбор, идет на нагревание (PQ) и совершение работы (PA):

Мощность, идущую на нагревание можно рассчитать как:

Потребляемую мощность найдем как:

Выразим $P_A$ из (1.1) и используем (1.2) и (1.3):

Для нахождения экстремума функции, которая представлена в выражении (1.4) найдем производную $frac$ и приравняем ее к нулю:

Найдем максимальную полезную мощность,используя выражение (1.4) и Imax:

Формула мощности тока не по зубам? Тебе ответит эксперт через 10 минут!

Задание. Электрические лампочкис мощностями P1 и P2 номинальным напряжением U1=U2 соединяют последовательно (рис.2) и включают в сеть с постоянным напряжением U. Какова мощность, потребляемая первой лампочкой P1 * ).

Решение. Лампочки по условию задачи соединены последовательно, значит сила тока, текущая через лампочки одинакова, а падение напряжения на каждой из лампочек зависит от их сопротивлений. Искомую мощность можно найти как:

Сопротивления лампочек можно найти из данных в условиях номинальных мощностей:

Силу тока можно найти по закону Ома, учитывая, что лампочки соединены последовательно:

Решая уравнения (2.1) – (2.3) совместно получим:

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector