Lekce Práce a výkon elektrického proudu – UchMet

Když proud protéká rovnoměrnou částí obvodu, elektrické pole vykonává práci. Během času Δ protéká obvodem náboj o velikosti Δ = Δ. Elektrické pole na vybrané části vykonává práci.

kde = Δφ₁₂ – napětí. Tato práce se nazývá práce elektrického proudu.

Pokud obě strany vzorce

Vyjádření Ohmova zákona pro homogenní část obvodu s odporem , vynásobení Δ, pak dostaneme poměr

Tento vztah vyjadřuje zákon zachování energie pro homogenní úsek řetězce.

Práce Δ elektrického proudu protékajícího nehybným vodičem s odporem se přemění na teplo Δ uvolněné na vodiči.

Zákon přeměny práce proudu na teplo byl experimentálně stanoven nezávisle na sobě J. Joulem a E. Lenzem a nazývá se Jouleův-Lenzův zákon.

Výkon elektrického proudu se rovná poměru práce proudu Δ k časovému intervalu Δ, během kterého byla tato práce vykonána:

Práce elektrického proudu v SI je vyjádřena v joulech (J), výkon – ve wattech (W).

Uvažujme nyní kompletní stejnosměrný obvod sestávající ze zdroje s elektromotorickou silou a vnitřním odporem a vnější homogenní části s odporem . Ohmův zákon pro kompletní obvod se zapisuje jako

Vynásobením obou částí tohoto vzorce Δ = Δ získáme vztah vyjadřující zákon zachování energie pro úplný stejnosměrný obvod:

První člen na levé straně Δ = 2 Δ je teplo uvolněné ve vnější části obvodu během času Δ, druhý člen Δ_ist = 2 Δ – teplo uvolněné uvnitř zdroje během stejného času.

Výraz Δ se rovná práci vnějších sil Δ_umění., působící uvnitř zdroje.

Když elektrický proud protéká uzavřeným obvodem, je práce vykonaná vnějšími silami Δ_umění. se přeměňuje na teplo uvolněné ve vnějším obvodu (Δ) a uvnitř zdroje (Δ_ist).

Je třeba poznamenat, že tento vztah nezahrnuje práci elektrického pole. Když proud protéká uzavřeným obvodem, elektrické pole nevykonává žádnou práci; teplo je proto produkováno pouze vnějšími silami působícími uvnitř zdroje. Role elektrického pole se omezuje na přerozdělení tepla mezi různými částmi obvodu.

Vnější obvod může být nejen vodič s odporem, ale také nějaké zařízení, které spotřebovává energii, například stejnosměrný elektromotor. V tomto případě je nutné chápat ekvivalentní odpor zátěže. Energie uvolněná ve vnějším obvodu může být částečně nebo úplně přeměněna nejen na teplo, ale také na jiné druhy energie, například na mechanickou práci vykonávanou elektromotorem. Proto má otázka využití energie zdroje proudu velký praktický význam.

Celkový výkon zdroje, tj. práce vykonaná vnějšími silami za jednotku času, se rovná

Energie se uvolňuje ve vnějším obvodu
Vztah je rovnocenný
se nazývá účinnost zdroje.

Na Obr. 1.11.1 graficky znázorňuje závislosti výkonu zdroje _ist, užitečný výkon uvolněný ve vnějším obvodu a účinnost η z proudu v obvodu pro zdroj s elektromotorickým silou rovným a vnitřním odporem . Proud v obvodu se může měnit v rozsahu od = 0 (při ) do (při = 0).

Závislost na výkonu zdroje _ist, výkon ve vnějším obvodu a účinnost zdroje η z velikosti proudu

Z výše uvedených grafů je zřejmé, že maximální výkon ve vnějším obvodu _max, rovnat se

je dosaženo, když = . V tomto případě proud v obvodu

a účinnost zdroje je 50 %. Maximální hodnoty účinnosti zdroje je dosaženo při , tj. při . V případě zkratu je užitečný výkon = 0 a veškerý výkon se uvolní uvnitř zdroje, což může vést k jeho přehřátí a zničení. Účinnost zdroje se pak stává nulovou.

Téma lekce: „Práce a výkon elektrického proudu.“
Účel lekce :
Seznámit studenty s fyzikálními veličinami: prací a proudovým výkonem; pomoci jim naučit se vzorce, které jim umožní určovat tyto veličiny s porozuměním; seznámit je s jednotkami měření práce a proudového výkonu. Naučit, jak aplikovat znalosti práce a proudového výkonu k vysvětlování a analýze jevů v okolním světě, aplikovat znalosti práce a proudového výkonu k vysvětlování činnosti domácích spotřebičů.
Cíle lekce :

Všeobecné vzdělání:

– poskytnout znalosti o veličinách charakterizujících práci a výkon proudu.
– zdůvodněte vztah mezi prací a výkonem elektrického proudu a nesystémovou jednotkou práce (kWh)
– seznámit studenty s metodami měření práce a proudu; s technikami aplikace získaných znalostí při práci s elektrickými zařízeními
— vytvořit vědecké chápání práce a výkonu proudu jako fyzikální veličiny, ukázat souvislost se životem;
— kontrolovat úroveň osvojení základních vzorců a ukázat, že vyplývají z teorie a jsou experimentálně potvrzeny. — rozvíjet dovednosti sebekontroly.
Pedagogové:
– pěstovat kognitivní potřebu a zájem o daný předmět, o učení, pěstovat iniciativu, tvůrčí přístup, pěstovat svědomitý přístup k učení, schopnost naslouchat a být slyšen;

Rozvíjející se:
– pracovat na rozvíjení schopnosti vyvozovat logické závěry na základě analýzy již známých souvislostí

– rozvíjet fyzikální myšlení studentů, jejich tvůrčí schopnosti a schopnost samostatně formulovat závěry
– rozvíjet řečnické dovednosti;
Znalosti, dovednosti, schopnosti a vlastnosti, které si studenti během hodiny osvojí/upevní: Získají znalosti o práci a výkonu elektrického proudu, naučí se vzorce, které jim umožní tyto veličiny určovat na úrovni pochopení jejich praktického uplatnění v každodenním životě a technice. Naučí se aplikovat znalosti o práci a výkonu proudu k vysvětlování a analýze jevů v okolním světě a k vysvětlování provozu domácích spotřebičů. Získají dovednosti pro výpočet nákladů na elektřinu spotřebovanou doma a způsoby jejích úspor.
Potřebné vybavení a materiály: Počítač, multimediální projektor, počítačová prezentace k hodině, individuální kartičky s testem.
1. Organizace času.
– Ahoj, lidi. Jsem rád, že vás zase vidím, a doufám ve vzájemnost.
Než začneme s hodinou, rád bych, abyste se každý z vás naladil na produktivní myšlení. Máte náladu? Skvělé! A teď se pojďme pustit do práce.
2. Průzkum studentů k zadanému materiálu.
— Lidi, doma jste si upevnili schopnost vypočítávat odpor, proud a napětí při paralelním zapojení vodičů. Abychom si ověřili vaše znalosti, provedeme test. Na test máte 5 minut.
— Vyměňte si listy papíru a navzájem si je zkontrolujte. Správné odpovědi v testu uvidíte na obrazovce (snímek č. 1).
Správně: 9,10 odpovědí – 5 bodů, 7,8 odpovědí – 4 body, 5,6 odpovědí – 3 body, méně než 5 odpovědí – 2 body (testy odevzdejte učiteli). Kdo měl potíže s výběrem správné odpovědi? Na jakou otázku? Požádejme o pomoc spolužáky.
Test. Stupeň 8. Typy připojení vodičů
1. Která z následujících hodnot je stejná pro všechny sériově zapojené vodiče?
A) napětí; B) proud;
B) odpor.
2. Která z následujících veličin je stejná pro všechny vodiče zapojené paralelně?
A) napětí; B) odpor;
B) síla proudu.
3. Které zapojení vede k přerušení obvodu, pokud jedna z lamp shoří?
A) paralelně; B) sériově; C) paralelně a sériově.
4. Pokud jsou vodiče zapojeny sériově, platí, že .
A. 1/R = 1/R₁ +1/R₂ + . B. R. _celkový větší než větší z odporů.
B. R = R₁ + R₂ + . G. R. _celkový menší než menší z odporů.

5. Pokud jsou vodiče zapojeny paralelně, platí, že .
A. Jejich celkový odpor je menší než menší z odporů.
B. R = R₁ + R₂ +.
B. Jejich celkový odpor je větší než větší z odporů.
G. 1/R = 1/R₁ +1/R₂ +.

6. Žárovka a rezistor jsou připojeny ke stejným zdrojům proudu. Proud v žárovce je větší než v rezistoru. To znamená, že .
A. Odpor žárovky je větší než odpor rezistoru.
B. Není možné vědět, který z nich má větší odpor: žárovka nebo rezistor.
B. Odpor rezistoru je větší než odpor žárovky.
G. žárovka a rezistor mají stejný odpor.

7. Napětí na vodiči R₁ 4 V. Jaké je napětí na vodiči R?₂?
A) 8 B; B) 2 B;
B) 4 B;
D) 16 B.

8. Proč se v elektrickém obvodu používá reostat?
A. zvýšit napětí; B. regulovat proud v obvodu.
B. ke snížení napětí; D. pouze ke snížení odporu v obvodu
9. Který z diagramů odpovídá sériovému zapojení vodičů?

10. Vodiče s odporem 20 Ohmů a 30 Ohmů jsou zapojeny paralelně. Vypočítejte jejich celkový odpor.
A. 50 ohmů;
B. 60 Ohmů; V. 600 Ohmů; G. 12 Ohmů.
3. Studium vzdělávacích materiálů.
Lidi, už víte, že průchod elektrického proudu vodičem je proces uspořádaného pohybu nábojů v elektrickém poli, které ve vodiči existuje. V tomto případě síly elektrického pole působící na náboje konají práci. Říkejme této práci práce proudu.
– Uveďte příklady, kde proud funguje? (ventilátor, mixér, rychlovarná konvice, lampa atd., snímek č. 2)
Vytvoření problematické situace.
– Zamysleme se: na čem závisí práce proudu?
(Studenti vyjádří své předpoklady, pokud nějaké mají.)
— Cílem naší dnešní lekce je tedy seznámit se s fyzikálními veličinami: prací a proudem; naučit se vzorce, které nám umožňují tyto veličiny určit, a zjistit, na čem závisí práce a proud.
— Do pracovních sešitů si prosím zapište datum a téma hodiny „Práce a výkon elektrického proudu“ (snímek č. 3).
Lidi, už jsme mluvili o tom, že elektrický proud je pohyb elektrických nábojů podél vodiče, a zmínili jsme se, že k tomuto pohybu dochází pod vlivem elektrického pole, tj. práci vykonává elektrické pole.

— Vzpomeňme si, jaká fyzikální veličina charakterizuje elektrické pole?
— Charakteristikou elektrického pole je veličina zvaná napětí.
— Co ukazuje elektrické napětí?
— Napětí ukazuje, jakou práci elektrické pole vykoná k přenosu elektrického náboje q z jednoho bodu do druhého
– Správně. Z toho můžeme říct, že práce je rovna A = Uq

Na druhou stranu víme, že elektrický náboj lze určit silou proudu protékajícího vodičem, tj. náboj je součinem síly proudu a doby, po kterou tento náboj protéká vodičem.
q=To

To jsme vzali z poměru, který nám ukazuje výpočet proudu. Řekli jsme, že proud je poměr náboje k době, během které náboj protéká vodičem skrz průřez vodiče.

Nyní se pokusme odvodit vzorec pro výpočet práce na základě těchto úvah,
— Dosadíme-li vztah q=It do vzorce pro práci A= Uq, získáme vzorec pro výpočet práce elektrického proudu, práce elektrického pole potřebné k pohybu elektrického náboje A=UIt.
— Vyvodit závěr
– Závěr: Práce elektrického proudu na úseku obvodu se rovná součinu napětí na koncích tohoto úseku, síly proudu a doby, během které byla práce vykonána. (snímek č. 4)

— Vzpomeňme si, jak se měří práce?
-V joulech
— Napětí se měří ve voltech, proud v ampérech a čas v sekundách, takže můžeme zapsat
[A] = [J] = [A*B*c]
— Jaké přístroje potřebujeme k měření práce elektrického proudu?
– Pro měření práce proudu potřebujete ampérmetr, voltmetr a hodinky.
– Přesně tak, tohle všechno je shrnuto v elektroměru, který máme doma (snímek č. 5)
Stejnou práci lze ale vykonat v různě dlouhém čase. Například ohřev vody starou a novou varnou konvicí.
-Jaká hodnota charakterizuje rychlost dokončení práce?
-Moc: N=A/t
– V čem se měří výkon?
— Ve wattech
-Výkon elektrického proudu se označuje P.
P — síla elektrického proudu.
– Odvodíme vzorec pro výpočet výkonu elektrického proudu (snímek č. 6)
K měření výkonu potřebujete: ampérmetr a voltmetr – ty jsou zkombinovány ve wattmetru.
Učitel ukazuje wattmetr (snímek č. 7)
Výkon : Výkon elektrického proudu se rovná součinu napětí a proudu.
Práce s učebnicí. Strana 120. Tabulka 9. „Výkon různých elektrických zařízení, kW“.
Podívejte se na tabulku a porovnejte výkon zařízení používaných v každodenním životě, v technologiích a ve výrobě.

1. Podle tabulky pojmenujte výkon některých zdrojů a spotřebičů, například minimální a maximální výkon.
Jednotky práce elektrického proudu používané v praxi Snímek číslo 8
Téměř všechny elektrické spotřebiče používané v každodenním životě a technologiích uvádějí v technickém listu proudový výkon, pro který jsou navrženy. Znát výkon umožňuje snadno určit práci proudu po danou dobu: A = P ∙ t. Pak
1J = 1W ∙ s.
Tato jednotka práce je však v praxi nepohodlná, protože u spotřebitelů elektrické energie proud vykonává práci po dlouhou dobu, například v domácích spotřebičích – několik hodin, v elektrických vlacích – i několik dní. Proto je v praxi při výpočtu práce proudu pohodlnější vyjádřit čas v hodinách a práci ne v joulech, ale v jiných jednotkách: watthodina (W ∙ h) a její násobky.
1 W h = 3 J
1 g Wh = 100 Wh = 360 000 J

1 kW h = 1 000 W h = 3 600 000 J
Věděli jste? , Co… Je důležitost úspor energie pro národní hospodářství země velká? Například 1 kWh energie umožňuje utavit asi 20 kg litiny.
4. Upevnění vzdělávacího materiálu .
Nyní si ověříme, jak dobře jste se naučili téma naší lekce. Analýza řešení hlavních problémů na dané téma.
Studenti si dělají poznámky do sešitů.

Test (snímky č. 11–19)
1.
Jaké písmeno označuje práci elektrického proudu?
2.
Jaké písmeno označuje sílu elektrického proudu?
3.
Jaký vzorec určuje práci elektrického proudu?
4.
Jaký vzorec se používá k určení výkonu elektrického proudu?

5. Uveďte jednotku měření výkonu elektrický proud.
6.
Vyjmenujte jednotky měření práce elektrický proud.
7.
Vyjádřete velikost práce elektrického proudu, rovna 2 kWh v soustavě SI.
Cvičení 24 (1,3)
5. Shrnutí lekce.

— Jaké téma jsme dnes studovali?
— Dnes jsme se ve třídě naučili, jak vypočítat práci a výkon elektrického proudu.
1.
Jak vypočítat práci elektrického proudu, když znáte napětí na koncích úseku obvodu, sílu proudu a čas?
2.
Jak vypočítat výkon elektrického proudu? Jaké zařízení měří výkon proudu?
3.
V jakých jednotkách se měří proudový výkon?
4.
Jaké zařízení umožňuje vypočítat práci elektrického proudu v domě, bytě? Vyjmenujte jednotky měření práce a jejich vztah.
5.
Sdělování známek studentům za jejich práci ve třídě.
Kvalitativní hodnocení aktivit studentů v hodině učitelem.
6. Odraz.
A teď cenit si své aktivity v hodině, použijte reflexní list a nakreslete svou náladu:
Reflexní list