Ogni corpo è in grado di produrre lavoro, questo si chiama energia corporea. L'esempio più semplice è un corpo sollevato ad una certa altezza. Ha energia potenziale; se il corpo viene rilasciato, inizierà a rilasciare energia, convertendola in energia cinetica, a quel punto il corpo inizierà a lavorare.
Di conseguenza, maggiore è l'altezza del corpo, maggiore sarà la sua energia. L'energia non scompare mai senza lasciare traccia, si trasforma solo in un'altra forma: questa è una delle principali leggi della fisica.
Lo stesso vale per l’energia elettrica; può essere convertita in un altro tipo di energia: termica, cinetica, meccanica, chimica, ecc.
Pertanto, l'elettricità è diventata così ampiamente utilizzata. Questo tipo di energia, a differenza di qualsiasi altro, può essere trasmessa su lunghe distanze e immagazzinata praticamente senza perdite e può essere ottenuta in modo molto semplice.
Lavoro della corrente elettrica
Quando attuale attraversa una certa sezione del circuito elettrico, il campo elettrico compie una certa quantità di lavoro. Questo è chiamato lavoro della corrente elettrica. Per trasferire una carica di energia lungo questo circuito, è necessario spendere una certa quantità di energia. Viene comunicato al ricevitore e parte dell'energia viene spesa per superare la resistenza dei fili e delle sorgenti nel circuito elettrico.
Ciò suggerisce che non tutta l’energia spesa è distribuita in modo efficiente e non tutta è utile. Di conseguenza, anche il lavoro svolto non è completamente efficace. In questo caso, la formula sarà simile a questa: A = UQ.
Uè la tensione ai terminali del ricevitore, e Q- È la carica trasferita lungo un tratto del circuito. In questo caso, è necessario tenerne conto Legge di Ohm per una sezione di circuito , la formula sarà simile a questa: R I2 Δt = U I Δt = ΔA.
Utilizzando questa formula è possibile tracciare l'effetto della legge di conservazione dell'energia, che si applica ad un tratto omogeneo della catena.
Nel 1850, il fisico inglese Joule Prescott, che diede un contributo significativo allo studio dell'elettricità, scoprì una nuova legge. La sua essenza era determinare i modi in cui il lavoro della corrente elettrica viene convertito in energia termica. Allo stesso tempo, un altro fisico, Lenz, riuscì a fare una scoperta simile e a dimostrare la legge, per questo fu chiamata “legge di Joule-Lenz”, in onore di entrambi i fisici eccezionali dell’epoca.
Potenza della corrente elettrica
La potenza è un'altra caratteristica utilizzata per determinare il funzionamento della corrente elettrica. Questa è una certa quantità fisica che caratterizza la trasformazione e la velocità del trasferimento di energia.
Quando si determina la potenza di una corrente elettrica, è necessario tenere conto di un indicatore come la potenza istantanea. Rappresenta il rapporto tra valori istantanei di indicatori come corrente e tensione sotto forma di prodotto. Questo rapporto si applica ad una sezione specifica del circuito.
Indicatori come il lavoro e la potenza della corrente elettrica vengono presi in considerazione durante la creazione di circuiti elettrici. Insieme ad altre leggi, sono fondamentali; il loro mancato rispetto porterà a gravi violazioni.
Per ricevere la massima potenza elettrica, è necessario tenere conto delle caratteristiche del generatore, ad es. la resistenza nel circuito esterno non deve essere né più né meno della resistenza interna del generatore.
Solo in questo caso l'efficienza operativa sarà massima, perché altrimenti tutta l'energia del generatore verrà spesa per superare la resistenza e tutto il lavoro risulterà antieconomico. Naturalmente, un tale schema operativo può influire negativamente sull'efficienza dell'intero circuito elettrico.
Viene calcolata la potenza del dispositivo? O forse quest'ultimo può essere misurato? E come applicare le conoscenze acquisite durante la risoluzione dei problemi?
Tali domande sorgono per molti alunni dell'ottavo anno quando studiano l'argomento "Elettricità". La risposta è abbastanza semplice. E non dovrai memorizzare le formule per molto tempo. Perché sono molto simili tra loro o utilizzano quelli già studiati in precedenza.
Prima quantità: lavoro attuale
Per prima cosa dobbiamo concordare la notazione. Perché potrebbero esserci delle differenze.
Ciascuno crea un campo elettrico che fa muovere gli elettroni liberi. Cioè, sorge una corrente. In questo momento dicono che il campo elettrico funziona. Questo è quello che comunemente viene chiamato lavoro attuale.
Il campo elettrico creato da una sorgente di corrente è caratterizzato dalla tensione. Influisce sulla quantità di lavoro svolto da una corrente elettrica quando si sposta una carica unitaria. Pertanto, viene introdotta una formula per la tensione:
È facile derivarne la formula del lavoro:
Ora vale la pena ricordare l’uguaglianza introdotta per la forza attuale. È uguale al rapporto tra la carica trasferita e il tempo del suo movimento:
Quindi q = I*t. Sostituendo la lettera q nella formula del lavoro con l'ultima espressione, otteniamo la seguente formula:
Questa è una forma generale di uguaglianza con la quale è possibile calcolare il lavoro di una corrente elettrica. La formula cambierà leggermente se viene applicata la legge di Ohm. Secondo esso, la tensione è uguale al prodotto tra corrente e resistenza. Allora sarà vera la seguente uguaglianza:
A = I2*R*t.
Puoi sostituire non la tensione, ma la corrente. È uguale al quoziente di U e R. Quindi la formula di lavoro sarà simile a questa:
A = (U2*t)/R.
Seconda grandezza: potenza attuale
La formula generale è la stessa della meccanica. Cioè, è definito come il lavoro svolto per unità di tempo.
Ciò dimostra che il lavoro e la potenza della corrente elettrica sono interconnessi. Per ottenere un'uguaglianza più specifica, dovrai sostituire il numeratore utilizzando la formula generale con cui lavorare. Quindi diventa chiaro come determinare la potenza conoscendo la forza attuale e la tensione del circuito.
Inoltre, è possibile misurare la potenza. A questo scopo esiste un dispositivo speciale chiamato wattmetro.
Legge di Joule-Lenz
Il fenomeno del riscaldamento del conduttore è stato scoperto dallo scienziato francese A. Fourquois. Ciò accadde già nel 1880. 41 anni dopo fu descritto dal fisico inglese J.P. Joule e un anno dopo confermato sperimentalmente dal fisico russo E.H. Lenz. Fu con i nomi degli ultimi due scienziati che iniziarono a chiamare il modello scoperto.
Coinvolge due quantità: la quantità di calore e il lavoro della corrente elettrica. La legge di Joule-Lenz afferma che tutto il lavoro compiuto in un conduttore stazionario serve a riscaldarlo. Cioè, un conduttore percorso da corrente emette una quantità di calore pari al prodotto della sua resistenza, del tempo e del quadrato della corrente. La formula è la stessa di quella data per lavorare:
Q = I2*R*t.
Compito di definizione del lavoro
Condizione. La resistenza della lampadina di una torcia è di 14 ohm. La tensione fornita dalla batteria è 3,5 V. Quale sarà il lavoro svolto dalla corrente se la torcia funzionasse per 2 minuti?
Soluzione. Essendo noti la tensione, la resistenza ed il tempo, è necessario utilizzare la seguente formula: A = (U 2 * t)/R. Per prima cosa devi convertire il tempo in unità SI, cioè secondi. Pertanto, è necessario sostituire non 2 minuti, ma 120 secondi nella formula.
Semplici calcoli portano al seguente valore per l'opera attuale: 105 J.
Risposta. L'opera è 105 J.
Problema di determinazione della potenza
Condizione. È necessario determinare a cosa corrispondono il lavoro e la potenza della corrente elettrica nell'avvolgimento del motore elettrico. È noto che la corrente al suo interno è di 90 A con una tensione di 450 V. Il motore elettrico rimane acceso per un'ora.
Dopo aver sostituito i valori ed eseguito semplici operazioni aritmetiche, si ottiene il seguente valore di lavoro: 145800000 J. È più conveniente scriverlo nella risposta in unità più grandi. Ad esempio, megajoule. Per fare ciò, il risultato deve essere diviso per un milione. Il lavoro risulta essere di 145,8 MJ.
Ora devi calcolare la potenza del motore elettrico. I calcoli verranno eseguiti secondo la formula: P = U * I. Dopo la moltiplicazione, il numero ottenuto è: 40500 W. Per scriverlo in kilowatt, devi dividere il risultato per mille.
Risposta. A = 145,8 MJ, P = 40,5 kW.
Problema di calcolo della tensione
Condizione. La stufa elettrica è collegata alla corrente da 20 minuti. Qual è la tensione nella rete se, con una corrente di 4 A, il lavoro è pari a 480 kJ?
Soluzione. Poiché il lavoro e l'intensità della corrente sono noti, è necessario utilizzare la seguente formula: A = U * I * t. Qui la tensione è un fattore sconosciuto. Deve essere calcolato come quoziente tra il prodotto e un fattore noto, ovvero: U = A / (I * t).
Prima di effettuare i calcoli, è necessario convertire i valori in unità SI. Vale a dire, lavoro in Joule e tempo in secondi. Questo sarà 480.000 J e 1200 s. Ora non resta che contare tutto.
Risposta. La tensione è di 100 V.
Contenuto:La corrente elettrica viene generata per essere utilizzata in futuro per determinati scopi, per eseguire qualche tipo di lavoro. Grazie all'elettricità, tutti i dispositivi, i dispositivi e le apparecchiature funzionano. Il lavoro stesso rappresenta un certo sforzo applicato per spostare una carica elettrica su una determinata distanza. Convenzionalmente, tale lavoro all'interno di una sezione del circuito sarà uguale al valore numerico della tensione in questa sezione.
Per eseguire i calcoli necessari, è necessario sapere come viene misurato il lavoro della corrente. Tutti i calcoli vengono eseguiti sulla base dei dati iniziali ottenuti utilizzando strumenti di misurazione. Maggiore è la carica, maggiore sarà lo sforzo necessario per spostarla e maggiore sarà il lavoro svolto.
Come si chiama il lavoro della corrente?
La corrente elettrica, come grandezza fisica, di per sé non ha alcun significato pratico. Il fattore più importante è l'effetto della corrente, caratterizzato dal lavoro che svolge. L'opera stessa rappresenta determinate azioni durante le quali un tipo di energia si trasforma in un altro. Ad esempio, l'energia elettrica viene convertita in energia meccanica ruotando l'albero del motore. Il lavoro stesso della corrente elettrica è il movimento delle cariche in un conduttore sotto l'influenza di un campo elettrico. Infatti, tutto il lavoro compiuto dalle particelle cariche in movimento è svolto dal campo elettrico.
Per eseguire i calcoli, è necessario derivare una formula per il funzionamento della corrente elettrica. Per compilare le formule, avrai bisogno di parametri come la forza attuale e. Poiché il lavoro compiuto da una corrente elettrica e il lavoro compiuto da un campo elettrico sono la stessa cosa, sarà espresso come il prodotto della tensione e della carica che scorre nel conduttore. Cioè: A = Uq. Questa formula è stata ricavata dalla relazione che determina la tensione nel conduttore: U = A/q. Ne consegue che la tensione rappresenta il lavoro compiuto dal campo elettrico A per trasportare una particella carica q.
La particella carica o la carica stessa viene visualizzata come il prodotto della forza attuale e del tempo impiegato nel movimento di questa carica lungo il conduttore: q = It. In questa formula è stata utilizzata la relazione per l'intensità di corrente nel conduttore: I = q/t. Cioè, è il rapporto tra la carica e il periodo di tempo durante il quale la carica attraversa la sezione trasversale del conduttore. Nella sua forma finale, la formula per il lavoro della corrente elettrica assomiglierà al prodotto di quantità note: A = UIt.
In quali unità si misura il lavoro della corrente elettrica?
Prima di affrontare direttamente la questione di come si misura il lavoro della corrente elettrica, è necessario raccogliere le unità di misura di tutte le grandezze fisiche con cui viene calcolato questo parametro. Ad ogni lavoro, quindi, l'unità di misura di questa quantità sarà 1 Joule (1 J). La tensione è misurata in volt, la corrente è misurata in ampere e il tempo è misurato in secondi. Ciò significa che l'unità di misura sarà simile a questa: 1 J = 1 V x 1 A x 1 s.
Sulla base delle unità di misura ottenute, il lavoro della corrente elettrica sarà determinato come il prodotto dell'intensità di corrente in una sezione del circuito, della tensione alle estremità della sezione e del periodo di tempo durante il quale la corrente scorre attraverso la sezione conduttore.
Le misurazioni vengono eseguite utilizzando un voltmetro e un orologio. Questi dispositivi consentono di risolvere efficacemente il problema di come trovare il valore esatto di un determinato parametro. Quando si collega un amperometro e un voltmetro al circuito, è necessario monitorare le loro letture per un periodo di tempo specificato. I dati ottenuti vengono inseriti nella formula, dopodiché viene visualizzato il risultato finale.
Le funzioni di tutti e tre i dispositivi sono combinate in contatori elettrici che tengono conto dell'energia consumata e, di fatto, del lavoro svolto dalla corrente elettrica. Qui viene utilizzata un'altra unità: 1 kW x h, che significa anche la quantità di lavoro svolto nell'unità di tempo.
L'energia elettrica viene facilmente convertita in altri tipi di energia: meccanica, chimica, luce, energia interna della materia, che è ampiamente utilizzata nell'industria e nella vita di tutti i giorni.
Una misura del cambiamento energetico la corrente elettrica è il lavoro di una sorgente di corrente che crea e mantiene un campo elettrico in un circuito.
Un campo elettrico stazionario che muove le cariche lungo un conduttore funziona. Questo lavoro si chiama lavoro attuale. Il lavoro della corrente elettrica su una sezione del circuito, come segue dalla definizione di tensione,
\(~A = qU ,\)
Dove Q- carica elettrica che passa attraverso una sezione del circuito, e U- tensione sul sito.
Considerando che Q = Esso, Dove IOè la forza attuale nel conduttore, e T- il tempo di passaggio della corrente elettrica, per il lavoro della corrente che otteniamo
\(~A = IUt.\)
Se R- la resistenza di una sezione omogenea del circuito, quindi, utilizzando la legge di Ohm per la sezione del circuito, si può ottenere una formula per il calcolo del lavoro della corrente:
\(~A = I^2Rt = \frac(U^2)(R) t .\)
Se una sezione del circuito non è omogenea, il lavoro viene eseguito non solo da un campo elettrico stazionario, ma anche da forze esterne e il lavoro totale è determinato dalla formula
\(~A = I(\varphi_1 - \varphi_2 \pm \varepsilon) t .\)
Se nel circuito è presente un motore elettrico, l'energia della corrente elettrica viene innanzitutto spesa per eseguire lavoro meccanico - lavoro utile UN mah, in secondo luogo, viene speso per riscaldare gli avvolgimenti del motore elettrico e collegare i cavi: energia persa. In questo caso, l'efficienza può essere calcolata come
\(~A_0 = A_(meh) + Q ;\) \(~\eta = \frac(A_(meh))(A_0) = \frac(A_(meh))(A_(meh) + Q) .\ )
Quando si parla di efficienza di una sorgente di corrente, per lavoro utile si intende il lavoro svolto nel circuito CC esterno:
\(~A_p = IUt = I^2Rt .\)
Il lavoro speso dalla sorgente corrente è uguale al lavoro delle forze esterne:
\(~A_z = q \varepsilon = I \varepsilon t ,\)
dove \(~\varepsilon = I (R + r)\).
Quindi \(~A_z = I^2 (R + r) t\) .
Efficienza della sorgente \(~\eta = \frac(A_p)(A_z) = \frac(IUt)(I \varepsilon t) = \frac(U)(\varepsilon) = \frac(R)(R + r)\ ), Dove U- tensione nel circuito esterno (tensione ai poli della sorgente di corrente). Dipendenza grafica η = F(R) A R= cost è mostrato in Fig. 1.
L'unità SI del lavoro compiuto dalla corrente elettrica è il joule (J). 1 J rappresenta il lavoro corrente equivalente a 1 J di lavoro meccanico.
1 J = Cl·B = А·В·s.
Il lavoro della corrente elettrica si misura in metri.
La velocità del lavoro corrente in una data sezione del circuito caratterizza la potenza attuale. La potenza attuale è determinata dalla formula \(~P = \frac At\) o P = UI.
Utilizzando la legge di Ohm per una sezione di un circuito, possiamo scrivere una formula diversa per la potenza attuale\[~P = I^2R = \frac(U^2)(R)\]. In questo caso parliamo di potenza termica.
L'unità di potenza attuale è watt: 1 W = J/s. Quindi J = W s.
Inoltre vengono utilizzate unità non di sistema: kilowattora o ettowattora: 1 kWh = 3,6 10 6 J = 3,6 MJ; 1 gWh = 3,6 10 5 J = 360 kJ.
Per misurare la potenza attuale, esistono dispositivi speciali: i wattmetri.
Letteratura
Aksenovich L. A. Fisica nella scuola secondaria: teoria. Compiti. Test: libro di testo. indennità per gli istituti che forniscono istruzione generale. ambiente, educazione / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsiya i vyakhavanne, 2004. - P. 267-270.
Dal corso di fisica si sa che una delle caratteristiche di qualsiasi corpo è la sua capacità di compiere lavoro, poiché quest'ultimo non è altro che la trasformazione di un tipo di energia in un altro (ad esempio, potenziale in cinetica). In questo caso, si dovrebbe tener conto della famosa legge di conservazione dell'energia, formulata nel XVIII secolo da M.V. Lomonosov, secondo il quale l'energia non scompare mai da nessuna parte, cambia solo, assume una forma diversa. Tutto quanto sopra vale non solo per i solidi, ma anche per altri tipi di materia, compresa la corrente elettrica.
Come è stato dimostrato da tempo, queste particelle, muovendosi lungo una certa sezione del circuito, formano un campo elettrico che produce una corrente: questa è la quantità di energia che deve essere spesa per trasferire una carica lungo un dato circuito. il lavoro della corrente è utile ed efficace. Una parte abbastanza significativa dell'energia viene spesa affinché la carica elettrica vinca la resistenza delle particelle elementari situate nel conduttore e nella sorgente del circuito.
Il lavoro della corrente elettrica, la cui formula, come segue dal testo precedente, A = U.Q, è la caratteristica più importante di questo speciale tipo di materia. In questa formula, U rappresenta una sezione della catena e Q è un'espressione quantitativa della carica trasportata lungo una determinata sezione.
Tuttavia, il lavoro della corrente elettrica in sé non sarebbe di particolare interesse se non fosse stato trovato uno schema che collega questo lavoro e la quantità rilasciata. Questo schema fu scoperto quasi contemporaneamente da due famosi fisici: Lenz e Joey Prescott, motivo per cui il la legge nella comunità scientifica ha ricevuto il nome di "legge Joule-Lenz". Secondo questa legge, risulta che la quantità (o potenza) di calore che viene rilasciata in un certo volume quando le particelle cariche lo attraversano dipende direttamente dal prodotto dell'intensità del campo e dalla densità della corrente elettrica che scorre attraverso un data zona. Questa legge è di grande importanza per calcolare le perdite di elettricità durante la sua trasmissione attraverso cavi su lunghe distanze.
Il lavoro della corrente elettrica è direttamente correlato a un'altra quantità importante: la potenza. In fisica intendiamo le caratteristiche quantitative della velocità di conversione e trasmissione dell'energia elettrica. La potenza si misura in kilowattora, mentre il lavoro compiuto dalla corrente elettrica si misura in joule.
Per ottenere la massima potenza di corrente da una particolare fonte, è necessario tenere conto delle caratteristiche di questa fonte, nonché del fatto che i circuiti esterni devono essere paragonabili tra loro, altrimenti tutto il lavoro svolto verrà speso per superare la potenza differenza di resistenza.
Il lavoro della corrente elettrica è la caratteristica fisica più importante di cui tenere conto in quasi tutti i settori, nonché nella produzione e trasmissione di energia su lunghe distanze.
