Fiecare corp este capabil să producă muncă, aceasta se numește energie corporală. Cel mai simplu exemplu este un corp ridicat la o anumită înălțime. Are energie potențială; dacă corpul este eliberat, va începe să elibereze energie, transformând-o în energie cinetică, moment în care corpul va lucra.
În consecință, cu cât înălțimea corpului este mai mare, cu atât energia acestuia va fi mai mare. Energia nu dispare niciodată fără urmă, este doar transformată într-o altă formă - aceasta este una dintre principalele legi ale fizicii.
Același lucru este valabil și cu energia electrică; aceasta poate fi transformată într-un alt tip de energie - termică, cinetică, mecanică, chimică etc.
Prin urmare, electricitatea a devenit atât de utilizată. Acest tip de energie, spre deosebire de oricare alta, poate fi transmisă pe distanțe lungi și stocată practic fără pierderi și poate fi obținută destul de simplu.
Munca de curent electric
Când actual curge printr-o anumită secțiune a circuitului electric, câmpul electric efectuează o anumită cantitate de muncă. Aceasta se numește munca curentului electric. Pentru a transfera o sarcină de energie de-a lungul acestui circuit, trebuie să cheltuiți o anumită cantitate de energie. Este comunicat receptorului, iar o parte din energie este cheltuită pentru depășirea rezistenței firelor și a surselor din circuitul electric.
Acest lucru sugerează că nu toată energia cheltuită este distribuită eficient și că nu toată este utilă. În consecință, munca depusă nu este complet eficientă. În acest caz, formula va arăta astfel: A = UQ.
U este tensiunea la bornele receptorului și Q- Aceasta este sarcina transferată de-a lungul unei secțiuni a circuitului. În acest caz, trebuie să țineți cont Legea lui Ohm pentru o secțiune de circuit , atunci formula va arăta astfel: R I2 Δt = U I Δt = ΔA.
Folosind această formulă, puteți urmări efectul legii conservării energiei, care se aplică unei secțiuni omogene a lanțului.
În 1850, fizicianul englez Joule Prescott, care a adus o contribuție semnificativă la studiul electricității, a descoperit o nouă lege. Esența sa a fost de a determina modalitățile prin care munca curentului electric este convertită în energie termică. În același timp, un alt fizician, Lenz, a reușit să facă o descoperire similară și să demonstreze legea, așa că a fost numită „legea Joule-Lenz”, în onoarea ambilor fizicieni remarcabili din acea vreme.
Puterea curentului electric
Puterea este o altă caracteristică folosită pentru a determina funcționarea curentului electric. Aceasta este o anumită mărime fizică care caracterizează transformarea și viteza transferului de energie.
Atunci când se determină puterea unui curent electric, este necesar să se ia în considerare un astfel de indicator ca puterea instantanee. Reprezintă raportul valorilor instantanee ale unor indicatori precum curentul și tensiunea sub forma unui produs. Acest raport se aplică unei anumite secțiuni a circuitului.
Indicatori precum lucrul și puterea curentului electric sunt luați în considerare la crearea oricăror circuite electrice. Alături de alte legi, acestea sunt fundamentale; nerespectarea acestora va duce la încălcări grave.
Pentru a primi cea mai mare putere electrică, este necesar să se țină cont de caracteristicile generatorului, adică rezistența în circuitul extern nu trebuie să fie mai mare și nici mai mică decât rezistența internă a generatorului.
Numai în acest caz eficiența de funcționare va fi maximă, deoarece altfel toată energia generatorului va fi cheltuită pentru depășirea rezistenței, iar toată munca va fi neeconomică. Desigur, o astfel de schemă de funcționare poate afecta negativ eficiența întregului circuit electric.
Este calculată puterea dispozitivului? Sau poate că acesta din urmă poate fi măsurat? Și cum să aplici cunoștințele dobândite la rezolvarea problemelor?
Astfel de întrebări apar pentru mulți elevi de clasa a opta atunci când studiază subiectul „Electricitate”. Răspunsul la ele este destul de simplu. Și nu va trebui să memorezi formulele pentru o lungă perioadă de timp. Pentru că sunt foarte asemănătoare între ele sau le folosesc pe cele care au fost deja studiate.
Prima cantitate: lucru curent
Mai întâi trebuie să cădem de acord asupra notării. Pentru că pot exista diferențe între ele.
Fiecare creează un câmp electric care face ca electronii liberi să se miște. Adică ia naștere un curent. În acest moment se spune că câmpul electric funcționează. Aceasta este ceea ce se numește în mod obișnuit munca curentă.
Câmpul electric creat de o sursă de curent este caracterizat de tensiune. Afectează cât de mult lucrează un curent electric atunci când mișcă o unitate de încărcare. Prin urmare, se introduce o formulă pentru tensiune:
Este ușor să deduceți formula de lucru din aceasta:
Acum merită să ne amintim egalitatea care este introdusă pentru puterea actuală. Este egal cu raportul dintre sarcina transferată și timpul mișcării sale:
Prin urmare q = I * t. Înlocuind litera q în formula de lucru cu ultima expresie, obținem următoarea formulă:
Aceasta este o formă generală de egalitate prin care se poate calcula munca unui curent electric. Formula se va schimba ușor dacă se aplică legea lui Ohm. Potrivit acestuia, tensiunea este egală cu produsul dintre curent și rezistență. Atunci următoarea egalitate va fi adevărată:
A = I 2 * R * t.
Puteți înlocui nu tensiunea, ci curentul. Este egal cu câtul dintre U și R. Atunci formula de lucru va arăta astfel:
A = (U 2 * t)/R.
A doua cantitate: putere curentă
Formula generală pentru aceasta este aceeași ca și în mecanică. Adică, este definită ca muncă efectuată pe unitatea de timp.
Acest lucru arată că munca și puterea curentului electric sunt interconectate. Pentru a obține o egalitate mai specifică, va trebui să înlocuiți numărătorul folosind formula generală cu care să lucrați. Apoi devine clar cum se determină puterea, cunoscând puterea curentului și tensiunea circuitului.
În plus, puterea poate fi măsurată. În acest scop, există un dispozitiv special numit wattmetru.
Legea Joule-Lenz
Fenomenul de încălzire a conductorilor a fost descoperit de omul de știință francez A. Fourquois. Acest lucru s-a întâmplat în 1880. 41 de ani mai târziu a fost descrisă de fizicianul englez J.P.Joule și un an mai târziu confirmată experimental de fizicianul rus E.H. Lenz. Pe numele ultimilor doi oameni de știință au început să numească tiparul descoperit.
Implică două cantități: cantitatea de căldură și munca curentului electric. Legea Joule-Lenz afirmă că toată munca dintr-un conductor staționar merge spre încălzirea acestuia. Adică, un conductor care transportă curent emite o cantitate de căldură egală cu produsul rezistenței sale, timpul și pătratul curentului. Formula arată la fel cu cea dată pentru a funcționa:
Q = I 2 * R * t.
Sarcina de definire a postului
Condiție. Rezistența unui bec de lanternă este de 14 ohmi. Tensiunea furnizată de baterie este de 3,5 V. Care va fi munca făcută de curent dacă lanterna a funcționat 2 minute?
Soluţie. Deoarece tensiunea, rezistența și timpul sunt cunoscute, este necesar să se folosească următoarea formulă: A = (U 2 * t)/R. Mai întâi trebuie să convertiți timpul în unități SI, adică secunde. Astfel, trebuie să înlocuiți nu 2 minute, ci 120 de secunde în formulă.
Calculele simple conduc la următoarea valoare pentru lucrarea curentă: 105 J.
Răspuns. Lucrarea este de 105 J.
Problemă de determinare a puterii
Condiție. Este necesar să se determine cu ce este egală munca și puterea curentului electric din înfășurarea motorului electric. Se știe că puterea curentului în el este de 90 A la o tensiune de 450 V. Motorul electric rămâne pornit timp de o oră.
După înlocuirea valorilor și efectuarea unor operații aritmetice simple, se obține următoarea valoare pentru lucru: 145800000 J. Este mai convenabil să o scrieți în răspuns în unități mai mari. De exemplu, megajouli. Pentru a face acest lucru, rezultatul trebuie împărțit la un milion. Lucrarea se dovedește a fi 145,8 MJ.
Acum trebuie să calculați puterea motorului electric. Calculele se vor efectua după formula: P = U * I. După înmulțire, numărul obținut este: 40500 W. Pentru a o scrie în kilowați, trebuie să împărțiți rezultatul la o mie.
Răspuns. A = 145,8 MJ, P = 40,5 kW.
Problema de calcul a tensiunii
Condiție. Aragazul electric a fost conectat la priză de 20 de minute. Care este tensiunea în rețea dacă, la un curent de 4 A, lucrul este egal cu 480 kJ?
Soluţie. Deoarece lucrul și puterea curentului sunt cunoscute, trebuie să utilizați următoarea formulă: A = U * I * t. Aici tensiunea este un factor necunoscut. Acesta trebuie calculat ca coeficientul produsului si un factor cunoscut, adica: U = A / (I * t).
Înainte de a face calcule, trebuie să convertiți valorile în unități SI. Și anume, lucrul în Jouli și timpul în secunde. Acesta va fi 480.000 J și 1200 s. Acum nu mai rămâne decât să numărăm totul.
Răspuns. Tensiunea este de 100 V.
Conţinut:Curentul electric este generat pentru a fi utilizat pe viitor în anumite scopuri, pentru a efectua un fel de muncă. Datorită electricității, toate dispozitivele, dispozitivele și echipamentele funcționează. Lucrarea în sine reprezintă un anumit efort aplicat pentru deplasarea unei sarcini electrice pe o distanță stabilită. În mod convențional, o astfel de muncă într-o secțiune a circuitului va fi egală cu valoarea numerică a tensiunii din această secțiune.
Pentru a efectua calculele necesare, trebuie să știți cum se măsoară activitatea curentului. Toate calculele sunt efectuate pe baza datelor inițiale obținute cu ajutorul instrumentelor de măsură. Cu cât încărcarea este mai mare, cu atât este necesar mai mult efort pentru ao muta și se va lucra mai mult.
Cum se numește opera curentului?
Curentul electric, ca mărime fizică, nu are în sine nicio semnificație practică. Cel mai important factor este efectul curentului, caracterizat prin munca pe care o efectuează. Lucrarea în sine reprezintă anumite acțiuni în timpul cărora un tip de energie este transformat în altul. De exemplu, energia electrică este convertită în energie mecanică prin rotirea arborelui motorului. Lucrul curentului electric în sine este mișcarea sarcinilor într-un conductor sub influența unui câmp electric. De fapt, toată munca de mișcare a particulelor încărcate este realizată de câmpul electric.
Pentru a efectua calcule, trebuie derivată o formulă pentru funcționarea curentului electric. Pentru a compila formule, veți avea nevoie de parametri precum puterea curentului și. Deoarece munca efectuată de un curent electric și munca efectuată de un câmp electric sunt același lucru, acesta va fi exprimat ca produsul dintre tensiune și sarcina care curge în conductor. Adică: A = Uq. Această formulă a fost derivată din relația care determină tensiunea în conductor: U = A/q. Rezultă că tensiunea reprezintă munca efectuată de câmpul electric A pentru a transporta o particulă încărcată q.
Particula încărcată sau sarcina însăși este afișată ca produs dintre puterea curentului și timpul petrecut cu mișcarea acestei sarcini de-a lungul conductorului: q = It. În această formulă s-a folosit relația pentru puterea curentului în conductor: I = q/t. Adică, este raportul dintre sarcină și perioada de timp în care sarcina trece prin secțiunea transversală a conductorului. În forma sa finală, formula pentru lucrul curentului electric va arăta ca produsul cantităților cunoscute: A = UIt.
În ce unități se măsoară lucrul curentului electric?
Înainte de a aborda direct întrebarea cu privire la modul în care se măsoară activitatea curentului electric, este necesar să se colecteze unitățile de măsură ale tuturor mărimilor fizice cu care se calculează acest parametru. Orice lucru, prin urmare, unitatea de măsură a acestei mărimi va fi 1 Joule (1 J). Tensiunea este măsurată în volți, curentul este măsurat în amperi, iar timpul este măsurat în secunde. Aceasta înseamnă că unitatea de măsură va arăta astfel: 1 J = 1V x 1A x 1s.
Pe baza unităților de măsură obținute, munca curentului electric va fi determinată ca produsul dintre puterea curentului într-o secțiune a circuitului, tensiunea de la capetele secțiunii și perioada de timp în care curentul trece prin conductor.
Măsurătorile se efectuează folosind un voltmetru și un ceas. Aceste dispozitive vă permit să rezolvați eficient problema modului de a găsi valoarea exactă a unui parametru dat. Când conectați un ampermetru și un voltmetru la un circuit, este necesar să monitorizați citirile lor pentru o perioadă de timp specificată. Datele obținute sunt introduse în formulă, după care este afișat rezultatul final.
Funcțiile tuturor celor trei dispozitive sunt combinate în contoare electrice care țin cont de energia consumată, și de fapt de munca efectuată de curentul electric. Aici se folosește o altă unitate - 1 kW x h, ceea ce înseamnă, de asemenea, cât de multă muncă a fost efectuată într-o unitate de timp.
Energia electrică este ușor convertită în alte tipuri de energie - mecanică, chimică, luminoasă, energie internă a materiei, care este utilizată pe scară largă în industrie și în viața de zi cu zi.
O măsură a schimbării energiei curentul electric este opera unei surse de curent care creează și menține un câmp electric într-un circuit.
Un câmp electric staționar care mișcă sarcini de-a lungul unui conductor funcționează. Această lucrare se numește munca curenta. Lucrul curentului electric pe o secțiune a circuitului, după cum rezultă din definiția tensiunii,
\(~A = qU ,\)
Unde q- sarcina electrica care trece printr-o sectiune a circuitului, si U- tensiune pe site.
Având în vedere că q = Aceasta, Unde eu este puterea curentului în conductor și t- timpul de trecere a curentului electric, pentru lucrul curentului obtinem
\(~A = IUt .\)
Dacă R- rezistența unei secțiuni omogene a circuitului, apoi, folosind legea lui Ohm pentru secțiunea circuitului, puteți obține o formulă pentru calcularea lucrului curentului:
\(~A = I^2Rt = \frac(U^2)(R) t .\)
Dacă o secțiune a circuitului nu este omogenă, atunci munca este efectuată nu numai de un câmp electric staționar, ci și de forțe externe, iar munca totală este determinată de formula
\(~A = I(\varphi_1 - \varphi_2 \pm \varepsilon) t .\)
Dacă există un motor electric în circuit, atunci energia curentului electric este, în primul rând, cheltuită pentru efectuarea lucrărilor mecanice - muncă utilă A meh, în al doilea rând, se cheltuiește pentru încălzirea înfășurărilor motorului electric și a firelor de conectare - energie pierdută. În acest caz, eficiența poate fi calculată ca
\(~A_0 = A_(meh) + Q ;\) \(~\eta = \frac(A_(meh))(A_0) = \frac(A_(meh))(A_(meh) + Q) .\ )
Când vorbim despre eficiența unei surse de curent, munca utilă înseamnă munca efectuată în circuitul extern de curent continuu:
\(~A_p = IUt = I^2Rt .\)
Munca cheltuită a sursei curente este egală cu munca forțelor externe:
\(~A_z = q \varepsilon = I \varepsilon t ,\)
unde \(~\varepsilon = I (R + r)\).
Atunci \(~A_z = I^2 (R + r) t\) .
Eficiența sursei \(~\eta = \frac(A_p)(A_z) = \frac(IUt)(I \varepsilon t) = \frac(U)(\varepsilon) = \frac(R)(R + r)\ ), Unde U- tensiune în circuitul extern (tensiune la polii sursei de curent). Dependența grafică η = f(R) la r= const este prezentat în Fig. 1.
Unitatea SI a muncii efectuate de curent electric este joule (J). 1 J reprezintă lucrul curent echivalent cu 1 J de lucru mecanic.
1 J = Cl·B = А·В·s.
Lucrul curentului electric este măsurat cu contoare.
Viteza curentului de lucru într-o secțiune dată a circuitului caracterizează puterea curentului. Puterea curentă este determinată de formula \(~P = \frac At\) sau P = IU.
Folosind legea lui Ohm pentru o secțiune a unui circuit, putem scrie o formulă diferită pentru puterea curentă\[~P = I^2R = \frac(U^2)(R)\]. În acest caz vorbim despre puterea termică.
Unitatea de măsură a puterii curente este watt: 1 W = J/s. Prin urmare, J = W s.
În plus, se folosesc unități non-sistem: kilowatt-oră sau hectowat-oră: 1 kWh = 3,6 10 6 J = 3,6 MJ; 1 gWh = 3,6 10 5 J = 360 kJ.
Pentru a măsura puterea curentă, există dispozitive speciale - wattmetre.
Literatură
Aksenovich L. A. Fizica în liceu: Teorie. Sarcini. Teste: manual. alocație pentru instituțiile care oferă învățământ general. mediu, educație / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsiya i vyakhavanne, 2004. - P. 267-270.
Se știe dintr-un curs de fizică că una dintre caracteristicile oricărui corp este capacitatea sa de a lucra, deoarece aceasta din urmă nu este altceva decât transformarea unui tip de energie în altul (de exemplu, potențial în cinetică). În acest caz, trebuie luată în considerare celebra lege a conservării energiei, formulată încă din secolul al XVIII-lea de M.V. Lomonosov, conform căruia energia nu dispare niciodată nicăieri, ea doar se schimbă, ia o altă formă. Toate cele de mai sus se aplică în mod egal nu numai solidelor, ci și altor tipuri de materie, inclusiv curentului electric.
După cum s-a dovedit de mult timp, deplasându-se de-a lungul unei anumite secțiuni a circuitului, aceste particule formează un câmp electric care produce un curent - aceasta este cantitatea de energie care trebuie cheltuită pentru a transfera o sarcină de-a lungul unui circuit dat. Cu toate acestea, nu toate munca curentului este utilă și eficientă. O parte destul de semnificativă a energiei este cheltuită astfel încât sarcina electrică să învingă rezistența particulelor elementare situate în conductor și în sursa circuitului.
Lucrarea curentului electric, a cărei formulă, după cum reiese din textul de mai sus, A = U.Q, este cea mai importantă caracteristică a acestui tip special de materie. În această formulă, U reprezintă o secțiune a lanțului, iar Q este o expresie cantitativă a sarcinii purtate de-a lungul unei secțiuni date.
Cu toate acestea, munca curentului electric în sine nu ar fi de interes deosebit dacă nu s-ar fi găsit un model care să lege această lucrare și cantitatea eliberată.Acest model a fost descoperit aproape simultan de doi fizicieni celebri - Lenz și Joey Prescott, motiv pentru care dreptul în comunitatea științifică a primit denumirea de „lege Joule-Lenz”. Conform acestei legi, se dovedește că cantitatea (sau puterea) de căldură care este eliberată într-un anumit volum atunci când particulele încărcate curg prin acesta este direct dependentă de produsul intensității câmpului și densitatea curentului electric care curge printr-un zonă dată. Această lege este de mare importanță pentru calcularea pierderilor de energie electrică în timpul transmiterii acesteia prin fire pe distanțe lungi.
Lucrul curentului electric este cel mai direct legat de o altă cantitate importantă - puterea. În fizică ne referim la caracteristicile cantitative ale ratei de conversie și transmitere a energiei electrice. Puterea este măsurată în kilowați-oră, în timp ce munca efectuată de curentul electric este măsurată în jouli.
Pentru a obține putere maximă de curent de la o anumită sursă, este necesar să se țină cont de caracteristicile acestei surse, precum și de faptul că circuitul extern trebuie să fie comparabil între ele, altfel toată munca depusă va fi cheltuită pentru depășirea diferenta de rezistenta.
Munca curentului electric este cea mai importantă caracteristică fizică care trebuie luată în considerare în aproape toate industriile, precum și în producerea și transmiterea energiei pe distanțe lungi.
