21.04.2021р. Фізика 8 клас.

Тема: Теплова дія струму. Закон Джоуля-Ленца.

 Електричний струм нагріває провідники. Це явище нам дуже добре відоме. Його використовують в багатьох електричних приладах (праска, електрична піч, нагрівач). Нагрівання провідників пояснюють тим, що в металах вільні електрони, переміщуючись під дією електричного поля, взаємодіють з йонами кристалічних ґраток і передають їм свою енергію. Внутрішня енергія провідника збільшується за рахунок роботи електричного струму, завдяки чому виникає тепловий ефект. Нагріваються не лише металеві провідники, але й рідини і гази, коли через них проходить електричний струм.

У XIX столітті незалежно один від одного англієць Дж. Джоуль і російський фізик Е. X. Ленц вивчали нагрівання провідників електричним струмом і експериментально встановили такий закон, який отримав назву закон Джоуля — Ленца:

Кількість теплоти, яка виділяється в провіднику зі струмом, прямо пропорційна квадрату сили струму, опору провідника і часу проходження струму:

Q = І₂ ∙ R ∙ t

Цей закон можна отримати не лише експериментально, а й теоретично, якщо прирівняти кількість теплоти, яка виділяється в провіднику, і роботу струму, вважаючи що вона йде на виділення тепла: А = Q; А = U ∙ I ∙ t. Значить, Q = U ∙ I ∙ t. За законом Ома: U = І ∙ R, Q = I₂ ∙ R ∙ t. 

Експериментально закон Джоуля — Ленца можна перевірити, зібравши таке електричне коло: калориметр з водою, металева спіраль, термометр, вольтметр, амперметр, джерело струму .

Кількість теплоти, яка виділиться в цьому досліді в спіралі, знаходимо за двома формулами*:

Q = c ∙ m ∙ ∆t° (1)

Q = l ∙ U ∙ t. (2)

* Щоб не плутати значення символів у формулах (1) і (2), температуру позначено як t°.

 Електронагрівальні прилади

Значення кількості теплоти, підраховані за формулами (1) і (2), повинні збігатися, що і підтверджує справедливість закону Джоуля—Ленца.

Електронагрівальні прилади  знайшли широке застосування в нашому житті. Основною частиною таких приладів є нагрівальний елемент. Зазвичай це ніхромовий дріт, закручений у вигляді спіралі. В електрокамінах нагрівальні спіралі розміщують всередині трубок із жаростійкого скла. У сучасних прасках дротяні спіралі розміщують всередині металевих трубок, їх заповнюють спеціальною ізоляційною речовиною, щоб витки спіралі не дотикались один до одного та до металевих трубок. Використання ніхрому — речовини з великим питомим опором — і щільне розміщення ніхромової спіралі веде до того, що основна кількість теплоти виділяється саме в нагрівальному елементі, а не в підвідних проводах.

Користуючись електричними побутовими приладами, потрібно пам’ятати, що одночасне вмикання потужних електроприладів може привести до значного збільшення сили струму, сильного нагрівання проводів, і, як наслідок, до загоряння ізоляції.

В освітлювальну мережу квартир обов’язково включають запобіжники (мал. 1, а, б). Їх призначення — відразу вимкнути лінію, якщо сила струму стане більшою за норму.

Мал. 1. Запобіжники: а — плавкі; б — автоматичні

Автоматичний вимикач (запобіжник) призначений для захисту кабелів, проводів і споживачів від перевантаження і короткого замикання, виконує одночасно функції захисту і управління. Під час проходження струмів через автоматичний вимикач зі значеннями, що перевищують допустимі, відбувається нагрів біметалічної пластини, що призводить до її згину і розчіплювання контактів. Біметалева пластина — це пластина з двох різних металів, які, нагріваючись, по-різному змінюють свою довжину.електричний опір провідника,

  Перегляньте відео за посиланням:

https://www.youtube.com/watch?v=1fvc8mn6hbA

Домашнє завдання: Опрацювати параграф 34,35, задачу із ст.188.