Закон Джоуля Ленца определение формулы

Закон Джоуля-Ленца: определение, формулы

Мы ежедневно пользуемся электронагревательными приборами, не задумываясь, откуда берётся тепло. Разумеется, вы знаете, что тепловую энергию вырабатывает электричество. Но как это происходит, а тем более, как оценить количество выделяемого тепла, знают не все. На данный вопрос отвечает закон Джоуля-Ленца, обнародованный в позапрошлом столетии.

В 1841 году усилия английского физика Джоуля, а в 1842 г. исследования русского учёного Ленца увенчались открытием закона, применение которого позволяет количественно оценить результаты теплового действия электрического тока [ 1 ]. С тех пор изобретено множество приборов, в основе которых лежит тепловое действие тока. Некоторые из них, изображены на рис. 1.

Определение и формула

Тепловой закон можно сформулировать и записать в следующей редакции: «Количество тепла, выработанного током, прямо пропорционально квадрату приложенного к данному участку цепи тока, сопротивления проводника и промежутка времени, в течение которого электричество действовало на проводник».

Обозначим символом Q количество выделяемого тепла, а символами I, R и Δt – силу тока, сопротивление и промежуток времени, соответственно. Тогда формула закона Джоуля-Ленца будет иметь вид: Q = I 2 *R*Δt

Согласно законам Ома I=U/R, откуда R = U/I. Подставляя выражения в формулу Джоуля-Ленца получим: Q = U 2 /R * Δt ⇒ Q = U*I*Δt.

Выведенные нами формулы – различные формы записи закона Джоуля-Ленца. Зная такие параметры как напряжение или силу тока, можно легко рассчитать количество тепла, выделяемого на участке цепи, обладающем сопротивлением R.

Дифференциальная форма

Чтобы перейти к дифференциальной форме закона, проанализируем утверждение Джоуля-Ленца применительно к электронной теории. Приращение энергии электрона ΔW за счёт работы электрических сил поля равно разности энергий электрона в конце пробега (m/2)*(u=υ _max ) 2 и в начале пробега (mu 2 )/2 , то есть

Здесь u – скорость хаотического движение (векторная величина), а υ _max – максимальная скорость электрического заряда в данный момент времени.

Поскольку установлено, что скорость хаотического движения с одинаковой вероятностью совпадает с максимальной (по направлению и в противоположном направлении), то выражение 2* u*υ _max в среднем равно нулю. Тогда полная энергия, выделяющаяся при столкновениях электронов с атомами, образующими узлы кристаллической решётки, составляет:

Это и есть закон Джоуля-Ленца, записанный в дифференциальной форме. Здесь γ – согласующий коэффициент, E – напряжённость поля.

Интегральная форма

Предположим, что проводник имеет цилиндрическую форму с сечением S. Пусть длина этого проводника составляет l. Тогда мощность P, выделяемая в объёме V= lS составляет:

Источник

Тест. Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца.

Укажите формулу для расчета работы электрического тока?

Варианты ответов

• A = UIt
• А=F*S
• N=A/t

Вопрос 2

Укажите основную единицу измерения мощности электрического тока.

Варианты ответов

• Ампер
• Джоуль
• Ватт
• Вольт

Вопрос 3

Какая физическая величина определяется формулой ?

Варианты ответов

• мощность электрического тока
• количество теплоты, выделяющееся при прохождении электрического тока на участке цепи за время t;
• количество электрического заряда, протекающего в цепи за время t;

Вопрос 4

Выразите мощности тока, равные 5 МВт и 50000 Вт в киловаттах.

Варианты ответов

• 5000 кВт и 50 кВт
• 500 кВт и 5 кВт
• 50 000 кВт и 500 кВт

Вопрос 5

Определите мощность тока в электролампе, включенной в сеть напряжением 220 В, если сила тока в ней равна 0,6 А.

Варианты ответов

• 176 Вт
• 132 Вт
• 240 Вт
• 186 Вт

Вопрос 6

Сила тока в цепи 5 А, напряжение на клеммах электродвигателя 14 В. Электрический ток совершает за 5 минут работу, равную

Варианты ответов

• 21 кДж
• 23,4 кДж
• 0,52 кДж
• 260 Дж

Вопрос 7

При прохождении электрического тока по проводнику температура проводника

Варианты ответов

• может как увеличиваться, так и уменьшаться
• увеличивается
• уменьшается
• не изменяется

Вопрос 8

При прохождении тока силой 1 А по проводнику сопротивлением 15 Ом за 6 мин в проводнике выделяется количество теплоты

Источник



Задачи на применение закона Джоуля-Ленца с решением

Закон Джоуля-Ленца описывает тепловое действие электрического тока и находит широкое применение в электротехнике. В сегодняшней статье разберем несколько задач на закон Джоуля-Ленца.

Лень решать задачи? Зайдите на наш телеграм-канал: там найдется много интересного для всех учащихся. А если вы решили обратиться к нам за помощью, не упустите выгоду и обязательно прочекайте приятные скидки и акции на нашем втором канале.

Закон Джоуля-Ленца: задачи с решением

Для решения любой физической задачи существует алгоритм: сначала записываются все известные данные, затем определяются величины, которые нужно найти. Подробнее о решении физических задач читайте в нашей памятке для студентов. Также советуем держать под рукой формулы, это существенно облегчит процесс решения.

Кстати, если вы интересуетесь задачами на закон Джоуля-Ленца, вам также может быть полезно ознакомиться с задачами на мощность тока.

Задача на закон Джоуля-Ленца №1

Условие

Какое количество теплоты выделяет за 5 минут нагреватель электрочайника, если его сопротивление равно 30 Ом, а сила тока в цепи 1,5 А?

Решение

Это простейшая задача на закон Джоуля-Ленца для участка цепи. Запишем сам закон:

Подставив значения из условия в формулу, найдем:

Q = 1 , 5 2 · 30 · 300 = 20250 Д ж

Ответ: 20,25 кДж.

Задача на закон Джоуля-Ленца №2

Условие

Какое количество теплоты выделит за 40 минут спираль электроплитки, если сила тока в цепи 3 А, а напряжение 220 В?

Решение

Эта также простейшая задача на закон Джоуля-Ленца, но, в отличие от первой задачи, при ее решении используется другая формулировка закона. Сначала запишем закон Джоуля-Ленца:

Теперь перепишем его с учетом закона Ома:

I = U R R = U I Q = I 2 U I t = I U t

Осталось подставить значения и вычислить:

Q = 3 · 220 · 2400 = 1 , 584 М Д ж

Ответ: 1,584 МДж.

Задача на закон Джоуля-Ленца №3

Условие

Сколько минут ток шел по проводнику сопротивлением 25 Ом, если при силе тока 1 А проводник вылелил 6 кДж теплоты.

Решение

Запишем закон Джоуля-Ленца и выразим время:

Q = I 2 R t t = Q I 2 R

t = 6000 1 2 · 25 = 240 c = 4 м и н

Ответ: 4 минуты.

При расчетах не забывайте переводить все величины из условия в систему СИ.

Задача на закон Джоуля-Ленца №4

Условие

Электрическая плитка при силе тока 4 А за 20 минут потребляет 1000 кДж энергии. Рассчитайте сопротивление плитки.

Решение

Выразим сопротивление из закона Джоуля-Ленца:

Q = I 2 R t R = Q I 2 t

Подставим значения и вычислим:

R = 1000 · 10 3 16 · 1200 = 52 О м

Ответ: 52 Ом.

Задача на закон Джоуля-Ленца №5

Условие

По проводнику с сопротивлением 6 Ом пропускали постоянный ток в течение 9 c. Какое количество теплоты выделилось в проводнике за это время, если через его сечение прошел заряд 3 Кл?

Решение

Заряд можно определить, зная время и силу тока. А зная заряд и врямя, за которое он прошел по проводнику, найдем силу тока:

Запишем закон Джоуля-Ленца для количества теплоты:

Q = I 2 R t Q = q 2 t 2 R t = q 2 R t

Подставим значения и вычислим:

Q = 3 2 · 6 9 = 6 Д ж

Ответ: 6 Дж.

Вопросы на закон Джоуля-Ленца

Вопрос 1. Как звучит закон Джоуля-Ленца?

Ответ. Закон Джоуля-Ленца гласит:

Количество теплоты, выделившейся в проводнике при прохождении по нему электрического тока, прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока.

Вопрос 2. Почему проводник с током нагревается?

Ответ. При прохождении тока по проводнику положительные ионы в узлах кристаллических решеток проводника за счет энергии тока начинают сильнее колебаться. Это сопровождается увеличением внутренней энергии проводника, т.е. его нагреванием. При этом энергия тока выделяется в виде теплоты, которую называют джоулевым теплом.

Вопрос 3. Как был открыт закон Джоуля-Ленца?

Ответ. По спирали, помещенной в калориметр с водой, пропускали электрический ток. Через некоторое время вода нагревалась. По температуре воды можно было вычислить количество выделившейся теплоты. Эмпирическим путем было доказано, что при прохождении тока по проводнику, обладающему определенным сопротивлением, в течение времени током совершается работа, проявляющаяся в виде выделившейся теплоты.

Английский физик Джеймс Джоуль и русский физик Эмилий Ленц изучали зависимость количества выделяемой теплоты от силы тока одновременно. Они пришли к одному и тому же выводу независимо друг от друга.

Вопрос 4. Как еще можно записать закон Джоуля-Ленца?

Ответ. Воспользовавшись законом Ома для участа цепи, закон Джоуля-Ленца можно переписать следующим образом:

Q = U I t = U 2 R t

Вопрос 5. Каково практическое применение закона Джоуля-Ленца?

Ответ. Закон Джоуля-Ленца находит широкое применение на практике:

1. На нем основан принцип действия многих нагревательных приборов (чайник, электроплитка, фен, утюг, паяльник и т.д).
2. На принципе закона Джоуля-Ленца основана контактная сварка, где создание неразъемного сварного соединения достигается путем нагрева металла за счет проходящего через него электрического тока и пластической деформации свариваемых деталей путем сжатия. Электродуговая сварка также использует закон Джоуля-Ленца.
3. Расчеты на основе закона Джоуля-Ленца позволяют стабилизировать и минимизировать тепловые потери в линиях электропередач.

Нужна помощь в решении задач и выполнении других заданий по учебе? Обращайтесь в профессиональный сервис для учащихся в любое время.

• Контрольная работа от 1 дня / от 100 р. Узнать стоимость
• Дипломная работа от 7 дней / от 7950 р. Узнать стоимость
• Курсовая работа 5 дней / от 1800 р. Узнать стоимость
• Реферат от 1 дня / от 700 р. Узнать стоимость

Иван Колобков, известный также как Джони. Маркетолог, аналитик и копирайтер компании Zaochnik. Подающий надежды молодой писатель. Питает любовь к физике, раритетным вещам и творчеству Ч. Буковски.

Источник

Закон Джоуля-Ленца

Электричество – неотъемлемый признак нашей эпохи. Абсолютно всё вокруг завязано на нём. Любой современный человек, даже без технического образования, знает, что электрический ток, текущий по проводам, способен в некоторых случаях нагревать их, зачастую до очень высоких температур. Казалось бы, это заведомо всем известно и не стоит упоминания. Однако, как объяснить это явление? Почему и как происходит нагрев проводника?

Опыты Ленца

Перенесемся в 19 век-эпоху накопления знаний и подготовки к технологическому прыжку 20 века. Эпоха, когда по всему миру различные учёные и просто изобретатели-самоучки чуть ли не ежедневно открывают что-то новое, зачастую тратя огромное количество времени на исследования и, при этом, не представляя конечный результат.

Один из таких людей, русский учёный Эмилий Христианович Ленц, увлекался электричеством, на тогдашнем примитивном уровне, пытаясь рассчитывать электрические цепи. В 1832 году Эмилий Ленц “застрял” с расчётами, так как параметры его смоделированной цепи “источник энергии – проводник – потребитель энергии” сильно разнились от опыта к опыту. Зимой 1832-1833 года учёный обнаружил, что причиной нестабильности является кусочек платиновой проволоки, принесённый им с холода. Отогревая или охлаждая проводник, Ленц также заметил что существует некая зависимость между силой тока, электрическим сопротивлением и температурой проводника.

При определённых параметрах электрической цепи проводник быстро оттаивал и даже слегка нагревался. Измерительных приборов в те времена практически никаких не существовало – невозможно было точно измерить ни силу тока, ни сопротивление. Но это был русский физик, и он проявил смекалку. Если это зависимость, то почему бы ей не быть обратимой?

Для того чтобы измерить количество тепла, выделяемого проводником, учёный сконструировал простейший “нагреватель” – стеклянная ёмкость, в которой находился спиртосодержащий раствор и погружённый в него платиновый проводник-спираль. Подавая различные величины электрического тока на проволоку, Ленц замерял время, за которое раствор нагревался до определённой температуры. Источники электрического тока в те времена были слишком слабы, чтобы разогреть раствор до серьёзной температуры, потому визуально определить количество испарившегося раствора не представлялось возможным. Из-за этого процесс исследования очень затянулся – тысячи вариантов подбора параметров источника питания, проводника, долгие замеры и последующий анализ.

Закон Джоуля-Ленца

В итоге, спустя десятилетие, в 1843 году Эмилий Ленц выставил на всеобщее обозрение научного сообщества результат своих опытов в виде закона. Однако, оказалось, что его опередили! Пару лет назад английский физик Джеймс Прескотт Джоуль уже проводил аналогичные опыты и также представил общественности свои результаты. Но, тщательно проверив все работы Джеймса Джоуля, русский учёный выяснил что собственные опыты гораздо точнее, наработан больший объём исследований, потому, русской науке есть чем дополнить английское открытие.

Научное сообщество рассмотрело оба результата исследований и объединила их в одно, тем самым закон Джоуля переименовали в закон Джоуля-Ленца. Закон утверждает, что количество теплоты, выделяемое проводником при протекании по нему электрического тока , равно произведению силы этого тока в квадрате, сопротивлению проводника и времени, за которое по проводнику течёт ток. Или формулой:

Источник

Закон джоуля ленца вопросы

Формулы, используемые на уроках «Задачи на Закон Джоуля-Ленца»

Название величины

Обозначение

Единица измерения

Формула

Сила тока

I

I = U / R

Напряжение

U

U = IR

Время

t

t = Q / I 2 R

Количество теплоты

Q

Q = I 2 Rt

1 мин = 60 с; 1 ч = 60 мин; 1 ч = 3600 с.

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Задача № 1. Какое количество теплоты выделит за 20 мин спираль электроплитки сопротивлением 25 Ом, если сила тока в цепи 1,2 А?

Задача № 2. Какое количество теплоты выделит за 30 мин спираль электроплитки, если сила тока в цепи 2 А, а напряжение 220 В?

Задача № 3. Сколько времени нагревалась проволока сопротивлением 20 Ом, если при силе тока 1 А в ней выделилось 6 кДж теплоты.

Задача № 4. Электрическая плитка при силе тока 5 А за 30 мин потребляет 1080 кДж энергии. Рассчитайте сопротивление плитки.

Задача № 5. Какое количество теплоты выделится за 25 мин в обмотке электродвигателя, если ее активное сопротивление равно 125 Ом, а сила тока, протекающего в ней, равна 1,2 А?

Краткая теория для решения Задачи на Закон Джоуля-Ленца.

Это конспект по теме «ЗАДАЧИ на Закон Джоуля-Ленца». Выберите дальнейшие действия:

• Посмотреть конспект по теме Закон Джоуля-Ленца и его применение
• Вернуться к списку конспектов по Физике.
• Проверить свои знания по Физике.

31 Комментарии

Какое количество теплоты выделяется за 30 мин проволочной спиралью сопротивлением в 20 ом при силе тока 5 а

Q = I^2 • R • t = 25 • 20 • 1800 = 900 кДж.

Два резистора подключены к источнику напряжением 120В последовательно. В первом резисторе сопротивлением 10 Ом за 5минут выделяется 80кДж теплоты. Каково сопротивление второго резистора?

Визначте, на скільки градусів нагріваються 100 г води, якщо на нагрівання їх витрачено всю кількість теплоти, що виділяється при протіканні струму 5 А по провіднику опором 10 Ом протягом 2 хв.​

Дано: m = 100 г = 0,1 кг; I = 5 A; R = 10 Ом; t = 2 мин = 120 с; с = 4200 Дж/(кг•°С)
Решение: Q1 = cmΔt (нагревание воды); Q2 = I^2Rt; Q1 = Q2.
Δt = (I^2Rt) / cm = (5^2 • 10 • 120) / (4200 • 0,1) ≈ 71 °С
Ответ: Δt ≈ 71 °С.

Участок цепи состоит из параллельно соединенных резистора сопротивлением 1,0 Ом и стального проводника длиной 10 м и сечением 1,2 мм2. Определите количество теплоты, выделяющейся в данном участке цепи за 10с, если общая сила тока в участке 3,0 А. Удельное сопротивление стали 1,2 ∙10-2 Ом∙ мм2 /м.

Дано: R = 1 Ом, lп = 10 м, S = 1,2 мм^2, I = 3 A, t = 10 c, ρ = 1,2 ∙10^-2 Ом∙ мм^2/м (видимо выдуманное значение, так как не соответствует реальному 0,12).

Решение: Q = P*t = I^2*Rобщ*t, Rобщ = R*Rп/(R+Rп), Rп = ρ*l/S ⇒ Rобщ = R*ρ*l/(S*R + ρ*l)

Q = P*t = I^2*[R*ρ*l/(S*R + ρ*l)]*t = 3^2*[1*0,012*10/(1,2*1 + 0,012*10)]*10 = 8,18 Дж

Два дроти однакових довжин та перерiзу залiзный та нiкелiновий зьеднанi паралельно. Через них пропускают электричний струм. В якому з них видiлиться бiльша кiлькiсть теплоты? У скiльки разiв? Вiдповiть пояснiть.

Решать по аналогии с этой задачей:
Две проволоки, медная и железная, равной длины и одинаковой площади поперечного сечения включены в цепь параллельно. В какой проволоке выделится большее количество теплоты? Почему?
—
При параллельном соединении падения напряжения на проволоках одинаковые, и больше тепла выделится на проволоке, которая имеет меньшее удельное сопротивление, т. к. при одинаковом падении напряжения сила тока в ней будет больше по закону Ома I = U/R, соответственно больше нагреется медная проволока, имеющая меньшее сопротивление.

Дано: Р — 1120кг; η – 86.8%. Найти М -?
М- теоретически полученный металл, Р- практически полученный металл, η- выход по току).
Помогите пожалуйста решить

Нагрівник, ККД якого 75%, нагріває воду від 25 до 75 градусів. Його виготовлено з 11м нікелінового дроту з площею перерізу 0,5 міліметрів квадратних. Напруга 220В. Визначте масу води, що проходить через нагрівник за 2 хвилини

Q1/Q = 0.75 (75%)
Q1 = c * m * ▲T (c — удельная теплоёмкость, ▲T — разность температур);
Q = U * I * t (Закон Джоуля-Ленца);
I = U/R (U — напряжение, R — сопротивление провода),
Q = (U^2 * t)/R;
R = p*(l/S) (удельное сопротивление умножить на отношение длины к площади);
Конечная формула: m = (0,75 * U^2 * t * S) / (c * ▲T * p * l).

Задача 1. Дано: I1 = 1 A, R3 =20 Ом, Р1 = 10 Вт, U = 40 B. Користуюсь
законами Ома, Кирхгофа та Джоуля-Ленца розрахувати I2.

Найти сопротивление цепи, которая за 1 мин выделяет в пространство 9 кДж теплоты.
Сила тока в цепи 1 А.

Электроплитка сопротивлением 40 Ом
включена в сеть с напряжением 120 В. Какое
количество теплоты выделится в этой плитке за 5 мин.
Ответ дать в кДж

Для нагрева среды в термостате в течении 19 мин необходимо теплота 240 кДж. На какую мощность должен быть рассчитан электронагреватель термостата, если его кпд равен 64 %? Определить ток, если нагреватель подключен к сети напряжением 230 В.

Яку кількість теплоти виділить дротина опором 11 Ом за 20 хв увімкнена в електричне коло з напругою 220 В?

Определите количество тепла, выделяемого за 20 минут на неподвижном проводе с напряжением 5 В и током 0,01 А.

2. Ток через лампу 2 А. Напряжение на лампе 10 В, что определяет сопротивление провода лампы.
3. Сопротивление катушки варочной панели, подключенной к сети 220 В, составляет 55 Ом, ток в катушке.
4. Вольтметр 12 кОм показывает напряжение 220 В. Какой ток через него протекает?
5. Какое сопротивление у медного провода длиной 100 м и сечением 2 мм2?

6. Катушка электрочайника сопротивлением 30 Ом подключается к сети напряжением 120 В. Определите ток в катушке чайника.

Источник