Специальное предложение

Статью подготовили специалисты образовательного сервиса Zaochnik.

Работа и мощность электрического тока в цепи

Содержание:

Определение 1

Во время протекания тока по однородному участку цепи электрическое поле совершает работу. За пройденное время Δt по цепи имеется заряд Δq=IΔt.

Электрическое поле выделенного участка выполняет работу, формулу которой мы запишем так: ΔA=(φ1φ2) Δq=Δφ12IΔt=UIΔt, где U=Δφ12 – напряжение. Такая величина называется работой электрического тока.

Обе части формулы RI=U выражают закон Ома для однородного участка цепи с сопротивлением R, умноженным на IΔt. В итоге получим соотношение RI2Δt=UIΔt=ΔA, выражающее закон сохранения энергии для однородного участка цепи. Работа ΔA электрического тока I, протекающего по неподвижному проводнику с сопротивлением R, преобразуется в тепло ΔQ, выделяющееся на проводнике. ΔQ=ΔA=RI2Δt.

Закон Джоуля-Ленца

Дж. Джоуль и Э. Ленц установили закон преобразования работы тока в тепло.

Определение 2

Формула мощности электрического тока (измеряется в амперах) записывается в виде отношения изменения работы тока ΔA за определенный промежуток времени Δt:

P=At=UI=I2R=U2R.

Работа и мощность электрического тока обратно пропорциональны.

Нужна помощь преподавателя?
Опиши задание — и наши эксперты тебе помогут!

По таблице СИ понятно, в чем измеряется мощность: в ваттах (ВТ), а работа в Джоулях (Дж).

Перейдем к рассмотрению полной цепи постоянного тока, которая состоит из источника с электродвижущей силой ε и внутренним сопротивлением r на участке R. Запись основного закона Ома для полной цепи имеет вид (R + r)I=ε. При умножении обеих частей на Δq=IΔt получаем, что соотношение для выражения сохранения энергии полной цепи постоянного тока запишется: R I2Δt+r I2Δt=ε IΔt=ΔAст. Из левой части видно, что ΔQ=R I2Δt обозначает выделяющееся тепло на внешнем участке за промежуток времени Δt, а ΔQист=rI2Δtвнутри источника за тот же время.

εIΔt – это обозначение работы сторонних сил ΔAст, действующих внутри. Если имеется замкнутая цепь, тогда ΔAст переходит в тепло, которое выделяется во внешней цепи (ΔQ) и внутри источника (ΔQист).

ΔQ+ΔQист=ΔAст=εIΔt.

Работа сторонних сил

Работа электрического поля не входит в данное соотношение, так как в замкнутой цепи работа не совершается, следовательно, тепло идет только от внутренних сторонних сил. В данном случае электрическое поле перераспределяет тепло по всем участкам цепи.

Внешняя цепь может иметь не только проводник с R сопротивлением, но и механизм, потребляющий мощность. Такой случай говорит о том, что R эквивалентно сопротивлению нагрузки. Энергия, которая выделяется по внешней цепи, преобразуется в тепло и другие виды энергии.

Определение 3

Работа, совершаемая сторонними силами за единицу времени, равняется Pист=εI=ε2R+r. Внешняя цепь характеризуется мощностью P=RI2=εI-rI2=ε2R(R+r)2.

Коэффициентом полезного источника называют отношение η=PPист, записываемое как η=PPист=1-rεI=RR+r.

Рисунок 1.11.1 показывает зависимость Pист, полезной Р, выделяемой во внешней цепи, кпд η от тока I для источника с ЭДС, равной ε, и внутренним сопротивлением r. Изменение тока в цепи происходит в пределах от I=0( при R=) до I=Iкз=εr( при R=0).

Работа сторонних сил

Рисунок 1.11.1. Зависимость мощности источника Pист, мощности во внешней цепи Р и КПД источника η от силы тока.

Приведенные графики показывают, что максимальная мощность во внешней цепи может быть достигнута при R=r и запишется Pmax=ε24r. Формула тока в цепи будет иметь вид Imax=12Iкз=ε2r, где КПД источника не превышает 50%. При I0 может достигаться максимальное значение КПД, тогда сопротивление R. При коротком замыкании значение мощности Р=0. Тогда она только выделяется внутри источника, что грозит перегревом, причем КПД обращается в ноль.

Навигация по статьям

Выполненные работы по физике
  • Физика

    ОПРЕДЕЛЕНИЕ АБСОЛЮТНОГО ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ВЕЩЕСТВА С ПОМОЩЬЮ РЕФРАКТОМЕТРА

    • Вид работы:

      Лабораторная работа

    • Выполнена:

      25 мая 2017 г.

    • Стоимость:

      500 руб

    Заказать такую же работу
  • Физика

    Физика твердого тела. Заказ: 31240

    • Вид работы:

      Решение задач

    • Выполнена:

      27 мая 2017 г.

    • Стоимость:

      2 400 руб

    Заказать такую же работу
  • Физика

    Определение коэффициента взаимной индукции катушек и магнитной проницаемости материала сердечника

    • Вид работы:

      Реферат

    • Выполнена:

      29 мая 2017 г.

    • Стоимость:

      400 руб

    Заказать такую же работу
  • Физика

    Карбюраторный Двигатель

    • Вид работы:

      Реферат

    • Выполнена:

      6 мая 2017 г.

    • Стоимость:

      400 руб

    Заказать такую же работу
  • Физика

    Сборник по физике невская эмбиль

    • Вид работы:

      Решение задач

    • Выполнена:

      10 мая 2017 г.

    • Стоимость:

      2 800 руб

    Заказать такую же работу
  • Физика

    Колебания математического маятника

    • Вид работы:

      Курсовая

    • Выполнена:

      20 декабря 2014 г.

    • Стоимость:

      900 руб

    Заказать такую же работу
  • Не получается написать работу самому?

    Доверь это кандидату наук!