Конспекты

Краткие содержания уроков 8 класса ФГОС

Краткое содержание & опорный конспект • ФГОС

§ 46. Работа и мощность электрического тока

Учебник: Физика. 8 класс
Авторы: И. М. Перышкин, А. И. Иванов

Смотреть видеоурок Термины • Даты • Вопрос-ответ

Иллюстрация к § 46. Работа и мощность электрического тока

🔍 Нажмите для зума

РАБОТА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

Когда по проводнику протекает ток, силы электрического поля совершают работу по перемещению электрических зарядов. При этом кинетическая энергия упорядоченного движения электронов в результате непрерывных соударений с ионами кристаллической решётки превращается во внутреннюю энергию проводника (он нагревается), световую энергию (лампа накаливания или светодиод), механическую энергию (вращение ротора электродвигателя) или химическую энергию (электролиз).

По определению электрического напряжения, работа поля $$A$$ по переносу заряда $$q$$ равна:

A = U \cdot q

Поскольку сила тока выражает заряд, проходящий через поперечное сечение проводника за время $$t$$ ( $I = q / t \Longrightarrow q = I \cdot t$ ), подставим это значение в формулу работы:

A = U \cdot I \cdot t

Работа электрического тока на участке цепи равна произведению напряжения на концах этого участка, силы тока и времени прохождения тока.

Единица измерения работы в СИ: названа джоулем (Дж) в честь английского физика Джеймса Джоуля:

1 \text{ Дж} = 1 \text{ В} \cdot \text{А} \cdot \text{с}

(1 Джоуль — это работа, которую совершает ток силой 1 Ампер при напряжении 1 Вольт за время 1 секунду).

Способы измерения работы тока:

Косвенный метод: в цепь включают три прибора — вольтметр (измеряет $$U$$ ), амперметр (измеряет $$I$$ ) и часы или секундомер (фиксируют время $$t$$ ). Полученные значения перемножают по формуле $$A = UIt$$ .
Прямой метод: измерение специализированным интегрирующим прибором — электросчётчиком (счётчиком электрической энергии), установленным в каждом доме.

МОЩНОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

Для оценки того, насколько быстро электрический прибор расходует электроэнергию или какую работу совершает в единицу времени, используют понятие электрической мощности:

Мощность электрического тока ( $$P$$ ) — это физическая величина, численно равная работе, совершаемой током за единицу времени:

P = \frac{A}{t}

Подставив в это выражение формулу работы $A = U \cdot I \cdot t$ и сократив время $$t$$ , получаем базовую формулу мощности:

P = U \cdot I

Мощность электрического тока равна произведению напряжения на концах участка цепи на силу протекающего в нём тока.

Единица мощности в СИ: названа ваттом (Вт) в честь шотландского изобретателя Джеймса Уатта:

1 \text{ Вт} = 1 \text{ В} \cdot \text{А} = 1 \text{ } \frac{\text{Дж}}{\text{с}}

Кратные единицы мощности:

1 гектоватт (гВт) = $$10^2$$ Вт = $$100$$ Вт;
1 киловатт (кВт) = $$10^3$$ Вт = $$1000$$ Вт (мощность электрочайников, пылесосов, утюгов);
1 мегаватт (МВт) = $$10^6$$ Вт = $1\,000\,000$ Вт (мощность электровозов, турбин гидроэлектростанций и энергоблоков АЭС).

Измерение мощности:

Косвенно — перемножением показаний вольтметра и амперметра ( $$P = UI$$ );
Напрямую — стрелочным или цифровым прибором ваттметром.

СВЯЗЬ РАБОТЫ И МОЩНОСТИ. ВНЕСИСТЕМНЫЕ ЕДИНИЦЫ

Из определения мощности непосредственно следует формула для расчёта совершённой работы:

A = P \cdot t \quad \Longrightarrow \quad 1 \text{ Дж} = 1 \text{ Вт} \cdot \text{с}

В повседневной жизни и промышленности единица $$1$$ Дж оказывается чересчур мелкой. Например, обычная лампочка мощностью $$100$$ Вт за $$1$$ час работы расходует:

A = 100 \text{ Вт} \cdot 3600 \text{ с} = 360\,000 \text{ Дж}

Оперировать миллионами джоулей при выставлении счетов за свет крайне неудобно, поэтому в коммунальном хозяйстве и энергетике приняты более крупные внесистемные единицы работы (расхода электроэнергии):

Ватт-час (Вт · ч):

1 \text{ Вт} \cdot \text{ч} = 1 \text{ Вт} \cdot 3600 \text{ с} = 3600 \text{ Дж}

Гектоватт-час (гВт · ч):

1 \text{ гВт} \cdot \text{ч} = 100 \text{ Вт} \cdot \text{ч} = 360\,000 \text{ Дж}

Киловатт-час (кВт · ч):

1 \text{ кВт} \cdot \text{ч} = 1000 \text{ Вт} \cdot 3600 \text{ с} = 3\,600\,000 \text{ Дж} = 3{,}6 \text{ МДж}

ПРИМЕРНЫЕ МОЩНОСТИ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ

Потребляемая мощность отражает аппетит электрического прибора:

Светодиодный карманный фонарик: $\approx 1$ Вт;
Бытовые лампы освещения: $40\text{–}200$ Вт;
Бытовой холодильник: $\approx 160$ Вт;
Стиральная машина: $\approx 800$ Вт;
Электрический утюг: $1200\text{–}2200$ Вт;
Электрочайник, пылесос, масляный радиатор: $1500\text{–}3000$ Вт;
Электрическая кухонная плита (все конфорки): $\approx 5000$ Вт ( $$5$$ кВт);
Магистральный электровоз: $\approx 6\,500\,000$ Вт ( $$6{,}5$$ МВт).

РАСЧЁТ РАСХОДА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ И СТОИМОСТИ

Для расчёта платы за потреблённую энергию используют показания электросчётчика и утверждённый тариф:

\text{Стоимость} = A \text{ (в кВт}\cdot\text{ч)} \times \text{Тариф (руб. за 1 кВт}\cdot\text{ч)}

Задача из практики: Электрическая плитка работает при напряжении $$120$$ В и силе тока $$5$$ А в течение $$5$$ часов. Определите совершённую током работу и стоимость израсходованной энергии при тарифе $$5$$ рублей за $$1$$ кВт · ч.
Решение:

Вычисляем работу тока:

A = U \cdot I \cdot t = 120 \text{ В} \cdot 5 \text{ А} \cdot 5 \text{ ч} = 3000 \text{ Вт} \cdot \text{ч} = 3 \text{ кВт} \cdot \text{ч}

Находим финансовую стоимость:

\text{Стоимость} = 3 \text{ кВт} \cdot \text{ч} \times 5 \text{ руб./кВт}\cdot\text{ч} = 15 \text{ руб.}

⭐ Шпаргалка к ответу у доски

📌 ШПАРГАЛКА К УСТНОМУ ОТВЕТУ У ДОСКИ

Работа электрического тока:

A = U \cdot I \cdot t \qquad A = P \cdot t

(Единица в СИ — Джоуль (Дж): $1 \text{ Дж} = 1 \text{ В} \cdot \text{А} \cdot \text{с}$ ).

Мощность электрического тока:

P = \frac{A}{t} = U \cdot I

(Единица в СИ — Ватт (Вт): $1 \text{ Вт} = 1 \text{ В} \cdot \text{А} = 1 \text{ Дж}/\text{с}$ ).

Кратные единицы мощности: $1 \text{ кВт} = 1000$ Вт, $1 \text{ МВт} = 1\,000\,000$ Вт.
Главный перевод для счётчика:

1 \text{ кВт} \cdot \text{ч} = 3\,600\,000 \text{ Дж} = 3{,}6 \text{ МДж}

Приборы:
- Сила тока $\rightarrow$ амперметр (последовательно);
- Напряжение $\rightarrow$ вольтметр (параллельно);
- Мощность $\rightarrow$ ваттметр;
- Работа и расход энергии $\rightarrow$ электросчётчик.
Формула расчёта стоимости: $\text{Стоимость} = A \text{ (в кВт}\cdot\text{ч)} \cdot \text{Тариф}$ .