Закон Джоуля-Ленца. Електронагрівальні прилади

Тема. Закон Джоуля-Ленца.  Електронагрівальні  прилади

Мета:

·        дати учням знання про кількість теплоти, яка виділяється в провіднику при проходженні електричного струму; обґрунтувати нагрівання провідника зі струмом на основі  молекулярно-кінетичних уявлень;

·        формувати і розвивати вміння розв’язувати задачі;

·        розвивати пам'ять, логічне мислення; підвищувати інтерес до предмету.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу

Основні поняття: кількість теплоти, робота струму.

Хід уроку

1.   Організаційний момент.  Вправа «Кольоропис»

Учні обирають колір смужки, який відповідає їхньому настрою:

Червона – гарний настрій;

Синя – нейтральний:

Чорна – поганий

2.     Актуалізація опорних знань учнів.

Самостійна тестова робота

1)    Одиницею роботи в СІ є:

       А)   1 Вт            Б) 1 Кл             В) 1В             Г) 1 Дж

2)    Сила струму в реостаті дорівнює 2 А. Визначте роботу елек­тричного струму за 1 хв, якщо напруга на клемах реостата становить 12 В.

  А) 1440 Дж         Б) 24 Дж         В) 4 кДж             Г) 1830 Дж

3)    Яким приладом вимірюють роботу електричного струму в побуті?

А) Гальванометром   Б) Годинником      В) Амперметром    Г) Лічильником

4)    Одиницею потужності в СІ є:

А) 1 Вт         Б) 1 Кл            В) 1 В                Г) 1 Дж

5)    Прилад для вимірювання потужності називається:

А) вольтметр          Б) ватметр           В) амперметр          Г) лічильник

6)    Сила струму в електричній лампі, розрахованій на напругу 127 В,

дорівнює 0,5 А. Яка потужність струму в цій лампі?

А) 254 Вт            Б) 25,4 Дж            В) 63,5 Вт            Г) 6,35 Дж

7)    Два резистори з опорами R₁ = 2 Ом і R₂ = 4 Ом увімкнені в елек­тричне коло послідовно. Порівняйте роботу електричного струму в цих резисторах за однаковий час.

А) А₁=А₂            Б) А₁=2А₂             В) А₂=2А₁            Г) А₁=4А₂

8)    Два резистори з опорами R₁=2 Ом і = 4 Ом увімкнені в електричне коло паралельно. Порівняйте потужність елек­тричного струму в цих резисторах.

А) Р₁=Р₂            Б) Р₁ = 2Р₂            В) Р₂ = 2Р₁             Г) Р₁=4Р₂

9)    Визначте роботу електричного струму в колі (рис. 60) за 1 с.

А) 0,008 Дж       Б) 2,7 Дж          В) 0,9 Дж        Г) 3,2 Дж

10)                      Потужність електричної праски становить 0,6 кВт. Нею гладитимуть білизну протягом 3 год. Обчисліть енергію, необхідну для цього

А) 1,8 МВт*год     Б) 18 Вт* с   

В) 1800 Вт*год    Г) 0,18 кВт*год

11)                      Напруга на ділянці електричного кола становить 10 В. Яку роботу може виконати електричний струм, якщо по цій ді­лянці проходить заряд 0,5 Кл?

А) 5 Дж              Б) 0,5 Дж             В) 20 Дж              Г) 0,05 Дж.

12)                      На що витрачається вся робота струму в нерухомому метале­вому провіднику?

       А) На виконання механічної роботи        Б) На нагрівання провідника

       В) На виконання корисної роботи           Г) На хімічні перетворення в провіднику

Відповіді: 1. Г. 2. А. 3. Г. 4. А. 5. Б. 6. В. 7. В. 8. Б. 9. Г. 10. В. 11. А. 12. Б.

3.     Мотивація навчальної діяльності.

Підніміть руки, у кого бабуся живе в селі і можливо ви бачили, як доглядають за маленькими курчатами. Для чого над ними ставлять лампу? (відповіді учнів)

Так, це роблять, щоб їх зігріти. Сьогодні ми на уроці розглянемо теплову дію струму. Але це ще не вся тема.

Що спільного між лампою та праскою? (обидва прилади – електронагрівальні)

Отже, тема нашого уроку: Закон Джоуля-Ленца. Електронагрівальні прилади.

4.     Вивчення нового матеріалу.

Електричний струм нагріває провідник. Це явище нам добре відоме. Якщо металевий провідник приєднати до джерела струму, то при проходженні струму дріт нагріється до червоного кольору. Чому так відбувається. Бо вільні електрони, які переміщаються під дією електричного поля , взаємодіють із зустрічними атомами або іонами речовини провідника й передають їм частину своєї енергії. Якщо провідник нерухомий, то ця енергія перетворюється у внутрішню енергію провідника, і його температура підвищується.

Необхідно знати, від чого залежить  кількість теплоти, яка виділяється в провіднику при проходженні стуму. Ці знання допоможуть або збільшити тепловий ефект дії струму, або звести його до мінімуму.

Це питання вдалося вирішити експериментально у 1841 році англійському вченому Джорджу Джоулю, а через рік російському ученому Емілю Ленцу. Тому встановлений ними закон має назву «закон Джоуля-Ленца»

Отже, робота струму може повністю витрачатися на збільшення внутрішньої енергії тіла, тоді:   Q = A =UIt;

За законом Ома U=IR, тоді    Q = I²Rt . Це і є закон Джоуля-Ленца.

5.     Закріплення нового матеріалу. Розв’язування  задач

1. Увімкнули паралельно залізний та мідний провідники однакової довжини. На якому з цих провідників виділяються більша кількість теплоти?     ( на мідному)

2. Чому іноді розетка або штепсельна вилка працюючого електроприладу дуже нагрівається? Чому це відбувається?

3. Яка кількість теплоти виділиться за 10 хв у провіднику опором 20 Ом при силі струму 5 А?         ( 300кДж)

4. Два резистори опором 6 Ом і 10 Ом включені у коло паралельно. У першому тече струм силою 2 А. Яка кількість теплоти виділиться обома резисторами за 10 с?    (180 Дж)

Пригадайте, що другою частиною нашої теми були електронагрівальні прилади. Теплова дія струму широко використовується в техніці й побуті. До побутових приладів належать: лампочка, праска, електрична плита, кип’ятильник, фен, електрочайник тощо. У промисловості широко використовують потужні електричні печі для нагрівання деталей, контактне електрозварювання тощо. У сільському господарстві за допомоги електричного струму обігрівають теплиці, інкубатори, сушать зерно, готують корми для тварин.

         Основною частиною будь-якого нагрівального приладу є  нагрівальний елемент - провідник з великим питомим  опором, здатний витримувати, не руйнуючись, нагрівання до високої температури (1000-1200°C).

         У наші дні з’явилися криптонові лампи - наповнені криптоном), у яких підвищено світловіддачу, біспіральні лампи – з більш товстим волоском розжарення, який дозволяє випромінювати більш яскраве світло, галогенові лампи – заповнені парами брому, фтору або йоду, що підвищує світловіддачу та збільшує термін служби, енергозберігаючі лампи – заповнені парами ртуті. Використання таких ламп знижує споживання електроенергії на 80% без втрати рівня освітленості. Строк їхньої служби в 6 – 15 разів вищий, ніж у звичайної лампи.

6.     Підсумок уроку

§  Яку дію електричного струму вивчили? (теплову)

§  Від чого залежить теплова дія струму? ( від сили струму

§  З якими приладами познайомилися? ( електронагрівальними

§  Основною складовою нагрівального приладу є… ( нагрівальний елемент)

7.     Рефлексія

-         Ви на уроці дізналися щось нове ?

-         Вам сподобався урок?

-         Чого нового ви навчилися7

8.     Домашнє завдання:

v Опрацювати відповідний § підручника

v Підрахувати витрату та вартість електричної енергії у своїй квартирі за рік. Запропонувати шляхи зменшення втрат.