Загрузка...Что такое количество теплоты выделяемое проводником с током
Что такое количество теплоты выделяемое проводником с током
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.
И силён электрический ток
Моя работа названа словами Александра Блока: «И силен электрический ток!» В этих словах очень точно отражено значение электрического тока и многогранность этого явления: наблюдение в природе, применение в технике и быту.
Среднестатистическая семья в быту применяет приборов около 23-30 электроприборов, это практически говорит о незаменимости этого явления.
Это с одной стороны, с другой стороны это явление очень опасно, и при эксплуатации электрических приборов необходимо выполнять правила безопасности.
Что же такое электричество?
Эрнест Резерфорд называл Николу Тесла «вдохновенным пророком электричества».
Площади и улицы Нью-Йорка освещались лампами конструкции Теслы. На предприятиях работали его электромоторы, выпрямители, генераторы, трансформаторы…
«Что же такое электричество? Я по-прежнему задаю себе этот же вопрос, но не в состоянии ответить на него…»
Никола Тесла
Сейчас принято считать, что электрический ток это сонаправленное движение заряженных частиц.
Для образования постоянного электрического тока необходимы два условия: наличие свободных зарядов и действие постоянного электрического поля.
Электрическое поле способно совершать работу по перемещению электрического заряда из одной точки поля в другую.
Рис.1. Направление тока
В металлах электрический ток образован свободными электронами, но за направление тока принято считать направление движения положительных зарядов.
Перейдем к экспериментальной части работы.
Опыт 1: «Образование электрического тока».
Цель: определить наличие электрического тока
Оборудование: 2 электрометра, металлический стержень – проводник, стеклянная палочка, тетрадный лист.
Гиперссылка на видео: https://yadi.sk/i/cUX06tlg3Jfzqw
Методика проведения эксперимента
- Наэлектризуем стеклянную палочку при трении о бумагу. Палочка получает положительный заряд, бумага отрицательный по закону сохранения электрического заряда.
- От стеклянной наэлектризованной палочки передадим положительный заряд одному из электрометров. По углу отклонения стрелки электрометра оценим величину переданного заряда. Принцип действия прибора основан на явлении отталкивания одноименных зарядов.
- Соединим заряженный и незаряженный электрометры металлическим стержнем.
- Заряды на двух электрометрах станут равными.
Вывод: проводник попадает под действие электрического поля заряженного электрометра, внутри металлического стержня образуется электрический ток.
Электрический ток вызывает различные явления. Эти явления называют действиями тока. Различают действия: магнитное, тепловое, химическое и физиологическое.
Универсальным является действие магнитное.
Опыт №2: «Действие магнитного поля на проводник с током»
Цель: наблюдать действие постоянного магнита на проводник с током.
Оборудование: штатив, источник тока, реостат, катушка-моток, соединительные провода, ключ.
Гиперссылка на видео: https://yadi.sk/i/n3-IkEhY3JfxGK
Методика проведения эксперимента
- Соберем электрическую цепь так, чтобы все приборы были соединены последовательно.
- Поместим проводник в магнитное поле постоянного дугообразного магнита.
- Замкнем электрическую цепь.
- Проводник с током выталкивается (притягивается) магнитным полем магнита.
Проводник выталкивается или притягивается под действием силы Ампера.
Сила Ампера – это сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током, находящийся в этом поле.
Сила Ампера тем больше, чем больше величина магнитного поля, сила тока в проводнике и его длина. Силу тока можно изменить при помощи реостата, а величину магнитного поля, используя разные магниты.
Механизм взаимодействия: магнит образует вокруг себя магнитное поле, которое действует на проводник с током, а проводник с током образует свое магнитное поле, действующее на магнит.
Направление силы Ампера определяют по правилу левой руки: четыре пальца по току, магнитные линии в ладонь, тогда большой отогнутый палец по направлению силы Ампера.
Вывод: магнитное поле постоянного магнита действует на проводник с током, находящийся в этом поле. Это действие называется силой Ампера.
Электрический ток позволяет наблюдать не только различные физические явления, но явления из других научных областей, например, из химии.
Опыт №3: «Химическое действие тока»
Цель: обнаружить на опыте химическое действие тока.
Оборудование: колба с раствором медного купороса, стакан, источник тока, ключ, низковольтная лампочка, электроды, соединительные провода.
Гиперссылка на видео: https://yadi.sk/i/yTuwlLPl3JfxZd
Методика проведения эксперимента
- Соберем электрическую цепь, соединяя два электрода, низковольтную лампочку, ключ и источник постоянного тока. Используем две батарейки, соединенные последовательно, для увеличения силы тока, т.к. потребители (лампа и раствор медного купороса обладают электрическим сопротивлением).
- Электроды поместим в пустой стакан, замкнем ключ. Лампочка не загорелась, значит, тока в цепи нет.
- Аккуратно нальем в стакан водный раствор медного купороса. Лампочка загорелась, это означает, что в цепи протекает ток.
Водный раствор медного купороса является примером проводника электрического тока. Свойство электролитов проводить электрический ток объясняется тем, что растворы электролитов диссоциируют на ионы, т.е. в растворе появляются свободные заряды, способные проводить электрический ток. Характер проводимости – ионный.
Вывод: водный раствор медного купороса проводит электрический ток. Через некоторое время на одном из электродов образуется в чистом виде медь, что также имеет большое практическое значение.
Заключение
Значение электричества в нашей жизни
Электрический ток применяется во всех областях нашей жизни. Как говорилось выше, ежедневно мы пользуемся многими приборами, потребляющих электричество.
На тепловом действии тока основана работа таких приборов как: обогреватели, утюги, чайники, паяльники, микроволновые печи.
Магнитное действие тока применяется в геологической разведке, в работе электромагнитов, двигателях постоянного тока и электроизмерительных приборах.
Для получения чистых металлов, в гальванопластике и гальваностегии используют химическое действие тока.
В биологии и медицине осуществляют 3D – моделирование нервных путей, соединяющих различные области мозга, назначают физиотерапевтические процедуры при лечении различных заболеваний.
– Условное обозначение гиперссылок в презентации.
Применение теплового действия тока в производстве
Вопрос 1. Что такое пыльные помещения? Как возможно проводить чистку оборудования в пыльных помещениях
Пыльные помещения — помещения, в которых по условиям производства выделяется технологическая пыль, которая может оседать на токоведущих частях, проникать внутрь машин и аппаратов и т.д. Пыльные помещения разделяются на помещения с токопроводящей пылью и помещения не с токопроводящей.
Вопрос 2. Тепловое действие тока. Предохранители
Превращение электрической энергии в тепловую при прохождении тока через проводник связано с тепловым действием тока, которое было открыто одновременно русским ученым Ленцем и английским физиком Джоулем:
— количество тепла (Q в Дж), выделяющееся в проводнике при прохождении по нему электрического тока, пропорционально квадрату тока (I в Амперах), сопротивлению проводника (R) и времени прохождения тока (t в сек.):
Тепловое действие тока вредно там, где повышение температуры проводов приводит к нерациональному расходу электрической энергии, обгоранию изоляции проводов, а следовательно, к авариям и преждевременному выходу из строя электроустановки. Тепловое действие тока полезно и используется в устройствах, служащих для отключения поврежденной цепи. Эти устройства называются плавкими предохранителями, которые представляют собой включенный в цепь проводник очень малого сечения, называемый плавкой вставкой. При возрастании тока выше номинального, на который рассчитан плавкий предохранитель, последний плавится и т.о. отключает защищаемые им провода, машины, аппараты и т.д.
Вопрос 3. Освобождение пострадавшего от действия электрического тока
Если пострадавший соприкасается с токоведущими частями, необходимо прежде всего освободить его от действия электрического тока. При этом следует иметь в виду, что прикасаться к человеку, находящемуся под током, без применения надлежащих мер предосторожности опасно для жизни оказывающего помощь. Поэтому первым действием оказывающего помощь должно быть быстрое отключение той части установки, которой касается пострадавший.
При этом необходимо учитывать следующее:
— в случае нахождения пострадавшего на высоте отключение установки и освобождение его от электрического тока может привести к падению пострадавшего с высоты, поэтому должны быть приняты меры, обеспечивающие безопасность падения пострадавшего;
— при отключении установки может одновременно отключиться и электрическое освещение, в связи с чем следует обеспечить освещение от другого источника, не задерживая, однако, отключения установки и оказания помощи пострадавшему.
Если отключение установки не может быть произведено достаточно быстро, необходимо принять меры к определению пострадавшего от токоведущих частей, к которым он прикасается . При этом следует воспользоваться сухой одеждой, канатом, палкой, доской или каким-либо другим сухим предметом, не проводящим электрический ток. Использование для этих целей металлических или мокрых предметов не допускается.
При отделении пострадавшего от токоведущих частей рекомендуется действовать по возможности одной рукой. Для отделения пострадавшего от земли или токоведущих частей, находящихся под напряжением выше 1000В, следует надеть диэлектрические перчатки и боты и действовать штангой или клещами, рассчитанными на напряжение данной электроустановки.
Презентация к уроку «Тепловое действие тока»
Описание презентации по отдельным слайдам:
Применение теплового действия электрического тока dic.academic.ru www.megaspace.ru www.svetoch34.ru freemarket.kiev.ua thekebun.wordpress.com
Закон Джоуля–Ленца Q =I2Rt Учебник физика 8 А.В. Пёрышкин
Нагревательный элемент представляет собой проводник с большим удельным электрическим сопротивлением, способный, кроме того, выдерживать, не разрушаясь, нагревание до высокой температуры (до 1000–1200 °С). www.asia.ru
Нихром Чаще всего для изготовления нагревательного элемента применяют сплав никеля, железа, хрома и марганца, известный под названием «нихром». Удельное сопротивление нихрома примерно в 70 раз больше удельного сопротивления меди
Электрический утюг Нагревательным элементом, в электрическом утюге служит нихромовая лента, от которой нагревается нижняя часть утюга www.childrenpedia.org
Электрический чайник Нагревательным элементом в электрическом чайнике служит трубчатый нагревательный элемент
