Робота і потужність електричного струму. Теплова дія струму. Безпека під час роботи з електричними пристроями.

«Робота  та потужність електричного струму. Теплова дія струму . Безпека під час роботи з електричними пристроями. »

Мета уроку: розширити знання учнів про  роботу та потужність електричного струму, про теплову дію струму, про безпеку під час  роботи з електричними пристроями , навчити їх застосовувати ці знання у майбутній професійній діяльності; розвивати вміння учнів аналізувати фізичні процеси та формулювати висновки, спонукати їх до пізнавальної активності, стимулювати розвиток ініціативи, кмітливості.

Тип уроку: урок засвоєння нових знань.

Педагогічні технології: елементи контекстного, особистісно-орієнтованого, проблемного, ігрового навчання.

Інтегративні зв’язки: з предметами професійно-теоретичної підготовки.

Засоби навчання:  мультимедійний комплекс,  мультимедійна презентація

       « Робота та потужність електричного струму. Теплова дія струму. Безпека під час роботи з електричними пристроями», опорні конспекти.

Методи проведення уроку ( за бінарною класифікацією ):

Методи викладання ↔ Методи  навчання

інформаційний  ↔   виконавчий

                  пояснювально-спонукальний  ↔  частково-пошуковий

інструктивно-методичний  ↔  продуктивно-практичний

Методична мета відкритого уроку: методи і прийоми формування ключових (ціннісно-смислової, навчально-пізнавальної, комунікативної, інформаційної) компетентностей майбутніх робітників на уроках фізики у ПТНЗ.

 

“ Розум полягає не тільки у знанні,

 але й у вмінні застосувати знання

на ділі”                                                                               

   Арістотель

 

Хід уроку

І. Організаційний момент. Привітання.

ІІ. Актуалізація опорних знань та життєвого досвіду учнів.

Сьогодні ми продовжуємо вивчати  електричний струм. Давайте  пригадаємо основні поняття теми.

Метод фронтального опитування.

 

 

1.Що називають електричним струмом?

   а) впорядкований   рух незаряджених частинок ;

   б) напрямлений рух заряджених частинок;

   в) хаотичний рух заряджених частинок. 

2. Які фізичні величини характеризують постійний електричний струм ?

   а)  переміщення, координата, швидкість

   б) сила струму, напруга, опір 

   в) період, частота, амплітуда

3. Дайте визначення сили струму . Сила струму   -  це фізична величина , яка …

 а) характеризує швидкість перенесення електричного заряду носіями електричного  струму через поперечний переріз провідника

б) визначає роботу електричного струму  під час перенесення заряду 1Кл на даній ділянці кола

в) характеризує протидію проходженню електричного струму у провіднику

4. Який прилад застосовують для вимірювання сили струму ?

     а) ватметр                    б) вольтметр                  в) амперметр

5.  В яких одиницях   вимірюють силу струму?

    а) Амперах                   б) Кулонах                      в) Вольтах

6. Який струм використовують в  автомобілях?

    а) змінний струм;         б) постійний струм;       в) не використовують.

7. Які умови існування електричного струму?

    а)наявність вільних зарядів і різниці потенціалів на кінцях провідника;

    б)наявність тільки вільних зарядів;

    в)наявність джерела струму.

8. Що є джерелами струму в автомобілі?

   а)двигун;                б)генератор і акумулятор;              в)фари.

9. Як записують закон Ома для ділянки кола?

    а) І=              б) І=              в) І=

10. Які дії струму ви знаєте ?

 

ІІІ. Мотивація навчальної діяльності учнів. Оголошення теми, мети уроку.

  Так, саме в теплову , світлову, хімічну, магнітну і механічну перетворюється   енергія електричного струму.

 Які незручності ви відчуваєте під час планового відімкнення електромережі?

 Можливі відповіді :  немає освітлення, не можна ввімкнути електрочайник, обігрівач, телевізор, комп’ютер , не можливо зарядити телефон.

 Енергія електричного струму перетворюється в інші види   виконуючи роботу. 

   Яку ж роботу виконує струм , проходячи по ділянці кола ?Яким приладом її вимірюють? Як виміряти потужність та кількість теплоти ? Яких правил потрібно дотримуватись під час роботи з електричними пристроями ?

 Щоб відповісти на ці питання давайте розглянемо тему уроку   «Робота  та потужність електричного струму. Теплова дія струму . Безпека під час роботи з електричними пристроями».

 Девізом нашого уроку є вислів Арістотеля  “ Розум полягає не тільки у знанні, але й у вмінні застосувати знання на ділі” і ми побачимо сьогодні який екіпаж краще виконає поставленні завдання.                                                                                   

ІV. Засвоєння нового матеріалу.

1. Робота електричного струму .

      Робота електричного  струму – це робота сил електричного поля при переміщенні заряду в   електричному полі.  

Пригадаймо, що електрична напруга на ділянці кола це фізична величина , яка чисельно дорівнює роботі електричного поля з переміщення електричного заряду 1Кл.

U=      звідки можемо знайти   А=U q   , оскільки сила струму за означенням  це фізична величина, що характеризує електричний струм і чисельно дорівнює  заряду , що проходить через поперечний переріз провідника за одну секунду, то можна записати

І =    звідки  q=I t  , підставивши у формулу для роботи , отримаємо

A=I U t

  А - робота електричного струму , Дж

    U – електрична  напруга , В

     І – сила струму в провіднику, А

     t – час проходження струму, с

Робота електричного струму –  це фізична величина, що характеризує перетворення електричної енергії на  інші види енергії  і  чисельно дорівнює добутку сили струму на напругу і на час проходження електричного струму по провіднику.

     

1Дж=1А 1В 1с

  Якими приладами можна виміряти роботу електричного струму?

Можливі відповіді: амперметр вольтметр, та годинник .

Ви знімали покази з такого приладу? Яку фізичну величину вимірює цей прилад? Можливі відповіді:  це електролічильник. Він вимірює роботу електричного струму .

У ньому робота електричного струму вимірюється у кіловат годинах . Давайте перетворимо 1кВт год  у Дж:

1кВт год = 1000 Вт 3600с = 3600000 Дж = 3,6 Дж.

Повідомлення 1 « Застосування роботи електричного струму»

  Робота електричного струму застосовується в побуті, на виробництві, в електроінструментах, в електричках, в міському електротранспорті: у тролейбусах і трамваях. Роботу електричного струму застосовуть в автомобілі для системи запалювання і пуску двигуна, для освітлення, для сигналізації, для роботи електрообладнання. Роботу електричного струму застосовують у електромобілях, автокранах, а також у сучасних видах транспорту: гіроскутерах, моноколесах, електроскутерах, електросамокатах.

 

2. Потужність електричного струму. 

На автомобільних стартерах, генераторах та на побутових електропристроях є надписи: 3,32 кВт, 2.8 кВт. Що вони означають ?

Потужність електричного струму  - це фізична величина, що визначає швидкість виконання роботи електричним струмом і чисельно дорівнює відношенню роботи до часу проходження струму , тобто

P =

Одиниця потужності в системі СІ  - Вт

              1 Вт=

Оскільки P =    , а   A=U I t  , то підставивши  у формулу потужності вираз для роботи, отримаємо

P = = = U I   отже  

P = U I

 де U – напруга на ділянці кола

        І – сила струму

 Якими приладами можна виміряти потужність електричного струму?

Амперметр і вольтметр.

Прилад для вимірювання потужності електричного струму називається ватметром.

 Загальна потужність електричного струму не залежить від способу з'єднання споживачів. Вона  буде дорівнювати сумі потужностей окремих споживачів електричного струму.  Це варто взяти до уваги.  Якщо ввімкнути декілька потужних приладів одночасно, то в мережі відбудеться перевантаження і спрацюють автовимикачі.  

 

Повідомлення 2 « Коротке замикання. Запобіжники»

  Споживачі струму в квартирі з’єднані паралельно, тому, при одночасному підключенні кількох потужних споживачів, загальний опір кола суттєво зменшиться, відповідно сила струму в колі значно збільшиться. Відбудеться коротке замикання .

Щоб уникнути пожежі у випадку короткого замикання або перевантаження електричного кола, а також не допустити псування споживачів електричної енергії під час небезпечного збільшення сили струму, використовують запобіжники. Запобіжники   розмикають коло, якщо сила струму в ньому збільшиться понад норму.

Потужність приладу буває фактична і номінальна.

 Фактична   – це потужність виміряна на споживачі струму.

Номінальна – це потужність зазначена в паспорті  електропристрою.

Генератор і стартер автомобіля, електродвигуни автокрана   характеризуються номінальною  потужністю і залежать від типу транспортного засобу.

3. Теплова дія струму.

Кожен з вас зустрічався з явищем нагрівання електричних пристроїв під час роботи. Нагрівається праска, вода в електрочайнику, а деякі електропристрої нагріваються слабше.

Чому нагріваються провідники, по яких тече електричний струм ?

Нагрівання провідників пояснюється зіткненнями електронів з іонами кристалічної решітки. Чим більша кількість тих зіткнень , тим більше він нагріватиметься провідник. Отже чим більший опір провідника , тим більше він нагріватиметься. 

Такими дослідженнями займалися  незалежно один від одного англійський вчений Джеймс Прескот Джоуль та російський фізик німецького походження Емілій Християнович Ленц. Вони встановили ,

що  кількість теплоти, що виділяється під час проходження електричного струму у провіднику прямопропорційна  добутку сили струму в квадраті на опір провідника і на час проходженння електричного струму по провіднику. Це твердження називається законом Джоуля -Ленца і математично записується так:

Q= R t

Де  Q – кількість теплоти, яка виділяється  провідником із  струмом

      I  -  сила струму

      R    - електричний опір

     t  - час проходження  струму.

Отже можна зробити висновок, що теплова дія провідника залежить від сили струму, опору провідника та часу проходження електричного струму по провіднику.

Для визначення кількості теплоти у провіднику потрібні такі прилади, як амперметр, вольтметр, секундомір. Теплова дія електричного струму здійснюється  тому, що енергія носіїв заряду виникає в результаті   роботи , яку виконує електричне поле і переходить у внутрішню енергію провідника і провідник нагрівається , передаючи своє тепло у навколишнє середовище.

Згідно із законом збереження і перетворення енергії : кількість теплоти ,що виділяється на провіднику дорівнює роботі електричного струму.

Яке практичне значення має закон Джоуля -Ленца ?

 Повідомлення 3 « Застосування закону Джоуля -Ленца»

 Закон Джоуля -Ленца покладений в основу роботи електронагрівальних пристроїв, він характеризує  теплову дію струму. Закон Джоуля Ленца використовують у промисловості : електричне нагрівання деталей, потужні електричні печі, контактне електрозварювання . У сільському господарстві за допомогою електричного струму обігрівають теплиці, кормозапарники, інкубатори .

4. Безпека  під час роботи з електричними пристроями.

Яких заходів  безпеки треба дотримуватись ?

Повідомлення 4 « Заходи безпеки під час роботи з електричними пристроями» Кожен день  ми  користуємося електричними пристроями але потрібно знати, що вони криють у собі небезпеку.

 Так, дія електричного струму на людину може призводити до електричних травм та пошкоджень, таких як скорочення м'язів, що супроводжується сильним болем, втратою свідомості, порушенням роботи серця чи дихання. Іноді трапляються нещасні випадки від дії електричного струму, які приводять до смерті людини.

Та, щоб уникнути багатьох неприємностей, тобі достатньо завжди пам'ятати та дотримуватись правил поводження з електричними пристроями:

1.  Користуватись тільки справними пристроями.
2. Перед умиканням електропристрою у розетку перевірити, чи не пошкоджений електрошнур .
3. Не залишати без нагляду увімкнені в розетку електропристрої.
4. При вимиканні з розетки забороняється тягнути за електричний шнур руками, тому що він може обірватися і вразити електричним струмом.
5. Не можна вмикати в одну розетку одночасно велику кількість пристроїв, оскільки може виникнути пожежа.
6. Не можна заповнювати водою ввімкнені в електромережу чайники, кавоварки,   каструлі.
7. Не можна торкатися мокрими руками та   витирати  вологою ганчіркою електричні кабелі, штепсельні розетки, вимикачі, інші електроприлади, ввімкнені в електромережу.

V. Узагальнення та систематизація знань.

 Гра « Автоперегони»

Робота в групах. Учні діляться на чотири  «екіпажі» для виконання спільної роботи:

Завдання №1 .   Які твердження вірні ?

Кожна правильна відповідь 0,5 бали (4бали)

1. Визначити потужність струму можна за допомогою вольтметра і секундоміра .
2. Потужність буває фактична і номінальна.
3. Робота електричного струму характеризує перетворення механічної енергії  в електричну.
4. Прилад для вимірювання роботи електричного струму називають ватметром.
5. Потужність електричного струму характеризує швидкість виконання роботи  електричного струму.
6. Якщо час проходження електричного струму по провіднику зменшити в 2 рази , то робота електричного струму збільшиться в 2 рази .
7. Якщо силу струму у провіднику збільшити в 2 рази то робота електричного струму збільшиться в 4 рази.
8. В одну розетку можна вмикати одночасно велику кількість пристроїв.

 

Завдання №2. (бали )

Визначте електричну потужність, необхідну для нагрівання спіралі свічки розжарювання, що застосовується для запуску дизельного двигуна, якщо сила струму спіралі свічки 50 А і напруга 1,4 В.

I=50A U=1,4 B           P=I U        P=50 1,4 = 70Вт P- ?

 

 

 

Завдання №3 (3 бали )

Використовуючи технічні дані  різних марок електромобілів , обчисліть  роботу     їх електродвигунів . Оформити у вигляді задачі.

Кожен екіпаж вибирає марку свого автомобіля.

 

Марка  електромобіля	Tesla Model 3	BMW IX 3	Audi e- tron S	КIA EV6
Потужність двигуна	386 кВт	210 кВт	370 кВт	430 кВт
Середня швидкість	100 км/год	90 км/год	90 км/год	100 км/год
Запас ходу   (Відстань)	663 км	450 км	360 км	510 км
Робота  електричного струму

 

Екіпаж     «Tesla Model 3» 

Р =386 кВт            А = Р t                t == 6,63 год

V =100            

S = 663 км            t =                 A= 386 6,63 = 2559,18 кВт год

 

А - ?

  

 

  Екіпаж  « BMW IX 3»

Р =210 кВт            А = Р t                t == 5 год

V =90            

S =  450 км            t =               A =  210 5 = 1050  кВт год

 

А -

 

   Екіпаж     « Audi  e- tron S »

Р =370 кВт            А = Р t                t ==  4год

V =90            

S = 360 км            t =               A = 370 4 = 1480 кВт год

 

А - ?

       

 

 

  Екіпаж     «КIA EV6»

Р = 430 кВт            А = Р t                      t == 5,1 год

V =100            

S = 510 км                t =                 A = 210 5,1 = 1071кВт год

 

А - ?

 

 

 

 

Марка електромобіля	Tesla Model 3	BMW IX 3	Audi e- tron S	КIA EV6
Потужність двигуна	386 кВт	210 кВт	370 кВт	430 кВт
Середня швидкість	100 км/год	90 км/год	90 км/год	100 км/год
Запас ходу (Відстань)	663 км	450 км	360 км	510 км
Робота  електричного струму	2559,18 кВт год	1050   кВт год	1480 кВт год	1071 кВт год

 

Завдання №4.   ( 3 бали)

Підйомний кран рівномірно піднімає на висоту 10 м вантаж масою 0,5 т за 20 с . Двигун крана працює під напругою 220 В. Яка потужність двигуна  і який він споживає  струм , якщо ККД установки 0,8 ?

 

h=10м                 η=      Р= =3062,5Вт        m=0,5т    500 кг       t =20c       U=220В                Р=          І = = 13,92 А η=0,8                                                 І=              P- ?           I - ?

 

VІ. Підведення підсумків уроку, оцінювання роботи учнів.

VІІ. Домашнє завдання: § 9 -опрацювати, підготовити повідомлення « Технології енергозбереження на рівнях : робочого місця, власного житла, населеного пункту, регіону, країни, планети»

 

 

Викладач: _________ Оранюк Р.О.

 

 

Література

 

1. Фізика і астрономія ( рівень стандарту , за навчальною програмою авторського колективу під керівництвом Ляшенка О.І.):  підручник для 11кл. закладів загальної  середньої освіти / Т.М. Засєкіна, Д.О. Засєкін.  – К.: УОВЦ «Оріон» , 2019. – 272 с.
2. Фізика. Тести 7-11 кл.:посібник / Н. В. Татарчук.-К.:ВЦ «Академія»,2008-440с.
3. Інтеграційний підхід до викладання фізики при підготовці фахівців автомобільного профілю у середніх професійно-технічних закладах. Методичка /Б.І. Костів – Л. : Обл. книжкова друкарня, 1996 -107с.