Бібліотека Фізика Матеріали для професійної освіти
Фізика Матеріали для професійної освіти

Робота і потужність електричного струму у професії "Кухар. Кондитер" (урок)

Забрудська Вікторія Василівна 28 жовтня 52 Відгуки відсутні

Про матеріал

Матеріал розкриває фізичний зміст роботи й потужності електричного струму на прикладі роботи сучасного кухонного обладнання: пароконвектоматів, індукційних плит та міксерів. Розробка містить прикладні кейси, які вчать студентів розраховувати витрати електроенергії (наприклад, під час випікання бісквіта) та аналізувати енергоефективність техніки. Особлива увага приділена правилам безпечної експлуатації електроприладів на підприємствах громадського харчування. Публікація буде корисною викладачам ЗПТО для реалізації STEM-підходу та міжпредметних зв'язків на уроках фізики.

Перегляд файлу

10


ТЕМА: Робота і потужність електричного струму. Закон Джоуля – Ленца


ЦІЛІ УРОКУ: формування компетентностей

ПРЕДМЕТНІ КОМПЕТЕТНТНОСТІ: застосовувати знання з фізики для вирішення конкретних професійних завдань на кухні.

КЛЮЧОВІ КОМПЕТЕНТНОСТІ:

  • Основні компетентності у природничих науках та технологіях;

  • Інформаційно-цифрова компетентність;

  • Математична компетентність;

  • Соціальна компетентність (співпрацювати у групі, розуміти роль у загальній роботі на уроці);

  • Уміння вчитися упродовж життя.

ОЧІКУВАНІ РЕЗУЛЬТАТИ: студенти повинні знати співвідношення роботи і потужності струму, закону Джоуля-Ленца та уміти їх застосовувати при розв’язуванні задач, знати основні правила електробезпеки.

ТИП УРОКУ: Комбінований урок (вивчення нового матеріалу + формування практичних умінь і навичок із професійним спрямуванням).

ФОРМИ ПРОВЕДЕННЯ УРОКУ: фронтальна, групова.

ОБЛАДНАННЯ: комп’ютер, проектор, презентація «Робота і потужність електричного струму».

МІЖПРЕДМЕТНІ ЗВ’ЯЗКИ: математика, електротехніка, устаткування.

ДИДАКТИЧНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ: підручник, роздатковий матеріал: картки-завдання, картки-зображення приладів, картки-правила з техніки безпеки, тестові завдання.


Хід уроку

І. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ ЕТАП


II. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ ТА ВМІНЬ

Дія всіх відомих вам електричних приладів відбувається за рахунок електричної енергії. В результаті цього одержуємо світло, теплоту, звук, механічний рух, тобто різні види енергії.

Все це приклади роботи електричного струму. У всіх цих випадках електрична енергія перетворюється в інший вид енергії (світлову, теплову, магнітну, хімічну).

Яку роботу виконує електричний струм, проходячи по тій або іншій ділянці кола?

Гра «Слова за хвилину» хто найбільше скаже слів з електрики за 1 хв.


IІІ. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Робота електричного струму

Розглянемо ділянку кола, на яку подано напругу і в якій тече постійний електричний струм силою .

Одиниця роботи струму в СІ – джоуль:


2. Потужність електричного струму

Проблемне питання

• На побутових приладах є написи: на електричній лампі «230 В; 12 Вт; на електропрасці «потужність електричної праски 2200 Вт». Що ці написи означають?


Потужність струму – фізична величина, яка чисельно дорівнює роботі струму за одиницю часу.

– потужність електричного струму; – робота струмуза час .

Одиниця потужності в СІ – ват:

– напруга на ділянці кола, на якій визначають потужність струму;

– сила струмув ділянці.

За будь-якого з’єднання споживачів загальна потужність струму в усьому колі дорівнює сумі потужностей окремих споживачів.

Вимірюючи потужність струму в споживачі, ми визначаємо його фактичну потужність. Потужність, яку зазначено в паспорті електропристрою (або на пристрої), називають номінальною потужністю.


Практичне пояснення теми у професії:

Електрику складно побачити, але легко порівняти з роботою кухні:

Напруга(U): це «тиск» шеф-кухаря. Чим сильніше він кричить і підганяє, тим більший потенціал до роботи. У наших розетках цей «крик» стабільний -220 В.

Сила струму(І): це потік кухарів на процесах. Чим більше бігає туди-сюди, тим більший струм.

Потужність (Р): це те, як швидко ви видаєте готові страви. Якщо ви за хвилину віддали 10 салатів – ви «потужний» кухар. Формула Р = U*І (шеф тисне *кухарі бігають = швидкість видачі страв).

Робота струму (А): це загальна гора вимитого посуду в кінці зміни. Формула А=Р*І . Саме за цю «гору посуду» (джоулі або кВт*год) власник ресторану платить гроші обленерго.



Проблемне питання

• Чи існують прилади для вимірювання потужності та роботи електричного струму?

Ватметр– прилад, призначений для вимірювання потужності електричного струму в колі.

Електролічильник – це прилад для прямого вимірювання роботи струму.

Поряд із цифровим табло електролічильника написано: кВт ⋅ год.


3. Закон Джоуля – Ленца

Будь-який провідник під час проходження струму нагрівається. Це відбувається тому, що вільні заряджені частинки в провіднику розганяються електричним полем і, зіштовхуючись з іншими частинками, передають їм частину своєї кінетичної енергії. Унаслідок цього внутрішня енергія провідника збільшується – провідник нагрівається.

Теплову дію струму вивчали англійський фізик Джеймс Прескотт Джоуль (1818–1889) і російський фізик Емілій Християнович Ленц (Генріх Ленц) (1804–1865). Незалежно один від одного вони дійшли однакового висновку.


Закон Джоуля – Ленца

Кількість теплоти , яка виділяється в провіднику зі струмом, прямо пропорційна квадрату сили струм , опору провідника та часу проходження струму:

–кількість теплоти, яка виділяється провідником зі струмом; – сила струму у провіднику; – опір провідника; – час проходження струму.


Інші формули випливають із Закон Джоуля – Ленца:

Можна користуватися тільки в тому випадку, коли вся електрична енергія витрачається на нагрівання.

Якщо ж на ділянці кола є споживачі енергії, в яких виконується механічна робота або відбуваються хімічні реакції, даними формулами користуватися не можна.

4. Електронагрівальні пристрої

Проблемне питання

• Яке практичне значення має закон Джоуля – Ленца?

Теплова дія струму використовується в різних електронагрівальних пристроях (праски, плити, чайники, електричні каміни, рефлектори, лампи накалювання).Основною частиною будь-якого електронагрівника є нагрівальний елемент.


Проаналізувавши закон Джоуля – Ленца, доходимо висновку: якщо в різних ділянках кола сила струму однакова, то в ділянці, що має більший опір, виділяється більша кількість теплоти. Отже, збільшивши опір певної ділянки кола, можна досягти того, що майже вся теплота буде виділятися саме тут. Так працюють електронагрівальні пристрої, нагрівальний елемент яких має невелику площу поперечного перерізу і виготовлений із матеріалу з великим питомим опором (ніхром, константан). А от підвідні проводи, навпаки, мають порівняно велику площу поперечного перерізу й виготовлені із матеріалу з малим питомим опором (мідь, алюміній, сталь). Унаслідок цього опір підвідних проводів набагато менший, ніж опір нагрівального елемента, і тому вони майже не нагріваються.


ІV. ЗАКРІПЛЕННЯ НОВИХ ЗНАНЬ І ВМІНЬ (задачі професійного спрямування, приклади задач)

Задача про чізкейк (розминка):

Професійна піч має потужність 3000 W (3 кВт). Чізкейк випікається 1 годину 20 хвилин. Скільки електроенергії (A) спожила піч? Яка вартість цього десерту по електриці, якщо 1 кВт·год коштує (наприклад) 4.32 грн?

Підказка для розв'язання: A = P * t = 3 кВт * 1.33 год=4 кВт·год.

«Економіка випікання»: Кондитерська піч працює під напругою 220 В і споживає силу струму 15 А. Скільки електроенергії (роботи струму) буде витрачено на випікання партії круасанів протягом 45 хвилин? Яка вартість цієї енергії при тарифі 4.32 грн/кВт·год?

Розв’язок:

  1. Переводимо час у години: t = 45 хв = 0.75 год.

  2. Обчислюємо потужність печі: P = U * I = 220 В*15 А= 3300 Вт = 3.3 кВт

  3. Знаходимо роботу струму: A = P * t = 3.3 кВт * 0.75 год = 2.475 кВт·год

  4. Рахуємо вартість: Ціна = 2.475 кВт·год * 4.32 грн = 10.69 грн

Відповідь: 2.475 кВт·год; 10.69 грн.

«Битва міксерів» (Порівняння потужності): У кондитера є два міксери. Перший має потужність 800 Вт, другий — 1.5 кВт. Який з них виконає більшу роботу за 10 хвилин і на скільки Джоулів?

Розв’язок:

  1. Переводимо час у секунди: t = 10 хв = 600 с.

  2. Робота першого міксера: A1 = P1* t = 800 Вт* 600 с = 480,000 Дж = 480 кДж

  3. Робота другого міксера 1.5 кВт = 1500 Вт: A2 = P2* t = 1500 Вт* 600 с = 900 000 Дж = 900 кДж

  4. Різниця: A2 – A1 = 900 - 480 = 420 кДж

Відповідь: Другий міксер виконає на 420 кДж більше роботи.

«Електробезпека та запобіжники»: На лінії розетки в кондитерському цеху стоїть автомат (запобіжник) на 16 А. Чи витримає мережа, якщо одночасно ввімкнути електричну плиту потужністю 2.5 кВт та чайник потужністю 2000 Вт? Напруга в мережі 220 В.

Розв’язок:

  1. Знаходимо загальну потужність приладів: Pзаг = 2500 Вт + 2000 Вт = 4500 Вт

  2. Обчислюємо загальну силу струму, яку вони споживатимуть:

I = Pзаг / U = 4500 / 220 В = 20.45 А

  1. Порівнюємо з номіналом автомата: 20.45 А > 16 А.

Відповідь: Ні, автомат виб’є, оскільки сила струму перевищує допустиму норму.

Далі група ділиться на команди за допомогою карток – зображення приладів (кількість зображень залежить від кількості студентів або повторно роздрукувати ті самі прилади). Об’єднання в групи по цехах. Дані по обладнанню можна взяти із самих приладів або подивитися технічні характеристики з інтеренту.

Малюнок 1 Електрична піч

Малюнок 2 Кавомашина

Малюнок 3 Льодогенератор

Малюнок 4 Пароконвектомат

Малюнок 5 Фритюрниця


Картка №1: «Гарячий цех — Майстри напруги»

Контекст: Ви готуєтесь до банкету. У вас стара проводка, яка витримує максимум 25 Ампер.

  • Ваше обладнання: 1. Електрична плита — P1 = 4000 Вт.

2. Пароконвектомат — P2 = 3000Вт.

3. Фритюрниця — P3 = 2200Вт.

  • Завдання:

    1. Обчисліть загальну потужність (P заг) усіх приладів.

    2. Використовуючи формулу I = P/U (де U = 220 В), визначте силу струму, якщо ввімкнути все одночасно.

    3. Висновок: Чи витримає запобіжник на 25 А таке навантаження? Що ви ввімкнете першим, а що пізніше?

  • Питання на засипку: Чому дріт плити набагато товстіший за дріт міксера?


Картка №2: «Холодний цех — Енергоменеджери»

Контекст: Директор ресторану хоче знати, скільки коштує «холод» у вашому цеху за добу.

  • Ваше обладнання:

    1. Професійний холодильник — P = 400 Вт (працює 24 години на добу).

    2. Льодогенератор — P = 500 Вт (працює 8 годин на добу).

  • Завдання:

    1. Обчисліть роботу струму (A) для кожного приладу за формулою

A = P * t. Результат переведіть у кВт·год (розділіть Вт·год на 1000).

    1. Порахуйте вартість спожитої енергії за добу, якщо 1 кВт·год = 4.32 грн.

    2. Порада шефу: Як зменшити витрати? (Наприклад, чи впливає на роботу струму те, що двері холодильника часто залишають відкритими?)


Картка №3: «Кондитерський цех — Експерти з безпеки»

Контекст: Ви працюєте з кремами та тістом. Навколо — цукрова пудра, борошно та волога.

  • Ваше обладнання:

    1. Планетарний міксер — P = 1500 Вт.

    2. Електрична піч — P = 2500 Вт.

  • Завдання:

    1. Який струм протікає через міксер під час роботи (I = Р/ U)?

    2. Ситуація: Студент-практикант витягнув вилку міксера з розетки, тягнучи за сам шнур мокрими руками. Які фізичні явища тут небезпечні? (Згадайте про опір тіла та коротке замикання).

    3. Складіть 3 «НЕ» для кондитера при роботі з електрообладнанням.

  • Бонус: Чому при роботі з тістомісом важливо, щоб він був заземлений (металевий корпус)?

Картка №4: «Технічний аудит — Енерговартові»

Контекст: Ви — перевіряючі. Ваше завдання — виявити критичні помилки в плануванні кухні.

  • Ваше завдання: Розгляньте схему підключення (або уявіть її): в одну розетку через «трійник» увімкнено:

    1. Чайник (2000 Вт).

    2. Мікрохвильовка (1200 Вт).

    3. Кавомашина (1500 Вт).

  • Завдання:

    1. Обчисліть загальну потужність.

    2. За законом Джоуля-Ленца Q = I2 * R * t, провідник гріється, коли по ньому тече великий струм. Поясніть, чому «трійник» може розплавитися.

    3. Рішення: Запропонуйте безпечний спосіб підключення цієї техніки.


ОБОВ’ЯЗКОВО проговорити правила безпеки

! Правило "Сухої ганчірки": Ніколи не протирайте ввімкнену плиту вологою ганчіркою.

! Правило "Одного приладу": Не вмикайте в один подовжувач чайник і гриль — пожежа починається з розеток.

! Правило "Заземлення": Чому металеві столи на кухні мають бути заземлені? (Щоб у разі пробою ізоляції струм пішов у землю, а не через кухаря).


Експрес-контроль: «Електрика на професійній кухні»

  1. Яка одиниця вимірювання потужності вказується на корпусі професійного міксера чи духовки?

а) Джоуль (Дж) б) Ват (Вт) в) Ампер (A)


  1. Кухар працював з блендером 10 хвилин, а кондитер випікав бісквіт у печі 1 годину. У якому випадку електричний струм виконав більшу роботу, якщо потужність обох приладів однакова?

а) У випадку з блендером

б) Робота однакова

в) У випадку з піччю (бо час роботи більший)


  1. Чому в кондитерському цеху категорично заборонено торкатися вимикачів або розеток вологими руками?

а) Це може зіпсувати прилад

б) Волога різко зменшує опір тіла, що робить удар струмом смертельним

в) Це призведе до короткого замикання в усій мережі


  1. Обчисліть силу струму (I), яку споживає електроплита потужністю 2200 Вт, якщо вона підключена до стандартної мережі 220 В.

а) 10 А б) 0.1 А в) 22 А


  1. Що станеться, якщо в одну розетку через трійник увімкнути одночасно три потужні прилади (гриль, чайник і фритюрницю)?

а) Прилади будуть працювати швидше

б) Сумарна потужність перевищить норму, що призведе до перегріву дротів або спрацювання автомата

в) Напруга в мережі зросте


V. ПІДБИТТЯ ПІДСУМКІВ УРОКУ

Бесіда за питаннями

1. За якою формулою обчислюють роботу струму? У яких одиницях її подають?

2. Доведіть, що 1 кВт∙год=3,6∙106Дж.

3. Сформулюйте закон Джоуля – Ленца. Чому він має таку назву?

4. Які формули для розрахунку кількості теплоти, що виділяється в провіднику під час проходження струму, ви знаєте? Чи завжди можна ними користуватися?

5. Дайте характеристику потужності струму як фізичної величини.


VI. Домашнє завдання

Знайти вдома або в кабінеті професійного навчання табличку (шильдик) на будь-якому приладі (чайник, мікрохвильовка, блендер) і розрахувати:

  • Яку силу струму (I) споживає цей прилад з мережі 220 В?


Завантажити Зберегти на потім