Робота та потужність електричного струму

Вчитель : Олеярник Олександр Вікторович

РОБОТА І ПОТУЖНІСТЬ ЕЛЕКТРИЧНОГО СТРУМУ
Дата:
Мета уроку	навчальна: ознайомити учнів з  роботою й потужністю електричного струму; з’ясувати характер залежності між енергією, що виділяється на ділянці кола, електричним струмом та опором цієї ділянки кола, розширити й поглибити знання учнів характеристиками електричного струму; розвиваюча: розвивати в учнів уміння встановлювати взаємозв’язки між фізичними величинами, явищами і процесами,  навички та вміння застосовувати одержанні теоретичні знання для роботи з електричними приладами, лічильниками, двигунами, тобто показати нерозривність фізики з життям виховна: виховувати працьовитість,  практичні навички у користуванні електричними приладами; виховувати інтерес до предмету.
Тип уроку:	Урок вивчення нового матеріалу
Обладнання та матеріали:	презентація,  комп’ютер, мультимедійний  проекційний апарат
Демонстрації:	Презентація мультимедійна
Основні терміни:	Робота, потужність, Джоуль, Ватт, електролічильник, ватметр, кіловат-година.
Міжпредметні зв’язки:	Математика, природознавство.
Використана література:	1. Підручник. Фізика 8 клас Баряхтар В.Г. Видавництво  «Ранок»

 

ХІД УРОКУ

I. Організаційний момент.

Привітання з класом, перевірка відсутніх.

 

II. Актуалізація опорних знань.

 

-Дайте визначення опору електричного струму? За якою формулою його можна обчислити?

-Чому дорівнює опір тіла людини?

-Як змінюється опір електричного кола, якщо збільшити силу струму? Збільшити напругу?

- Які характеристики впливають на значення електричного опору ланцюга?

III. Повідомлення теми та мети  уроку.

Темою нашого уроку є «Робота і потужність електричного струму». Пригадайте і скажіть мені, будь ласка, на  які інші, відомі вам види енергій, перетворюється електрична енергія в побутових приладах з якими ми зустрічаємось щодня?

Відповіді учнів:

1.Телевізор – світлова енергія;

2.Мікрохвильова піч – теплова, світлова, механічна енергії;

3.Електрочайник – теплова енергія;

4.Пилосос – механічна енергія;

5.Звукові колонки – магнітна енергія;

6.Міксер – механічна енергія;

7.Холодильник – теплова та механічна енергії;

8.Пральна машина – механічна та теплова енергії.

Метою сьогоднішнього нашого уроку є:

- ознайомитись з  роботою й потужністю електричного струму;

-з’ясувати характер залежності між енергією, що виділяється на ділянці кола, електричним струмом та опором цієї ділянки кола;

-розвивати уміння встановлювати взаємозв’язки між фізичними величинами, явищами і процесами,  навички та вміння застосовувати одержанні теоретичні знання в житті.

IV. Завдання на урок.

-вивести та навчитись користуватися формулами для визначення роботи і потужності електричного струму;

-дослідним шляхом  встановити залежність роботи електричного струму від сили струму та опору ділянки електричного кола;

-навчитись застосовувати формули роботи та потужності в практичній діяльності під час розв’язування задач;

 

V. Виклад нового матеріалу

 Робота електричного струму. 

Слово робота ми чуємо дуже часто: і коли говоримо про дію яких-небудь машин чи механізмів, і коли описуємо які-небудь події повсякденного життя,  й  коли пояснюємо принцип дії двигуна внутрішнього згоряння. В усіх наведених та подібних випадках слово робота застосовують тоді, коли тіла змінюють свій стан.

Як відомо, робота характеризує зміну енергії або перетворення одного виду енергії на інший.

Робота  електричного струму  також характеризує процес перетворення енергії одного виду (енергії електричного поля) в енергію іншого виду (внутрішню енергію тіл, у механічну й інші види енергії).

Обчислення роботи електричного струму

Давайте виведемо формулу для визначення роботи сили струму.

А = q · U;                      q = I · t;

 

А = І · U · t.

Давайте проаналізуємо отриману формулу та зробимо висновок:

Робота електричного струму А пропорційна силі стуму І, напрузі U і часу t.

За одиницю роботи  електричного струму в СІ прийнятий Джоуль.

Один Джоуль дорівнює роботі, що виконується електричним струмом  силою 1 А за напруги 1В протягом 1с.

Крім джоуля застосовуються і похідні одиниці роботи:

1 кДж = 1 000 Дж = 10³ Дж

1 МДж = 1 000 000 Дж = 10⁶ Дж

 Вимірювання роботи електричного струму.

З формули для обчислення роботи сили струму випливає, що для вимірювання роботи достатньо виміряти силу струму в колі, напругу на ділянці кола, час протікання струму. Таким чином, для  вимірювання роботи  струму необхідні такі прилади: амперметр, вольтметр і секундомір.

Такі виміри ми називаємо непрямими. Але існують прилади прямого вимірювання роботи  струму – лічильники електричної енергії, що встановлюються скрізь, де використовується електрична енергія: у квартирах, офісах, навчальних і виробничих установах.

Потужність електричного струму

З поняттям потужності  ви вже зустрічалися при вивченні механіки. Тому спочатку давайте повторимо визначення потужності й одиниці її виміру.

Фізичну величину, що характеризує швидкість виконання роботи, називають потужністю.

У споживачах електричної енергії струм виконує роботу, швидкість виконання якої залежить від виду споживача і напруги, що подається до нього.

Потужність електричного струму – це фізична величина, що характеризує швидкість виконання електричним струмом роботи, і дорівнює відношенню роботи А до часу t, за який ця робота була виконана.

Р =A / t = I · U · t / t = IU

За одиницю потужності в СІ прийнятий ват (Вт):

1Вт = 1 В · 1А

Крім вата застосовуються і похідні одиниці потужності:

1 кВт = 1 000 Вт = 10³ Вт

1 МВт = 1 000 000 Вт = 10⁶ Вт

 Вимірювання потужності електричного струму 

 Для вимірювання потужності електричного струму використовуються ватметри, що враховують напругу та силу струму.  Виміряти потужність можна і за допомогою вольтметра й амперметра. Щоб обчислити шукану потужність, множать напругу на силу струму, знайдені за показниками приладів.

Розрахунок вартості електричної енергії.

З  формули А = P · t можна одержати широко застосовувані  в побуті одиниці виміру електричної енергії – кіловат-годину:

1.         кВт · год. = 1000Вт · 3600 с = 3,6 · 10⁶ Дж · с/с=3,6 · 10⁶Дж.

 

V. Закріплення вивченого матеріалу.

Сьогодні на уроці проведемо розрахунок задач практичного змісту, які мають дуже високу актуальність в житті кожної людини.

1. Обчислити вартість електричної енергії під час роботи пральної машинки

Існує 5 циклів роботи пральної машинки: наповнення води, прання, злиття води, полоскання, віджимання. Якщо розглядати технічні характеристики пральних машин фірми ВЕКО класу енергоспоживання А+++, маємо значення 0,672 кВт·год споживання електричної енергії з один цикл. За 5 циклів роботи енергоспоживання становитиме: 0,672·5 = 3,36 кВт·год. Вартість електричної енергії за одне прання становитиме: 3,36·2,64 = 8,87 (грн), 1 кВт·год коштує 2,64 грн. Протягом місяця родина з 3 чоловік вмикає пральну машинку від 10 разів, тому за 30 днів маємо: 8,87·10 = 88,7 (грн).

2. Обчислити вартість електричної енергії під час кип’ятіння води електричним чайником.

Розглянемо на прикладі електрочайнику марки FIRST об’ємом 1,2 літрів, та потужністю 2,2 кВт (2200 Вт). Роботу електричного струму визначимо за формулою: А = Р·t; де:

А – робота електричного струму (Дж);

Р – потужність приладу (Вт);

t – час роботи електроприладу (с), орієнтовно 180 с.

А = 2200·180 = 396000 (Дж). Переведемо роботу в Дж в кВт·год 396000:3600000 = 0,11 (кВт·год). Вартість становитиме: 0,11·2,64= 0,29 (грн). Користуючись електричним чайником тричі на день, протягом місяця маємо 90 користувань, тоді вартість за місяць становитиме: 90·0,29= 26,1 (грн).

3. Обчислити вартість електричної енергії під час заряджання мобільного телефону.

Користуючись швидкісним заряджанням для телефону Samsung M12 отримаємо наступні технічні дані: напруга U = 240 В, сила струму I = 0,3 А. Потужність становитиме: Р = U·I = 240·0,3 = 72 (Вт). Заряджання відбувається протягом 2 годин, робота електричного струму становитиме: А = Р·t = 72·7200 = 518400 (Дж).

Переведемо роботу з Дж в кВт·год 518400:3600000 = 0,144 (кВт·год). Вартість однієї зарядки становитиме: 0,144·2,64= 0,38 (грн). Заряджаючи мобільний телефон один раз на день, протягом місяця маємо 30 заряджань, тоді вартість за місяць становитиме: 30·0,38= 11,4 (грн).

4. Обчислити вартість електричної енергії під час роботи протягом 3 годин двох керамічних обігрівачів потужністю 400 Вт (розрахований на площу обігріву 10 м²) та 1100 Вт (розрахований на площу обігріву 22 м²) фірми ZENHEISSER, що працюють одночасно.

Загальна потужність: Р = Р₁ +Р₂ = 400 +1100 = 1500 (Вт). ). Роботу електричного струму визначимо за формулою: А = Р·t; де:

А – робота електричного струму (Дж);

Р – потужність приладу (Вт);

t – час роботи електроприладу (с). 

А = 1500·10800 = 16200000 (Дж). Переведемо роботу в Дж в кВт·год 16200000:3600000 = 4,5 (кВт·год). Вартість становитиме: 4,5·2,64= 11,88 (грн). Користуючись обігрівачами щодня по три години, протягом місяця маємо: 11,88·30 = 356,4 (грн).

5. Обчислити вартість електричної енергії, при нагріванні електричним бойлером фірми ARISTON об’ємом 100 літрів. Кількість теплоти необхідної для нагріву 100 літрів води від 10 до 50 ⁰ С обчислимо за формулою:

Q = c·m·(t₂ –t₁), де:

с – питома теплоємність води, (за таблицею 4200 Дж/кг·⁰С);

m – маса води, кг;

t₂ – температура гарячої води, ⁰ С;

t₁ – температура холодної води, ⁰ С.

Q₁ = 4200·100·(50-10) = 16800000 (Дж). Переведемо роботу в Дж в кВт·год 16800000:3600000 = 4,7 (кВт·год).

Вартість спожитої електричної енергії становитиме: 4,7·2,64 = 12,408 (грн).

6. У книзі Я.І. Перельмана наводився приклад вартості блискавки, коли значення струму було взято 200000 А, потенціал грозового розряду 50000000 В. Проведемо розрахунок вартості блискавки за ціною електричної енергії 2,64 грн за 1 кВт·год.

Отже P = UI; Р = 50000000 ·200000 = 10000000000000 (Вт). 1 кВт·год = 3,6·10⁶ Дж. Переведемо значення потужності у кВт·год, отримаємо 10000000000000/3600000 = 2777778 (кВт·год). Вартість блискавки становитиме: 2,64·2777778 = 7333333,92 (грн).

7. Склокерамічна плита- працює від електрики, виготовляється шляхом плавлення скла за спеціальною технологією, має стійкість до перепадів температур і високу ударостійкість. Різновиди:

- галогенні конфорки – розігрів відбувається за рахунок спеціальної лампи з високотемпературною спіраллю, під час роботи світиться м’яким червоним світлом; основний недолік- невеликий термін служби галогенних ламп і високе споживання електроенергії;

- рапідні (спіральні) конфорки – нагрів відбувається за 12 секунд, більш надійні та економічні, усередині них знаходиться спіраль зі сплаву високого опору, яка здатна при нагріванні віддавати велику кількість тепла;

- індукційні конфорки – для нагрівання використовується енергія магнітного поля, воно формується при взаємодії котушки індуктивності й потужного  електрогенератора встановлених «під капотом» панелі; індукційна робоча поверхня проводить тепло по вертикалі, нагріває безпосередньо днище каструль і сковорідок, сама ж залишається холодною чи злегка теплою від контакту з посудом,  дозволяє за 2-3 хвилини закип’ятити 2 літри води, однак коштує така плита недешево.

Проведемо розрахунок електричної енергії, яку споживає   піч фірми ERGO. За технічними характеристиками піч має дві конфорки потужність кожної по 1200 Вт, значення напруги становить 220 В. Отже сила струму при максимальному навантаженні конфорки становить I = P/U = 1200/220 = 5,45 (А).

2 літра води нагрівається від 18 ⁰ С до кипіння за 6 хв. Обчислимо вартість електроенергії. Кількість теплоти, яка піде на нагрівання води Q = cm(t₂-t₁), де:

 с – питома теплоємність води, (за таблицею 4200 Дж/кг·⁰С);

 m – маса води, кг;

t₂ – температура гарячої води, ⁰ С;

t₁ – температура холодної води, ⁰ С.

Q = 4200·2·(100-18) = 688800 (Дж).

Переведемо енергію з Дж в кВт год; 1 кВт·год = 3600000 Дж. 688800/3600000 = 0,191 кВт·год. Тому вартість електроенергії  при нагріванні 2 літрів води від 18 ⁰ С до кипіння становитиме: 2,64·0,191 = 0, 5 (грн).

Усі розрахунки були зроблені з урахуванням вартості електричної енергії 2,64 грн за 1кВт·год, тобто до останнього збільшення тарифу на електричну енергію.

VI. Підсумок уроку

Отже, сьогодні на уроці ми з вами:

-вивели та навчились користуватися формулами для визначення роботи і потужності електричного струму;

-ознайомились з приладами за допомогою яких вимірюють роботу та потужність електричного струму;

-навчились застосовувати формули роботи та потужності в практичній діяльності під час розв’язування задач;

VII. Домашнє завдання

Читати § 25 стр. 64 – 66

Вправа №14 (2,3)