Тема. Постійний струм та кола постійного струму 

Тема уроку.  Теплова дія струму.  Закони Ома і Джоуля - Ленца. Номінальний  струм у проводі.

Мета. 

ü  Розглянути теплову дію струму, закони Ома і Джоуля – Ленца, Номінальний  струм у проводі;

ü  Розвивати пошукову, пізнавальну активність учнів, логічне мислення, уяву. Виховувати самостійність, наполегливість, впевненість у собі, інтерес до предмету.  

ü  виховувати спостережливість; формувати науковий світогляд та інтерес до вивчення електротехніки.

Тип уроку.  Урок засвоєння знань.

Вид уроку.  Лекція з елементами бесіди.

v Додаток.  Орієнтовні  питання до учнів.

ü  1) Що таке електричний струм?

ü  2) Умовами існування електричного струму є … ü 3) Що є носіями електричного струму?

ü  4) Як його можна спостерігати?

ü  5) Де використовують електричний струм? ü 6) Електричний струм може спричиняти такі дії … ü 7) Які закони Ома Вам відомі?

Додаток. Теорія. 

Теплова дія постійного струму.

За звичайної температури вільні заряджені частинки  (через теплообмін) віддають свою енергію тілу, збільшуючи його температуру. Тіло набуває внутрішньої енергії у вигляді хаотичного теплового руху його частинок. Якщо тепер помістити тіло в електричне поле, то напрямленому рухові заряджених частинок на перешкоді стане хаотичний рух. Зіштовхуючись між собою, напрямлені і хаотичні частинки зменшуватимуть свою швидкість, перетворюючи кінетичну енергію руху в теплову. Кількість теплоти, як і роботу, визначають у джоулях:  1 Дж 

Позасистемна одиниця кількості теплоти — калорія: кількість теплоти, необхідна для 1kaл

нагрівання 1 г води на 1 °С. Одна калорія становить 4,19 Дж. Тоді 1 Дж = ^4,19 = 0,24 кал. 

Е. X. Ленц і незалежно від нього Д. Джоуль експериментально довели, що кількість

теплоти W_Т , що виділяється у провіднику довжиною l і опором R, залежить від струму І в ньому і часу t: 

W_T  I² Rt

Закон Джоуля-Ленца - фізичний закон, що дає кількісну оцінку теплового дії електричного струму. Встановлено в 1841 році Джеймсом Джоулем і незалежно від нього в1842 Емілем Ленцов ^[1].

У словесній формулюванні звучить таким чином 

Потужність тепла, що виділяється в одиниці обсягу середовища при протіканні електричного струму, пропорційна добутку щільності електричного струму на величину електричного поля

Кількість теплоти, що виділяється в одиницю часу в даній ділянці ланцюга, пропорційно добутку

квадрата сили струму на цій ділянці і опору ділянки  

При передачі електроенергії теплова дія струму є небажаним, оскільки веде до втрат енергії. Оскільки передана потужність лінійно залежить як від напруги, так і від сили струму, а потужність нагріву залежить від сили струму квадратично, то вигідно підвищувати напругу перед передачею електроенергії, знижуючи в результаті силу струму. Однак, підвищення напруги знижує електробезпека ліній електропередачі.

Для застосування високої напруги в ланцюзі для збереження колишньої потужності на корисному навантаженні доводиться збільшувати опір навантаження. Підвідні проводи й навантаження з'єднані послідовно.

Тепло, що виділяється провідником зі струмом, в тій чи іншій мірі виділяється в навколишнє середовище. У випадку, якщо сила струму в обраному провіднику перевищить деяке гранично допустиме значення, можливий настільки сильне нагрівання, що провідник може спровокувати спалах знаходяться поряд з ним об'єктів або розплавитися сам. Як правило, при складанні електричних ланцюгів досить слідувати прийнятим нормативним документам, які регламентують, зокрема, вибір перерізу провідників.

Закон Ома для ділянки кола.

Якщо розглядати лише зовнішню частину кола, то можна записати прямо-пропорційну залежність сили струму від напруги й

обернено пропорційну залежність її від опору провідника на певній ділянці кола:            ^R  

Приклад: номінальний струм дорівнює 50 а; перетин мідної жили проводу має бути 6 мм кв. Номінальний струм і допустимі тривалі струмові навантаження, зазначені в таблиці, можуть не збігатися за величиною. У такому випадку перетин знаходять по найближчій більшій номінального струму допустимої тривалої струмового навантаження.

 Приклад: по проводах повинен проходити номінальний струм 74 А; найближча велика за величиною допустима тривала струмова навантаження 80, 75 А (див. табл.); значить, потрібно провід перетином 10 - 16 мм кв. (Залежно від способу прокладки), якщо жили його мідні, або перетином 10-25 мм кв. (Залежно від способу прокладки), якщо жили алюмінієві. Якщо номінальний струм заздалегідь невідомий, то його можна визначити за допомогою розрахунків вказаних на сторінці про автоматичні вимикачі.

Додаток. Запитання до учнів. 1) Що таке електричний струм?

2) Умовами існування електричного струму є … 3) Що є носіями електричного струму?

4)  Як його можна спостерігати?

5)  Де використовують електричний струм?

6)  Електричний струм може спричиняти такі дії …

7)  Які закони Ома Вам відомі?

8)  У чому полягає сутність закону Джоуля-Ленца?