Урок "Робота і потужність електричного струму"

Ф – 8   

Робота  і  потужність  електричного  струму

 удосконалювати навички складання електричного кола та вимірювання величин, що його характеризують;

розвивати логічне мислення;

виховувати практичні навички, наполегливість у досягненні мети, вміння висловлювати свої думки, бережливе ставлення до використання електроенергії.

Тип уроку: комбінований

«Як господар у домі, ви повинні знати про електрику більше, ніж просто замінити пробки».  

І. Актуалізація та перевірка опорних знань учнів

       (Учні відповідають на запитання:)

1.        Що розуміють під електричним полем? 
2.        Яка величина є силовою характеристикою електричного поля?
3.        Що називають силою струму?
4.        Що таке напруга?
5.        В яких одиницях вимірюють  І; U ?
6.        Що вказує на наявність електричного поля?

А зараз пригадаємо, що таке механічна робота та потужність? Механічна енергія?

•  Що таке механічна робота?
•  Які є види механічної енергії?
•  Сформулюйте закон збереження енергії?
•  Що таке потужність?

Спираючись на ці визначення перейдемо до вивчення нової теми

II. Вивчення нового матеріалу

    Як і в полі сили тяжіння, в електричному колі відбувається низка перетворень енергії. При проходженні струму через будь-яке тіло ми знаємо, що електрична енергія перетворюється на: 

• теплову (провідник нагрівається);
• механічну (електричний двигун приводить в рух машини і механізми);
• хімічну (заряджання акумулятора);

     При напрямленому русі заряджених частинок у провіднику електричне поле виконує роботу, її називають роботою струму. (Слід наголосити, що цей термін не є вдалим, підкресливши, що роботу виконує електричне поле.) Робота електричного струму, як і механічна робота, характеризує процес пере­творення енергії одного виду (енергії електричного поля) на енергію іншого виду (механічну, внутрішню енергію тіла тощо). Електричний струм виконує роботу, одержавши енергію від джерела струму.  Обчислити цю роботу досить легко, пригадавши визначення напруги: 

U =      (1);         А =Uq,      але, оскільки   q = It ;

остаточно одержуємо:   А = IUt    (2).

    Отже, з формули  (1)  можна зробити висновок: для  визначення роботи електричного струму на ділянці кола треба напругу на цій ділянці кола помножити на електричний заряд.

     За законом збереження енергії ця робота дорівнює зміні енергії розглядуваної ділянки кола. Тому енергія, яка переноситься струмом від джерела (акумулятора, генератора електростанції тощо) і виділя­ється на даній ділянці кола за час t, дорівнює роботі струму.  

    Одиницею роботи є джоуль. 1 джоуль — це робота, яку виконує за 1 с електричний струм силою 1 А за напруги 1 В: 1 Дж = 1 А ·1 В · 1 с.

    Розглянемо  такі  задачі:

1. Яку роботу виконає електричний струм, якщо крізь провідник, що перебуває під напругою 30В пройшло 75Кл електрики?

2. Розрахувати, яку роботу виконує електричний струм в електродвигуні вентилятора за 30с, якщо при напрузі 220В сила струму у двигуні дорівнює 0,1А?

    Отже, ми навчилися обчислювати роботу електричного струму. А які прилади потрібні, щоб її виміряти? (амперметр, вольтметр, годинник). Як вмикаються ці прилади в електричне коло? (послідовно та паралельно відповідно. При цьому необхідно дотримуватися полярності). Тому можна сказати, для вимірювання роботи електричного струму потрібно мати прилад, який би враховував напругу,  силу струму та час його проходження. Таким приладом є електричний лічильник. Електричний лічильник встановлюється скрізь, де використовується електрична енергія: зокрема в житлових будинках, квартирах, на виробництві. У сучасній техніці застосовують електронні лічильники.

     Щоб охарактеризувати  здатність електричних  пристроїв виконувати роботу користуються поняттям потужності, яка дорівнює роботі, що виконується за одиницю часу.

  (3);

.

Одиницею потужності є ват (Вт):

1 Вт =1 ;

1 Вт = 1 В · 1 А.

Використовують  також  кратні одиниці:

• мікроват ( 1мкВт = 0,000001Вт = Вт)
• міліват ( 1мВт = 0,001Вт = Вт)
• гектоват ( 1гВт = 100Вт = Вт)
•  кіловат ( 1кВт = 1000Вт = Вт)
• мегават (1МВт = 1000000Вт = Вт)

Оскільки робота струму може бути визначена через  потужність і час, то досить часто використовують одиницю роботи Вт·с

1Дж = 1Вт·с,

Позаяк  1Вт·с – це досить мала одиниця,тому на практиці зручніше використовувати такі одиниці, як ват-година і кіловат-година.

1Вт · год = 3600 Вт · с = 3600Дж

1кВт · год = 1000 Вт · год = 3600000Дж = 3,6 · Дж

 Для вимірювання потужності електричного струму використовуються ватметри.

Потужності деяких електричних пристроїв, Вт

Більшість побутових приладів розраховані на напругу 220 В, але на різну силу струму. Тому потужність споживачів електроенергії різна.

Вимірюючи потужність струму в споживачі, ми визначаємо його фактичну потужність. Потужність, яку зазначено в паспорті електропристрою (або на пристрої), називають номінальною потужністю. Проте напруга в мережі може трохи змінюватися. Наприклад, вона може збільшитися – відповідно збільшиться й сила струму. Збільшення сили струму й напруги приведе до збільшення потужності в споживачі. Тобто, значення фактичної та номінальної потужностей споживача  можуть відрізнятися.

ІІІ. Закріплення вивченого 

1. Розглянемо напис на електричній лампі:

(220В, 60Вт), це звичайна  електрична лампа,що є на письмовому столі має потужність 60Вт і працює при напрузі 220В. Обчислити яку роботу виконує електричний струм протягом 3год? Яка сила струму в лампі та опір її нитки розжарення в робочому стані?

2. Заповнити таблицю «Фізичні величини»

3.  Виконати тестові завдання

       а) Вт                 б) кВт·год            в) кВт/год .

2.  Робота електричного струму на ділянці кола дорівнює:

а)добутку напруги на кінцях цієї ділянки на силу струму і час, протягом якого виконувалась робота;

б)добутку напруги на силу струму;

в)добутку квадрата сили струму, опору провідника й часу.

3. Розташуйте значення потужності у порядку зростання та запишіть у стандартному вигляді:

1. кіловат

2.  міліват

3.  мікроват

4.   гектоват

ІV.

       «Цікаві факти»

1.  Електромобілі

Сьогодні особливо гостре питання цін на пальне та доцільності використання звичайних авто, які продовжують забруднювати навколишнє середовище. Наразі не кожен житель   може заправити свій автомобіль, навіть аби дістатися роботи. Альтернативою ж звичайному авто є електромобілі.  

Переваги електромобілів Зниження рівня забруднення навколишнього середовища є основною перевагою електромобілів. Працюючий двигун не виділяє жодних шкідливих газів чи інших речовин, тому він не забруднює навколишнє середовище.  

Скорочення витрат Електричний автомобіль є відмінним способом заощадити на паливі.

Різні способи підзарядки. Можливо заряджати акумулятори від стандартної електричної мережі, що дозволяє значно економити на витратах. Крім того, є можливість економити,використовуючи дешеву електроенергію, яка виробляється електростанціями в нічний час доби.

Зниження шуму.  Електродвигун цілком здатний забезпечити тихий та плавний розгін, при цьому даючи значне прискорення.

 Безпечність. У разі аварії, в електроавтомобіля спрацьовують подушки безпеки, а датчики зіткнення відключать акумулятори, що допоможе автомобілю зупиниться. Це знизить ймовірність отримання важких травм не тільки у водія і пасажирів електромобіля, а й у пасажирів транспортного засобу, з яким сталося зіткнення.

Недоліки електромобілів. Станції для підзарядки. Електричні заправні станції є чи найбільшою проблемою для України.  Це дійсно те, що створює серйозну проблему в експлуатації електромобіля.

Короткий пробіг та обмежена швидкість. Пробіг більшості електромобілів – близько 160-240 км без підзарядки. Тому їх важко назвати придатними для довготривалих подорожей, особливо враховуючи відсутність станцій підзарядки. Пробіг лише окремих моделей сягає 480 км без підзарядки.

Час перезарядки Зазвичай, для повної зарядки електромобіля необхідно близько 8-10 год. Заміна батареї. Середній термін її служби становить близько 8 років. Правильний догляд може продовжити цей термін до 10 років, але при недбалій експлуатації батарея може вийти з ладу через 5-6 років. Розрахований на нормальний клімат. Електромобіль може виявитися недостатньо потужним і надійним, якщо буде потрібно користуватися ним в суворих кліматичних умовах, особливо в засніжених районах. При сильних перепадах температур АКБ може вийти з ладу через 5-6 років. До речі, при морозах умовна ємність батареї падає на 1 % при кожному зниженні на один градус морозу, тобто при -20˚С дистанція пробігу впаде приблизно на 20 %. Тож взимку доведеться заряджати батарею частіше.

Недостатній рівень комфортності Батарея сідає швидко, особливо коли починає працювати кондиціонер.

Невелика швидкість З метою заощадження електроенергії , швидкість обмежується 80-100 км/год.

2.  «Живі електростанції»

Всім рибалкам-любителям відомо, що лов риби на електровудку категорично заборонений. А от риби в цьому відношенні давно випередили людей і обзавелися електричною зброєю багато мільйонів років тому. Про те, що риби здатні створювати електричні розряди, знали ще в Стародавній Греції і Римі. Про електричних скатів писав у своїй «Історії тварин» грецький філософ Арістотель. Електричні органи у всіх риб побудовані приблизно за однією тією ж схемою: «електричні батарейки» в тілі риб з'єднані паралельно. Стовпчики батарей складаються з великого числа послідовно з'єднаних елементів, роль яких грають спеціалізовані електрогенераторні клітини. Електричний струм виникає в них в результаті хімічних процесів, що відбуваються під впливом нервових імпульсів, які надходять до клітин з мозку. Потужний електричний розряд риб є складанням потенціалів окремих електрогенераторних клітин.

Струм напругою 60-70 вольт виробляють батареї електричних скатів-торпедо (Тorpedo narke). Ці живородні риби найчастіше зустрічаються у  східних берегів Північної Америки, в Індійському океані і в  Середземному морі. Електричні скати – хрящові риб, родичі акул, залежно від виду можуть мати напругу заряду від 50 до 200В, сила струму при цьому може досягати 30А. подібний заряд може вразити досить велику здобич.

 У річці Ніл, а також в озерах і річках Західної Африки, живе електричний сом (Malapterurus electricus). Це велика риба - до одного метра завдовжки. Свої «батареї», розташовані по всій поверхні тіла, безпосередньо під шкірою, і складають 1/4 маси тіла, сом успішно використовує для полювання: електричні розряди паралізують жаб і дрібну рибу, які стають легкою здобиччю господаря «електростанції».  Цікаво, що струм, що генерується сомами, не діє на собі подібних.   Електричні соми – прісноводні риби, досягають до 1 метра в довжину, вага не перевищує 25 кг. Незважаючи на відносно скромні розміри, електричний сом здатний виробити 350 – 450В, при силі струму 0,1 – 0,5А.

Найпотужнішим джерелом струму озброєний електричний вугор (Electrophorus electricus). Він не є родичем нашого європейського вугра. Живе в прісноводних водоймах Південної та Центральної Америки. Довжина його сягає до 3 метрів, а  електричні органи, що займають 2/3 тіла. Здатні виробляти струм  напругою до    500В! Такого напруження цілком достатньо, щоб вбити велику рибину і оглушити людину.

У японському акваріумі Еносима електричний вугор використовується для освітлення різдвяної ялинки. Дерево пов'язане з акваріумом, що мешкає в ньому риба виробляє близько 800 Вт електроенергії, чого цілком достатньо для ілюмінації.

Електричні органи

Згадані риби виявляють незвичайні здібності завдяки видозміненим м'язам – електричному. У різних риб це утворення має різну будову і розмір, і розташування, наприклад, у електричного вугра воно розміщується по обидва боки вздовж тіла і становить 25%маси риби.

Будь-який електричний орган складається з електричних пластинок - видозмінених нервових і м'язових клітин, мембрани яких і створюють різницю потенціалів.

Електричні пластинки, з'єднані послідовно, зібрані в стовпчики, які паралельно з'єднані між собою. Різницю потенціалів, вироблювана пластинками накопичується на протилежних кінцях електричного органу. Залишається тільки активувати його.

Електричний вугор, наприклад, згинається, і між позитивно зарядженою передньою частиною тіла і негативно зарядженою задньою проскакує серія електричних зарядів, вражаючи  жертву.

(Повідомлення учнів)

 V. Підсумок уроку:

• Я дізнався …
• Я навчився …
• Як обчислити роботу електричного струму?..
• Як обчислити потужність  електричного струму?..
• Мені сподобалось …
• Найважливішим відкриттям для мене було…

   VІ.  Оцінювання 

   VІІ.  Домашнє  завдання   Вивчити матеріал §33, розв'язати задачі впр. 33(2, 3)

 І як підсумок – хочу зауважити, що:

виявляється, ми всі можемо економити на оплаті за електрику. Якщо встановити багатотарифний електролічильник, то будемо сплачувати різну ціну за електрику у різний час доби.

Ще варіант! 

Якщо встановлення лічильника Вас не влаштовує,  пропонуємо ще один спосіб економії. ГАРАНТОВАНИЙ і ДУЖЕ ПРОСТИЙ! Не вмикати зайвих електроприладів. Не влаштовувати ілюмінацію з яскравим світлом у кожній кімнаті на цілий вечір. Не лишати на ніч телевізор чи комп’ютер у "сплячому" режимі. Купувати електроприлади класів споживання "А" та "В" – вони економніші за "С", "D" тощо. Вчасно розморожувати холодильники – навіщо витрачати світло на льодову кірку?! Поміняти лампи на "економки". 
І тоді рахунки за світло точно стануть добрішими і не лякатимуть.

        !А також,  нагадую,  при роботі з електричними приладами 

дотримуйтесь правил техніки безпеки.

 Дякую за урок.

Якісні задачі

•    Чому листяні дерева частіше уражаються блискавкою ніж хвойні?
•    Чому в такі дерева, як горіх, або бук рідко потрапляє блискавка?
•    Чому блискавка ніколи не вдаряє птахів і вони не гинуть,  коли сідають на електричний дріт?
•     Чому удар блискавки розщеплює дерево?