П л а н у р о к а № 5 Дата____________
Работа и мощность в электрической цепи. ( 2 часа )
П 00. Профессиональный цикл
ОПД 13. Основы электротехники
Преподаватель: А.А. Гурьянов
О соотношении электрических величин между собою;
Об определении работы и мощности в электрической цепи
Мы рассмотрим электрические работы в этой статье. Мы объясняем вам, что вы подразумеваете под электротехнической работой и как ее вычислять. Эта статья относится к области физики, соответственно. Электрические работы выполняются при преобразовании электрической энергии в механическую работу. Электрическая энергия - это энергия, которая передается электричеством или хранится в электрических полях. При передаче энергии с помощью электричества тогда говорят об электрических работах. Например, электрическую энергию можно хранить в электрических и магнитных полях и преобразовывать в другие виды энергии.
О единицах измерения работы и мощности.
Воспитательная цель
Сформировать у учащихся усидчивость, внимательность, аккуратность, ответственность; организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество.
Развивающая цель
Сформировать у учащихся навыки:
Рассчитывать параметры электрических цепей;
Подбирать устройства электронной техники, электрические приборы и оборудование с определенными параметрами и характеристиками.
Тип учебного
занятия
изучение нового материала.
Формируемые компетенции
ПК 1.2. Взаимодействовать с о специалистами смежного профиля при разработке методов, средств и технологий применения объектов профессиональной деятельности.
ПК 1.3. Производить модификацию отдельных модулей информационной системы в соответствии с рабочим заданием, документировать произведенные изменеия.
ОК 1. Понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес.
ОК 2. Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество.
ОК 4. Осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития.
ОК 5. Использовать информационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности.
Вид учебного
занятия
смешанный
Межпредметные связи
математика, физика
Оснащение,
оборудование
Учебник, компьютер, проектор, экран, интерактивная доска
Структура урока.
Организационный момент.
Актуализация знаний.
Формирование новых понятий и способов действий.
Формирование умений и навыков.
Итог урока.
Домашнее задание.
Ход урока.
1. Организационный момент.
Учет отсутствующих, проверка домашнего задания, сообщение темы и постановка целей урока.
2. Актуализация знаний.
Сформулируйте законы Кирхгофа.
3
. Формирование новых понятий и способов действий.
Найдем работу, совершаемую электрическим током, протекающим по участку электрической цепи с напряжением U (см. рис.).
Мы уже отмечали (см. урок 3), что напряжение равно работе совершаемой источником ЭДС при перемещении единичного заряда вдоль рассматриваемого участка цепи. Если перемещается не единичный заряд, а некоторый заряд Q , то совершаемая при этом работа А будет в Q раз большей:
А = UQ .
Выразив заряд через силу тока и время, получим
А = UIt .
За бесконечно малое время d t совершается бесконечно малая работа d A = UI d t .
Определим мощность Р как работу, совершаемую в единицу времени. Тогда
;
Из этих формул определяются единица измерения мощности и единица измерения работы электрического тока:
[ Р ] = [ U ] [ I ] = В ·А = Вт.
Единица измерения мощности, равная одному вольту, умноженному на один ампер, называется ваттом (Вт). Единицу мощности, в 1000 раз большую, чем ватт, называют киловаттом (кВт).
Работа электрического тока измеряется в джоулях (Дж):
[ A ] = [ P ]·[ t ] = Вт·с = Дж.
Джоуль или ватт-секунда - сравнительно небольшая единица, поэтому на практике часто применяется единица в 3600 раз большая, которую называют ватт-часом (час содержит 3600 с):
1 Вт·ч = 3600 Дж.
Таким образом, ватт-час (Вт·ч) - это работа, совершаемая источником электрической энергии мощностью один ватт в течение одного часа.
Единицу в 1000 раз большую называют киловатт-часом (кВт·ч).
1 кВт·ч = 1000 Вт·ч = 3,6·10 6 Дж.
Итак, мощность измеряется в ваттах (вольт-амперах), киловаттах; работа измеряется в джоулях, ватт-часах, киловатт-часах.
Работа и мощность электрического тока (282)
А В
φ А = – 10 В;
φ В = 5 В.
Из точки А в точку В переместился заряд 10 Кл. Определите величину работы.
50 В·А·с
149
150 В·А·с
500 В·А·с
150
Задача не определяется, так как неизвестно напряжение между точками АВ
Генератор при напряжении 110 В вырабатывает ток силой 10 А. Определите работу электрич еского тока в течение 1 ч.
1100 В·А·ч
151
110 В·А·ч
110 В·А·с
152
Ток в цепи увеличился в 2 раза, напряжение источника уменьшилось в 2 раза. Как изменилась мощность, отдаваемая источником?
Уменьшилась в 2 раза
Не изменилась
153
Увеличилась в 2 раза
Генератор при напряжении 110 В вырабатывает ток силой 10 А. Определите мощность, развиваемую генератором.
1100 Вт
154
110 кВт
110 Вт·ч
155
В течение 1 мин генератор выра ботал 3,610 б Дж энергии. Определите мощность, развиваемую генератором.
3,6·10 6 Вт
60 кВт
156
600 кВт
4. Формирование умений и навыков.
77. Заполните таблицу.
55 кВт1500 Вт
1,5 МВт
0,33 кВт
0,12 МВт
312 кВт
Вт
КВт
КВт
Вт
КВт
МВт
78. Определите мощность, потребляемую электрическим двигателем, если ток в цепи равен 6 А, а двигатель включен в сеть напряжением 220 В.
79. Электродвигатель, подключенный к сети напряжением 220 В, потребляет ток 6 А. Определите мощность двигателя и количество энергии, которую он потребляет за 8 ч работы.
5. Итог урока.
Проверка выполнения задач, выставление оценок, сообщение домашнего задания.
6. Домашнее задание.
80. В квартире имеются восемь ламп, из которых шесть мощностью по 40 Вт горят 6 ч в сутки, а две мощностью по 60 Вт – 8 ч в сутки. Сколько нужно заплатить за горение всех ламп в течение месяца (30 дней) при тарифе 3,45 р. за 1 кВт·ч?
Когда ток протекает по определённому участку электрической цепи, электрическое поле совершает определённую работу. Это называется работой электрического тока. Для переноса заряда энергии по этой цепи нужно затратить некоторое количество энергии. Она сообщается приёмнику, часть энергии при этом затрачивается на преодоление сопротивления проводов и источников в электрической цепи.
Это говорит о том, что не вся затрачиваемая энергия распределяется эффективно и не вся она является полезной. Следовательно, совершаемая работа также не полностью эффективна. В данном случае формула будет выглядеть так: А = U·Q .
U – это напряжение на зажимах приёмника, а Q – это заряд, переносимый по участку цепи. В этом случае нужно учитыватьзакон Ома для участка цепи , тогда формула будет выглядеть следующим образом: R I2 Δt = U I Δt = ΔA .
По этой формуле можно проследить действие закона сохранения энергии, который применяется для однородного участка цепи.
В 1850 году английский физик Джоуль Прескотт, вложивший немалый вклад в изучение электричества, открыл новый закон. Суть его заключалась в определении путей, которыми работа электрического тока преобразовывается в тепловую энергию. В это же время другой физик – Ленц смог сделать аналогичное открытие и доказать закон, поэтому он получил название «закон Джоуля-Ленца», в честь обоих выдающихся физиков того времени.
Мощность электрического тока
Мощность – это другая характеристика, использующаяся при определении работы электрического тока. Это некая физическая величина, которая характеризует преобразование и скорость передачи энергии.
При определении мощности электрического тока нужно учитывать такой показатель, как мгновенную мощность. Она представляет собой соотношение мгновенных значений таких показателей как сила тока и напряжение в виде произведения. Это соотношение применяется к определённому участку цепи.
Такие показатели как работа и мощность электрического тока учитываются при создании любых электрических цепей. Наравне с другими законами они являются основными, их несоблюдение приведёт к серьёзным нарушениям.
Чтобы получит наибольшую мощность электрического тока, нужно учитывать и характеристики генератора, т. е. сопротивление во внешней цепи должно быть не больше и не меньше внутреннего сопротивления генератора.
Только в этом случае эффективность работы будет максимальной, потому что иначе вся энергия генератора будет затрачиваться на преодоление сопротивления, а вся работа будет неэкономичной. Естественно, такая схема работы может негативно повлиять на эффективность всей электрической цепи.
Баланс мощностей –это выражение закона сохранения энергии, в электрической цепи . Определение баланса мощностей звучит так:сумма мощностей потребляемых приемниками, равна сумме мощностей отдаваемых источниками . То есть если источник ЭДС в цепи отдает 100 Вт, то приемники в этой цепи потребляют ровно такую же мощность.
Или 
Проверим это соотношение на простом примере.
Для начала свернем схему и найдем эквивалентное сопротивление. R 2 и R 3 соединены параллельно.
Найдем по закону Ома ток источника и напряжение на R 23 , учитывая, что r 1 и R 23 соединены последовательно, следовательно, сила тока одинаковая.
Найдем токи I 2 и I 3
Теперь проверим правильность с помощью баланса мощностей.
Небольшое различие в значениях связано с округлениями в ходе расчета.
С помощью баланса мощностей, можно проверить не только простую цепь, но и сложную. Давайте проверим сложную цепь из статьи метод контурных токов.
Коэффицие́нт поле́зного де́йствия (КПД ) - характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии. Определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии, полученному системой; обозначается обычно η («эта») . КПД является безразмерной величиной и часто измеряется в процентах
Определение[править | править вики-текст]
Коэффициент полезного действия
Математически определение КПД может быть записано в виде:
{\displaystyle \eta ={\frac {A}{Q}},}
где А - полезная работа (энергия), а Q - затраченная энергия.
Если КПД выражается в процентах, то он вычисляется по формуле:
{\displaystyle \eta ={\frac {A}{Q}}100.}
В силу закона сохранения энергии и в результате неустранимых потерь энергии КПД реальных систем всегда меньше единицы, то есть невозможно получить полезной работы больше или столько, сколько затрачено энергии.
КПД теплово́го дви́гателя
- отношение совершённой полезной работы двигателя, к энергии, полученной от нагревателя. КПД теплового двигателя может быть вычислен по следующей формуле 