Работа ⭐ электрического тока: определение, как измеряется в физике

Вопросы и ответы

Почему неудобно выражать работу тока в джоулях на практике?

Начнем с того, что в паспорте электроприборов обычно указывают мощность тока в них. Как можно выразить работу тока в силе и времени?

Зная мощность потребителя электроэнергии, можно рассчитать работу тока, совершаемую за определенное время: $A = Pt$.

Рассмотрим единицы измерения в этой формуле. Мы измеряем мощность в ваттах, время в секундах и работу в джоулях.

$1 space W = 1 frac{J}{s}$,
$1 space J = 1 space W cdot s$.

Обратите внимание, что время выражается в секундах. Но обычно у потребителя электроэнергии ток работает более длительное время.

Некоторыми устройствами мы пользуемся часами, а некоторыми — круглосуточно. Например, тот же холодильник. Расчет электроэнергии по счетчику производится один раз в месяц.

Логично, что очень нецелесообразно каждый раз переводить такие большие промежутки времени в секунды при расчете работы электрического тока. Поэтому используются другие единицы измерения.

Что называют работой электрического тока: определение

Электрический ток — это упорядоченное движение частиц или квазичастиц — носителей электрического заряда. Кроме того, электромагнитное взаимодействие всех заряженных частиц осуществляется с помощью электрического поля, а не напрямую.

Скорость распространения электромагнитного поля (взаимодействия), скорость электромагнитного излучения может достигать скорости света. Это во много раз превышает скорость движения непосредственных носителей электрического заряда.

Носителями электрического заряда являются:

  • металлы могут иметь электроны;
  • электролиты могут содержать ионы (анионы и катионы);
  • газы могут содержать ионы и электроны;
  • в вакууме при определенных условиях могут быть электроны;
  • в полупроводниках это могут быть электроны или дырки (явление электронно-дырочной проводимости).

В некоторых случаях электрический ток представляет собой ток смещения, возникающий в результате преобразования электрического поля в определенный промежуток времени.

Электрический ток проявляется в следующих формах:

  • теплопроводники (у сверхпроводников это явление не наблюдается);
  • преобразование химического состава проводников (встречается в основном в электролитах);
  • создают магнитное поле (встречается на всех проводниках).

Электрический ток проводимости — это движение заряженных частиц внутри макроскопического тела относительно различных сред.

Если происходит движение макроскопических заряженных тел (например, это могут быть заряженные капли дождя), то такой вид течения называется конвекцией.

Есть деление тока на постоянный и переменный, плюс есть другие виды переменного тока. Обычно при наименовании видов электричества слово «электрический» опускают».

  1. DC Его отличительной особенностью является то, что его размер и направление не меняются во времени.
  2. Переменный ток. Изменяется во времени (не постоянно).
  3. Периодический ток. Его мгновенные значения могут повторяться через те же промежутки времени в той же последовательности.

Сила и плотность тока

Электрический ток имеет количественные свойства:

  • скаляр — сила тока;
  • вектор — плотность тока.

Определение 3

Сила тока — физическая величина, равная отношению количества заряда Q, прошедшего через сечение проводника за определенный промежуток времени t, к величине данного интервала времени.

Формула 1

I=Qt

Сила тока I в СИ (Международной системе единиц) выражается в амперах (обозначается буквой А). По закону Ома сила тока на определенном участке цепи будет прямо пропорциональна напряжению U, а также обратно пропорциональна сопротивлению R.

Формула 2

Я=ЧАС

Если ток в каком-либо участке цепи непостоянен, то напряжение и ток будут постоянно изменяться. В этом случае для бытового переменного тока средние значения напряжения и силы тока будут равны нулю. Но средняя тепловая мощность никогда не будет равна нулю.

Есть такие понятия:

  • мгновенные ток и напряжение – действуют в конкретное время;
  • амплитудный ток и напряжение — их максимальные значения;
  • эффективный ток и напряжение.

Определение 4

Плотность тока — это некоторый вектор, абсолютное значение которого равно отношению силы тока, протекающего через сечение проводника (перпендикулярное направлению тока), к площади этого сечения. Направление вектора будет совпадать с направлением движения положительных зарядов, образующих ток.

Мощность тока

Если в проводнике есть ток, то в нем совершается некоторая работа против сил сопротивления. Сопротивление каждого проводника будет состоять из следующих составляющих:

  • активное сопротивление — сопротивление тепловыделению;
  • реактивное сопротивление — сопротивление, которое обусловлено передачей энергии электрическому/магнитному полю.

Большая часть работы, совершаемой электрическим током, выделяется в виде тепла. Эффект теплоотдачи представляет собой величину, равную количеству теплоты, выделяемой в единицу времени. По закону Джоуля-Ленца мощность теплопотерь в проводниках будет пропорциональна силе тока, а также напряжению.

Формула 3

P=IU=I2R=U2R

Мощность измеряется в ваттах. В непрерывной среде объемные потери мощности p будут рассчитываться по следующей формуле:

р=(j→E→=σE2=j2σ

Объемные потери мощности измеряются отношением «ватт на м³».

Радиационное сопротивление обусловлено образованием электромагнитных волн вокруг проводника. Это сопротивление находится в сложной зависимости от размеров и формы проводника, а также от длины волны излучаемой волны. Сопротивление будет рассчитываться по формуле:

Формула 4

R=3800(Lλ

Наиболее часто используемый электрический ток с частотой 50 Гц будет соответствовать длине волны 6000 км, поэтому эффект излучения обычно невелик по сравнению с эффектом потери тепла. Но с увеличением частоты тока длина излучаемой волны уменьшается, а мощность излучения, наоборот, увеличивается. Проводник, способный излучать значительную энергию, обычно называют антенной.

Вот как это выглядит:

Определение 5

Работа электрического тока — это работа, которую совершает электрическое поле для перемещения заряда в процессе передачи тока по цепи.

Для измерения работы электрического тока обычно используют три прибора: вольтметр, амперметр и часы. Счетчики электрической энергии также часто используются для измерения работы электрического тока.

За единицу работы электрического тока принимают джоуль (1 Дж). Эту единицу можно выразить через другие электрические единицы: A=1 J=1V*1A*1s.

Единицы измерения

Работа измеряется в джоулях (сокращенно 1 Дж). Напряжение измеряется в вольтах (сокращенно 1 В). Сила тока измеряется в амперах (сокращенно 1 А). Время измеряется в секундах (сокращенно 1 с).

Читайте также: Как выбрать лучший кромочный фрезер: виды, устройство, критерии подбора, обзор 6 популярных моделей, их плюсы и минусы

Формула вычисления

Работа с электрическим током связана с определением электрического напряжения, а также силы тока.

Определение 6

Работа электрического тока есть произведение величины электрического напряжения на заряд, протекающий по проводнику. Формула: А=Uкв. Эта проблема вытекает из соотношения для электрического напряжения.

Электрическое напряжение — это работа, совершаемая электрическим полем для перемещения электрического заряда q. Формула напряжения: U=Aq

Заряд — это произведение силы тока на время прохождения этого заряда внутри проводника. Формула: q=It. Это утверждение исходит из отношения с текущей силой.

Подставив q=It в формулу работы, получим уравнение для расчета работы электрического тока, работы электрического поля при перемещении электрического заряда.

Формула 5

А=UIт.

Если необходимо найти работу А электрического тока, а напряжение U и сила тока I неизвестны, для расчета можно использовать формулу закона Ома. Выразив неизвестные величины, можно рассчитать работу по следующей формуле.

Формула 6

А=U2Rt

А=I2Rt

Примечание 1

Закон Ома — физический закон, определяющий связь между электрическим напряжением (или ЭДС источника) и силой тока, а также учитывающий сопротивление проводника. Этот закон был открыт в 1826 году физиком Георгом Омом.

Также можно рассчитать составляющие классической формулы работы электрического тока. Например:

U=AIt

I=AUt

A=UIt

т = АУИ

Задачи на работу электрического тока

Задание 1

Какую работу совершит электрический ток в двигателе вентилятора за 20 мин, если мы знаем, что сила тока в цепи будет 0,4 А, а напряжение 14 В?

Решение:

Данный:

т = 20 минут; I=0,4А; U=14 В.

Нужно найти А.

Если перевести минуты в секунды, получится 1200 секунд.

Воспользуемся известной формулой A=IUt.

Подставляем числовые свойства: A=0.4×14×1200=6720

Ответ: 6720 Дж.

Задача 2

Какую работу совершит электрический ток в электрическом паяльнике за 40 минут, если электрическое сопротивление 40 Ом и сила тока в цепи 3 А?

Решение:

Дано: t=40 минут; я=3А; R=40 Ом.

Должен существовать.

Преобразование минут в секунды: 40 минут = 2400 секунд.

Используем формулы: A=IUt, U=IR.

Получаем, что U=3×40=120В.A=3×120×2400=864000Дж.

Ответ: 864 кДж.

Задача 3

Установите соответствие между формулами и физическими величинами.

Физические величины:

А) работа электрического тока;

Б) сила тока;

В) сила тока.

Формулы:

  • 1) кварта
  • 2) кУ
  • 3) РГБ
  • 4) пользовательский интерфейс
  • 5) пользовательский интерфейс

Отвечать:

1 Я U
2 1 4

Задача 4

Сколько времени проработал электродвигатель игрушечной машинки, если напряжение было 12 В, а при силе тока 0,1 А работал электрический ток силой 360 Дж?

Решение:

Дано: А=360 Дж; I=0,1 А; U=12 В.

Вы должны найти т.

Воспользуемся известными нам формулами: A=IUt,t=AIU.

Подставим в формулы числовые значения: t=3600,1×12=300с.

Ответ: 300 секунд.

Оцените статью
Блог об электричестве
Adblock
detector