10) uses the concept of work and power of electric currentelectric currentelectric current and their units; applies the relationship between these quantities to the calculations; converts electric energy expressed in kilowatt‑hours into joules and conversely.
The electrical voltage between the ends of a conductorconductorconductor is numerically equal to the amount of work that electric forceselectric forceselectric forces perform when moving the charge of one coulomb inside the conductor.
The definition of voltage as a formula:
From the above formula it is easy to determine the work done by electric forces:
Usually, in practice, we rarely know what charge has flown through a given electricity receiver. However, in a fairly simple way we can measure the current flowing through it.
Using the definition of electric currentelectric currentelectric current:
we can directly determine the charge that has flown through the electricity receiver:
After inserting this to the formula for work, we will get the final formula:
where: W - work done by electric forceselectric forceselectric forces, U - voltagevoltagevoltage at the ends of the electricity receiver, I - the intensity of current flowing through the electricity receiver, t - duration of the current flowcurrent flowcurrent flow.
Example: The current flowing in the engine forces the interaction between the magnets inside the engine and the moving parts of the engine, causing them to rotate.
- light
Example: Electrons, colliding with the atoms of the filament of the light bulb, heat it up and stimulate to glow.
- magnetic
Example: The electric currentelectric currentelectric current flowing in the winding of the electromagnet creates a magnetic field in the iron core.
- chemical
Example: The current flowcurrent flowcurrent flow through the aqueous sulfuric acid solution causes the disintegration of water molecules and the production of hydrogen and oxygen.
[Slideshow]
The basic formula describing the work of electric currentelectric currentelectric current (DC current):
sometimes is not very easy to use. But we can modify the above formula a bit depending on our needs. We must make use of Ohm's law.
1. We substitute the expression for voltagevoltagevoltage derived from Ohm's law. We then get:
2. We substitute the expression for current derived from Ohm's law. We then get:
If we look closely at the above figure, we will discover the symbol kWh. This is called kilowatt‑hour. It is a unit of work done by electric currentelectric currentelectric current.
Whether we want it or not, we always pay for the work done, because we use large amounts of energy in domestic electrical installations, it is easier to express the energy consumed in kWh.
Wszystkie powyższe wzory na pracę prądu stałego są równoważne sobie. Stosujemy je w zależności od danych, którymi dysponujemy.
m804d2d013fd627c5_1527752256679_0
Elektrony w spirali żelazka zderzają się nieustannie z atomami, pobudzając je do drgań. Zwiększone drgania atomów równoznaczne są ze zwiększeniem temperatury spirali żelazka.
m804d2d013fd627c5_1528449000663_0
Praca prądu elektrycznego
m804d2d013fd627c5_1528449084556_0
Drugi
m804d2d013fd627c5_1528449076687_0
VI. Elektryczność. Uczeń:
10) posługuje się pojęciem pracy i mocy prądu elektrycznego wraz z ich jednostkami; stosuje do obliczeń związki między tymi wielkościami; przelicza energię elektryczną wyrażoną w kilowatogodzinach na dżule i odwrotnie.
m804d2d013fd627c5_1528449068082_0
45 minut
m804d2d013fd627c5_1528449523725_0
Wyprowadzenie wzoru na pracę prądu stałego.
m804d2d013fd627c5_1528449552113_0
1. Przypomnienie definicji napięcia.
2. Wyprowadzenie wzoru na pracę w trzech postaciach.
3. Stosowanie wzoru na pracę w sytuacjach typowych i nowych.
m804d2d013fd627c5_1528450430307_0
Uczeń:
- potrafi wyprowadź wzór na pracę prądu elektrycznego,
- stosuje różne wzory na pracę prądu elektrycznego w zależności od potrzeb.
m804d2d013fd627c5_1528449534267_0
1. Pogadanka przedstawiająca nowe wiadomości.
2. Dyskusja rozwijająca się w toku wspólnego rozwiązywania problemu przez klasę lub grupę.
m804d2d013fd627c5_1528449514617_0
1. Praca indywidualna lub w grupach.
2. Współpraca uczniów z nauczycielem podczas dyskusji rozwijającej.
m804d2d013fd627c5_1528450127855_0
Przygotuj odpowiedzi na następujące pytania wprowadzające do lekcji.
1. Co to jest prąd elektryczny?
2. Co to jest natężenie prądu elektrycznego?
3. Co to jest napięcie?
4. Przedstaw prawo Ohma!
5. Od czego zależy opór przewodnika?
m804d2d013fd627c5_1528446435040_0
Definicja napięcia (przypomnienie).
Napięcie elektryczne między końcami przewodnika jest równe liczbowo pracy, jaką wykonują siły elektryczne przy przesunięciu wewnątrz przewodnika ładunku jednego kulomba.
Definicja napięcia w postaci wzoru:
Z powyższego wzoru łatwo daje się wyznaczyć pracę wykonywaną przez siły elektryczne:
Zazwyczaj w praktyce bardzo rzadko znamy jaki ładunek przepłynął przez dany odbiornik energii elektrycznej. Natomiast w dość prosty sposób możemy zmierzyć natężenie prądu płynącego przezeń:
Korzystając z definicji natężenia prądu elektrycznego:
możemy bezpośrednio wyznaczyć ładunek, który przepłynął przez odbiornik energii elektrycznej:
Po wstawieniu otrzymanej zależności do wzoru na pracę otrzymamy ostatecznie poszukiwany wzór końcowy:
gdzie: W – praca wykonana przez siły elektryczne, U – napięcie panujące na końcach odbiornika energii elektrycznej, I – natężenie prądu przepływającego przez odbiornik energii elektrycznej, t – czas trwania przepływu prądu.
Jakie mogą być skutki przepływu prądu?
- cieplne
Przykład: Elektrony w spirali żelazka zderzają się nieustannie z atomami, pobudzając je do drgań. Zwiększone drgania atomów równoznaczne są ze zwiększeniem temperatury spirali żelazka.
- mechaniczne
Przykład: Płynący w silniku prąd wymusza oddziaływanie pomiędzy magnesami znajdującymi się we wnętrzu silnika a ruchomymi częściami sinika, powodując ich obrót.
- świetlne
Przykład: Elektrony zderzając się z atomami włókna żarówki, podgrzewają je, pobudzając do świecenia.
- magnetyczne
Przykład: Płynący w uzwojeniach elektromagnesu prąd elektryczny powoduje powstanie pola magnetycznego w żelaznym rdzeniu.
- chemiczne
Przykład: Przepływ prądu przez wodny roztwór kwasu siarkowego powoduje rozpad cząsteczek wody oraz wydzielanie się wodoru i tlenu.
[Slideshow]
Podstawowy wzór opisujący pracę prądu stałego:
czasami bywa mało wygodny w stosowaniu. Ale możemy powyższy wzór trochę zmodyfikować w zależności od potrzeb. Musimy przy tym skorzystać z prawa Ohma.
1. Z prawa Ohma podstawiamy wyrażenie na napięcie . Otrzymujemy wtedy:
2. Z prawa Ohma podstawiamy wyrażenie na natężenie prądu elektrycznego . Otrzymamy wtedy:
Uwaga: Wszystkie powyższe wzory na pracę prądu stałego są równoważne sobie. Stosujemy je w zależności od danych, którymi dysponujemy.
Co pokazuje licznik energii elektrycznej?
[Ilustracja 1]
Jeżeli przyjrzymy się dokładnie powyższej ilustracji, to odkryjemy symbol kWh. Jest to tzw. kilowatogodzina. Jest to jednostka pracy wykonanej przez prąd elektryczny.
Czy tego chcemy, czy nie zawsze płacimy za wykonaną pracę. Ponieważ w domowych instalacjach elektrycznych zużywamy duże ilości energii, łatwiej wyrażać zużytą energie w kWh.
m804d2d013fd627c5_1528450119332_0
- Pracę prądu elektrycznego oblicza się ze wzorów:
lub
lub
- Jednostką energii elektrycznej jest dżul J ale częściej używa się kilowatogodziny (kWh).
- Jedna kilowatogodzina jest równa energii elektrycznej zużytej w ciągu 1 godziny przez odbiornik o mocy 1 kW. Jest równa 3,6 megadżula: 1 kWh = 3,6 MJ.