Scenariusz

Temat

Moc prądu elektrycznego

Etap edukacyjny

Drugi

Podstawa programowa

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.

Czas

45 minut

Ogólny cel kształcenia

Wyprowadzenie wzoru na moc prądu stałego.

Kształtowane kompetencje kluczowe

1. Przypomnienie wzoru na pracę prądu elektrycznego.

2. Wyprowadzenie wzoru na moc w trzech postaciach.

3. Stosowanie wzoru na moc w sytuacjach typowych i nowych.

Cele (szczegółowe) operacyjne

Uczeń:

- potrafi wyprowadź wzór na moc prądu elektrycznego,

- stosuje różne wzory na moc prądu elektrycznego w zależności od potrzeb.

Metody kształcenia

1. Pogadanka przedstawiająca nowe wiadomości.

2. Dyskusja rozwijająca się w toku wspólnego rozwiązywania problemu przez klasę lub grupę.

Formy pracy

1. Praca indywidualna lub w grupach.

2. Współpraca uczniów z nauczycielem podczas dyskusji rozwijającej.

Etapy lekcji

Wprowadzenie do lekcji

Odpowiedz na pytania wprowadzające do lekcji.

1. Przedstaw prawo Ohma.

2. Co to jest opór przewodnika?

3. Przedstaw trzy podstawowe wzory przy pomocy których można wyznaczyć prace prądu elektrycznego?

Realizacja lekcji

Z poprzedniej lekcji wiesz, że praca prądu elektrycznego wyraża się wzorami:

W = U \cdot I \cdot t

W = I^{2} \cdot R \cdot t

W = \frac{U^{2}}{R} \cdot t

Aby wyznaczyć moc prądu elektrycznego P wystarczy pracę wykonaną przez prąd elektryczny podzielić przez czas, w którym praca ta została wykonana.

Z definicji mocy $P = \frac{W}{t}$ oraz wstawiając wzory na pracę prądu elektrycznego otrzymamy:

P = \frac{U \cdot I \cdot t}{t}

P = \frac{I^{2} \cdot R \cdot t}{t}

P = \frac{\frac{U^{2}}{R} \cdot t}{t}

Po uproszczeniach matematycznych otrzymujemy ostatecznie poszukiwane wzory:

P = U \cdot I

P = I^{2} \cdot R

P = \frac{U^{2}}{R}

Kiedy stosować powyższe wzory? Wyjaśnimy to na przykładach.

Polecenie 1

Przez grzejnik elektryczny podłączony do sieci domowej o napięciu 230 V płynie prąd o natężeniu 5 A. Jaka jest moc grzejnika?

Rozwiązanie:

W tym przykładzie mamy zarówno napięcie panujące na grzejniku oraz natężenie prądu płynącego przez ten grzejnik. Stosujemy w tym przypadku wzór:

P = U \cdot I = 230 V \cdot 5 A = 1150 W

Polecenie 2

W obwodzie oświetlenia choinkowego przez żaróweczkę o oporze 2 Ω płynie prąd o natężeniu 0,5 A. Jaką mocą świeci żaróweczka?

Rozwiązanie:

Na pierwszy rzut oka widać, że mamy zarówno opór żaróweczki jak i również natężenie prądu. Zdecydowanie wybieramy więc wzór:

P = I^{2} \cdot R = {(0, 5 A)}^{2} \cdot 2 Ω = 0, 25 A^{2} \cdot 2 Ω = 0, 5 W

Polecenie 3

Do płaskiej bateryjki o napięciu 5 V podłączono żaróweczkę o oporze 1 Ω. Jaka moc wydziela się na żaróweczce?

Rozwiązanie:

Dysponujemy napięciem do którego podłączono żaróweczkę o znanym oporze. Stosujemy więc wzór:

P = \frac{U^{2}}{R} = \frac{25 V^{2}}{1 Ω} = 25 W

Z powyższych przykładów wynika, że stosowanie wzorów na moc wynika przede wszystkim z tego, jakimi danymi dysponujemy.

[Ilustracja 1]

[Slideshow]

Podsumowanie lekcji

Moc można zdefiniować jako zdolność układu do wykonania określonej pracy w danym czasie. Im szybciej wykonana zostanie dana praca, tym większa będzie moc i odwrotnie:

P = \frac{W}{t}

Wstawiając do ostatniego równania wyrażenie na pracę prądu elektrycznego otrzymamy:

P = \frac{q \cdot U}{t}

Ponieważ stosunek ładunku q do czasu t jest natężeniem prądu elektrycznego, to jego moc jest równa:

P = I \cdot U

Łącząc ostatnie równanie z prawem Ohma ( $U = I \cdot R$ ), można podać dwa inne równania na moc prądu elektrycznego tj.:

P = I^{2} \cdot R

P = \frac{U^{2}}{R}

gdzie:
R – opór elektryczny.

Electrical power

Lesson plan

Temat

Etapy lekcji