Sprawdź się

Pokaż ćwiczenia:

RDAHv3bcD0zAF1

Ćwiczenie 1

Uzupełnij tekst wyrażeniami znajdującymi się poniżej.

Joule’a – Lenza, elektrycznego, oporu, czasu, prądu, ciepło, kwadratu, iloczynowi

Prawo ...................................... głosi, że podczas przepływu prądu ...................................... przez przewodnik wydziela się ....................................... Jego ilość jest równa ...................................... natężenia ...................................... podniesionego do ......................................, ...................................... elektrycznego tego przewodnika oraz ......................................, w jakim ten prąd płynie.

RtspEBgjE9pE31

Ćwiczenie 2

Które z poniższych zdań jest prawdziwe?

W przewodniku podczas przepływu prądu wolne elektrony zderzają się z dodatnimi jonami, co zwiększa temperaturę przewodnika.
W przewodniku podczas przepływu prądu wolne elektrony zderzają się ze sobą, co zwiększa temperaturę przewodnika.
Temperatura przewodnika nie zależy od przepływającego przez niego prądu.

Ćwiczenie 3

RGxhedssZHs83

Z prawa Joule’a-Lenza wynika, że dopóki przez żarówkę LED płynie prąd, jej element czynny (LED) stale nagrzewa się. Czy w związku z tym temperatura tego elementu stale rośnie? Wskaż wszystkie prawidłowe stwierdzenia.

Tak, prawo Joule’a-Lenza działa zawsze.
Rośnie tylko do osiągnięcia stanu równowagi ciepła wydzielanego i emitowanego.
Nie, temperatura nie może przecież rosnąć w nieskończoność.
Nie, prawo Joule’a-Lenza jest słuszne dla oporników, ale nie dla diod LED.

Ćwiczenie 4

RWHyaVdLlTyw9

Ile ciepła wydzieli przez godzinę grzałka piekarnika, jeżeli jej opór wynosi 46 Ω, a natężenie przepływającego przez nią prądu jest równe 5 A? Wynik podaj z dokładnością do trzech cyfr znaczących.

Odpowiedź: ............ MJ (megadżuli).

Zastosuj wzór Joule’a‑Lenza

$Q=I^2 R t$

Możemy wprost zastosować wzór Joule’a‑Lenza, w zadaniu podano wszystkie wielkości. Aby uzyskać wynik wyrażony w jednostkach SI, należy godzinę zamienić na sekundy.

$Q=I^2 R t=(5\ \text{A})^2\cdot 46\ \Omega\cdot 3600\ \text{s}=4 140 000\ \text{J}=4,14\ \text{MJ}$

Ćwiczenie 5

RGk2kMHO6HHOU

Uczniowie odczytali z tabliczki znamionowej piekarnika, że moc jego grzałki wynosi 1150 W. Ile ciepła wydzieli ona przez godzinę, jeżeli jest podłączona do napięcia sieciowego wynoszącego 230 V? Odpowiedź podaj z dokładnością do trzech cyfr znaczących.

Odpowiedź: ............ MJ (megadżuli).

Ponieważ ciepło wydzielone w grzałce jest równe pracy prądu elektrycznego, możemy wprost zastosować wzór łączący pracę i moc. Wszystkie potrzebne wielkości podano w zadaniu. Aby uzyskać wynik wyrażony w jednostkach SI, należy godzinę zamienić na sekundy.

$Q = W = Pt=1150\ \text{W}\cdot 3600\ \text{s}=4 140 000\ \text{J}=4,14\ \text{MJ}$

Podana w treści wartość napięcia sieci elektrycznej nie jest potrzebna do rozwiązania zadania.

Ćwiczenie 6

Wzór Joule’a‑Lenza znany jest pod postacią: $Q=I^2 R t$ . Wyprowadź jego drugą postać, zawierającą napięcie $U$ zamiast natężenia prądu $I$ .

Prawo Ohma mówi nam, że

$I = \frac{U}{R}$

Jeżeli do wzoru Joule’a‑Lenza wstawimy to wyrażenie, wówczas dostaniemy

$Q=I^2 R t= \left(\frac{U}{R}\right)^2 R t = \frac{U^2}{R}t$

Ćwiczenie 7

RQjuCsnNCKgyP

Grzałka czajnika elektrycznego, zasilanego z domowej sieci elektrycznej, ma opór 38 Ω. Ile czasu będzie trwało zagotowanie w nim litra wody od temperatury początkowej 20^oC? Ciepło właściwe wody wynosi C_w=4200 J ⁄(kg∙K). Załóż, że ciepło nie rozprasza się i w całości ogrzewa wodę. Wynik podaj z dokładnością do jednej cyfry znaczącej.

Odpowiedź: około ............ minut.

Zastosuj wzór Joule’a‑Lenza w postaci wyprowadzonej w poprzednim zadaniu (zawierającej napięcie zamiast natężenia prądu). Czy wiesz, jaka jest masa litra wody i ile wynosi napięcie w domowej sieci elektrycznej?

Ciepło potrzebne do ogrzania wody wynosi $Q=C_{w}m\Delta T$ , gdzie:

$C_{w}$ – ciepło właściwe wody,

$m$ – masa podgrzewanej wody,

$\Delta T$ – różnica temperatur na końcu i na początku ogrzewania.

Ciepło wydzielone przy przepływie prądu przez grzałkę czajnika ogrzewa wodę od temperatury 20Indeks górny oC do temperatury 100Indeks górny oC. Masa ogrzewanej wody wynosi 1 kg a napięcie sieciowe – 230 V. Możemy więc napisać:

Q = I^{2} R t = \frac{U^{2}}{R} t = C_{w} m Δ T

Z tego równania wyznaczamy szukany czas t:

t = \frac{R C_{w} m Δ T}{U^{2}} = \frac{38 Ω \cdot 4200 \frac{J}{kg K} \cdot 1 kg \cdot 80 K}{(230 V)^{2}} \approx 241 s \approx 4 min

Ćwiczenie 8

Wzór Joule’a‑Lenza występuje pod dwiema postaciami:

Q = I^{2} R t

Q = \frac{U^{2}}{R} t

Jeżeli do tego samego źródła napięcia będziemy podłączać przewodniki o coraz mniejszym oporze, to z jednego wzoru wynika, że wartość ciepła wydzielonego na nich w określonym czasie będzie maleć a z drugiego, że rosnąć. Rozstrzygnij ten dylemat. Porównaj swoją odpowiedź z naszą propozycją.

Film samouczek

Dla nauczyciela