Нагревание проводника электрическим током. Урок

Нагревание проводника электрическим током хорошо известно учащимся из жизненного опыта. Кроме того, в начале изучения раздела электричества было специально рассмотрено тепловое действие тока. Поэтому на уроке надо сначала рассказать о тех микропроцессах, происходящих в проводнике, в результате которых проводник нагревается. Это явление нужно связать с механизмом тока в металлах и растворах электролитов, который был изучен ранее.
Свободные электроны в металлах и ионы в растворах электролитов, двигаясь под действием электрического поля, взаимодействуют с молекулами и атомами вещества проводника и передают им часть той энергии, которую они приобрели в результате действия на них электрического поля. Так как средняя кинетическая энергия молекул при этом увеличивается, то увеличивается и внутренняя энергия проводника, что выражается в его нагревании, температура проводника повышается. Нагретый проводник начинает передавать теплоту окружающим телам, но уже путем теплопередачи. В результате этих превращений внутренняя энергия проводника остается неизменной, так как неподвижный проводник согласно закону сохранения энергии передает окружающим телам количество теплоты, равное работе тока, т. е. Q=UIt.
Можно было бы ограничиться этой формулой, но здесь следует применить закон Ома — основной закон электродинамики — и дать формулу Q=I²Rt.
Изучение «Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля — Ленца» позволяет связать учебный материал по молекулярной физике, с которым учащиеся ознакомились в первой половине года, с разделом электричества.
Чтобы сознательно объяснять явления, происходящие в электрической цепи при включении нагревательных приборов, учащиеся должны усвоить, что при последовательном соединении проводников большее количество теплоты выделяется на тех, которые имеют большее сопротивление, а при параллельном — на проводниках с меньшим сопротивлением.
Для выяснения этих вопросов следует выбрать формулы, в которых одна из величин одинакова для обоих сопротивлений, т. е. Q = U²Rt — для последовательного соединения,
0= U²t/R— для параллельного соединения.
Не все учащиеся смогут проанализировать эти выводы, но они их запомнят, если показать эффектные опыты.
Для первого опыта нужно изготовить цепочку из отрезков спирали от плитки, толстого медного провода и других проводников. При пропускании тока (который регулируется реостатом или автотрансформатором) отрезки спирали светятся, а медные провода остаются темными. Если опыт показывать в темноте, кажется, что яркие отрезки спирали висят в воздухе без опоры. Один из контактов между двумя проводниками можно сделать менее надежным, чем все остальные. При постепенном увеличении силы тока этот контакт начинает светиться, когда отрезки спирали еще не нагрелись, он остается более ярким, чем спираль во время демонстрации, и очень часто перегорает.
Пользуясь этим явлением, можно объяснить, почему нити ламп накаливаются, а подводящие провода нагреваются мало, почему в местах соединения проводов должен быть хороший контакт, почему выключатели иногда нагреваются.
Чтобы показать, в каких проводниках выделяется больше теплоты при параллельном соединении, можно воспользоваться панелями с лампами, описанными выше. Лампа, которая слабо нагревается при последовательном соединении, ярко светится при параллельном.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Яндекс.Метрика