Тепловое действие электрического тока.

Тепловое действие электрического тока ( согласно закону Джоуля - Ленца) определяется сопротивлением биологических тканей, значением тока и временем существования электрической цепи через тело человека. Тепло, образующееся при прохождении тока через биоткани, вызывает перегрев и гибель клеток, причем наиболее выраженные изменения наблюдаются на кратчайшем пути тока. Поражения кожи в местах входа и выхода тока различны по форме и размеру в зависимости от характера контакта с токонесущими проводниками: от точечных меток до полного обугливания тканей, а распространенность некроза кожи обычно меньше, нем глубжележащих тканей. Степень поражения тканей пропорциональна их проводимости, изменяющейся в широких пределах. Биологические ткани по удельному сопротивлению в порядке его возрастания распределяются следующим образом: нервы, кровеносные сосуды, мышцы, кожа, сухожилия, жировая ткань, кости.

Вы уже знаете о суперспособностях современного учителя?

Тратить минимум сил на подготовку и проведение уроков.

Быстро и объективно проверять знания учащихся.

Сделать изучение нового материала максимально понятным.

Избавить себя от подбора заданий и их проверки после уроков.

Наладить дисциплину на своих уроках.

Получить возможность работать творчески.

=> ПОЛУЧИТЬ СУПЕРСПОСОБНОСТИ УЧИТЕЛЯ <=

Просмотр содержимого документа
«Тепловое действие электрического тока. »

ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ КЕМЕРОВСКОЙ ОБЛАСТИ

Государственное образовательное учреждение среднего профессионального образования

Кемеровский профессионально-технический техникум

Тепловое действие электрического тока.

Подготовил: студент группы АМ-142

Удод Даниил

Под руководством: преподавателя физики

Барсукова Юлия Николаевна

г. Кемерово 2015 г.

При протекании тока по проводнику происходит нагревание проводника. Как показывают опыты, количество выделяемой теплоты тем больше, чем больше сила тока и чем больше сопротивление проводника. Подвесим железную проволоку и пропустим по ней ток, включив в цепь реостат и амперметр. Увеличивая силу тока в цепи, наблюдаем сначала провисание проволоки от нагревания, а затем при достаточно большой силе тока красное каление. Дальнейшее увеличение силы тока может привести к перегреванию проволоки. На основании опытных данных можно утверждать, что в электрической цепи происходит ряд превращений энергии. При перемещении заряда вдоль электрической цепи кулоновскими и сторонними силами совершается работа А. Если электрическая цепь в рассматриваемой системе координат находится в состоянии покоя, а ток, протекающий по ней, постоянен (I= const), то совершаемая работа

А = IUt. (1)

По формуле (1) можно вычислить работу, совершаемую электрическим током, независимо от того, в какой вид энергии превращается электрическая энергия. Эта работа может пойти на увеличение внутренней энергии проводника, т.е. его нагревание, на изменение механической энергии, например на движение проводника с током в магнитном поле, и т.д.

Необратимые преобразования электрической энергии в тепловую можно объяснить взаимодействием электронов с ионами металлического проводника. Сталкиваясь с ионами металлического проводника, электроны передают им свою энергию. Вследствие этого увеличивается интенсивность колебаний ионов около положения равновесия. А с чем большей скоростью колеблются ионы, тем выше температура проводника. Ведь температура — это мера средней энергии хаотического движения атомов, из которых состоит проводник.

Чтобы вычислить электрическую энергию, затраченную на нагревание проводника, нужно знать падение напряжения на данном участке проводника U = IR. Подставляя в формулу (1) это выражение, получаем

А = I²Rt, или Q = I²Rt. (2)

Формула (2) выражает закон Джоуля - Ленца:

количество теплоты, которое выделяется в проводнике с током, пропорционально квадрату силы тока, времени его прохождения и сопротивлению проводника.

Работа электрического тока. Предположим, нас интересует механическая работа, которую совершает электродвигатель, если U — напряжение сети, R — сопротивление обмотки, I — сила тока, текущего по обмотке. Очевидно, что на механическую работу А_мех, совершаемую двигателем, расходуется часть энергии электрического тока. При работе двигателя обмотка его будет нагреваться. На основании закона сохранения энергии можно утверждать, что энергия электрического тока (IUt) превращается в механическую (А_мех) и тепловую (I²Rt) энергии:

IUt = А_мех + I²Rt, А_мех = IUt - I²Rt.

Прибор, служащий для измерения энергии электрического тока, называется электрическим счетчиком. Полная работа, совершаемая источником тока, ЭДС которого ξ определяется формуле

A=ξIt (3)

Единица работы электрического тока — джоуль (Дж).

Мощность электрического тока. Мощность — это отношение работы электрического тока ко времени t, за которое совершается работа:

Единица мощности электрического тока — ватт (Вт).

Тепловое действие электрического тока играет большую роль в современной технике. Рассмотрим некоторые примеры его применения, тепловом действии тока основано устройство теплового гальванометра, его представлена на рис. 1. Концы металлической проволоки 2 закреплены неподвижно в металлических колодках 1 и 3. Проволока 2 выполнена из неокисляемого упругого материала. В середине проволока 2 оттягивается нитью 5, проходящей через блок 4 и скрепленной с пружиной 6. При прохождении электрического тока по проволоке 2 она нагревается и удлиняется, ее прогиб увеличивается. Вследствие этого нить 5 перемещается и поворачивает блок 4. С блоком 4 скреплена стрелка гальванометра, поэтому поворот блока соответствует отклонению стрелки на некоторый угол. Если шкала прибора градуирована в единицах силы тока, то прибор называется амперметром.

Рис. 1.

Часто используются различного типа электрические нагревательные приборы и электрические печи. К электрическим нагревательным приборам относятся плавкие предохранители («пробки»), которые служат для устранения опасности короткого замыкания. Обычно это тонкие медные или свинцовые проволочки, вводимые последовательно в цепь электрического тока и рассчитанные таким образом, чтобы они плавились при токе, превышающем то значение, на которое рассчитана цепь.

К нагревательным приборам можно отнести и лампочки накаливания. Первая лампочка была изобретена в 1872 г. электротехником А. Н. Лодыгиным. Она представляла собой стеклянный баллон, в котором между толстыми медными проволочками укреплялся угольный стержень. При пропускании тока угольный стержень раскалялся и давал свет. Усовершенствованием ламп накаливания занимались Т. Эдисон, И. Ленгмюр и др.

В настоящее время в качестве нити накаливания ламп используется вольфрамовая проволока с температурой плавления 3370 °С. Чем выше температура нити, тем большая часть излучаемой энергии отдается в виде света. В 1913 г. появились лампочки, баллоны которых заполнялись инертным газом (аргоном). Присутствие аргона замедляет испарение нити, и срок службы ламп увеличивается.

Лампа накаливания представлена на рис. 2. Она имеет вольфрамовую нить или спираль 1, укрепленную на металлической ножке 3, внутри которой проходят проволочки 2, подводящие ток к спирали. Для откачки воздуха служит трубочка 4, которая после удаления воздуха запаивается. Лампа имеет металлический цоколь 5 и изолированный от цоколя контакт 6, к которому припаиваютсяпровода оси нити накаливания. Цоколь и контакт 6 при вворачивании лампочки в патрон соединяются с проводами электрической сети.

Рис. 2.

Нагревательными приборами являются электроплита, электроутюг, электрочайник и т.д., которые нашли широкое применение в домашнем обиходе. Для создания высоких температур служат электрические печи. Температура внутри печи может достигать 2500-3000 °С. Для этого в печах в качестве токопроводящего: вещества применяются тугоплавкие металлы, например молибден. Электрические печи нашли широкое применение в различных областях народного хозяйства. Еще одним важным применением теплового действия тока является контактная сварка, которая применяется для сваривания металлов со значительным удельным сопротивлением (никель, тантал, молибден и др.).