Alma38.ru

Электро Свет
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Электрический ток в лампе: как это работает

Электрический ток в лампе: как это работает

Электрический ток в лампе

Сегодня сложно представить себе жизнь без света в доме, который создает электрический ток в лампе. Давайте посмотрим, как это происходит?

На сегодняшний день есть несколько типов приборов освещения (давайте назовём лампы таким образом). Самая первая группа светильников работала без электричества. Это была либо химическая реакция, либо огонь. Затем люди узнали про электричество и после долгих экспериментов появилась лампа накаливания. Конструктивно лампа состоит из трех обязательных частей: цоколя, колбы и источника свечения. В лампе накаливания в качестве источника света выступает спираль из тугоплавкого металла. Помните, буквально недавно мы говорили закон Джоуля-Ленца, закон Ома и про мощность электрического тока? Так вот, лампочка очень наглядно демонстрирует все эти законы. Сопротивление спирали лампочки накаливания подбирается таким образом, чтобы ток, протекая по спирали, разогревал её настолько, чтобы спираль светилась, но не разрушалась от воздействия высокой температуры. А колба вокруг спирали нужна для того, чтобы кислород при высокой температуре не вступал в реакцию со спиралью, вызывая сильное окисление и разрушение. Колба заполняется либо инертным газом, который никоим образом не может вступить в реакцию с металлом спирали, либо, наоборот, в колбе создаётся вакуум.

устройство лампы накаливания

В общем, там, где есть высокая температура, там всегда есть большие потери, низкий КПД, малое время работы и куча прочих недостатков, поэтому люди стали искать альтернативу. Со временем появились различные группы осветительных приборов, которые можно объединить в две большие группы: газоразрядные и светодиодные.

устройство газоразрядной лампы

В газоразрядных используется возможность электрического тока создавать ионный поток, тлеющий разряд, плазму и т.д. В зависимости от устройства такой лампы, используемого газа и конструкции вызывают тот или иной эффект работы электрического тока. А работа тока в конечном итоге приводит к свечению паров газа.

устройство светодиодной лампы

В светодиодных несколько иной принцип действия. В процессе рекомбинации полупроводникового перехода выделяется энергия. В зависимости от типов комбинации p-n перехода эта энергия может быть в видимом диапазоне. Открою вам небольшой секрет. До сих пор не найдена комбинация, при котором получился бы белый цвет светодиодов, поэтому белый цвет получается либо при помощи ультрафиолетового светодиода с люминофорным покрытием, либо комбинацией красного, синего и зеленого.

Вот так, вкратце работает электрический ток в лампе. Конечно, можно по каждому типу осветительного прибора написать отдельную статью. Это удивительно, как по разному можно заставить ток освещать наши дома и улицы в тёмное время суток.

Измерение мощности работы тока в электрической лампе

схема работы тока в электрической лампе

Давайте теперь подумаем, как узнать какую мощность развивает электрический ток в лампе и как можно это измерить. Казалось бы, можно использовать много методом, но на самом деле измерить мощность можно только с помощью ваттметров или ампермера с вольтметром. Почему это так? Предположим, что мы измерим сопротивление лампы накаливания и попробуем по закону Ома вычислить мощность, которую она сможет развить. Но без учёта термодинамики мы получим неверные данные. Дело в том, что при разогреве сопротивление нити накала увеличивается. То есть, холодная нить накала и горячая имеют разные сопротивления. И это касается не только ламп накаливания, но и всех остальных типов приборов освещения. Ну а измерить сопротивление газоразрядных или неоновых ламп и вовсе не представляется возможным. Сначала, конечно же, нужно собрать схему. Она очень проста:

Читайте так же:
Viko выключатель как подключить лампочку

Какие методы можно использовать?схема метода

схема простой метод вычисления мощности осветительного прибора

  1. Можно использовать ваттметр. По сути, ваттметр это комбинация амперметра и вольтметра. Обратите внимание, одна обмотка ваттметра включена последовательно (это токовая обмотка), а вторая параллельно (обмотка напряжения). Магнитные потоки этих обмоток взаимодействуют и отклоняют стрелку ваттметра, который сразу покажет мгновенное значение мощности. Это самый простой метод вычисления мощности осветительного прибора.
  2. Можно использовать амперметр и вольтметр. Метод не сложный, но требует вычислений. Амперметр подключается последовательно. Вольтметр параллельно. На схеме это видно. Теперь, зная значение напряжения и тока достаточно лишь их перемножить. То есть, P=U*I. Однако, для более точных расчётов нужно учитывать, что вольтметр имеет свое собственное сопротивление. Оно хоть и очень большое и почти не влияет на результаты измерения, но, тем не менее, если требуется очень большая точность, это нужно учитывать. Я уже писал, как это делать в статье про параллельное и последовательное соединение сопротивлений.
  3. Можно использовать счётчик электрической энергии. По сути, это ваттметр, который показывает не мгновенное значение мощности, а накопительное – с учётом времени. Счетчик подключается точно так же, как ваттметр. Он точно так же содержит две обмотки. Но его конструктивная особенность такова, что он показывает ватт*часы. То есть, количество энергии за определенный промежуток времени. Чтобы узнать мощность лампочки с помощью счётчика потребуется еще и секундомер. Собираем схему, включаем ее и одновременно запускаем отсчёт времени. Ждём, пока счётчик сделает нужный нам отсчет потреблённой электроэнергии, останавливаем секундомер и начинаем считать. Допустим, счётчик показал потребление 1 кВт энергии за четыре часа. Значит, за один час расходовалось 250 ватт энергии. Допустим, потребление энергии 1 кВт произошло за 10 минут. Значит, за час такой прибор израсходует 6 кВт электроэнергии. Как видите, здесь расчёт не очень сложный. Единственное условие, что для получения мощности нам нужно, чтобы мощность была в киловаттах, а время в часах. Неудобство же заключается в том, что этот метод мы можем использовать только в сетях 220 или 380 вольт, то есть, имея счётчики с подходящим напряжением, или используя трансформаторы (либо другие устройства) преобразующие напряжение к тому, на которое рассчитан счётчик.

Урок физики в 8 классе Тема урока Лабораторная работа №7 « Измерение работы и мощности тока в электрической лампе» Цель урока

Цель урока : Выработать умения и навыки расчета работы и мощности тока, закрепить навыки работы с электроизмерительными приборами.

Читайте так же:
Схема простого выключателя лампочки

Образовательная задача : повторить элементы знаний: мощность тока, работа тока, закон Ома для участка цепи.

Развивающая задача : формирование умения анализировать, сравнивать, обобщать изученный материал.

демонстрационное: источник питания, амперметр, вольтметр, лампочка, ключ, соединительные провода;

на столы учащихся: источники питания, амперметры, вольтметры, лампочки, ключи, соединительные провода;

таблица № 9 «Мощности различных электрических устройств, кВт»

низковольтные лампочки различной мощности

Организационная часть: постановка цели и задач урока.

Слайд №1 – тема урока

Слайд №2 – цель урока

Фронтальный опрос по теме урока – в форме презентации.

Слайд №3 — вопрос: «Как вычислить работу тока?» ученик выходит к доске, записывает формулу А = IUt , комментирует ее. «Как еще можно рассчитать работу тока?»

На слайде высвечиваю ответ на поставленные вопросы.

Все учащиеся затем вписывают эти формулы в табличку «Законы постоянного тока», выданную всем учащимся до начала урока вместе с оборудованием для лабораторной работы.

Слайд № 4 – «Назовите единицы работы» и также после ответа учащихся, высвечивается ответ на слайде и ребята записывают его в сою табличку.

Слайд № 5 –«Как вычислить мощность тока?

Слайд № 6 – «Назовите единицы мощности»

Слайд № 7 — «Что показывает мощность? Каков ее физический смысл? Почему, приобретая, какой либо потребитель электрической энергии мы, грамотные покупатели, прежде всего, стараемся выяснить какова его мощность?» (картинка)

Слайд № 8 – «Какие приборы необходимы для определения мощности тока? Что они измеряют?»

После ответов учащихся высвечиваю ответы и графическое изображение амперметра и вольтметра на слайде.

Основное содержание урока.

1) Учащимся предлагается практическая работа: Устно составляем план выполнения этой работы:

Слайд № 9 «Определите мощность электрического тока в лампе и работу тока за 1 минуту, используя амперметр и вольтметр»

а) Какие величины надо измерить, чтобы рассчитать мощность тока в лампе? Работу тока в лампе за 1 минуту? (надо измерить силу тока I и напряжение U )

б) Какими приборами измерим эти величины? (амперметром и вольтметром)

в) Как их включим в цепь?»

2) Обсуждаем, какие приборы и как нужно для этого соединить в цепь. (Собрать цепь, состоящую из последовательно соединенных источника тока, лампочки, ключа, амперметра и параллельно лампочке подключить вольтметр) – в процессе обсуждения, собираю и показываю эту схему на доске.

Слайд № 10 «Изобразим в тетрадях и на доске схему соединения приборов.

Под схемой запишем показания приборов и рассчитаем мощность тока в лампе и работу тока за 1 минуту.»

Пригласить к доске ученика, желающего нарисовать схему цепи, которую нужно собрать.

Затем проверяем, соответствует ли собранная цепь и нарисованная схема друг другу.

Результаты измерения записываем под схемой и делаем расчеты работы и мощности тока в лампе, работающей на доске.

Читайте так же:
Провод для настенных ламп

P — мощность тока, Вт

A -работа тока, Дж

Прежде, чем приступить к работе напомним правила техники безопасности:

собирать цепь при отключенном источнике питания;

соблюдать полярность подключения амперметра и вольтметра;

собрав цепь, получить разрешение учителя на начало работы

2)Решение расчетных задач:

Слайд №12 «Каким прибором определяется сила тока в быту?

Какие единицы работы используются при этом?»

На слайде изображение счетчика и ответ

Слайд №13 – «По таблице № 9 определить какое количество электрической энергии потребляет холодильник за 24 часа работы. Какова стоимость этой электроэнергии, если ее тариф 3,07 руб/кВт?»

тариф = 3,07 руб./ кВт•час

А =Р t =0,16кВт*24час = 3,84 кВт•час

Стоимость = тариф *А =

Ответ: за сутки холодильник потребляет электроэнергии на сумму 11рублей 79 копеек.

а) У каждого из вас на столе лежит лампочка. По данным на цоколе лампочки рассчитайте, какова ее номинальная мощность. Какие еще сведения о лампочке можно рассчитать по этим данным?

б) Нагреватель из нихромовой проволоки длиной 5м и площадью поперечного сечения 0,25мм2 включается в сеть постоянного тока напряжением 220В. Определите мощность нагревателя. Какое количество теплоты он выделит за 2 минуты работы? Сколько воды можно нагреть за это время на 80ºС?

Нагреватель нихромовый, вода

с = 4200Дж /кг ºС

R = ρ * l / S = 1,1 Ом мм 2/ м 5 м / 0,25 мм 2 =

Р = (220В)2 В2/ 22 Ом= 2200Вт = 2,2 кВт

Q = А тока = Р• t = 2200 Вт 120с = 264000 Дж

Q =с m ( t 2 – t 1)

m = Q / cΔt =0,786 кг

Подведение итогов. Сегодня на уроке вы научились измерять и рассчитывать работу и мощность тока, а так же определять стоимость потраченной электрической энергии эти знания обязательно пригодятся вам в жизни.

Слайд №14 «Дома: Параграфы № 50, 51, 52 — повторить.»

Таблички, которые вы заполнили на уроке, положите в лабораторные тетради они останутся вам на память. Правильность заполнения повлияет на вашу оценку за выполнение работы. Вложите таблички в свою тетрадь. Тетради с лабораторной работой положите на стол учителя. Спасибо за работу.

09-г. Работа электрического тока

Изучая применение электрического тока, нужно уметь вычислять количество электроэнергии, которое расходуется на то или иное действие тока. Например, подъём лифта, нагревание чайника и тому подобное. Поэтому выведем формулу для подсчёта работы тока.

В предыдущем параграфе
мы узнали формулу:

В левых частях этих равенств стоят разные символы, но они обозначают одну и ту же физическую величину – мощность. Следовательно, правые части формул можно приравнять: I · U = A / t . Выразим работу:

Формула для вычисления работы электрического тока или, что то же самое, для расчета потреблённой электроэнергии.

A – работа электрического тока, Дж
I – сила электрического тока, А
U – электрическое напряжение, В
t – время наблюдения, с

По этой формуле вычисляется работа тока или, что то же самое, израсходованная электроэнергия. Поясним, что выделенные нами термины – синонимы.

В момент замыкания цепи электрическое поле источника энергии приводит в движение заряженные частицы в проводнике (электроны и/или ионы), и их энергия возрастает. Сумма энергий всех частиц тела является внутренней энергией тела (см. § 7-д), значит, внутренняя энергия проводника в момент возникновения в нём тока возрастает. Согласно первому закону термодинамики, внутренняя энергия может расходоваться на теплопередачу или совершение работы (см. § 6-з). Но, расходуясь, она постоянно пополняется от источника энергии.

Вспомним, что прохождение тока по проводнику всегда сопровождается действиями тока (см. § 8-з). При этом обязательно происходит превращение электроэнергии в другие виды энергии. Например, внутреннюю (утюг или чайник), механическую (пылесос или вентилятор) и так далее. Поэтому под выражением «ток совершает работу» мы будем понимать превращение электроэнергии в другие виды энергии. В таком смысле работа тока и израсходованная электроэнергия – выражения-синонимы.

Для измерения потреблённой электроэнергии служат специальные измерительные приборы – счётчики электроэнергии.

Для учёта электроэнергии вместо джоуля используется более крупная единица – киловатт-час (обозначение: 1 кВт·ч). Например, счётчик на рисунке показывает значение 254,7 кВт·ч. Это может означать, что за всё время учёта потребитель мощностью 254,7 кВт работал 1 час или что потребитель мощностью 2547 Вт работал 100 часов (и так далее, соблюдая пропорцию).

Найдём связь киловатт-часа с более привычной нам единицей для измерения работы – джоулем.

1 кВт · ч = 1000 Вт · 60 мин =
= 1000 Дж/с · 3600 с = 3 600 000 (Дж/с)·с =
= 3 600 000 Дж = 3,6 МДж

Итак, 1 кВт·ч = 3,6 МДж.

Примечание. Формула для работы тока A = I·U·t поможет выяснить физический смысл электрического напряжения. Выразим его:

U = AСледовательно,1 В = 1 Дж
I·tА·с

Отсюда видно, что 1 вольт – это такое напряжение, при котором ток силой 1 ампер способен за 1 секунду производить 1 джоуль работы. Другими словами, электрическое напряжение показывает работу, которую ежесекундно совершают силы электрического поля для поддержания в цепи тока силой 1 ампер.

Кроме того, из формулы I = q / t (см. § 9-б) следует: q = I · t. Тогда:

U = AСледовательно,1 В = 1 Дж
qКл

Исходя из этой формулы, 1 вольт может рассматриваться и как такое напряжение, при котором работа сил электрического поля при перемещении заряда в 1 Кл будет равна 1 Дж. Обобщённо мы скажем: электрическое напряжение является одной из характеристик электрического поля, перемещающего заряды по проводнику.

Мощность электрического тока

Обычно электрический ток сравнивают с течением жид­кости по трубке, а напряжение или разность потенциалов — с разностью уровней жидкости.

В этом случае поток воды, падающий сверху вниз, несет с собой определенное количество энергии. В усло­виях свободного падения эта энергия растрачивается беспо­лезно для человека. Если же направить падающий поток во­ды на лопасти турбины, то последняя начнет вращаться и сможет производить полезную работу.

Работа, производимая потоком воды в течение определен­ного промежутка времени, например, в течение одной секун­ды, будет тем больше, чем с большей высоты падает поток и чем больше масса падающей воды.

Точно так же и электрический ток, протекая по цепи от высшего потенциала к низшему, совершает работу. В каждую данную секунду времени будет совершаться тем больше рабо­ты, чем больше разность потенциалов и чем большее количе­ство электричества ежесекундно проходит через поперечное сечение цепи.

Мощность электрического тока это количество работы, совершаемой за одну секунду времени, или скорость совершения работы.

Количество электричества, проходящего через поперечное сечение цепи в течение одной секунды, есть не что иное, как сила тока в цепи. Следовательно, мощность электрического тока будет прямо пропорциональна разности потенциалов (на­пряжению) и силе тока в цепи.

Для измерения мощности электрического тока принята еди­ница, называемая ватт (Вт).

Мощностью в 1 Вт обладает ток силой в 1 А при разности потенциалов, равной 1 В.

Для вычисления мощности постоянного тока в ваттах нуж­но силу тока в амперах умножить на напряжение в вольтах.

Если обозначить мощность электрического тока буквой P, то приведенное выше правило можно записать в виде формулы

P = I*U. (1)

Воспользуемся этой формулой для решения числового при­мера. Требуется определить, какая мощность электрического тока необходима для накала нити радиолампы, если напряжение накала равно 4 в, а ток накала 75 мА

Определим мощность электрического тока, поглощаемую нитью лампы:

Р= 0,075 А*4 В = 0,3 Вт.

Мощность электрического тока можно вычислить и другим путем. Предположим, что нам известны сила тока в цепи и сопротивление цепи, а напряжение неизвестно.

В этом случае мы воспользуемся знакомым нам соотноше­нием из закона Ома:

U=IR

и подставим правую часть этого равенства (IR) в формулу (1) вместо напряжения U.

Тогда формула (1) примет вид:

P = I*U =I*IR

Р = I 2 *R. (2)

Например, требуется узнать, какая мощность теряется в реостате сопротивлением в 5 Ом, если через него проходит ток, силой 0,5 А. Пользуясь формулой (2), найдем:

P= I 2 *R = (0,5) 2 *5 =0,25*5 = 1,25 Вт.

Наконец, мощность электрического тока может быть вычислена и в том слу­чае, когда известны напряжение и сопротивление, а сила тока неизвестна. Для этого вместо силы тока I в формулу (1) подставляется известное из закона Ома отношение U/R и тогда формула (1) приобретает следующий вид:

Р = I*U=U 2 /R (3)

Например, при 2,5 В падения напряжения на реостате сопро­тивлением в 5 Ом поглощаемая реостатом мощность будет равна:

Р = U 2 /R=(2,5) 2 /5=1,25 Вт

Таким образом, для вычисления мощности требуется знать любые две из величин, входящих в формулу закона Ома.

Мощность электрического тока равна работе электрического тока, производимой в течение одной секунды.

P = A/t

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector