Bir devrede elektrik akımının yaptığı iş. Elektrik akımı iş tanımı

Elektriğin kendisi gerekli değildir. Önemli olan akımın kendisi değil, onun eylemidir.

Bir elektrik akımının eylemi, bir elektrik akımının çalışması ile karakterize edilir.

İş, enerjinin bir türden diğerine dönüşümünü karakterize eden bir niceliktir.

Örneğin, kinetik enerji vardı, potansiyel enerji oldu, yani vücut hareket halindeydi, sonra durdu, aynı anda belirli bir yüksekliğe yükseldi.

Elektrik akımına gelince, bir iletken boyunca elektrik yüklerinin hareketini zaten biliyoruz ve bu hareket bir elektrik alanının etkisi altında gerçekleşir, yani işi bir elektrik alanı yapar. Ve bu durumda çalışma, bir tür enerjinin, örneğin bir elektrik akımının enerjisinin, diğer enerji türlerine nasıl dönüştürüleceğini gösterir - mekanik, termal vb.

Elektrik akımının çalışması, her şeyden önce, elektrik voltajı ve akım gücü kavramı ile ilişkilidir.

Bir elektrik alanının işi, bir elektrik voltajının ve bir iletkenden akan bir yükün ürünüdür.

Bu ifade, elektrik voltajı ilişkisinden türetilmiştir.

Elektrik voltajı, bir elektrik yükünü q aktarmak için bir elektrik alanının işidir.

Yük, bu yükün iletkenden aktığı akım gücü ve zamanın ürünüdür.

Bu ifade, mevcut güç ilişkisinden kaynaklanmaktadır.

Akım, yükün, iletkenin enine kesiti boyunca iletken boyunca aktığı süreye oranıdır.

İş tanımı için formülde yer değiştirme , bir elektrik akımının işini, bir elektrik yükünü hareket ettirmek için bir elektrik alanının işini hesaplamak için bir ifade elde ederiz.

İş - 1 Joule veya 1 J;

Voltaj - 1 Volt veya 1 V;

Akım gücü - 1 Amper veya 1 A;

Süre - 1 saniye veya 1 s.

Tanım

Elektrik akımı çalışması devrenin bölümündeki akımın, bu bölümün uçlarındaki voltajın ve akımın iletkenden geçtiği zamanın çarpımına eşittir.

Elektrik akımının çalışması, belirtilen miktarların değerlerinin belirlenmesine izin veren cihazlarla ilişkilidir.

Voltaj adı verilen bir cihaz tarafından belirlenir. voltmetre... Ve akımı ölçmek için şunu kullanın: ampermetre(şekil 1).

Pirinç. 1. Bir voltmetre ve ampermetrenin görüntüleri

Bu iki cihazı bir elektrik devresine dahil ederek, bu cihazların okumalarını gözlemleyerek, ölçümlerin yapıldığı süreyi belirleyerek elektrik akımının değerini belirleriz. .

Elektrik için yaptığımız ödemenin elektrik akımının yaptığı işin ödemesi olduğunu lütfen unutmayın. Bir elektrik akımının hareketi, ısıtma cihazları, günlük hayatta kullanılan cihazlar (televizyonlar, radyolar vb.) gibi teknolojide kullanılan hareketin ta kendisidir.

İş, bir ampermetre ve bir voltmetre kullanılarak ölçülür, ancak yine de, bir elektrik akımının işini hemen ölçebilen ayrı bir cihaz vardır.

Bir sonraki derste, güç kavramıyla tanışacağız.

bibliyografya

1. Gendenshtein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. / Ed. Orlova V.A., Roizen I.I. Fizik 8. - M.: Mnemosyne.
2. Peryshkin A.V. Fizik 8. - M.: Bustard, 2010.
3. Fadeeva A.A., Zasov A.V., Kiselev D.F. Fizik 8. - M.: Eğitim.

1. Stoom.ru ().
2. Fizik.ru ().
3. Class-fizika.narod.ru ().

Ödev

1. S. 50, sorular 1-4, s. 119, görev 24 (1). Peryshkin A.V. Fizik 8. - M.: Bustard, 2010.
2. 5 Ohm dirençli bir reostadan 0,5 A kuvvette bir akım geçer.Akımın 4 saat (14.400 saniye) boyunca ne tür bir iş üreteceğini belirlemek gerekir.
3. Bir elektrik alanının işini ölçmek için hangi aletler kullanılabilir?

Her vücut iş yapabilir, buna vücudun enerjisi denir. En basit örnek, belirli bir yüksekliğe yükseltilmiş bir gövdedir. Potansiyel enerjisi vardır, eğer vücut serbest bırakılırsa, enerjiyi salmaya başlayacak, onu kinetik enerjiye dönüştürecek, bu anda vücut iş yapacak.

Buna göre, vücudun yüksekliği ne kadar yüksek olursa, enerjisi o kadar büyük olur. Enerji asla iz bırakmadan kaybolmaz, sadece başka bir forma dönüşür - bu, fiziğin ana yasalarından biridir.

Aynı durum elektrik enerjisi için de geçerlidir, başka bir enerji türüne dönüştürülebilir - termal, kinetik, mekanik, kimyasal, vb.

Bu nedenle, elektrik çok yaygın olarak kullanılmaya başlandı. Bu enerji türü, diğerlerinden farklı olarak, uzun mesafelerde iletilebilir ve pratik olarak kayıpsız olarak depolanabilir ve oldukça basit bir şekilde elde edilebilir.

Elektrik akımı çalışması

Ne zaman akım elektrik devresinin belirli bir bölümünden akar, elektrik alanı belirli bir iş yapar. Buna elektrik akımının işi denir. Bu devre boyunca bir enerji yükünü aktarmak için belirli bir miktarda enerji harcamanız gerekir. Alıcıya iletilirken, enerjinin bir kısmı elektrik devresindeki tellerin ve kaynakların direncinin üstesinden gelmek için harcanır.

Bu, harcanan enerjinin tamamının verimli bir şekilde dağıtılmadığını ve hepsinin yararlı olmadığını göstermektedir. Sonuç olarak, yapılan iş de tam olarak etkili değildir. Bu durumda formül şöyle görünecektir: A = U Q.

sen Alıcının terminallerindeki voltaj ve Q Yük, zincirin bir bölümü boyunca taşınıyor mu? Bu durumda, dikkate almanız gerekir Bir zincir bölümü için Ohm yasası o zaman formül şöyle görünecektir: R I2 Δt = U I Δt = ΔA.

Bu formül, zincirin homojen bir bölümüne uygulanan enerjinin korunumu yasasının etkisini izlemek için kullanılabilir.

1850 yılında, elektrik araştırmalarına önemli katkılarda bulunan İngiliz fizikçi Joule Prescott, yeni bir yasa keşfetti. Özü, elektrik akımı işinin termal enerjiye dönüştürülme yollarını belirlemekti. Aynı zamanda, başka bir fizikçi - Lenz benzer bir keşif yapmayı ve yasayı kanıtlamayı başardı, bu nedenle o zamanın önde gelen her iki fizikçisinin onuruna "Joule-Lenz yasası" olarak adlandırıldı.

Elektrik akımı gücü

Güç, bir elektrik akımının nasıl çalıştığını belirlemek için kullanılan başka bir özelliktir. Bu, enerji transferinin dönüşümünü ve hızını karakterize eden bir tür fiziksel miktardır.

Bir elektrik akımının gücünü belirlerken, anlık güç gibi bir göstergeyi dikkate almak gerekir. Akım ve gerilim gibi göstergelerin anlık değerlerinin bir ürün formundaki oranını temsil eder. Bu oran, zincirin belirli bir bölümü için geçerlidir.

Herhangi bir elektrik devresi oluşturulurken elektrik akımının işi ve gücü gibi göstergeler dikkate alınır. Diğer yasalarla birlikte temeldirler, uyulmaması ciddi ihlallere yol açacaktır.

Elektrik akımının en büyük gücünü almak için, jeneratörün özelliklerini dikkate almak gerekir, yani dış devredeki direnç, jeneratörün iç direncinden daha fazla ve daha az olmamalıdır.

Sadece bu durumda işin verimliliği maksimum olacaktır, çünkü aksi takdirde jeneratörün tüm enerjisi direncin üstesinden gelmek için harcanacak ve tüm işler ekonomik olmayacaktır. Doğal olarak, böyle bir çalışma şeması, tüm elektrik devresinin verimliliğini olumsuz yönde etkileyebilir.

Fizik dersinden, herhangi bir cismin özelliklerinden birinin, iş yapabilme yeteneği olduğu bilinmektedir, çünkü ikincisi, bir tür enerjinin diğerine dönüştürülmesinden başka bir şey değildir (örneğin, potansiyele kinetik). Bu durumda, 18. yüzyılda M.V. tarafından formüle edilen ünlü enerjinin korunumu yasası dikkate alınmalıdır. Lomonosov'a göre, enerji hiçbir yerde kaybolmaz, sadece değişir, farklı bir biçim alır. Yukarıdakilerin tümü, yalnızca katı maddeler için değil, aynı zamanda elektrik akımı da dahil olmak üzere diğer madde türleri için de geçerlidir.

Uzun zamandır kanıtlandığı gibi, - devrenin belirli bir bölümü boyunca hareket eden bu parçacıklar, akım oluşturan bir elektrik alanı oluşturur - bu, belirli bir yük boyunca bir yükü aktarmak için harcanması gereken enerji miktarıdır. Bu durumda, akımın tüm çalışmaları yararlı ve etkili değildir. İletkende ve devre kaynağında bulunan temel parçacıkların direncinin üstesinden gelmek için enerjinin oldukça belirgin bir kısmı elektrik yüküne harcanır.

Formülü yukarıdaki metinden A = U.Q olan bir elektrik akımının çalışması, bu özel madde türünün en önemli özelliğidir. Bu formülde U, devrenin bir bölümündedir ve Q, belirli bir bölüm üzerinden aktarılan yükün nicel bir ifadesidir.

Bununla birlikte, bu işi ve serbest bırakılan miktarı bağlayan bir düzenlilik bulunmazsa, kendi başına bir elektrik akımının işi özel bir ilgi çekmeyecekti. "Joule-Lenz yasası". Bu yasaya göre, yüklü parçacıklar içinden akarken belirli bir hacimde açığa çıkan ısı miktarının (veya gücünün), alan kuvvetinin ve içinden geçen elektrik akımının yoğunluğunun çarpımı ile doğru orantılı olduğu ortaya çıkıyor. verilen bölüm. Bu yasa, kablolarla uzun mesafelerde iletim sırasında elektrik kayıplarının hesaplanması için büyük önem taşımaktadır.

Elektrik akımının çalışması, en doğrudan başka bir en önemli nicelik olan güçle ilgilidir. Fizikte, elektrik enerjisinin dönüşüm ve iletim hızının nicel özelliklerini kastediyoruz. Güç, kilovat-saat cinsinden ölçülürken, elektrik akımının işi joule cinsindendir.

Belirli bir kaynaktan maksimum akım gücü elde etmek için, bu kaynağın özelliklerini ve ayrıca harici devrenin birbiriyle karşılaştırılabilir olması gerektiği gerçeğini dikkate almak gerekir, aksi takdirde yapılan tüm işler üstesinden gelmek için harcanacaktır. dirençlerdeki fark.

Elektrik akımının çalışması, hemen hemen tüm endüstrilerde ve ayrıca enerjinin uzun mesafelerde üretilmesi ve iletilmesinde dikkate alınması gereken en önemli fiziksel özelliktir.

Her birimizin evde, okumalarına göre elektrik için aylık olarak ödediğimiz bir sayacı var. Belli bir kilovat saat ödüyoruz. Bu kilovat saat nedir? Tam olarak ne için para ödüyoruz? Hadi çözelim :)

Elektriği belirli amaçlar için kullanırız. Elektrik akımı bazı işler yapar, bunun sonucunda elektrikli cihazlarımız çalışır. Elektrik akımının işi nedir? Akımın elektrik yükünü devrenin belirli bir bölümü üzerinde hareket ettirme işinin sayısal olarak bu bölümdeki gerilime eşit olduğu bilinmektedir. Yük, örneğin daha büyük bir yönde farklılık gösterirse, sırasıyla iş harika olacaktır.

Devre bölümündeki akımın çalışması: formül

Böylece, akımın işinin, elektrik devresi bölümündeki voltajın yük miktarına göre ürününe eşit olduğu sonucuna varıyoruz. Bildiğiniz gibi yük, akım gücü ile akımın geçiş süresinin çarpımı ile bulunabilir. Böylece, akımın çalışmasını belirlemek için formülü alıyoruz:

A = Uq, q = It, A = UIt elde ederiz;

burada A iş, U voltaj, I akım gücü, q yük, t zamandır.

Akımın işi joule (1 J) cinsinden ölçülür. 1 J = 1 V * 1 A * 1 sn. Yani akımın yaptığı işi ölçmek için üç cihaza ihtiyacımız var: ampermetre, voltmetre ve saat. Dairelerde bulunan elektrik sayaçları, yukarıdaki cihazların tümünü bir arada birleştirir. Akımın yaptığı işi ölçerler. Dairemizdeki akımın işi, dairenin ağına bağlı tüm cihazlarda kullandığı enerjidir. Bunun için ödeme yapıyoruz. Ancak, joule için değil, kilovat-saat için ödeme yapıyoruz. Bu birimler nereden geliyor?

Elektrik akımı gücü

Bu sorunla başa çıkmak için bir kavramı daha ele almak gerekir - bir elektrik akımının gücü. Akımın gücü, akımın birim zaman başına yaptığı iştir. Yani güç, işi zamana bölerek bulunabilir. Ve iş, zaten bildiğimiz gibi, akım gücü, gerilim ve zamanın ürünüdür. Böylece süre kısalacak ve mevcut güç ve voltajın çarpımını alacağız. Mevcut güç için formül şöyle görünecektir:

P = A / t, A = UIt, P = UIt / t elde ederiz, yani P = UI;

burada P mevcut güçtür. Güç, watt (1 W) cinsinden ölçülür. Birden çok değer kullanılır - kilovat, megavat.

Elektrik akımının işi ve gücü yakından ilişkilidir. Aslında iş, belirli bir zaman diliminde alınan, zamanın her anında akımın gücüdür. Bu nedenle dairelerdeki sayaçlar, akımın işini joule cinsinden değil, kilovat-saat cinsinden ölçer. Sadece 1 watt güç çok küçük bir güçtür ve eğer saniye başına watt için ödeme yapsaydık, bu tür birimlerin onlarca ve yüzbinlercesini öderdik. Hesaplamaları basitleştirmek için "kilowatt-saat" birimi kabul edildi.

Bölüm 22. Elektrik akımının işi ve gücü

Vücudun iş yapabilme yeteneğine denir bu vücudun enerjisi... Örneğin, bir yüksekliğe kaldırılan herhangi bir yükün belirli bir enerjisi vardır ve düştüğünde iş üretir. İş joule cinsinden ölçülür ( J). Vücudun enerjisi ne kadar fazlaysa, bu vücut hareketi sırasında o kadar çok iş yapabilir.
Enerji kaybolmaz, bir formdan diğerine geçer. Örneğin, elektrik enerjisi mekanik, termal, kimyasal vb.
Kapalı bir devrede yüklerin transferi için, elektrik enerjisi kaynağı, e'nin ürününe eşit bilinen bir enerji harcar. vb. ile. bu devre üzerinden aktarılan elektrik miktarına göre kaynak, yani. A 0 = E q.
Bununla birlikte, enerjinin tamamı yararlı değildir, yani enerji kaynağı tarafından üretilen işin tamamı enerji alıcısına iletilmez, çünkü bunun bir kısmı kaynağın ve tellerin iç direncinin üstesinden gelmek için harcanır. Böylece, elektrik enerjisi kaynağı, şuna eşit yararlı iş üretir:

A = u q,

nerede sen- alıcının terminallerindeki voltaj, v.
Sabit bir akımda elektrik miktarı, devredeki akım ile üzerinden geçen zamanın çarpımına eşittir, yani.

Q = Bilişim Teknoloji,

daha sonra iş formülü aşağıdaki gibi temsil edilebilir:

A = u t, (28)

yani bir elektrik akımının işi, voltaj, devredeki akım ve geçiş süresinin ürününe eşittir..

Devrenin bir bölümünün terminallerindeki voltajı, bu bölümün akım gücü ve direncinin ürünü olarak ifade edersek, yani.

sen = ben,

o zaman iş formülü şu şekilde yazılabilir:

A = ben 2 r t. (29)

Bununla birlikte, bu formüllerin hiçbiri, bu işin elde edildiği elektrik enerjisi jeneratörünün boyutunu belirlemez, çünkü hem büyük hem de küçük jeneratörler aynı işi farklı aralıklarla yapabilirler. Bu nedenle, jeneratörün boyutu yapılan işle değil, gücüyle belirlenir. Bu, herhangi bir elektrikli cihaz ve makine (elektrik motorları, elektrik lambaları, ısıtma cihazları vb.) için geçerlidir.
Güç, bir saniyede yapılan (veya tüketilen) iştir.... Güç, aşağıdaki formülle temsil edilebilir:

İş ve güç formüllerinde voltaj volt, akım amper, direnç ohm ve zaman saniye cinsinden ifade edilirse, iş Newton metre veya watt-saniye olarak ifade edilir ( sal saniye), yani joule cinsinden ( J) ve güç - watt olarak ( sal).
Düşük güçleri ölçmek için 1'den bin kat daha az olan bir birim kullanılır. sal miliwatt denir ( mw); 1 sal = 1000 mw... Yüksek güçleri ölçmek için, kilovat adı verilen bir watt'tan bin kat daha büyük bir birim kullanılır ( kW); 1 kW = 1000 sal.
Watt-saniye (joule) küçük bir birim olduğundan, iş genellikle daha büyük birimlerle ifade edilir: Watt-saat ( NS) ve kilovat saat ( kWh). Bu birimler ile joule arasındaki ilişki şu şekildedir: 1 NS = 3600 J; 1 kWh = 3 600 000 J.
Voltajda harici devrede güç sen jeneratör terminallerinde voltaj ve akımın ürününe eşittir, yani.

P = U I.

Çok düşük bir dış dirençle, devredeki akım büyüktür ve jeneratör terminallerindeki voltaj küçüktür. Harici devrenin direnci sıfır ise, jeneratörün terminallerindeki voltaj sen ayrıca sıfırdır, dolayısıyla güç r dış devreye verilen sıfırdır.
Çok büyük bir dış dirençle (dış devre açıkken direnci sonsuz büyüktür), devredeki akım sıfırdır. Bu durumda harici devreye sağlanan güç de sıfırdır. Böylece, dış devrenin direncindeki bir artışla, güç önce sıfırdan en büyük (maksimum) bir değere yükselir ve ardından sıfıra düşer.
Harici devre direnci r, enerji kaynağının alıcıya maksimum gücü verdiği, kaynağın iç direncine eşittir, yani. r = r 0 .
Ancak, jeneratörün iç direncinin dış devrenin direncine eşit olması durumunda, jeneratörün faydalı gücünün yetersiz olduğu ve bu koşullar altında çalışmasının, geliştirilen toplam gücün yarısı nedeniyle ekonomik olmadığı unutulmamalıdır. jeneratör tarafından iç direncinin üstesinden gelmek için harcanır.