Работа и мощность тока; закон Джоуля–Ленца; электробезопасность
Почему провод нагревается, сколько энергии «выпивает» чайник и что спасает дом от пожара?
Главная мысль: когда течёт электрический ток, он переносит энергию. Эта энергия совершает работу — нагревает спираль, зажигает лампу, вращает двигатель. Скорость, с которой ток отдаёт энергию, называется мощностью. В обычном резисторе вся работа переходит в теплоту, а её количество подчиняется закону Джоуля–Ленца.
К концу темы вы сможете:
- вычислять работу тока по формуле A = UIt;
- находить мощность тремя способами: P = UI = I2R = U2/R;
- применять закон Джоуля–Ленца Q = I2Rt для расчёта выделившейся теплоты;
- читать паспортную табличку прибора и находить его сопротивление и ток;
- переводить энергию в киловатт-часы и считать стоимость;
- объяснять короткое замыкание, зачем нужен предохранитель и основные правила электробезопасности.
1. Откуда берётся энергия?
Вспомним из прошлых тем, что источник (батарея, генератор, розетка) поддерживает в цепи напряжение. Напряжение U показывает, сколько энергии несёт каждый кулон заряда: U = A/q, значит работа над зарядом q равна A = Uq.
Но заряд не стоит на месте — он течёт. В теме 11 вы узнали, что ток — это заряд в секунду: I = q/t, откуда q = It. Подставим это в A = Uq и получим главную формулу работы тока:
A = UIt
Словами: работа тока равна произведению напряжения, тока и времени. Она отвечает на вопрос «сколько всего энергии передал ток?»