This page is hosted for free by zzz.com.ua, if you are owner of this page, you can remove this message and gain access to many additional features by upgrading your hosting to PRO or VIP for just 32.50 UAH.
Do you want to support owner of this site? Click here and donate to his account some amount, he will be able to use it to pay for any of our services, including removing this ad.

§ 99. Превращение электрической энергии в тепловую

Демонстрационные опыты и лабораторные работы — см. Т. II, § 46, 1—7 и 68, 7.
Упрощенные приборы — см. т. Т II, §§45.
Рисунки и чертежи на уроках—см. т.IV, § 63, 1—5.

1. Содержание: а) Закон Джоуля-Ленца. б) Лабораторная работа: Сравнение количества теплоты, полученной при нагревании током, с ожидаемой по расчёту. в) Использование тепловых действий тока в технике и в быту. г) Электрическое освещение; плавкий предохранитель, электрические лампочки. д) Вольтова дуга и её применение. е) Электрические печи сопротивления.

2. Методические замечания. Настоящей темой заканчивается изучение основных законов тока и в то же время начинается рассмотрение превращений электрической энергии в другие виды. Тема состоит из двух частей. В первой вводится закон Джоуля-Ленца, во второй изучаются применения электроэнергии для освещения и получения теплоты. Смысл введения закона Джоуля-Ленда в программу школы-семилетки заключается не только в том, чтобы научить учащихся производству перерасчётов электрической энергии в теплоту, но, главное, в обосновании уже введённых понятий работы и мощности. Это обоснование строится на опытах с превращением энергии электрического тока в теплоту.

Существует и иной путь, именно: вывод закона Джоуля-Ленца из выражения работы тока на основе закона сохранения энергии; однако, этот вывод доступен только при высоком развитии учащихся. Рассуждения, которые ведутся при этом, примерно, следующие.

Работа электрического тока равна

А=U*I*t джоулей.

Если эта работа целиком превращается в теплоту, то количество выделенной теплоты равно:

А=0,24*U*I*t кал.

для получения формулы закона джоуля-Ленца в её классическом виде надо на основании закона Ома произвести подстановку U=I*R и получить:

Q =0,24*I2*R*t

данный путь вывода формулы закона Джоуля-Ленца оказывается полезным впоследствии, при повторении всего курса физики.

Изложение вопроса о технических приложениях тепловых действий тока затруднений не представляет и вызывает обычно значительный интерес учащихся.

Преподаватель со всей отчётливостью должен уяснить себе, что данная тема является наиболее благоприятной для выявления значения трудов русских ученых и техников. Неправильно только упомянуть при изложении соответствующих вопросов имена Э. Х. Ленца, А. Н. Лодыгина, П. Н. Яблочкова и В. В. Петрова, как это делают в большинстве случаев. Такой путь в лучшем случае даст чисто формальные результаты и учащиеся выучат соответствующие места, не представляя себе ни огромного значения работ этих учёных, ни своеобразной героики в борьбе за русскую науку с равнодушием и косностью современников и с жестокими материальными условиями. Кроме того, у учащихся составится совершенно неправильное представление, что заслуга Петрова заключается только в открытии электрической дуги, заслуга Яблочкова - в изобретении «свечи». Роль Яблочкова в развитии мировой электротехники более уместно охарактеризовать впоследствии (§ 103) при изучении вопроса о передаче электрической энергии на расстояние. В данной же теме внимание преподавателя должно быть обращено на ознакомление с жизнью и трудами одного из замечательнейших русских учёных — академика Василия Владимировича Петрова (1762—1834)[1]. Из числа наиболее крупных открытий, описанных в книге: «Известия о гальвани-вольтовских опытах, которые производил профессор физики Василий Петров посредством огромной наипаче батареи, состоящей иногда из 4200 медных и цинковых кружков...», учащимся следует охарактеризовать значение следующих открытий:

1) Разложение электрическим током некоторых жидкостей.

2) «Светоносное вещество или пламя купно с теплотворным веществом», т. е. свечением разряженного газа от батареи.

3) Получение электрической дуги.

4) Использование электрической дуги для восстановления металлов из окислов.

5) Сваривание металлов в пламени дуги.

Кроме того, учащимся важно указать, что Петров впервые применил изолирование проводов сургучом и воском.

Таковы основные заслуги В.В. Петрова перед наукой физикой и техникой, поэтому его справедливо считают основоположником одной из важнейших областей техники — электрометаллургии.

Ознакомление учащихся с биографией этого великого русского физика надо считать обязательным, тем более, что преподавателю при рассказе о жизни Петрова можно нарисовать яркую картину бездушного отношения власти к русским учёным и неуважения к их заслугам, особо характерным для того времени и вообще для царского режима.

Характеристику академика Э. Х. Ленца, как ведущего мирового учёного, более уместно по методическим соображениям дать во время прохождения темы: Электромагнитная индукция (§ 102). В данной же теме можно ограничиться сравнительно краткими сведениями об учёном в связи с законом Джоуля-Ленца.

Рассказывая об электрической лампочке накаливания, преподавателю следует не только упомянуть о А. Н. Лодыгине как изобретателе такой лампочки, но и нарисовать картину судьбы изобретения, отношения промышленных кругов и власти царской России, заставившего этого замечательного инженера покинуть родину и работать за границей.

3. Закон Джоуля-Ленца. Учащимся уже показывались опыты с нагреванием проводников током; надо, однако, их повторить, обратив внимание на опыты, обнаруживающие зависимость нагрева проводников, во-первых, от силы тока и, во-вторых, от их сопротивления. То и другое можно продемонстрировать на установке, состоящей из амперметра и цепочки проводников с различными сопротивлениями (см. т. II, § 46, 2 и 5 и рис. 339).

Основная задача преподавателя при введении закона ДжоуляЛенца заключается в том, чтобы более отчётливо (чем это делалось ранее) выяснить учащимся, что тепловые действия, возникающие в проводниках, являются результатом превращения электрической энергии в теплоту и притом всей энергии целиком. Таким образом, по количеству выделяемой теплоты можно заключить о его работе на участке цепи за данное время и об его мощности. В результате такой постановки вопроса учащимся станет ясно, что для подсчёта работы электрического тока нужно произвести измерение выделенной током теплоты и на опыте установить эквивалент между работой электрического тока и количеством теплоты, что и было сделано трудами Джоуля и Ленца, выразивших искомое соотношение в форме закона:

A=0,24*I2*R*t

Необходимо провести также демонстрацию, заключающуюся в нагревании током воды в сосуде посредством спирали (см. т. II, § 68, 2 и рис. 498 и 499) и дать схему включения приборов для измерения напряжения и силы тока (м. т. IV, рис. 273). Проводить демонстрацию с тем, чтобы на основе измерений подойти к закону Джоуля-Ленца, не рекомендуется, так как отсчёты по термометру не видны учащимся, расчёты громоздки, а время нагревания сравнительно длительно. Поэтому обязательно, показав установку, нужно тотчас же организовать соответствующую лабораторную работу (см. т. II, § 68, 7).

Формулировка закона даётся в следующем виде:

Количество выделенной током теплоты прямо пропорционально квадрату величины тока и сопротивлению нагреваемого проводника.


  1. См.: Академик В. В. Петров, Сборник под ред. акад. С. И. Вавилова, изд. Акад. наук СССР, М. — л., 1940.
    Н. Шостьин, Василий Владимирович Петров, журн. «Электричество» , 1944, № 11—12.

  •     

































© 2003-2019 Методика навчання фізики в середній школі | Хостинг: RCHosting