Закон Джоуля-Ленца. Електронагрівальні прилади

Материал на украинском языке.

Мета уроку:

Спираючись на знання, отримані раніше, аналітично встановити зв’язок теплової енергії, що виділяється у провіднику з силою струму та опором провідника;

Організувати ознайомлення учнів з тепловою дією електричного струму на провідник та з використанням цього явища на практиці

Сформулювати закон Джоуля-Ленца;

Сприяти засвоєнню закону Джоуля-Ленца.

Удосконалювати уміння використовувати отриманих на уроці знань у повсякденному житті.

Сприяти вихованню дбайливого ставлення до природи, привчати до раціонального використання природних ресурсів.

Створити умови для розвитку уяви, спостережливості, логічного мислення, пам’яті

Тип уроку: комбінований.

Обладнання: демонстраційні електронагрівальні побутові прилади, комплект мультимедійного обладнання, відео урок із серії уроків фізики мультимедійного підручника «Нова школа», картки, презентація PowerPoint.

Методи та прийоми: метод «мозкового штурму», інтерактивна вправа «Незакінчені речення», бесіда, асоціативна вправа «Дерево сподівань та очікувань», робота з картками, робота в групах, в парах та індивідуальна, «екскурс у минуле».

ХІД УРОКУ

Організаційна частина

Вступне слово учителя

Сьогодні поговоримо про струми –

Заряджених частить струмочки.

І про джерела, й  схеми.

Та нагрівання проблеми.

Про вчених, чиї розуми та руки

Залишили свій крок науки,

Про прилади і ланцюгів закони,

Кулони, Вольти, Джоулі та  Оми.

Розв’яжемо, розповімо, зберем,

І з користю ми час свій проведем!

Мотивація уроку.

Учитель: - У кожного з вас є більш улюблені теми в кожному курсі та менш улюблені. Як ви переконаєтесь протягом сьогоднішнього уроку, знання, які ви отримаєте  потрібно мати кожному.

Чи будете ви хазяїном власної фірми або хазяїном приватного підприємства або просто гарним господарем власного будинку, вміння, що ви отримаєте сьогодні, матимуть практичну цінність. Бо, чи можете ви собі уявити сьогодні своє життя без електричної енергії? – Ні! А без побутових електронагрівальних приладів? Ну і, звичайно, ми поговоримо про охорону навколишнього середовища.

План уроку

Теплова дія струму в провіднику.

 Закон Джоуля-Ленца.

 Застосування закону Джоуля-Ленца.

Принцип дії електронагрівальних приладів.

 Історія відкриття лампи розжарювання

Точкове зварювання

Коротке замикання

 Запобіжники

4. Постановка проблеми енергозбереження і пошуки шляхів її розв'язання

А тепер скажіть мені, будь ласка, що ви очікуєте від сьогоднішнього уроку? Зверніть увагу, на столі лежать побутові прилади, якими ви користуєтесь щодня, Які ж це прилади? ( фен, кип’ятильник, плойка, праска, паяльник,свердлик, тощо. )

Який прилад зайвий?

На що ви спирались, коли робили свій вибір?

Яка дія електричного струму проявляється у зазначених приладах? (теплова) Саме про теплову дію струму ми і будемо сьогодні говорити.

Актуалізація опорних знань

(Мозковий штурм)

Зараз за 5 хвилин вам необхідно відтворити знання, які необхідні для подальшого вивчення нового матеріалу. Для цього вам потрібно відповісти на запитання:

СЛАЙД

1. Яку роботу виконає струм силою 5А за 2 с при напрузі в колі 10 В?

 (100 Дж)

2. Які три величини пов’язані у законі Ома?

(I, U, R; сила струму, напруга, опір.)

3. Як формулюється закон Ома?

(Сила струму на ділянці кола прямо пропорційна напрузі на кінцях цієї ділянки кола та обернено пропорційна її опору.)

4. Що таке електричний струм у металах?

(Електричний струм у металах це впорядкований рух електронів )

5. Яка залежність сили струму від напруги?

( У скільки разів збільшується напруга в колі , у стільки ж разів збільшується і сила струму.)

6. Як виразити роботу струму за деякий час?

               ( А=U*I*t )

7. Як розрахувати потужність струму?

(P=U*I)

8. При якому поєднанні усі споживачі електричного струму знаходяться при однаковій силі струму?

(При послідовному)

Завдання №2. Хто швидше?(Робота в групах)

Учитель: Зараз об'єднайтеся у групи по 4 учня і попрацюємо із картками.

Знайдіть помилки , виправте їх, а також формулу, з якою ви ще не зустрічалися при вивченні електричного струму

(СЛАЙД, завдання на картках).  

СЛАЙД. А зараз увага на екран. (самоперевірка)

Пояснення нового матеріалу

Учитель:Так. Саме про кількість теплоти, що виділяється у провіднику при проходженні струму, ми сьогодні і будемо говорити. Проаналізуємо від чого вона залежить, тому що з проблемою виділення тепла провідником ми стикаємося постійно у повсякденному житті.

- Сьогодні ви будете виступати у ролі вчених, які виводять нові закони, ощадливих господарів квартир та будинків, що використовують теплове явище в побуті та техніці та як завжди у ролі захисників природи - спробуємо за допомогою одержаних знань взяти участь у пошуках вирішення проблем енергопостачання, енергозбереження, що так актуально у наш час.

Давайте разом спробуємо відповісти на запитання «Чому ж провідник зі струмом нагрівається?»

Що є носіями електричного струму в металевому провіднику?

Як взаємодіють між собою електрони та іони при проходженні струму у провіднику?

Ось ви вже і відповіли самі на запитання «чому ж провідник нагрівається?»

СЛАЙД  (відеоролик)

 - Електричний струм нагріває провідник, тому що заряджені частинки, що рухаються, взаємодіють з іонами або атомами провідника і передають їм свою енергію. У результаті роботи електричного струму внутрішня енергія провідника збільшується, і він нагрівається. Нагрітий провідник віддає отриману енергію оточуючим тілам, але вже шляхом теплопередачі. За законом збереження енергії кількість теплоти, що виділяється провідником, дорівнює роботі струму, Q=A

 -У яких пристроях використовується цей ефект? (теплонагрівальні) А чи завжди нагрівання провідника струмом є бажаний ефект?

- А у яких небажаний?( виділення тепла в проводах і обмотках електричних, машин, трансформаторів, вимірювальних та інших приладів не тільки даремна витрата електричної енергії, але і процес, який може принести до неприпустимо високого підвищення температури і до псуванню ізоляції проводів і навіть самих пристроїв. (Відеоролик 2)

Тому нам потрібно знати від яких величин залежіть кількість теплоти, яка виділяється в провіднику при проходженні струму. Ці знання допоможуть або збільшити тепловий ефект дії струму, або звести його до мінімуму.

Багаточисленні досліди показують, що чим більша сила струму у провіднику тим більше нагрівається провідник.  Значить нагрівання провідника залежить від сили струму.

Але не тільки сила струму відповідає за нагрівання провідника.

Був проведений експеримент. СЛАЙД

За схемою, що зображено на слайді склали електричне коло і спостерігали, в результаті провідники нагрілись по різному. Більше нагрівся провідник, який мав найбільший питомий опір. СЛАЙД

Зробимо висновки:

Кількість теплоти, яка виділяється у провіднику зі струмом залежить від сили струму в цьому провіднику, часу протікання сили струму в провіднику та його електричного опору. СЛАЙД

Закон,  що визначає теплову дію струму був експериментально відкритий англійським вченим Джоулем Джеймсом Прескоттомв 1841р та через рік  російським Ленцом Эмілієм Христиановичем . Наперед хочу повідомити, що ці вчені працювали не залежно один від одного тому що жили в різних країнах. Увага на екран «Із біографії вчених» (відеоролик)

А зараз ми також з вами спробуємо побути у ролі вчених та вивести формулу – математичний запис закону Джоуля-Ленца. Знаючи формулу для розрахунку роботи струму , скориставшись простими математичними викладеннями. Працюємо самостійно в зошиті. Находимо значення Q? Виражаючи його залежність через І, R

A=Q

A=IUt

U=IR Q=IUt=IIRt=I²Rt

Кількість теплоти, яку виділяє провідник зі струмом дорівнює добутку

квадрата сили струму, опору провідника й часу проходження струму

провідником.

Ми вже неодноразово говорили сьогодні про застосування теплового явища струму в електронагрівальних приладах. ТОЖ розглянемо принцип дії приладів. Увага (відеоролик).

електронагрівальні прилади та установки;

електрична лампочка

Проте звичайна лампа розжарювання це вже навіть не вчорашній день, а минуле століття. На вчорашній день вже відходять енергозберігаючі лампи, до речі дуже небезпечні із-за вмісту в них ртуті. Альтернативними є світлодіодні  ЛЕД лампи з 90% економією електроенергії та 50 тис. годин роботи. І вже більшість розвинених країн світу широко їх використовують.

Точкове зварювання,

коротке замикання,

запобіжники.

Призначення запобіжників – відразу вимкнути лінію, якщо сила струму раптом стане більшою від допустимої норми.

Переходимо до наступного пункту нашого плану уроку.

Постановка проблеми енергозбереження і пошуки шляхів її розв'язання

Домашнім завданням вам було порахувати кількість лампочок освітлення в класі, коридорі, поверсі, школі. І розглянути можливі  варіанти економії електроенергії, що витрачається на освітлення. Тому зараз ви об’єднуєтесь у 2 групи. Розрахункова група та пошукова група. В кожній групі призначається консультант, який слідкує за роботою групи. Група отримує своє завдання.

Розрахуйте скільки електричної енергії даремно витрачається лампочками за перерву? - класі, в школі  та  кількість даремно  витрачених грошей на електроенергію  за день,  місяць,рік в нашій школі.

                  1кВт*год=24.36 коп.

Спробуйте знайти способи зменшення витрат електроенергії на освітлення шляхом їх раціонального використання, застосовуючи досягнення сучасної науки і техніки.  в квартирі, під’їзді будинків, на вулиці, в коридорах шкіл та інших закладів  та презентуйте нам відповідь.

Робота розрахункових груп

      Ми бачимо, у яку істотну суму виливається економія електроенергії тільки на перервах в одній школі, а скільки тоді енергії можна заощадити в школах по всій країні.

У зв'язку з використанням у сучасному світі величезної кількості ламп для освітлення приміщень і великого числа побутових приладів усе гостріше постає проблема ощадливого й раціонального використання електричної енергії. На освітлення використовується восьма частка виробленої електроенергії. Тому наша пошукова група одержали завдання спробувати знайти способи зменшення витрат електроенергії на освітлення шляхом їх раціонального використання, застосовуючи досягнення сучасної науки і техніки. Тож ми надаємо їм можливість виступити з коротким повідомленням результатів своєї пошукової діяльності.

Робота пошукових груп

Економія енергії — справа, що стосується всіх, кожного з нас. Так, в один з вечорів диктори Центрального телебачення звернулися до глядачів із проханням вимкнути зайві електролампочки та інші прилади, якими вони на даний момент не користувалися. Ефект перевершив усі сподівання. Виявилося, що, виконавши прохання, жителі колишнього Радянського Союзу зберегли енергію цілої електростанції.

Ваші пропозиції, діти: яку користь можна одержати від зекономленої електричної енергії?

Закріплення нового матеріалу

Фізичний диктант (прийом «Незакінчене речення»)

1.Основні дії електричного струму…   (теплова, магнітна, механічна, хімічна)

2.Кому належить закон про теплову дію струму ?…     (Джоулю і Ленцу)

3.Знаючи силу струму та напругу на кінцях провідника, можна обрахувати?

(опір)

4.1МДж – це …(1000000 Дж)

5.Пристрій, що розмикає електричне коло, якщо сила струму в ньому перебільшує допустиме значення (запобіжник)

6. Дія яких приладів побудована на законі Джоуля-Ленца?

7.Які вимірювальні прилади потрібні для визначення кількості теплоти, якщо вся енергія витрачається на нагрівання ….(амперметр, вольтметр, годинник)

8. Коротке замикання виникає, якщо…      (малий опір)

9.Нагрівальний елемент виготовляють із матеріалу з…(великим опором)

10.Формулазакона Джоуля-Ленца…   (Q = I²·R·t)

11.Винахідник електричної лампи   (Ладигін)

12.Від чого залежить кількість теплоти, що виділяється в провіднику?(ІRt)

Обміняйтесь зошитами із сусідом та перевіримо диктант «Взаємоперевірка»

Завдання (БЖД – Життєві ситуації)

Учитель: - А зараз ми обговоримо декілька життєвих ситуацій, бо говоримо ми сьогодні про електричний струм, з яким стикаємось кожного дня.

 1 група.    Маша тримає у руках електрощипці та вмикає їх у розетку. Даша питає : "Що ти робиш, Маша"?.

- "Сьогодні дискотека, і я хочу виглядати чудово", при цьому накручуючи волосся на щипці. Що не правильно робить Маша?

2 група На столі стоїть стакан із кип’ятильником. Саша говорить Віктору: "Подивись, чи зігрілась вода"?. Віктор опускає палець у склянку при включеному кип’ятильнику. Чому не можна так робити?

3  група. Коля, виймаючи шнур з розетки від настільної лампи ,взявся не за вилку, а тягне за шнур. Що не правильно зробив Коля?

4. група ".Аня, вимикни, будь ласка світло", - говорить Віра. Аня з вологими руками йде до вимикача. Що не правильно зробила Аня?

Підбиття підсумків уроку та виставлення оцінок

Виставлення оцінок із коментаріями.

«Дерево сподівань та очікувань»

Чи виправдались ваші сподівання на сьогоднішній урок? На що сподівались і що отримали?

На уроці ми познайомилися з явищем виділення теплоти в провіднику зі струмом і його практичним застосуванням у лампах розжарювання й електронагрівальних приладів. Але головне — зрозуміли, наскільки важливо вміти раціонально й ощадливо користатися електричною енергією. Сподіваємося, що у своєму подальшому житті ви будете використовувати отримані уроки енергозбереження.

Домашнє завдання

§22-23,с.99-101 опрацювати, обов’язково відповісти на запитання після §с.101

Хто бажає мати високу оцінку підготувати невеличке повідомлення «Шкідлива дія нагрівальних побутових приладів на людину та навколишнє середовище»