ogarniam.edu.pl
Klasa
Zacznij naukę →Zacznij →

ogarniam.edu.pl · Fizyka · Prąd elektryczny i obwodyklasa 3 LO · fiszki i quiz: ogarniam.edu.pl/lo/3/fizyka/cieplo-joulealenza/

Fizyka · Prąd elektryczny i obwody · kl. 3 · zakres rozszerzony

Ciepło Joule’a–Lenza

Dlaczego grzałka się grzeje, a przewód do niej zostaje chłodny, i dlaczego w połączeniu szeregowym jaśniej świeci żarówka o większym oporze.

ok. 3 min czytania9 fiszek8 pytań w quizie🔊 Posłuchaj notatki

1Ciepło wydzielane na oporze

  • Oznaczenia: Q — ciepło [J]; I — natężenie [A]; R — opór [Ω]; t — czas [s]; U — napięcie na oporniku [V]; P — moc cieplna [W].
Zapamiętaj

Q = I² · R · t. Dla odbiornika rezystancyjnego także Q = U · I · t = U2 przez R · t. Moc cieplna: P = I² · R.

  • Ciepło rośnie z kwadratem natężenia: dwa razy większy prąd daje cztery razy więcej ciepła w tym samym oporniku.
  • Który wzór wybrać? W połączeniu szeregowym wspólne jest natężenie, więc wygodny jest P = I² · R; w równoległym wspólne jest napięcie, więc P = U2 przez R.
  • Przewód zasilający i grzałka są połączone szeregowo (ten sam prąd), ale przewód ma opór setki razy mniejszy, więc wydziela się w nim setki razy mniej ciepła.

2Przykład 1: grzałka

  • Dane: U = 230 V, R = 53 Ω, t = 2 min = 120 s.
  • Wzór: Q = U2 przez R · t.
  • Obliczenia: P = (230 V)2 przez 53 Ω ≈ 998 W; Q = 998 W · 120 s ≈ 1,2·105 J.
  • Odpowiedź: Q ≈ 1,2·105 J = 120 kJ. Tyle ciepła ogrzałoby 1 kg wody (c ≈ 4200 J/(kg·K)) o ok. 29 K, jeśli nic nie ucieknie do otoczenia.
Sprawdź, czy rozumiesz

Dlaczego przewód zasilający grzałkę prawie się nie nagrzewa, choć płynie przez niego ten sam prąd?

3Przykład 2: szeregowo i równolegle

  • Dwie żarówki o oporach R1 = 100 Ω i R2 = 400 Ω (przyjmujemy, że opory się nie zmieniają).
  • Szeregowo, I = 0,5 A: P1 = (0,5 A)2 · 100 Ω = 25 W, P2 = (0,5 A)2 · 400 Ω = 100 W – jaśniej świeci żarówka o większym oporze.
  • Równolegle, U = 100 V: P1 = (100 V)2 przez 100 Ω = 100 W, P2 = (100 V)2 przez 400 Ω = 25 W – teraz jaśniej świeci żarówka o mniejszym oporze.
Uwaga na błąd

„Większy opór zawsze oznacza większą moc”

To zależy od układu: przy wspólnym I (szeregowo) tak, przy wspólnym U (równolegle) odwrotnie.

✎Ściąga: Ciepło Joule’a–Lenza

Najważniejsze w pigułce – przeczytaj tuż przed kartkówką lub sprawdzianem.

  • Q = I² · R · t. Dla odbiornika rezystancyjnego także Q = U · I · t = U2 przez R · t. Moc cieplna: P = I² · R.
  • Oznaczenia: Q — ciepło [J]; I — natężenie [A]; R — opór [Ω]; t — czas [s]; U — napięcie na oporniku [V]; P — moc cieplna [W].
  • Który wzór wybrać? W połączeniu szeregowym wspólne jest natężenie, więc wygodny jest P = I² · R; w równoległym wspólne jest napięcie, więc P = U2 przez R.
  • Dane: U = 230 V, R = 53 Ω, t = 2 min = 120 s.
  • Wzór: Q = U2 przez R · t.
  • Obliczenia: P = (230 V)2 przez 53 Ω ≈ 998 W; Q = 998 W · 120 s ≈ 1,2·105 J.
  • Odpowiedź: Q ≈ 1,2·105 J = 120 kJ. Tyle ciepła ogrzałoby 1 kg wody (c ≈ 4200 J/(kg·K)) o ok. 29 K, jeśli nic nie ucieknie do otoczenia.
  • Szeregowo, I = 0,5 A: P1 = (0,5 A)2 · 100 Ω = 25 W, P2 = (0,5 A)2 · 400 Ω = 100 W – jaśniej świeci żarówka o większym oporze.

?Quiz: powtórz przed kartkówką

8 pytań w stylu kartkówki i sprawdzianu. Odpowiedz w myślach, potem sprawdź odpowiedź. Rozwiąż quiz z wynikiem – każda odpowiedź ma wyjaśnienie.

  1. Ciepło wydzielone w oporniku o oporze R przy prądzie I w czasie t wynosi

    1. AI·R²·t
    2. BI²·R/t
    3. CI·R·t
    4. DI²·R·t
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź D: I²·R·t – Prawo Joule’a–Lenza: Q = I²Rt; ciepło rośnie z kwadratem natężenia.

  2. Prąd płynący przez opornik zwiększono 2 razy (R i t bez zmian). Wydzielone ciepło

    1. Awzrośnie 8 razy
    2. Bwzrośnie 4 razy
    3. Cwzrośnie 2 razy
    4. Dnie zmieni się
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź B: wzrośnie 4 razy – Q jest proporcjonalne do I², więc przy 2 razy większym prądzie jest 2² = 4 razy więcej ciepła.

  3. Grzałka o oporze 53 Ω pracuje pod napięciem 230 V przez 120 s. Wydzielone ciepło wynosi około

    1. A1,5·106 J
    2. B5,2·102 J
    3. C1,2·105 J
    4. D2,0·103 J
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź C: 1,2·105 J – Q = U²t/R = 52 900 · 120 / 53 J ≈ 1,2·105 J; 5,2·102 J wychodzi bez kwadratu U, a 2,0·103 J przy czasie w minutach.

  4. Dwie żarówki o oporach 100 Ω i 400 Ω połączono szeregowo. Jaśniej świeci

    1. Ażarówka 400 Ω
    2. Bta, która jest bliżej źródła
    3. Cobie jednakowo
    4. Dżarówka 100 Ω
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź A: żarówka 400 Ω – Przy wspólnym I moc P = I²R jest większa tam, gdzie R jest większe.

  5. Te same żarówki (100 Ω i 400 Ω) połączono równolegle do źródła. Jaśniej świeci

    1. Ażarówka 400 Ω
    2. Bżarówka 100 Ω
    3. Cta, która jest bliżej źródła
    4. Dobie jednakowo
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź B: żarówka 100 Ω – Przy wspólnym U moc P = U²/R jest większa dla mniejszego oporu.

  6. Który wzór na ciepło jest poprawny dla odbiornika rezystancyjnego?

    1. AQ = I·t/U
    2. BQ = U·I/t
    3. CQ = U·I·t
    4. DQ = U·t/I
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź C: Q = U·I·t – Ciepło to energia elektryczna pobrana przez odbiornik: moc U·I razy czas.

  7. Moc cieplną wydzielaną na oporze R przy prądzie I opisuje wzór

    1. AP = I/R
    2. BP = I²·R
    3. CP = I·R²
    4. DP = R/I²
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź B: P = I²·R – P = Q/t = I²Rt/t = I²R.

  8. Dlaczego przewód zasilający grzałkę prawie się nie nagrzewa, choć płynie przez niego ten sam prąd?

    1. ANapięcie na nim jest większe niż na grzałce
    2. BPłynie w nim mniejszy prąd
    3. CMa większy opór niż grzałka
    4. DMa znacznie mniejszy opór, więc P = I²R jest w nim znacznie mniejsza
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź D: Ma znacznie mniejszy opór, więc P = I²R jest w nim znacznie mniejsza – Przy tym samym I moc cieplna jest proporcjonalna do oporu, a opór przewodu jest bardzo mały.

Cały dział „Prąd elektryczny i obwody”: ściąga i próbny sprawdzian →

Kartkówka albo sprawdzian już blisko?

Rozwiąż quiz z wynikiem i powtórz materiał na fiszkach. Każda odpowiedź ma wyjaśnienie, a postęp zapisuje się bez zakładania konta.

Rozwiąż quiz · 8 pytańFiszki · 9🔊 Posłuchaj notatki

Więcej: Fizyka, klasa 3

Ładunek elektryczny i pole elektryczneKondensator – magazyn energii polaPrawo CoulombaNatężenie pola elektrycznegoEnergia potencjalna, potencjał i napięciePrzewodnik w polu i kondensator płaskiNatężenie, napięcie i prawo OhmaOpór przewodnika i charakterystyki I(U)I prawo Kirchhoffa i napięcia ogniwOpór zastępczy i II prawo KirchhoffaSEM i opór wewnętrzny ogniwaMoc, energia i dane znamionoweDioda i instalacja domowaMagnesy i linie pola magnetycznegoIndukcja magnetycznaSiła magnetyczna na ładunek i przewodnik z prądemSiła Lorentza i siła elektrodynamicznaTor cząstki, silnik i przewody równoległeFerromagnetyki i pole magnetyczne ZiemiIndukcja elektromagnetyczna i prądnicaStrumień, SEM indukcji i reguła LenzaPrąd przemiennyWartości skuteczne napięcia i natężeniaTransformator i przesył energiiFale elektromagnetyczne i widmoNatężenie faliDyfrakcja i interferencja na szczelinachSiatka dyfrakcyjnaEfekt Dopplera – wzórZałamanie światła i kąt granicznySoczewki cienkie i obrazyPolaryzacja, prawo Malusa i laserFoton, widma i poziomy energii atomuZjawisko fotoelektryczne i jonizacjaIzotopy i promieniowanie jądroweCzas połowicznego rozpaduDeficyt masy i energia wiązaniaRozszczepienie, synteza i energia gwiazdPromieniowanie jonizujące a organizmFizyka współczesna – treści fakultatywneDoświadczenia z klasy III i opis wynikuDoświadczenia R, model i uzasadnienieRuch harmoniczny – wychylenie, prędkość, przyspieszenieSprężyna, wahadło, energia i rezonansBilans cieplny i przemiany fazoweGaz doskonały – równanie Clapeyrona i przemianyModel kinetyczny gazu i ciepło moloweSilniki cieplne i II zasada termodynamiki