U a q какая это формула

Работа в термодинамике

В термодинамике, в отличие от механики, рассматривается не движение тела как целого, а лишь относительное изменение частей термодинамической системы, в результате которого меняется ее объем.

Рассмотрим работу газа при изобарическом расширении.

Вычислим работу, совершаемую газом при его действии на поршень с силой $↖<→>$, равной по величине и противоположной по направлению силе $↖<→>$, действующей на газ со стороны поршня: $↖<→>=-↖<→>$ (согласно третьему закону Ньютона), $F’=pS$, где $p$ — давление газа, а $S$ — площадь поверхности поршня. Если перемещение поршня $∆h$ в результате расширения мало, то давление газа можно считать постоянным и работа газа равна:

Если газ расширяется, он совершает положительную работу, та к как перемещение поршня совпадает по направлению с силой $↖<→>$. Если газ сжимается, то работа газа отрицательна, поскольку перемещение поршня противоположно силе $↖<→>$. В формуле $A’=F’∆h=pS∆h=p∆V$ появится знак «минус»: $∆V 0$ и $∆U > 0$, его внутренняя энергия увеличивается. При охлаждении газа $Q 0$) он совершает положительную работу ($А’ > 0$). Если газ отдает тепло окружающей среде, $Q

U a q какая это формула

Формула 1:

А = Uq

где А – работа, U – напряжение, q – электрический заряд.

Формула 2:

Так как q = It, то

A = UIt

где I – сила тока, t – время, в течение которого совершалась работа.

Формула 3:

Так как A = Q, то

А_п = cm (t₂ – t₁)

А_п – полезная работа, c – удельная теплоемкость (выясняется по таблице), m – масса тела, t₂ и t₁ – конечная и начальная температуры.

Формула 4:

Так как A_п = cm (t₂ – t₁), а это равно Q, то

A_п = ηUIt

η – коэффициент полезного действия, U – напряжение, I – сила тока, t – время.

Формула 5:

А_з – затраченная работа.

Работа электрического тока измеряется в джоулях.

1 джоуль = 1 вольт · 1 ампер · 1 секунду, или 1 Дж = 1 В · А · с.

1 джоуль = 1 ватт · 1 секунду, или 1Дж = 1 Вт · с.

На практике, вычисляя работу тока, гораздо удобнее время выражать в часах, а работу тока не в джоулях, а в других единицах: ватт-час (Вт · ч), гектоватт-час (гВт · ч), киловатт-час (кВт · ч).

Электрическое напряжение. Единицы напряжения

Для возникновения электрического тока в проводнике необходимо создать электрическое поле. Задачу по созданию и поддержанию электрического поля выполняют источники тока.

После создания электрического поля, на свободные заряженные частицы в проводнике начинают действовать электрические силы, которые и приводят их в движение.

Получается, что у нас есть силы и частицы, которые перемещаются под их действием. Значит, совершается какая-то работа. Этот же факт говорит нам о том, что электрическое поле обладает некоторой энергией.

На данном уроке мы более подробно рассмотрим, что же за работу совершает электрическое поле, от чего она зависит и придем к определению еще одной важной характеристики в электричестве — электрическому напряжению.

Работа тока

Сразу введем новое определение.

Работа тока — это работа, которую совершают силы электрического поля, создающего электрический ток.

В процессе этой работы энергия электрического тока переходит в другие различные виды энергии (механическую, внутреннюю и др.). Более подробно мы говорили об этом, когда рассматривали действия тока.

От чего зависит работа тока?

Логично предположить, что работа тока будет зависеть от того, какой заряд протекает по цепи за определенное время. То есть, работа тока будет зависеть от силы тока.

Проверим это на простом опыте. Соберем цепь, состоящую из ключа, источника тока, амперметра и подключенной к проводам натянутой никелевой проволоки (рисунок 1).

Используя один источник тока, в цепи была определенная сила тока. Проволока нагрелась.

Если же мы заменим источник тока, который даст нам большую силу тока, чем предыдущий, то заметим определенные изменения. Наша проволока нагревается намного сильнее. Вот вам наглядное доказательство того, что тепловое действие (а значит, и работа тока) проявляется сильнее с увеличением силы тока в цепи.

Но дело в том, что сила тока — не единственная характеристика, от которой зависит работа тока. Другая (и не менее важная) величина называется электрическим напряжением или просто напряжением.

Электрическое напряжение

Напряжение — это физическая величина, характеризующая электрическое поле.

Обозначается электрическое напряжение буквой $U$.

Давайте рассмотрим опыт, который наглядно нам покажет, как же эта величина может описать нам электрическое поле.

Соберем электрическую цепь, состоящую из ключа, источника тока, электрической лампы и амперметра. За источник тока возьмем небольшую батарейку (гальванический элемент), а электрическую лампу возьмем от карманного фонарика (рисунок 2).

А теперь соберем похожую цепь. Заменим лампочку от фонарика большой лампой для освещения помещений. Батарейку тоже заменим. Теперь источником тока у нас является городская осветительная сеть (рисунок 3).

Взгляните на показания амперметров в этих двух цепях. Они одинаковы!

Сила тока в цепях одинакова, но ведь большая лампа дает намного больше света и тепла, чем маленькая лампочка от фонарика. Вот здесь и появляется наша новая величина — напряжение.

Связь работы тока и напряжения

Проведенные нами опыты объясняются следующим.

При одинаковой силе тока работа тока на этих участках цепи при перемещении электрического заряда, равного $1 \space Кл$, различна.

Получается, что эта работа тока и определяет нашу новую физическую величину — электрическое напряжение.

Теперь мы может объяснить до конца наши опыты. Напряжение, которое создается батарейкой в первой цепи, меньше напряжение городской осветительной сети. Поэтому лампа, подключенная к сети, дает больше света и тепла. При этом сила тока в обеих цепях одинакова. Вся причина различий — в создаваемом напряжении.

Напряжение показывает, какую работу совершает электрическое поле при перемещении единичного положительного заряда из одной точки в другую.

Формула для расчета напряжения

Если мы знаем работу тока $A$ на рассматриваемом участке цепи и весь электрический заряд $q$, который прошел по нему, то мы можем рассчитать напряжение $U$. По физическому смыслу, мы определим работу тока при перемещении единичного электрического заряда.

Из этой формулы мы также будем использовать два ее следствия:

Это интересно: факты об электричестве и напряжении

Единица измерения напряжения

Если единица силы тока была названа в честь ученого, то и с единицей измерения напряжения у нас такая же история.

Она названа вольтом в честь итальянского ученого Алессандро Вольта (рисунок 4).

Рисунок 4. Алессандро Джузеппе Антонио Вольта (1745 — 1827) — итальянский физик, химик и физиолог, изобретатель гальванического элемента

Единица напряжения — это такое электрическое напряжение на концах проводника, при котором работа по перемещению электрического заряда в $1 \space Кл$ по этому проводнику равна $1 \space Дж$:
$1 \space В = 1 \frac<Дж><Кл>$.

Дольные и кратные единицы напряжения

Какие единицы напряжения, кроме вольта, применяют на практике? Это дольные и кратные единицы вольта: милливольт ($мВ$) и киловольт ($кВ$).

$1 \space мВ = 0.001 \space В$,
$1 \space кВ = 1000 \space В$.

Значение напряжения для некоторых устройств и природных явлений

В таблице 1 представлены для ознакомления некоторые значения напряжения.

Устройство	$U$, $В$
Гальванический элемент	1,25
Городская электросеть	220
Электролампы	20 — 250
Телевизор	100 — 600
Холодильник	150 — 600
Компьютер	400 — 750
Утюг	500 — 2000
Электромоторы	550 — 1700
Обогреватель	1000 — 2400
Кондиционер	1000 — 3000
Циркулярная пила	1800 — 2100
Насос высокого давления	2000 — 2900
Линии высоковольтной электропередачи (ЛЭП)	500 000
Разряд молнии	До 1 000 000

Таблица 1. Напряжение в некоторых технических устройствах и природе

Опасные и безопасные значения напряжения

Все знают, что большое (высокое) напряжение опасно для жизни. Проведем простую аналогию для лучшего понимания.

Например, напряжение между проводом высоковольтной линии передачи и землей составляет $100 \space 000 \space В$. Соединим этот провод с землей. Получается, что при прохождении по нему заряда всего в $1 \space Кл$ совершается работа в $100 \space 000 \space Дж$. Такая же работа будет совершена грузом массой $1000 \space кг$, если он упадет с высоты в $10 \space м$. Похожие разрушения, может вызывать высокое напряжение.

Обычно безопасным считают напряжение не более $42 \space В$. Такое напряжение создают, например, гальванические элементы.

Наверное, многие помнят, как в детстве родители запрещали засовывать пальцы в розетку. Да и разбирать самостоятельно лучше не стоит. Доверять такие работу лучше специалистам. Почему? Ток в такой сети идет от генераторов, и напряжение обычно составляет $220 \space В$. Такое напряжение может нанести существенный вред здоровью.

Примеры задач

Задача №1

При нормальном режиме работы тостера сила тока в его электрической цепи равна $6 \space А$. Напряжение в сети составляет $220 \space В$. Найдите работу электрического тока в цепи за $5 \space мин$.

Дано:
$t = 5 \space мин$
$I = 6 \space А$
$U = 220 \space В$

СИ:
$t = 300 \space с$

Показать решение и ответ

Решение:

Запишем формулу для определения напряжения и выразим из нее работу:
$U = \frac$,
$A = Uq$.

Как найти электрический заряд? Запишем формулу для расчет силы тока и выразим заряд из нее:
$I = \frac$,
$q = It$.

Подставим это в формулу для расчета работы электрического тока:
$A = Uq = UIt$.

Рассчитаем эту величину:

$A = 220 \space В \cdot 6 \space А \cdot 300 \space с = 396 \space 000 \space Дж = 396 \space кДж$.

Ответ: $A = 396 \space кДж$.

Задача №2

На рисунке 5 представлены графики зависимости работы электрического поля (тока) $A$ от перемещаемого заряда $q$ по двум проводникам. Используя график, вычислите напряжение между концами каждого проводника.

На графике выберем удобные для нас точки с точными значениями заряда и работы. Для графика $I$ выберем точку со значениями $q = 0.35 \space Кл$ и $A = 70 \space Дж$. Для графика $II$: $q = 0.35 \space Кл$ и $A = 40 \space Дж$. Запишем условие задачи и решим ее.

Дано:
$q_1 = q_2 = 0.35 \space Кл$
$A_1 = 70 \space Дж$
$A_2 = 40 \space Дж$

Показать решение и ответ

Решение:

Рассчитывать напряжения для данных проводников будем по формуле $U = \frac$.

Ответ: $U_1 = 200 \space В$, $U_2 \approx 114 \space В$.

Закон Ома простыми словами и как его быстро понять?

Закон Ома был придуман… (как Вы думаете кем?). Правильно! Этот закон является основой такого раздела физики как электричество. Основными физическими величинами в разделе “Электричество” являются напряжение, сопротивление и сила тока.

Электрический ток – это то явление, без которого невозможно заставить даже лампочку светиться, не говоря о компьютерах, телефонах и прочей электронике. “Ток – это то, что течет по проводам” (Цитата одного знакомого школьника). И ведь с этим не поспоришь. Ток представляет собой направленное движение заряженных частиц (в основном электронов, если рассматривать металлический проводник, из которого делают провода). Чтобы измерить величину тока ввели понятие “силы тока”, но, несмотря на название, это не сила (которая в Ньютонах), а количество заряженных частиц, которые проходят через поперечное сечение проводника за одну секунду. Поэтому формула для силы тока: I = q/t, измеряется в Амперах. В этой формуле q – заряд, проходящий через проводник (измеряется в Кулонах), t – время, за которое этот заряд прошел (измеряется в секундах).

Напряжение – с физической точки зрения – это работа, которая тратится для перемещения заряда от одного конца проводника к другому. Измеряется оно в Вольтах (220 Вольт в розетке, запомните как ассоциацию). Формула выглядит так: U = A/q. В этой формуле A – работа по перемещению заряда (в Джоулях), q – заряд, который был перемещен (измеряется в Кулонах). Простыми словами, напряжение – это то, что заставляет ток течь по проводам в нужную сторону.

И, наконец, сопротивление – это особенность материала, из которого сделан проводник, которая затрудняет прохождение по нему электрического тока (заряженных частиц, то есть электронов). Наибольшим сопротивлением обладают материалы, которые не проводят ток (логично!), например резина или дерево, а наименьшим сопротивлением обладают металлы (поэтому из них делают провода). Есть еще материалы, в которых вообще отсутствует электрическое сопротивление, их называют сверхпроводники. Еще сопротивление зависит от геометрических размеров проводника (его длины и площади поперечного сечения). Чем больше длина, тем больше сопротивление, чем меньше толщина (площадь поперечного сечения), тем сопротивление, также, меньше. Если записать в виде формулы, то получим: R = ρ*l/S, сопротивление измеряется в Омах (ρ – удельное сопротивление материала проводника, l – длина проводника, S – площадь поперечного сечения).

Таким образом, мы имеем следующее: напряжение толкает электроны по проводам, а сопротивление мешает ему это сделать. Мы как раз разобрали суть закона Ома. Сила тока будет большая, если будет большое напряжение, а, если будет большое сопротивление, то сила тока, соответственно, будет маленькая. А в виде формулы это выглядит так: I = U/R. Это и есть закон Ома.