Какое количество теплоты выделится в резисторе
Перейти к содержимому

Какое количество теплоты выделится в резисторе

  • автор:

Расчет количества теплоты на резисторах

scbiinfrastruktura.ru

Резисторы являются одним из основных элементов электрической схемы и используются для управления током в проводнике. Они также могут генерировать теплоту, которая является естественным побочным эффектом электрического тока. Для правильного проектирования электрических схем и предотвращения перегрева резисторов необходимо расчитать количество теплоты, которое они могут выделять.

Расчет количества теплоты на резисторах основан на законе Джоуля-Ленца. Согласно этому закону, мощность выделяемой теплоты на резисторе прямо пропорциональна квадрату силы тока, проходящего через резистор, и сопротивлению резистора. Математически этот закон выражается следующей формулой:

где Q — количество теплоты в джоулях, I — сила тока в амперах, R — сопротивление резистора в омах, и t — время в секундах. Полученное значение Q позволяет оценить, насколько резистор нагревается и потенциально может свернуться.

В представленной статье будут приведены примеры расчета теплоты на резисторах. Важно помнить, что расчеты требуют знания значений силы тока, сопротивления резистора и времени. Эти данные могут быть получены из электрической схемы или экспериментально. Детальный анализ примеров расчета поможет понять, как влияют данные параметры на количество выделяемой теплоты и определить необходимые меры для обеспечения безопасной работы резистора.

Физическая суть явления

Тепловыделение на резисторах основано на физической сути явления, называемого эффектом Джоуля. Суть эффекта Джоуля заключается в том, что при прохождении электрического тока через проводник или резистор, часть энергии электрического поля превращается в тепловую энергию.

При прохождении тока через резисторы электроны, двигаясь по проводнику, сталкиваются со свободными атомами (или молекулами) материала резистора. В результате этих столкновений происходит передача импульса и энергии электронов атомам (молекулам), что приводит к возникновению тепла. Чем больше сопротивление резистора, тем больше энергии будет потрачено на преобразование электрической энергии в тепловую.

Суть данного явления можно также пояснить на микроскопическом уровне. В кристаллической решетке резистора атомы или молекулы имеют определенную свободу движения, но под воздействием электрического поля они начинают колебаться и передавать энергию друг другу. Колебания атомов (молекул) вызывают трения, что приводит к тепловому движению и нагреву резистора.

Таким образом, физическая суть явления заключается в преобразовании энергии электрического поля в тепловую энергию из-за столкновений электронов с атомами (молекулами) резистора.

Особенности расчета

Расчет количества теплоты, выделяющейся на резисторах, имеет свои особенности, которые необходимо учитывать при проведении данного расчета.

1. Зависимость от сопротивления

Количество выделяющейся теплоты на резисторе прямо пропорционально его сопротивлению. Чем больше сопротивление, тем больше теплоты выделяется. Поэтому при выборе резисторов для конкретной цепи необходимо учитывать значения сопротивлений и их влияние на тепловые процессы.

2. Учет падения напряжения

При расчете теплоты на резисторах необходимо учитывать падение напряжения на каждом из них. Это связано с тем, что падение напряжения на резисторах приводит к уменьшению мощности и, соответственно, к уменьшению выделяющейся теплоты.

3. Коэффициент теплового сопротивления

Для более точного расчета теплоты на резисторах необходимо учитывать коэффициент теплового сопротивления, который определяет способность резистора отводить тепло. Чем больше коэффициент теплового сопротивления, тем больше теплоты будет задерживаться на резисторе.

Учет всех указанных особенностей позволяет провести достоверный расчет количества теплоты на резисторах, что является важным при выборе и эксплуатации электронных устройств.

Формула для расчета количества теплоты

Количество теплоты, выделяемое на резисторе, может быть рассчитано с помощью следующей формулы:

  • Q — количество теплоты, выделяемое на резисторе, измеряется в джоулях (Дж);
  • I — сила тока, протекающего через резистор, измеряется в амперах (А);
  • R — сопротивление резистора, измеряется в омах (Ω);
  • t — время, в течение которого протекает ток через резистор, измеряется в секундах (с).

Применение данной формулы позволяет определить количество теплоты, которое выделяется на резисторе при заданных условиях, таких как сила тока, сопротивление резистора и время.

Для лучшего понимания формулы давайте рассмотрим пример:

Сила тока (I) Сопротивление (R) Время (t) Количество теплоты (Q)
5 А 10 Ω 2 с 200 Дж
2 А 20 Ω 5 с 400 Дж
8 А 5 Ω 3 с 960 Дж

В приведенных примерах мы можем видеть, как изменение силы тока, сопротивления резистора и времени влияет на количество теплоты, выделяющейся на резисторе.

Примеры расчета

Давайте рассмотрим несколько примеров расчета количества теплоты на резисторах.

Пример 1:

Рассмотрим резистор с сопротивлением 100 Ом, который подключен к источнику постоянного напряжения 12 В. Найдем количество теплоты, выделяющееся на резисторе за 1 секунду.

Для начала нужно найти силу тока, протекающего через резистор. Для этого воспользуемся законом Ома:

где I — сила тока, U — напряжение, R — сопротивление.

Подставляем известные значения:

I = 12 В / 100 Ом = 0.12 А

Теперь можем найти количество теплоты, используя формулу:

где Q — количество теплоты, I — сила тока, R — сопротивление, t — время.

Q = (0.12 А) 2 * 100 Ом * 1 сек = 0.0144 Дж

Таким образом, на резисторе выделяется 0.0144 Дж теплоты за 1 секунду.

Пример 2:

Предположим, что у нас есть 2 параллельно соединенных резистора с сопротивлениями 200 Ом и 300 Ом, которые подключены к источнику переменного напряжения с амплитудой 10 В и частотой 50 Гц. Найдем количество теплоты, выделяющееся на каждом резисторе за 1 секунду.

Для начала нужно найти силу тока, протекающего через каждый резистор. Для этого воспользуемся законом Ома:

где I — сила тока, U — напряжение, R — сопротивление.

Подставляем известные значения:

I1 = 10 В / 200 Ом = 0.05 А

I2 = 10 В / 300 Ом = 0.0333 А

Теперь можем найти количество теплоты на каждом резисторе, используя формулу:

Q1 = (0.05 А) 2 * 200 Ом * 1 сек = 0.05 Дж

Q2 = (0.0333 А) 2 * 300 Ом * 1 сек = 0.0333 Дж

Таким образом, на первом резисторе выделяется 0.05 Дж теплоты за 1 секунду, а на втором резисторе — 0.0333 Дж теплоты за 1 секунду.

Срочно нужна помощь по физике. Пожалуйста помогите .

Три резистора имеют одинаковые сопротивления. Минимальное сопротивление участка цепи, который включает все эти три резистора, равно Rmin=5 Ом. Какое количество теплоты Q выделится в одном таком резисторе за время t=10 мин при протекании через него тока силой I=3 А? Ответ выразить в кДж, округлив до десятых. Сопротивлением источника и соединительных проводов пренебречь.

Голосование за лучший ответ

R₁=R₂=R₃=15 Ом;
Q₁=I₁²*R₁*t=81000 Дж=81 кДж.

Какое количество теплоты выделится в резисторе

«ГЗМ» курс за 1 месяц до ЕГЭ

«ГЗМ» курс за 1 месяц для 10 класса

Мини-щелчок ЕГЭ 2024

Обществознание с HISTRUCTOR

История с HISTRUCTOR

Математика с математиком МГУ

Учебный год 24/25

Подготовка к ЕГЭ-2025

Подготовка 10 класс — 2025

  • Главная
  • Каталог задач
  • Каталог заданий по ЕГЭ — Физика
  • Энергетический подход в электрических цепях
  • Задача # 14277

Тема . №25 Электродинамика (Расчетная задача высокого уровня сложности)
.04 Энергетический подход в электрических цепях
Вспоминай формулы по каждой теме
Решай новые задачи каждый день
Вдумчиво разбирай решения
ШКОЛКОВО.
Готовиться с нами — ЛЕГКО!
Подтемы раздела №25 электродинамика (расчетная задача высокого уровня сложности)
Решаем задачу:

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1 # 14277

В цепи, показанной на рисунке, ёмкости конденсаторов равны мкФ и . Конденсатор ёмкостью заряжен до напряжения В, конденсатор ёмкостью не заряжен. Какое количество теплоты выделится в резисторе после замыкания ключа?

PIC

Показать ответ и решение

Количество теплоты будет равно

где – начальное количество энергии, – конечное количество энергии в цепи
Вначале у нас будет энергия только на конденсаторе , она равна

В конце будут заряжены два конденсатора, причем их напряжение будет одинаково.

Аналогично формуле (2) заряды в конце на этих двух конденсаторах равны

Кроме того, у нас в цепи сохраняется заряд, а это значит, что

Объединяя (1), (2), (3) и (4), получим

Критерии оценки

3 балла ставится если:

_________________________________________________________________________________________________________________
Приведено полное решение, включающее следующие элементы:
I) записаны положения теории и физические законы, закономерности, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом (в данном случае: формула для заряда конденсатора, закон сохранения заряда, выражение для энергии конденсатора, ёмкость параллельно соединённых конденсаторов, закон сохранения энергии );
II) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения физических величин ( за исключением обозначений констант, указанных в варианте КИМ, обозначений, используемых в условии задачи, и стандартных обозначений величин, используемых при написании физических законов );
III) представлены необходимые математические преобразования и расчёты (подстановка числовых данных в конечную формулу), приводящие к правильному числовому ответу (допускается решение «по частям» с промежуточными вычислениями);
IV) представлен правильный ответ с указанием единиц измерения искомой величины

2 балла ставится если:

_________________________________________________________________________________________________________________
Правильно записаны все необходимые положения теории, физические законы, закономерности, и проведены необходимые преобразования, но имеется один или несколько из следующих недостатков.
Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном объёме или отсутствуют.

В решении имеются лишние записи, не входящие в решение (возможно, неверные), которые не отделены от решения и не зачёркнуты.

В необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущены ошибки, и (или) в математических преобразованиях/ вычислениях пропущены логически важные шаги.

Отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка (в том числе в записи единиц измерения величины)

1 балл ставится если:

_________________________________________________________________________________________________________________
Представлены записи, соответствующие одному из следующих случаев.
Представлены только положения и формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо для решения данной задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи.

В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая для решения данной задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи.

В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения данной задачи (или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи

Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла

Нужна консультация? Задайте нам вопрос в чате.

. 25 баллов.
Три резистора имеют одинаковые сопротивления. Минимальное сопротивление участка цепи, который включает все эти три резистора, равно =5Ом
Какое количество теплоты Q выделится в одном таком резисторе за время мин при протекании через него тока силой А
Ответ выразить в кДж округлив до десятых. Сопротивлением источника и соединительных проводов пренебречь.

Минимально воз­мож­ное со­про­тив­ле­ние участ­ка цепи, ко­то­рый вклю­ча­ет три резистора, до­сти­га­ет­ся при па­рал­лель­ном вклю­че­нии этих резисторов. Ис­поль­зуя фор­му­лу для па­рал­лель­но­го со­еди­не­ния сопротивлений, получаем: 1/Rmin=1/R+1/R+1/R=3/R, то есть Rmin=R/3 от­ку­да R=15 Ом Со­глас­но за­ко­ну Джоуля–Ленца, Q=I²Rt=3²*15*600=81000Дж=81кДж

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *