Закон Джоуля — Ленца

Количество теплоты, выделяемое током, Q = I^2 Rt. Здесь Q — теплота, Дж; I — сила тока, А; R — сопротивление, Ом; t — время, с. Другие формы: Q = UIt = (U^2)/Rt.

Закон Джоуля — Ленца Q = I²Rt: величины и единицы

Величины в законе Джоуля — Ленца: обозначение, единица СИ и как её найти
ВеличинаОбозначениеЕдиница СИКак найти
Количество теплотыQДжQ = I^2 Rt
Сила токаIАI = √(Q/(Rt))
СопротивлениеRОмR = Q/(I^2 t)
Времяtсt = Q/(I^2 R)
НапряжениеUВQ = (U^2)/Rt

Время — в секундах: 5 мин = 300 с. Если ответ нужен в кДж, разделите джоули на 1000.

Сможешь без таблицы? 3 вопроса

Закон Джоуля — Ленца: от простых к трудным. Теплота тока по трём формулам, соединения проводников и нагрев воды.

Контрольная по этой теме скоро?

10 заданий и шпаргалка: Миша соберёт прогон по теме и карточки на утро.

Готовиться к контрольной

В 10–11 классе? Это задание 11 ЕГЭ

Закон Джоуля — Ленца Q = I²Rt: величины и единицы
Закон Джоуля — Ленца Q = I²Rt: величины и единицы — neuromisha.ruСохранить картинку

Как применять закон Джоуля — Ленца?

Закон Джоуля — Ленца: количество теплоты, выделяемое током в проводнике, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления и времени: Q = I^2 Rt. Здесь Q — теплота в джоулях, I — сила тока в амперах, R — сопротивление в омах, t — время в секундах. Через напряжение Q = UIt = U^2 t/R. Ниже — соединения, нагреватели и задачи.

Скачать PDFА4, 1 лист, 199 КБ: таблица для печати и QR-код на эту страницуПолучить в TelegramПришлю эту таблицу в PDF — и, если захочешь, напомню повторить через 3 дня

Обновлено · Физика · физика 8 и 10 классов; кодификатор ЕГЭ по физике

Формулы закона Джоуля — Ленца

Количество теплоты, выделяемое током, в разных формах и для соединений проводников
ЧтоФормулаПояснение
Закон Джоуля — ЛенцаQ = I^2 Rtосновная форма
Через напряжение и токQ = UItдля участка без двигателей и аккумуляторов равна работе тока
Через напряжение и сопротивлениеQ = (U^2)/Rtудобно, когда напряжение задано (сеть 220 В)
Тепловая мощностьP = I^2 R = (U^2)/Rтеплота за 1 с
Последовательное соединение(Q_1)/(Q_2) = (R_1)/(R_2)больше греется проводник с большим сопротивлением
Параллельное соединение(Q_1)/(Q_2) = (R_2)/(R_1)больше греется проводник с меньшим сопротивлением
Нагрев воды токомηUIt = cm(t_2 − t_1)η — КПД нагревателя
Плавление вещества токомηI^2 Rt = λmλ — удельная теплота плавления
Энергия в киловатт-часахQ = Pt, 1 кВт · ч = 3,6 · 10^6 Джпо счётчику электроэнергии

Что говорит закон Джоуля — Ленца?

Ток нагревает проводник: электроны, двигаясь, сталкиваются с ионами решётки и передают им энергию. Количество выделившейся теплоты растёт пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению и времени. Закон независимо друг от друга установили английский физик Дж. Джоуль и российский академик Э. Х. Ленц в 1841–1842 годах.

На законе Джоуля — Ленца работают электрочайники, утюги, обогреватели, лампы накаливания и плавкие предохранители. Он же объясняет потери в линиях электропередачи: чтобы уменьшить нагрев проводов, электроэнергию передают при высоком напряжении и малом токе.

Какую формулу выбрать: I²Rt или U²t/R?

Все три формы равноценны, если выполняется закон Ома. При последовательном соединении ток общий — удобнее Q = I^2 Rt, и больше тепла выделяется на большем сопротивлении. При параллельном соединении общее напряжение — удобнее Q = U^2 t/R, и больше тепла выделяется на меньшем сопротивлении. Отсюда «парадокс»: при одном и том же напряжении сети спираль с меньшим сопротивлением греет сильнее.

Примеры задач на закон Джоуля — Ленца

Пример 1. Утюг сопротивлением 48,4 Ом включён в сеть 220 В на 10 мин. Q = 220^2 · 600 / 48,4 = 48 400 · 600 / 48,4 = 600 000 Дж = 600 кДж.

Пример 2. Какой ток течёт через резистор 5 Ом, если за 20 с в нём выделилось 400 Дж? I^2 = Q/(Rt) = 400 / 100 = 4, I = 2 А.

Пример 3. Электрочайник мощностью 2 кВт с КПД 84 % нагревает 1,5 кг воды от 20 до 100 °C. Нужна теплота 4200 · 1,5 · 80 = 504 000 Дж, затраченная энергия 504 000 / 0,84 = 600 000 Дж, время 600 000 / 2000 = 300 с = 5 мин.

Какие ошибки делают в задачах на закон Джоуля — Ленца?

  • Забывают возвести силу тока в квадрат.
  • Подставляют время в минутах.
  • При параллельном соединении считают, что больше греется резистор с большим сопротивлением.
  • Применяют Q = UIt к электродвигателю: там часть работы тока уходит в механическую, и теплота меньше.

В каком классе проходят закон Джоуля — Ленца?

Нагревание проводников током и закон Джоуля — Ленца проходят в 8 классе вместе с работой и мощностью тока, лампой накаливания и предохранителями. В 10 классе закон повторяют в разделе о постоянном токе. На ЕГЭ он входит в задание 11 и в расчётные задачи 23 и 25.

Задача ЕГЭ по этой таблице

Задание 11 ЕГЭ по физике. Известны ток, сопротивление и время — прямо формула Q = I^{2}Rt. Время переведите в секунды, ответ — в кДж.

  1. Задание 11 ЕГЭ

    Через нагреватель сопротивлением 20 Ом течёт постоянный ток силой 2 А. Определите количество теплоты, выделившееся в нагревателе за 5 мин. Ответ дайте в кДж.

    Показать ответ

Задание дня ЕГЭ — каждый день одно новое: решить сегодняшнее · напоминание в Telegram раз в день

Как это спрашивают на ЕГЭ и ОГЭ?

Закон Джоуля — Ленца — формула задания 11 ЕГЭ (теплота и мощность в резисторе). Как меняется выделяемая теплота при перестройке цепи — задания 14 и 15; в задаче 25 теплота выделяется при разрядке конденсатора через резистор.

Теория по теме:

Потренироваться на заданиях

Таблица помогает найти ответ, тренажёр — научиться находить его самому. В кабинете НейроМиши задания ЕГЭ с проверкой и разбором ошибки. Начать можно без регистрации.

Задачи по теме — с проверкой Разбор заданий ЕГЭ по физике

Вопросы и ответы

Как звучит закон Джоуля — Ленца?

Количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени прохождения тока: Q = I^2 Rt.

Кто открыл закон Джоуля — Ленца?

Английский физик Джеймс Джоуль и российский академик Эмилий Христианович Ленц, независимо друг от друга, в 1841–1842 годах. Поэтому закон носит оба имени.

Почему спираль плитки раскаляется, а провода к ней — нет?

Ток в спирали и в проводах один (соединение последовательное), а сопротивление спирали из нихрома намного больше, чем у медных проводов. По закону Q = I^2 Rt почти вся теплота выделяется в спирали.

Чем закон Джоуля — Ленца отличается от закона Ома?

Закон Ома связывает ток, напряжение и сопротивление: I = U/R. Закон Джоуля — Ленца говорит, сколько теплоты выделит этот ток. Вместе они дают Q = UIt = U^2 t/R.

Источники

  • Физика. 8 класс: учебник А. В. Перышкина (М.: Просвещение) — нагревание проводников электрическим током, закон Джоуля — Ленца
  • Физика. 10 класс: учебник Г. Я. Мякишева, Б. Б. Буховцева, Н. Н. Сотского (М.: Просвещение) — работа и мощность постоянного тока, закон Джоуля — Ленца
  • ФИПИ: кодификатор и спецификация ЕГЭ по физике — законы постоянного тока; задания 11, 14, 15 и 25

Другие справочные таблицы

Все таблицы по физике · все таблицы раздела