Лампа накаливания - ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

Цели урока:

Познакомить учащихся с историей создания лампы накаливания. Проверить на практике справедливость закона Джоуля-Ленца.

Оборудование (для кратковременной лабораторной работы):

Нагревательная спираль, калориметр, термометр, мензурка с водой, амперметр, вольтметр, источник тока на 4 В, ключ, часы с секундомером, соединительные провода.

Ход урока

I. Повторение. Проверка домашнего задания

- Как находится работа электрического тока?

- По какой формуле находится мощность тока?

- С помощью какого прибора измеряют работу тока? Какая единица работы при этом используется?

- Почему проводник, по которому течет ток, нагревается?

- Сформулируйте закон Джоуля-Ленца.

- Каково назначение предохранителей?

- Расскажите об устройстве и принципе действия плавких предохранителей.

II. Самостоятельная работа

Вариант I

1. Мощность тока в электрической лампе - 60 Вт. Что означает это число? Каков расход энергии в электрической лампе, включенной на 20 с? (Ответ: 1200 Дж.)

2. Определить мощность тока в электрической плитке при напряжении 120 В, если сила тока в спирали 5 А. (Ответ: 600 Вт.)

3. Куда надо передвинуть ползунок реостата в цепи, чтобы увеличить яркость горения лампы (рис. 157)? (Ответ: передвинуть влево.)

Рис. 157

Вариант II

1. Определите мощность тока в электрической лампе при напряжении 220 В, если сила тока в спирали 0,5 А. (Ответ: 110 Вт.)

2. Мощность электроплитки - 600 Вт. Что означает это число? Определите энергию, потребляемую электроплиткой за каждые 10 с. (Ответ: 6000 Дж.)

3. Какая из двух ламп горит ярче (рис. 158)? (Ответ: первая.)

III. Кратковременная лабораторная работа

Указания к работе:

1. Соберите цепь согласно схеме (рис. 159).

Замкнув ключ на короткое время, убедитесь, что амперметр и вольтметр показывают силу тока и напряжение на нагревателе. Спираль лучше взять из школьного оборудования: она закрепляется на крышке калориметра и закрыта пластмассовой решеткой, предохраняющей от контакта с алюминиевым стаканом калориметра.

2. Налейте в калориметр 100 г воды и убедитесь, что нагревательная спираль покрывается водой при ее установке в калориметр. Измерьте начальную температуру воды t₁.

3. Установите спираль в калориметр, включите ток и засеките время. В ходе нагревания воды (около 5 мин) снимите показания вольтметра U и амперметра I.

После окончания нагревания отключите ток, перемешайте воду спиралью и измерьте температуру воды в калориметре (t₂).

Занесите все данные в таблицу:

№	m, гр	I, А	U, В	t, с	t1, °С	t1, °С	Q1, Дж	Q2, Дж
1
2
3

4. Повторите опыт, изменив время нагревания, каждый раз заменяя воду и давая остыть нагревателю до комнатной температуры. Время нагревания следует подобрать так, чтобы температура воды повышалась на 5-10 °С.

5. Рассчитайте количество теплоты Q₁ = IUt, выделившейся на нагревателе (по закону Джоуля-Ленца) и Q₂ = cm(t₂ – t₁), затраченной на нагревание воды.

6. Оцените погрешности измерений и сделайте вывод о выполнении закона Джоуля-Ленца в нашем эксперименте. В случае большой погрешности объясните возможную причину отклонений.

III. Новый материал

Начало применения электричества для освещения относится к 60-м годам 19-го столетия, когда дуговая лампа (т. е. электрическая дуга) была установлена на маяках. Но применение этих ламп встречало большие трудности. Дело в том, что дуговую лампу нужно было непрерывно регулировать, так как концы угольных электродов сгорали, расстояние между ними увеличивалось, в результате этого цепь разрывалась и дуга затухала.

Русский изобретатель Павел Николаевич Яблочков (1847-1894) много думал над усовершенствованием таких дуговых ламп и пришел к новому и оригинальному решению этой проблемы.

Вместо обычного расположения угольных электродов в дуговой лампе, при котором расстояние между ними менялось по мере их сгорания, Яблочков расположил их параллельно рядом, а между ними поместил изолирующую прокладку, которая сгорала вместе с углем. Эта конструкция получила название свечи Яблочкова. В 1876 году Яблочков взял патент на свое изобретение, и оно быстро получило распространение. «Русский свет» (так называли изобретение Яблочкова) засиял на улицах, площадях, в помещениях многих городов Европы, Америки и даже Азии. «Из Парижа, — писал Яблочков, - электрическое освещение распространилось по всему миру, дойдя до дворца шаха Персидского и до дворца короля Камбоджи».

С начала 80-х годов появилась лампа накаливания. Первым изобретателем лампы накаливания был русский инженер А. Н. Лодыгин (1847-1923). Одна из конструкций лампы Лодыгина представляла собой стеклянный баллон, внутри которого в вакууме между двумя медными стержнями помещался угольный стержень.

Уже в 1873 г. Лодыгин демонстрировал освещение своими лампами одной из улиц Петербурга. В 1874 г. Лодыгин получил за свое изобретение Ломоносовскую премию Академии наук.

В 1879 г. американский изобретатель Эдисон создал удачную конструкцию лампы накаливания, и вскоре она получила распространение во всем мире.

Использование электричества для связи, в качестве движущей силы, для освещения явилось стимулом создания электрических генераторов, изобретения трансформаторов и т. д.

Появившаяся вместе с этим новая область техники - электротехника во второй половине XIX века приобрела важное практическое значение.

Все убыстряющееся развитие электротехники приводит к необходимости совершенствования измерительной аппаратуры. Конструируются и непрерывно совершенствуются гальванометры, амперметры, вольтметры, магазины сопротивлений, конденсаторы и т. д.

IV. Закрепление изученного

- Как устроена современная лампа накаливания?

- Из какого материала изготавливают проволоки для спиралей ламп?

- Зачем баллон современных ламп накаливания наполняют инертным газом?

- Как устроен патрон для включения лампы накаливания в сеть?

- На какие напряжения рассчитаны лампы накаливания, выпускаемые нашей промышленностью?

- Назовите первых изобретателей электрического освещения с помощью ламп накаливания.

V. Решение задач

За какое время в спирали сопротивлением 40 Ом при силе тока 3 А выделится 10,8 кДж теплоты?

Задача 1

Задача 2

Определить мощность электрического чайника, если в нем за 20 мин нагревается 1,43 кг воды от 20 °С до 100 °С? (Ответ: Р = 400 Вт.)

Задача 3

Определить мощность, потребляемую третьей лампой (рис. 160), если амперметр показывает 3 А, R₁ = 10 Ом, R₂ = 15 Oм, R₃ = 4 Oм.

Задача 4

Какой длины надо взять никелиновый проводник сечением 0,2 мм², чтобы изготовить спираль плитки мощностью 600 Вт и рассчитанной на напряжение 120 В?

Задача 5

Кипятильник нагревает 1,2 л воды от 12 °С до кипения за 10 мин. Определите ток, потребляемый кипятильником, если U = 220 В, а КПД кипятильника 90%.

Дано:

Решение:

Количество теплоты, получаемое водой:

Количество теплоты, выделяемое кипятильником:

Приравняв, получим: откуда:

Ответ: I = 3,73 А

Задача 6

Найти мощность, потребляемую четвертой лампой (рис. 161), если амперметр показывает 6 А, R₁ = 9 Ом, R₂ = 6 Ом, R₃ = 8 Ом, R₄ = 2 Ом.

Домашнее задание

1. § 20;

2. Задачи по сборнику задач по физике (В. И. Лукашик, Е. В. Иванова): № 1446, 1449, 1453.