Электрический утюг разогрелся за 2 мин от сети с напряжением 220

t = 2 мин = 120 с.

U = 220 В.

I = 1 А.

q = 1,6 *10^-19 Кл.

N - ?

Q - ?

Сообразно закону Джоуля-Ленца количество теплоты Q в проводнике определяется формулой: Q = I *U *t, где I - сила тока в проводнике, U - напряжение на концах проводника, t - время прохождения электрического тока.

Q = 1 А *220 В * 120 с = 26400 Дж.

Сообразно определению, сила тока определяется формулой: I = Q/t, где Q - электронный заряд, который прошел через поперечное сечение проводника, t - время прохождения заряда.

Q = N *q .

I = N *q/t.

N = I *t /q.

N = 1 А * 120 с/ 1,6 *10^-19 Кл = 75 *10^19.

Ответ: выделится Q = 26400 Дж термический энергии, пройдет N = 75 *10^19 электронов.

При решении данной задачки на термическое действие электронного тока нужно учитывать такие связи физических величин:

1. определение силы тока, как скорости протекания электронного заряда;
2. связи протекающего заряда со значением простого носителя заряда;
3. выделения термический энергии за счёт работы электронного тока.

Условие задачки

Из условия задачки знаменито, что электронный утюг разогрелся за время t = 2 мин = 120 с (сразу переводим единицы измерения физических величин в систему СИ) от сети с напряжением U = 220 В при силе тока I = 1 А.

Чтоб высчитать, сколько электронов проводимости N прошло за это время t через поперечное сечение провода нагревательного элемента, нужно дополнительно отыскать в справочнике значение заряда, переносимого одним электроном: е = 1,6 10^(-19) Кл. 

Расчёт числа электронов

Из определения силы тока следует, что I = q/t, где I сила тока, создаваемая зарядом q, протекающим через поперечное сечение провода за время t, тогда q = I t. С другой стороны, так как носителями тока являются электроны, то q = N е. получаем, что I t = N е либо N = I t/е. Подставим значения физических величин в расчётную формулу и найдём число электронов проводимости, прошедших за данное время через поперечное сечение провода нагревательного элемента:

N = 1 120/1,6 10^(-19);

N = 7,5 10^(20).

Расчёт выделившейся энергии

Термическая энергия в утюге Q выделяется за счёт работы А электронного тока. Если не говорится о утратах энергии, то Q А. Работа силы тока рассчитывается по формуле А = I U t, тогда:

А = 1 220 120;

А = 26400 Дж = 26,4 кДж.

Ответ: число электронов проводимости, прошедших через поперечное сечение провода нагревательного элемента утюга сочиняет 7,5 10^(20) единиц; при этом выделилась энергия 26,4 кДж.