Измерение работы электрического тока

A = U·I·Δt, Δt = t₂ − t₁

Цель работы

Измерить работу электрического тока и экспериментально установить её зависимость от времени, напряжения и силы тока.

Теоретические сведения

Работа электрического тока

При движении зарядов электрическое поле передаёт энергию участку цепи. Если напряжение и сила тока постоянны, работа за выбранный промежуток равна:

A = U \cdot I \cdot Δ t

$A$ — работа электрического тока (Дж);
$U$ — напряжение на нагрузке (В);
$I$ — сила тока через неё (А);
$Δ t$ — длительность прохождения тока (с).

Работа и показание счётчика

Счётчик энергии показывает накопленную с начала опыта работу. Для интервала между двумя измерениями вычисляют разность его показаний:

Δ A = A_{2} - A_{1}, Δ t = t_{2} - t_{1}

При постоянных напряжении и токе график накопленной энергии от времени — прямая. Её наклон равен мощности $P = U I$ .

Условия сравнения

В одной серии сохраняют напряжение и нагрузку, а время и прирост энергии берут за один и тот же интервал. Формула с постоянными $U$ и $I$ неприменима к целому интервалу, внутри которого эти величины менялись. В модели приборы идеальные; для резистора переданная энергия превращается во внутреннюю, но изменение его температуры и сопротивления не моделируется.

Подготавливаем формулы…

Порядок работы

Выберите «Резистор 1», установите напряжение источника $4 В$ и длительность опыта $20 с$ .
Нажмите «Старт». Во время опыта запишите не менее четырёх измерений кнопкой «Измерить» или включите автоизмерение. Наблюдайте за амперметром, вольтметром, секундомером и счётчиком энергии.
После окончания опыта постройте график зависимости работы тока $A$ от времени $t$ . Проверьте, располагаются ли точки вдоль прямой.
Для каждой строки самостоятельно вычислите $A_{расч} = U I t$ и сравните результат с показанием счётчика $A_{сч}$ .
Сбросьте опыт, не меняя нагрузку и напряжение. Установите другую длительность и повторите измерения. Сравните работу за разные промежутки времени.
Проведите ещё две серии: сначала измените напряжение при прежней нагрузке, затем выберите другую нагрузку. Каждый раз после изменения условий запускайте новый опыт.
Сравните, как скорость роста показания счётчика связана с напряжением и силой тока. Сформулируйте вывод о работе электрического тока.

Подготавливаем формулы…

Эксперимент

Таблица измерений

Записей: 0

Результаты измерений эксперимента
№	U, В	I, А	t, с	E, Дж	№	№	№	№	№	l, м	S, мм²	№	Действия

Пока нет измерений

Нажмите «Измерить» в эксперименте.

График

Ось XОсь Y₁Ось Y₂Вид графика

График появится после измерений

Ответ

Выберите резистор 1, напряжение 4 В и длительность 20 с. Измерьте ток и показание счётчика к концу опыта. Какую работу совершил ток за 20 с? Ответ в джоулях до целых.

Вопрос для размышления

Почему счётчик энергии продолжает накапливать показание, когда напряжение и ток постоянны?