Работа и мощность электрического тока.
Закон Джоуля-Ленца

Опорный конспект по физике в 8 классе по темам «Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца. Электрические цепи и потребители электрической энергии в быту. Короткое замыкание». Обновлен 18.08.2026 г. Вернуться к Списку конспектов по физике

Проверяемые элементы содержания (ПЭС):
👉 ФОП ООО: 7.12. Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца. 7.13. Электрические цепи и потребители электрической энергии в быту. Короткое замыкание.
👉 ОГЭ:  3.10 Работа и мощность электрического тока. 3.11 Закон Джоуля-Ленца

✅ Смотрите также:

• ЗАДАЧИ на Работу электрического тока
• ЗАДАЧИ на Мощность электрического тока
• ЗАДАЧИ на Закон Джоуля-Ленца

Переходим к самой практичной теме в электричестве — работе и мощности тока. Это тема, с которой вы сталкиваетесь каждый день, когда смотрите на счёт за электроэнергию или выбираете лампочку. Разберемся, как «считать» электричество, почему провода греются и как спасают предохранители.

Работа электрического тока (Энергия, которую мы тратим)

Когда ток течет по проводнику, электрическое поле совершает работу по перемещению зарядов. Эта работа превращается в другие виды энергии: тепловую (нагрев), механическую (движение двигателя), световую (свечение лампы).
📌 Работа электрического тока (\( A \)) — это физическая величина, равная произведению напряжения, силы тока и времени.
Формула:

\( A = U \cdot I \cdot t \)

• \( A \) — работа тока (Джоули, Дж)
• \( U \) — напряжение (Вольты, В)
• \( I \) — сила тока (Амперы, А)
• \( t \) — время (секунды, с)

Альтернативные формы.  Используя закон Ома (\( U = I \cdot R \)), можно записать:

\( A = I^2 \cdot R \cdot t \)

(удобно, когда известны \( I \) и \( R \))

\( A = \frac{U^2}{R} \cdot t \)

(удобно, когда известны \( U \) и \( R \))

Закон Джоуля-Ленца (Тепловое действие тока)

Этот закон отвечает на вопрос: какое количество теплоты выделяется в проводнике при прохождении тока? Русский физик Эмилий Ленц и английский физик Джеймс Джоуль независимо друг от друга установили эту закономерность.
📌 Закон Джоуля-Ленца:
Количество теплоты, выделяемое в проводнике с током, прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока.
Формула:

\( Q = I^2 \cdot R \cdot t \)

• \( Q \) — количество теплоты (Джоули, Дж)
• \( I \) — сила тока (А)
• \( R \) — сопротивление (Ом)
• \( t \) — время (с)

Внимание: Это та же формула, что и \( A = I^2 R t \). Вся работа тока на участке, где нет двигателей и химических реакций, превращается в тепло. Поэтому мы часто пишем \( Q = A \).

Применение закона Джоуля-Ленца при соединениях проводников

А) Последовательное соединение (\( I = const \))

Так как ток везде одинаков, теплота в каждом резисторе пропорциональна его сопротивлению:

\( \frac{Q_1}{Q_2} = \frac{R_1}{R_2} \)

• Вывод: Где больше \( R \), там выделяется больше тепла. Поэтому в гирлянде перегорает та лампочка, у которой сопротивление больше.

Б) Параллельное соединение (\( U = const \))

Так как напряжение везде одинаково, используем формулу \( Q = \frac{U^2}{R} t \). Тогда:

\( \frac{Q_1}{Q_2} = \frac{R_2}{R_1} \)

• Вывод: Где меньше \( R \), там выделяется больше тепла. Поэтому толстые провода (малое \( R \)) почти не греются, а тонкие спирали (большое \( R \)) раскаляются докрасна.

Мощность электрического тока (Скорость «траты» энергии)

Мы знаем, что мощность — это работа, совершаемая за единицу времени.
📌 Мощность электрического тока (\( P \)):

\( P = \frac{A}{t} = U \cdot I \)

Единица измерения: Ватт (Вт). \( 1 \, Вт = 1 \, В \cdot 1 \, А \).

Альтернативные формы (для задач):

\( P = I^2 \cdot R \) и \( P = \frac{U^2}{R} \)

Единицы работы и мощности электрического тока

Величина	Единица в СИ	Кратные единицы
Мощность (\( P \))	1 Ватт (Вт)	1 кВт = 1000 Вт; 1 МВт = 1 000 000 Вт
Работа (\( A \))	1 Джоуль (Дж)	1 кВт·ч (киловатт-час) — внесистемная, но удобная для быта.

\( 1 \, кВт \cdot ч = 1000 \, Вт \cdot 3600 \, с = 3 600 000 \, Дж = 3,6 \, МДж \)

Почему удобно? Если у вас включена лампа мощностью 100 Вт (0,1 кВт) на 10 часов, она «съест» \( 0,1 \cdot 10 = 1 \, кВт \cdot ч \). Именно эти «киловатт-часы» вы видите в своих счетах за электроэнергию.

 Зависимость мощности от способа подключения потребителей

Если у вас есть два одинаковых резистора (\( R \)), то:
• При последовательном соединении: общее сопротивление \( R_{общ} = 2R \). Мощность \( P_{посл} = \frac{U^2}{2R} \).
• При параллельном соединении: общее сопротивление \( R_{общ} = \frac{R}{2} \). Мощность \( P_{пар} = \frac{2U^2}{R} \).

Вывод: \( P_{пар} = 4 \cdot P_{посл} \). При параллельном соединении мощность в 4 раза больше, чем при последовательном (при том же напряжении в сети). Именно поэтому лампы в квартире включают параллельно — чтобы каждая горела в полную силу.

 Электрические цепи и потребители в быту (Как устроена ваша квартира)

Вы каждый день включаете свет, чайник, телевизор. Но задумывались ли вы, как это соединено?

Схема квартирной проводки:

1. Ввод: Электричество приходит в дом от трансформаторной подстанции (220 В). В щитке стоит счетчик электроэнергии (он считает кВт·ч) и автоматический выключатель (защищает от перегрузки).
2. Разводка по комнатам: Все розетки и лампы в квартире соединяются параллельно. Почему? Чтобы при выключении одной лампы другие продолжали гореть, и чтобы все приборы получали полное напряжение 220 В.
3. Потребители (бытовые приборы):

• Освещение: Лампы накаливания, светодиоды, люминесцентные лампы. Светодиоды самые экономичные (КПД до 40%).
• Нагрев: Электрочайник, утюг, электроплита. У них высокое сопротивление (спираль из нихрома), поэтому они выделяют много тепла (\( Q = I^2 R t \)).
• Электродвигатели: Пылесос, вентилятор, стиральная машина, холодильник. У них ток совершает не только тепловую, но и механическую работу.

Расход и стоимость электроэнергии

Алгоритм расчета стоимости:
1. Находим мощность прибора: \( P = U \cdot I \) (или смотрим на шильдике прибора).
2. Переводим мощность в киловатты (если она в ваттах, делим на 1000).
3. Умножаем мощность на время работы в часах → получаем расход энергии в кВт·ч.
4. Умножаем расход на тариф (цену за 1 кВт·ч, например, 5 рублей) → получаем стоимость.

Пример: Чайник мощностью 2,2 кВт работал 0,5 часа. Расход \( = 2,2 \cdot 0,5 = 1,1 \, кВт \cdot ч \). При тарифе 5 руб/кВт·ч стоимость \( = 1,1 \cdot 5 = 5,5 \, руб \).

Бытовые электрические приборы

Прибор	Назначение	Тип превращения энергии
Лампа накаливания	Свет + тепло	Электрическая → Световая + Тепловая
Светодиодная лампа	Свет (мало тепла)	Электрическая → Световая
Электрочайник	Нагрев воды	Электрическая → Тепловая
Пылесос	Движение воздуха	Электрическая → Механическая + Тепловая (трение)
Предохранитель	Защита цепи	Электрическая → Тепловая (плавление)

Применение закона Джоуля-Ленца в быту и технике

Закон \( Q = I^2 R t \) — это не просто формула. Это то, как работают нагревательные приборы, и то, с чем борются инженеры.

А) Где мы используем нагрев (Полезное действие)

Прибор	Что нагревается?	Почему именно этот материал?
Электрочайник	Спираль (нихром) на дне.	Нихром имеет высокое удельное сопротивление (\( \rho \)), поэтому при токе выделяется много тепла.
Утюг	Нагревательный элемент (ТЭН) в подошве.	Высокое сопротивление, тепло передается подошве.
Электроплита	Конфорка (нихромовая спираль в изоляторе).	Тепло выделяется прямо под посудой.
Лампа накаливания	Тонкая вольфрамовая нить.	Вольфрам имеет высокое \( \rho \) и выдерживает температуру до 3000°C (светится).
Предохранитель	Тонкая проволочка из свинцово-оловянного сплава.	Она плавится при превышении тока, разрывая цепь и спасая проводку от пожара.

Расчет для чайника: Если спираль имеет сопротивление 50 Ом, а ток 4 А, то за 1 минуту выделяется \( Q = 4^2 \cdot 50 \cdot 60 = 48\,000 \, Дж \). Этого достаточно, чтобы нагреть воду.

Б) Где нагрев — это проблема (Вредное действие)

Инженеры борются с нагревом, потому что он снижает КПД и выводит приборы из строя.

Где мешает нагрев?	Как борются?
Провода ЛЭП	Нагрев проводов — это потери энергии. Чтобы уменьшить \( Q \), нужно уменьшить \( I \). Поэтому напряжение повышают до сотен киловольт (\( I = P / U \), чем выше \( U \), тем меньше \( I \)).
Электродвигатели	Обмотки двигателей греются, что может привести к их сгоранию.
Микропроцессоры компьютеров	Миллиарды транзисторов выделяют тепло. Без охлаждения они сгорают за секунды.
Сварочные аппараты	При сварке выделяется огромное тепло, которое плавит металл. Это полезно, но нужно контролировать нагрев самого аппарата.

Пример: Если по тонкому проводу (сечение 0,5 мм²) пропустить ток 10 А, он сильно нагреется. Если заменить его на толстый (сечение 2,5 мм²) — сопротивление будет меньше, нагрев — меньше. Именно поэтому розетки для плиты подключают толстыми проводами.

В) Как управляют нагревом (Реостаты и регуляторы мощности)

• Реостат: Включается последовательно с прибором и позволяет менять сопротивление в цепи. Чем больше сопротивление реостата, тем меньше ток и слабее нагрев (например, регулятор яркости лампы).
• Термостат: Датчик температуры, который отключает прибор при достижении нужной температуры (в утюге, чайнике).

Почему в квартире все приборы включают параллельно?

Это самый частый вопрос по электричеству в жизни.

При последовательном соединении:

• Ток был бы одинаковым для всех приборов.
• Если бы мы включили лампу (сопротивление 500 Ом) и чайник (сопротивление 50 Ом) последовательно, то на лампе упало бы 200 В, на чайнике — 20 В. Чайник не нагрелся бы, а лампа перегорела бы.

При параллельном соединении:

• На каждом приборе одинаковое напряжение 220 В.
• Каждый прибор потребляет ток, который ему нужен: чайник — 10 А, лампочка — 0,5 А.
• При отключении одного прибора остальные продолжают работать.

Короткое замыкание (Аварийный режим)

📌 Короткое замыкание — это соединение двух точек электрической цепи с очень маленьким сопротивлением (например, оголённые провода замкнулись).

Что происходит?
1. Сопротивление цепи резко падает (\( R \to 0 \)).
2. По закону Ома: \( I = \frac{U}{R} \) → сила тока становится огромной (в сотни раз больше номинального).
3. По закону Джоуля-Ленца (\( Q = I^2 R t \)) выделяется колоссальное количество тепла — провода мгновенно расплавляются, возникает искра и пожар.

Способы защиты:

• Автоматический выключатель (автомат): Он срабатывает, когда ток превышает номинал (например, 16 А). Сначала срабатывает тепловой расцепитель (биметаллическая пластина), а если ток огромный — электромагнитный (мгновенно).
• УЗО (устройство защитного отключения): Отключает ток, если он «утекает» через человека (дифференциальный ток).

Решение типовых задач

ЗАДАЧА №1 (Работа и мощность)
Условие: Электродвигатель работает при напряжении 220 В и силе тока 2 А в течение 10 минут. Найдите работу тока и мощность двигателя.
Дано:
\( U = 220 \, В \)
\( I = 2 \, А \)
\( t = 10 \, мин = 600 \, с \)
Решение:
1. Мощность: \( P = U \cdot I = 220 \cdot 2 = 440 \, Вт \).
2. Работа: \( A = P \cdot t = 440 \cdot 600 = 264\,000 \, Дж = 264 \, кДж \).
Ответ: \( P = 440 \, Вт \), \( A = 264 \, кДж \).

ЗАДАЧА №2 (Закон Джоуля-Ленца)
Условие: Спираль электрочайника имеет сопротивление 50 Ом. Через неё протекает ток 4 А. Какое количество теплоты выделится за 5 минут?
Дано:
\( R = 50 \, Ом \)
\( I = 4 \, А \)
\( t = 5 \, мин = 300 \, с \)
Решение:
\( Q = I^2 \cdot R \cdot t = 4^2 \cdot 50 \cdot 300 = 16 \cdot 50 \cdot 300 = 800 \cdot 300 = 240\,000 \, Дж \).
Ответ: \( 240 \, кДж \).

ЗАДАЧА №3 (Расчет стоимости электроэнергии)
Условие: В комнате горят две лампы по 100 Вт каждая в течение 8 часов. Сколько придётся заплатить за месяц (30 дней), если тариф 5 рублей за 1 кВт·ч?
Дано:
\( P_1 = 100 \, Вт = 0,1 \, кВт \)
\( N = 2 \) лампы
\( t_{день} = 8 \, ч \)
\( дни = 30 \)
\( тариф = 5 \, руб/кВт \cdot ч \)
Решение:
1. Общая мощность: \( P_{общ} = 2 \cdot 0,1 = 0,2 \, кВт \).
2. Расход за один день: \( W_{день} = P_{общ} \cdot t = 0,2 \cdot 8 = 1,6 \, кВт \cdot ч \).
3. Расход за месяц: \( W_{мес} = 1,6 \cdot 30 = 48 \, кВт \cdot ч \).
4. Стоимость: \( С = 48 \cdot 5 = 240 \, руб \).
Ответ: \( 240 \, руб \).

ЗАДАЧА №4 (Применение закона Джоуля-Ленца в быту):
Условие: Утюг мощностью 1600 Вт работает от сети 220 В. Спираль утюга сделана из нихрома. Найдите сопротивление спирали и силу тока. Какое количество теплоты выделится за 10 минут работы утюга?
Дано:
\( P = 1600 \, Вт \)
\( U = 220 \, В \)
\( t = 10 \, мин = 600 \, с \)
Решение:
1. Сила тока: \( I = \frac{P}{U} = \frac{1600}{220} \approx 7,27 \, А \).
2. Сопротивление: \( R = \frac{U^2}{P} = \frac{220^2}{1600} = \frac{48400}{1600} = 30,25 \, Ом \).
3. Количество теплоты: \( Q = I^2 \cdot R \cdot t = 7,27^2 \cdot 30,25 \cdot 600 \approx 960\,000 \, Дж \approx 960 \, кДж \).
Ответ: \( I \approx 7,27 \, А \), \( R \approx 30,25 \, Ом \), \( Q \approx 960 \, кДж \).

✅ Смотрите также:

• ЗАДАЧИ на Работу электрического тока
• ЗАДАЧИ на Мощность электрического тока
• ЗАДАЧИ на Закон Джоуля-Ленца

Шпаргалка – Работа и мощность тока

Величина	Формула
Работа тока	\( A = U \cdot I \cdot t = I^2 \cdot R \cdot t = \frac{U^2}{R} \cdot t \)
Закон Джоуля-Ленца	\( Q = I^2 \cdot R \cdot t \)
Мощность тока	\( P = U \cdot I = I^2 \cdot R = \frac{U^2}{R} \)
Расход энергии (в кВт·ч)	\( W = P \, (кВт) \cdot t \, (ч) \)
Короткое замыкание	\( R \to 0 \), \( I \to \infty \), \( Q \to \infty \) (опасно!).
Защита	Предохранители, автоматы.

❓ Вопрос на подумать (К следующей теме — магнетизм): Мы знаем, что проводники с током нагреваются. Но есть ещё одно действие тока — магнитное. Если пропустить ток через катушку, она превращается в магнит. Почему так происходит?

(Подсказка: Любой движущийся заряд создаёт магнитное поле. Следующая тема — Магнитные явления — объяснит, как работает электромагнит, электродвигатель и громкоговоритель).

 

---

Конспект урока по физике для 8 класса «Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца. Электрические цепи и потребители электрической энергии в быту. Короткое замыкание». Выберите дальнейшее действие:

• Вернуться к Списку конспектов по физике для 7-11 классов
• Найти конспект через Кодификатор ОГЭ по физике
• Найти конспект через Кодификатор ЕГЭ по физике