Задания № 13, 14, 22 · ОГЭ

Задачи на работу и мощность тока

Как находить энергию, мощность, нагрев и полезную работу в электрической цепи
6 мин чтенияСложность: Обновлено 27 сентября 2026

Электрический ток переносит энергию и может совершать полезную работу: нагревать спираль, вращать двигатель, освещать помещение. В этой теме разберём, для чего нужны формулы в физике и как с их помощью решать задачи на работу, мощность, нагрев и КПД цепи.

1. Работа и энергия электрического тока

При прохождении заряда через участок цепи электрическое поле совершает работу. Эта работа передаётся прибору и превращается в другие виды энергии: внутреннюю, механическую, световую или химическую. В быту работу тока часто называют израсходованной электрической энергией.

D
Работа электрического тока

Работа \(A\) — энергия, переданная электрическим током за время \(t\). Для участка цепи с напряжением \(U\) и током \(I\) она равна произведению напряжения, силы тока и времени.

\(A\)
работа тока, энергия
джоуль (Дж)
\(P\)
мощность
ватт (Вт)
\(U\)
напряжение
вольт (В)
\(I\)
сила тока
ампер (А)
\(t\)
время
секунда (с)
\(R\)
сопротивление
ом (Ом)
\[A = UIt\]

Если известен заряд \(q\), можно использовать связь \(q=It\): \(A=Uq\). В задачах время обязательно переводят в секунды, а мощность — в ватты. Например, \(5\) минут — это \(300\ \text{с}\), а \(2\ \text{кВт}=2000\ \text{Вт}\).

Как выбрать формулу

Сначала выпишите, что дано и что нужно найти. Если в условии есть \(U\), \(I\) и \(t\), используйте \(A=UIt\). Если дано сопротивление, применяйте закон Ома для участка цепи: \(U=IR\), а затем преобразуйте формулу.

2. Мощность тока

Мощность показывает, как быстро электрический ток передаёт энергию. Два прибора могут выполнить одинаковую работу, но прибор с большей мощностью сделает это за меньшее время.

D
Электрическая мощность

Мощность \(P\) — отношение работы тока ко времени её совершения. Единица мощности в СИ — ватт: \(1\ \text{Вт}=1\ \text{Дж}/\text{с}\).

\[P = \frac{A}{t} = UI\]

Для резистивного участка цепи, используя закон Ома, получают ещё две формы записи:

\[P = I^2R = \frac{U^2}{R}\]

Выбор формы зависит от известных величин: при известных \(I\) и \(R\) удобна формула \(P=I^2R\), а при известных \(U\) и \(R\) — \(P=\frac{U^2}{R}\). Номинальная мощность прибора указывается для определённого напряжения. Если подключить прибор к другому напряжению, его мощность может измениться.

0.511.522.533.544.55510152025U, ВP, Вт0P = U²/R при R = 1 Ом
При постоянном сопротивлении мощность растёт пропорционально квадрату напряжения.
Проверь себя

Лампа работает при напряжении \(220\ \text{В}\) и токе \(0{,}5\ \text{А}\). Какова её мощность?

3. Нагрев проводника и закон Джоуля — Ленца

Если ток проходит по проводнику с сопротивлением, электрическая энергия превращается во внутреннюю энергию проводника. При постоянных токе, сопротивлении и времени количество выделившейся теплоты определяется законом Джоуля — Ленца.

T
Закон Джоуля — Ленца

Количество теплоты \(Q\), выделившееся в проводнике с током, равно работе тока: \(Q=A\). Поэтому для участка цепи можно записать три равные формы.

\[Q = A = UIt = I^2Rt = \frac{U^2}{R}t\]

Формула \(Q=I^2Rt\) особенно удобна, когда известны сила тока и сопротивление нагревателя. Она объясняет работу электроплитки, утюга, кипятильника и предохранителя. При коротком замыкании сопротивление цепи резко уменьшается, а ток может стать очень большим: это опасно перегревом проводов. Подробнее см. короткое замыкание и предохранитель.

!
Частые ошибки

Не путайте \(P\) и \(A\): мощность измеряется в ваттах и показывает быстроту передачи энергии, а работа — в джоулях и показывает количество энергии. Не подставляйте минуты вместо секунд. В формуле \(P=\frac{U^2}{R}\) сопротивление должно быть в омах, а напряжение — в вольтах.

4. Полезная работа и коэффициент полезного действия

Не вся энергия источника обязательно превращается в нужный результат. Например, электродвигатель совершает полезную механическую работу, но часть энергии уходит на нагрев обмоток и трение. Отношение полезной работы к затраченной называют коэффициентом полезного действия.

D
Коэффициент полезного действия

КПД обозначают \(\eta\). Он показывает, какая доля затраченной энергии стала полезной. КПД не может быть больше \(100\%\).

\[\eta = \frac{A_{\text{пол}}}{A_{\text{зат}}} = \frac{P_{\text{пол}}}{P_{\text{зат}}}\]
\[A_{\text{пол}} = \eta A_{\text{зат}}\]

Если КПД задан в процентах, перед вычислением его переводят в долю: \(80\%=0{,}8\). Для двигателя затраченная электрическая работа часто равна \(A_{\text{зат}}=UIt\), а полезная работа может быть механической: \(A_{\text{пол}}=Fs\).

i
Связь с другими темами

Для сложных цепей сначала находят токи и напряжения по правилам Кирхгофа или используют закон Ома для полной цепи. В разветвлённых схемах полезны задачи на разветвлённые цепи.

5. Разобранный пример

№
Задача

Электрический нагреватель сопротивлением \(44\ \text{Ом}\) подключён к напряжению \(220\ \text{В}\) и работает \(5\ \text{мин}\). Найдите силу тока, мощность и количество теплоты.

Показать решение Решение

Дано: \(R=44\ \text{Ом}\), \(U=220\ \text{В}\), \(t=5\ \text{мин}=300\ \text{с}\). Найдём величины последовательно.

1
По закону Ома для участка цепи находим силу тока.
\(\displaystyle I=\frac{U}{R}=\frac{220}{44}=5\ \text{А}\)
2
Мощность нагревателя найдём по произведению напряжения и силы тока.
\(\displaystyle P=UI=220\cdot5=1100\ \text{Вт}=1{,}1\ \text{кВт}\)
3
Количество теплоты равно работе тока за время \(t\).
\(\displaystyle Q=UIt=220\cdot5\cdot300=330000\ \text{Дж}=330\ \text{кДж}\)

Ответ: \(I=5\ \text{А}\), \(P=1100\ \text{Вт}\), \(Q=330\ \text{кДж}\). Можно было сразу использовать \(Q=Pt\): \(330000=1100\cdot300\).

6. Алгоритм решения задач

  1. Прочитайте условие и определите физический процесс: передача энергии, мощность, нагрев или полезная работа.
  2. Запишите величины в СИ: секунды, ватты, вольты, амперы, омы.
  3. Выберите формулу по известным данным. При необходимости используйте закон Ома.
  4. Подставьте числа с единицами и аккуратно выполните вычисления.
  5. Проверьте смысл ответа: КПД меньше или равен \(1\), мощность положительна, единица результата соответствует вопросу.
Что найтиОсновная формулаЕдиница
Работу или энергию\(A=UIt\)Дж
Мощность\(P=UI\)Вт
Теплоту на сопротивлении\(Q=I^2Rt\)Дж
Полезную работу\(A_{\text{пол}}=\eta A_{\text{зат}}\)Дж
КПД\(\eta=\frac{A_{\text{пол}}}{A_{\text{зат}}}\)1 или %

Quick-test

Q
Быстрый тест по теме

Проверь готовность к задачам

~ 2 мин4 вопроса
Вопрос 1 / 4
Вопрос 1 из 4 · Работа тока
При \(U=12\ \text{В}\), \(I=2\ \text{А}\) и \(t=10\ \text{с}\) работа тока равна:
Главное за минуту

Главное

  • Работа тока и электрическая энергия: \(A=UIt\); мощность: \(P=UI=A/t\).
  • Для резистора: \(P=I^2R=U^2/R\), а теплота \(Q=I^2Rt\).
  • Время и все величины перед подстановкой переводят в единицы СИ.
  • Полезная работа связана с затраченной через КПД: \(\eta=A_{\text{пол}}/A_{\text{зат}}\).
  • Для решения задачи составьте план: данные → единицы СИ → формула → вычисление → проверка смысла ответа.