15. Закон Джоуля - ленца. Закон джоуля - ленца в дифференциальной форме
Закон Джоуля-Ленца определяет меру теплового действия электрического тока. Дело в том, что электрический ток представляет собой перемещение заряда под действием электрического поля. Отсюда следует, что электрическое поле совершает работу.
dA = U dq = IU dt
Заметим, что IU = P, т.е. мощность, значит
P = dA/dt
Теперь давайте подумаем. Если электрическое поле совершает работу и ток может обладать мощностью, то должна выделяться энергия. Каким образом и куда эта энергия уходит.
Оказывается, если ток проходит по неподвижному металлическому проводнику, то вся работа тока идет на нагревание этого проводника.
dQ = dA
Другими словами, энергия переходит в другое качество, в тепловую энергию.
Долго экспериментируя, независимо друг от друга Дж. Джоуль и Э. Х. Ленц пришли к единому выводу: количество теплоты, выделяющейся током в проводнике равно работе электрического поля по перемещению заряда за время t.
Q = Ut = I2rt
Это и есть закон Джоуля - Ленца.
Теперь посмотрим еще на один очень важный момент. Если выделить в проводнике элементарный цилиндрический объем dV = dS dl (ось цилиндра совпадает с направлением тока), то его сопротивление будет равно R = ρ dl/dS. Тогда, по закону Джоуля - Ленца
dQ = I2r dt = ρ dl/dS (jdS)2 dt = ρj2 dV dt
Количество теплоты, выделяющееся за единицу времени в единице объема, называется удельной тепловой мощностью тока
w = ρj2
То же можно записать используя дифференциальную форму закона Ома
W = jE = γE2
Последние два выражения являются обобщенным выражением закона Джоуля - Ленца.
Единица измерения количества теплоты - Джоуль (Дж).
Закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме - удельная мощность тока равна скалярному произведению векторов плотности тока и напряженности электрического поля:
где s - удельная проводимость;
r - удельное сопротивление среды.
17.Индукция магнитного поля. Сила Ампера
МАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ
- это силовая характеристика магнитного поля.
Вектор магнитной индукции направлен всегда так, как сориентирована свободно вращающаяся магнитная стрелка в магнитном поле.
Единица измерения магнитной индукции в системе СИ:
СВОЙСТВА ЛИНИЙ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ
имеют направление;
непрерывны;
замкнуты (т.е. магнитное поле является вихревым);
не пересекаются;
по их густоте судят о величине магнитной индукции.
НАПРАВЛЕНИЕ ЛИНИЙ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ
- определяется по правилу буравчика или по правилу правой руки.
СИЛА АМПЕРА
- это сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током.
Модуль силы Ампера равен произведению силы тока в проводнике на модуль вектора магнитной индуции, длину проводника и синус угла между вектором магнитной индукции и направлением тока в проводнике.
Сила Ампера максимальна, если вектор магнитной индукции перпендикулярен проводнику.
Если вектор магнитной индукции параллелен проводнику, то магнитное поле не оказывает никакого действия на проводник с током, т.е. сила Ампера равна нулю.
Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки:
Если левую руку расположить так, чтобы перпендикулярная проводнику составляющая вектора магнитной индукции входила в ладонь, а 4 вытянутых пальца были направлены по направлению тока, то отогнутый на 90 градусов большой палец покажет направление силы, действующий на проводник с током.