Работа электрического тока, протекающего по проводнику. Закон Джоуля-Ленца.

Работа электрического тока показывает, сколько электрической энергии, т. е. энергии электрического поля, превратилось в другие виды энергии, или сколько было получено и израсходовано электрической энергии.

Чтобы подсчитать работу электрического тока, вспомним определение понятия напряжения:      U=А/q

Следовательно, работа электрического тока равна: A=qU

Электрический заряд можно выразить через силу тока и его время протекания  q=It:

А = IUt

Итак, работа электрического тока равна произведению силы тока на напряжение и на время протекания тока по цепи.

Закон Джоуля — Ленца — физический закон, дающий количественную оценку теплового действия электрического тока.

«Мощность тепла, выделяемого в единице объёма среды при протекании электрического тока, пропорциональна произведению плотности электрического тока на величину напряженности электрического поля».

Математически может быть выражен в следующей форме:

где  — мощность выделения тепла в единице объёма,  — плотность электрического тока,  — напряжённость электрического поля, σ — проводимость среды.

Закон также может быть сформулирован в интегральной форме для случая протекания токов в тонких проводах:

«Количество теплоты, выделяемое в единицу времени в рассматриваемом участке цепи, пропорционально произведению квадрата силы тока на этом участке и сопротивления участка».

В математической форме этот закон имеет вид

где dQ — количество теплоты, выделяемое за промежуток времени dt, I — сила тока, R — сопротивление, Q — полное количество теплоты, выделенное за промежуток времени от t₁ до t₂. В случае постоянных силы тока и сопротивления:

№32.

Источник тока. Электродвижущая сила. Закон Ома для замкнутой неразветвленной цепи. Второе правило Кирхгофа.

Источник тока - это устройство, в котором происходит преобразование какого-либо вида энергии в электрическую энергию. В любом источнике тока совершается работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц, которые накапливаются на полюсах источника.

Величина, равная отношению работы, которую совершают сторонние силы при перемещении точечного положительного заряда вдоль всей цепи, включая и источник тока, к заряду, называется электродвижущей силой источника тока:

(17.3)

Работа против сил электрического поля, по определению равна

Если полюсы источника разомкнуты, то и тогда

т.е. ЭДС источника тока при разомкнутой внешней цепи равна разности потенциалов, которая создается на его полюсах. Таким образом, размерность ЭДС совпадает с размерностью потенциала. Поэтому измеряется в тех же единицах, что и - в вольтах.

Закон Ома для замкнутой цепи формулируется следующим образом:

Сила тока в замкнутой неразветвленной цепи прямо пропорциональна электродвижущей силе и обратно пропорциональна полному сопротивлению всей цепи. В этом случае напряжение на внешней цепи U будет равно:

U = IR = IR + Ir.

Второй закон Кирхгофа

В любом замкнутом контуре электрической цепи алгебраическая сумма ЭДС равна алгебраической сумме падений напряжений на всех его участках

,

где n – число источников ЭДС в контуре; m – число элементов с сопротивлением R_k в контуре;

U_k=R_kI_k – напряжение или падение напряжения на k-м элементе контура.

Запишем уравнение по второму закону Кирхгофа:

E=U_R+U₁.

Если в электрической цепи включены источники напряжений, то второй закон Кирхгофа формулируется в следующем виде: алгебраическая сумма напряжений на всех элементах контру, включая источники ЭДС равна нулю

.

№33.