Работа эл. тока, мощность эл. тока. Закон Джоуля-Ленца.

При упорядоченном движении заряженных частиц поле совершает работу по их перемещению по проводнику. Эту работу принято называть работой тока.

Если за промежуток времени через поперечное сечение произвольного участка проводника проходит заряд , то электрическое поле за это время совершит работу , та как напряжение на концах участка численно равно работе, которая совершается при прохождении по этому участку эл.заряда в 1 Кл. При прохождении по этому же участку заряда в 5 Кл работа будет в 5 раз больше.

Следовательно, для определения работы на участке цепи надо напряжение на концах этого участка умножить на эл.заряд, прошедший по нему. Так как сила тока то эта работа равна

Что работа эл.тока на участке цепи равна произведению напряжения на концах этого участка на силу тока и на время, в течение которого совершалась работа.

Согласно закона сохранения энергии, эта работа должна быть равна изменению энергии данного участка цепи. Или обратное – энергия, которая выделялась на данном участке цепи, равна работе тока.

Для измерения работы эл.тока нужны вольтметр, амперметр и часы, которые на практике называют счетчиками.

Формулу для работы тока можно записать по-другому, выразив напряжение через силу тока , либо силу тока через напряжение через. Получим еще две формулы -

Первой формулой удобно пользоваться при последовательном соединении (ток одинаков), второй – при параллельном (напряжение одинаково).

Любой электрический прибор рассчитан на потребление определенного количества энергии в единицу времени. Поэтому, наряду с работой тока, важное значение имеет понятие мощность тока.

Мощность эл. тока (Р) численно равна работе, совершенной в единицу времени. Отсюда .

Следовательно, .

Мощность эл.тока (Вт=1В А) равна произведению напряжения на силу тока.

С помощью закона Ома можно получить еще две формулы -

Существуют специальные приборы – ваттметры, которые непосредственно определяют мощность эл.тока в цепи.

Единицы измерения – по формуле можно определить, что . Однако на практике это неудобно, так как время измеряется в секундах, а работают эл.приборы месяцами. Поэтому время стали измерять в часах, а работу – в ватт-часах.

Если на участке цепи не совершается механическая работа, и ток не производит химических действий, то электрический ток только нагревает проводник (см. 10 вопрос). Это происходит потому, что эл.поле ускоряет электроны, они сталкиваются с ионами кристаллической решетки и передают им свою энергию. В результате возрастает энергия хаотического движения ионов вокруг положения равновесия.

Это и означает увеличение внутренней энергии. Температура повышается и проводник отдает теплоту окружающим телам. Через определенное время после замыкания этот процесс устанавливается и температура перестает изменяться.

Однако к проводнику за счет работы электрического поля непрерывно поступает энергия. Но его внутренняя энергия остается неизменной, так как проводник передает окружающим телам количество теплоты, равное работе тока (только в случае, когда вся работа тока идет на увеличение внутренней энергии).

В неподвижных металлических проводниках вся работа эл.тока идет на увеличение их внутренней энергии. Нагретый проводник отдает полученную энергию окружающей среде или телам путем теплопередачи. Следовательно, количество теплоты, выделяемое проводником, равно работе эл. тока.

Отсюда закон Джоуля-Ленца: , , количество теплоты, выделяемое проводником, равно произведению квадрата силы тока на сопротивление проводника и времени.

На основании опытов этот закон вывели Джоуль и Ленц, независимо друг от друга.

Тепловое действие эл.тока используют в различных электронагревательных приборах - плитки, утюги, чайники. Основная часть нагревательного прибора – нагревательный элемент, проводник с большим удельным сопротивлением, который выдерживает без разрушения нагрев до высоких температур (1200 ⁰С). Чаще всего используют сплав «нихром» - никель, хром, марганец и железо.

 

Нужно ли короткое замыкание и предохранители