Мощность тока. Закон Джоуля—Ленца

Рассмотрим однородный участок (см. § 33) цепи, к концам которого приложено напряжение U. За время d/ через сечение проводника переносится заряд d<7 = Idi. При этом силы электростатического поля и сторонние силы совершают работу

Если сопротивление проводника R, то, используя закон Ома (33.1), получим, что работа тока

Мощность тока

[учли формулы (36.1) и (36.2)1.

Единицы работы и мощности тока в СИ — соответственно джоуль и ватт. На практике применяются также внесистемные единицы работы тока: ватт-час (Втч), киловатт-час (кВт ч); 1 Вт • ч — работа тока мощностью 1 Вт в течение I ч; 1 Вт • ч = 3600 Вт - с = 3,6 • 103 Дж; 1 кВт • ч = = 103 Вт ч = 3,6- 106 Дж.

Если ток проходит по неподвижному металлическому проводнику и в проводнике не происходит химических превращений, то вся работа идет на его нагревание, и по закону сохранения энергии

Тогда, согласно выражениям (36.4), (36.1) и (36.2), можем записать

Выражение (36.5) представляет собой закон Джоуля—Ленца, экспериментально установленный независимо друг от друга Дж. Джоулем и Э.Х. Ленцем.

В случае, если сила тока изменяется со временем, количество теплоты, выделяющееся за время I,

Выделим в проводнике элементарный цилиндрический объем dK = d5'd/(ocb цилиндра совпадает с направлением тока), сопротивление которого R = р-^. По закону Джоуля—Ленца, за вре- do

мя d/ в этом объеме выделится теплота

Количество теплоты, выделяющееся за единицу времени в единице объема, называют удельной тепловой мощностью тока.

Учитывая, что j = у К [дифференциальная форма закона Ома, см. (33.2)1 и р = - [см. (32.3)], получим

Формулы (33.7) и (33.8) являются обобщенным выражением закона Джоуля—Ленца в дифференциальной форме, пригодным также и для неоднородного участка цепи (действующие в нем сторонние силы должны иметь нехимическое происхождение).

Тепловое действие тока находит широкое применение в технике [началось с открытия А.Н. Лодыгиным лампы накаливания (1873)]: бытовые электронагреватели, муфельные печи и т. д.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >