Краткая теория. Если по неподвижному проводнику пропустить электрический ток I, то за время dt по проводнику пройдет заряд dq = Idt

Если по неподвижному проводнику пропустить электрический ток I, то за время dt по проводнику пройдет заряд dq = Idt, а работа по перемещению заряда равна произведению заряда на напряжение U на этом участке цепи. dA= IUdt. При постоянном токе работа за время t секунд равна

A=IUt. (1)

Мощность тока

, (2)

т.е. мощность тока, представляющая собой работу за единицу времени, равна произведению силы тока на напряжение.

В СИ работа измеряется в джоулях (Дж), мощность в ваттах (Вт).

Так как рассматриваемый проводник неподвижен, то единственным результатом работы по перемещению зарядов будет выделение тепла Q в проводнике.

, (3)

т.е. количество теплоты, выделяемое в проводнике, пропорционально силе тока, напряжению и времени протекания тока. Это закон Джоуля – Ленца в интегральной форме. Если известно сопротивление проводника R, то по закону Ома U=IR, и формулу (3) можно переписать в виде:

A=Q=I²Rt. (4)

В некоторых случаях электрический ток неравномерно распределен по сечению проводника (неоднородный проводник или проводящие среды). В этих случаях удобнее пользоваться законом Джоуля – Ленца в дифференциальной форме:

; ; ;

;

. (5)

Удельная тепловая мощность электрического тока равна произведению удельной электропроводности на квадрат напряженности электрического поля.

Если количество теплоты Q выразить в калориях, а работу электрического тока в Джоулях, то закон Джоуля-Ленца примет вид:

Q = k (IUt)=kA, (6)

где k - коэффициент пропорциональности, называемый термическим эквивалентом электрической энергии. Он равен количеству теплоты, выделившемуся при прохождении тока, энергия которого равна одному джоулю.

Поиск по сайту: