Курс физики . Страница 155 (Добавлена 2012-05-26 21:11)
За "время dt через сечение проводника переносится заряд dq=Idt. Так как ток представляет собой перемещение заряда dq под действием электрического поля, то, по формуле (84.6), работа тока
(99.1)
Если сопротивление проводника R, то, используя закон Ома (98.1), получим
(99.2)
Из (99.1) и (99.2) следует, что мощность тока
(99.3)
Если сила тока выражается в амперах, напряжение ? в вольтах, сопротивление ? в омах, то работа тока выражается в джоулях, а мощность ? в ваттах. На практике применяются также внесистемные единицы работы тока: ватт-час (Вт?ч) и киловатт-час (кВт?ч). 1 Вт?ч — работа тока мощностью 1 Вт в течение 1 ч; 1 Вт?ч=3600 Bт?c=3,6?103 Дж; 1 кВт?ч=103 Вт?ч= 3,6?106 Дж.
Если ток проходит по неподвижному металлическому проводнику, то вся работа тока идет на его нагревание и, по закону сохранения энергии,
(99.4)
Таким образом, используя выражения (99.4), (99.1) и (99.2), получим
(99.5)
Выражение (99.5) представляет собой закон Джоуля?Ленца, экспериментально установленный независимо друг от друга Дж. Джоулем и Э. X. Ленцем.*
* Э. X. Ленц (1804?1865) ? русский физик.
Выделим в проводнике элементарный цилиндрический объем dV=dSdl (ось цилиндра совпадает с направлением тока), сопротивление которого По закону Джоуля ? Ленца, за время dt в этом объеме выделится теплота
Количество теплоты, выделяющееся за единицу времени в единице объема, называется удельной тепловой мощностью тока. Она равна
(99.6)
Используя дифференциальную форму закона Ома (j=?Е) и соотношение ?=1/?, получим
(99.7)
Формулы (99.6) и (99.7) являются обобщенным выражением закона Джоуля?Ленца в дифференциальной форме, пригодным для любого проводника.
Тепловое действие тока находит широкое применение в технике, которое началось с открытия в 1873 г. русским инженером А. Н. Лодыгиным (1847?1923) лампы накаливания. На нагревании проводников электрическим током основано действие электрических муфельных печей, электрической дуги (открыта русским инженером В. В. Петровым (1761?1834)), контактной электросварки, бытовых электронагревательных приборов и т. д.
§ 100. Закон Ома для неоднородного участка цепи
Мы рассматривали закон Ома (см. (98.1)) для однородного участка цепи, т. е. такого, в котором не девствует э.д.с. (не действуют сторонние силы). Теперь рассмотрим неоднородный участок цепи, где действующую э.д.с. на участке 1?2 обозначим через а приложенную на концах участка разность потенциалов ? через ?1 —?2.
Если ток проходит по неподвижным проводникам, образующим участок 1?2, то работа А12 всех сил (сторонних и электростатических), совершаемая над носителями тока, по закону сохранения и превращения энергии равна теплоте, выделяющейся на участке.
Предыдущая страница |
Следующая страница
|