Робота і потужність постійного струму – фізика

Згадайте, як визначається робота кулонівських сил при переміщенні заряду q з точки з потенціалом φ1 в точку з потенціалом φ2.

Важливо
При впорядкованому русі заряджених частинок в провіднику електричне поле здійснює роботу.

Її прийнято називати роботою струму.

Розглянемо довільний ділянку ланцюга. Це може бути однорідний провідник, наприклад нитка лампи розжарювання, обмотка електродвигуна та ін. Нехай за час Δt через поперечний переріз провідника проходить заряд Δq. Електричне поле вчинить при цьому роботу А = ΔqU (U – напруга між кінцями ділянки провідника).

Важливо
Робота струму на ділянці ланцюга дорівнює добутку сили струму, напруги і часу, протягом якого йшов струм.

Відповідно до закону збереження енергії ця робота повинна бути дорівнює зміні енергії розглянутого ділянки ланцюга. Тому

Важливо
енергія, що виділяється на даній ділянці ланцюга за час Δt, дорівнює роботі струму.

Якщо на ділянці ланцюга не звершується механічна робота і струм не виробляє хімічних дій, то відбувається тільки нагрівання провідника, т. Е. Збільшується внутрішня енергія провідника. Нагрітий провідник віддає тепло оточуючим тілам.

Нагрівання провідника відбувається наступним чином. Електричне поле прискорює електрони. В результаті зіткнення з іонами кристалічної решітки вони передають іонам свою енергію. Енергія безладного руху іонів близько положень рівноваги зростає. Це і означає збільшення внутрішньої енергії. Так як температура – міра кінетичної енергії тіла, то температура провідника підвищується, і він починає передавати тепло оточуючим тілам. Через деякий час після замикання ланцюга процес встановлюється, і температура провідника перестає змінюватися з часом. За рахунок роботи електричного поля в провіднику безперервно виділяється енергія. Але його внутрішня енергія залишається незмінною, оскільки провідник передає оточуючим тілам кількість теплоти, рівне роботі струму. Таким чином, формула (15.12) для роботи струму визначає кількість теплоти, переданої провідником інших тіл.

Закон Джоуля-Ленца. Закон, який визначає кількість теплоти, яку виділяє провідник зі струмом у навколишнє середовище, був вперше встановлений експериментально англійським ученим Д. Джоулем (1818-1889) і російським ученим Е. X. Ленцем (1804- 1865).

Закон Джоуля-Ленца
Кількість теплоти, що виділяється в провіднику зі струмом, дорівнює добутку квадрата сили струму, опору провідника і часу проходження струму по провіднику:

Q = I2RΔt. (15.14)

Потужність струму. Будь-який електричний прилад (лампа, електродвигун і т. Д.) Розрахований на споживання певної енергії в одиницю часу. Тому поряд з роботою струму дуже важливе значення має поняття потужність струму.

Питання до параграфу

1. Що називають роботою струму?

2. Чим відрізняється поняття роботи струму в електростатики від поняття роботи в ® механіці?

3. Що таке потужність струму?

4. У яких одиницях виражається потужність струму?

5. Чи можна збільшити потужність електроприладу, подаючи на нього більшу напругу?

6. Які перетворення енергії відбуваються в провіднику, коли по ньому йде струм?

Посилання на основну публікацію