Закон Джоуля - Ленца для участка цепи
При протекании тока по проводнику происходит преобразование энергии электрического поля в другие виды энергии.
Проводник может нагреваться, в этом случае энергия электрического поля превращается в тепло.
Он может излучать электромагнитные волны, как это происходит при нагревании металлической спирали электрической лампочки.
Проводник с током может перемещаться, если он находится в магнитном поле - в этом случае энергия электрического поля переходит в механическую энергию.
Таким образом, работа, совершаемая электрическим током, может быть записана в виде
(17.16)
где Q - количество теплоты, выделяющейся в проводнике;
W - энергия электромагнитного излучения;
- механическая энергия.
Если энергия электрического поля переходит только в теплоту и не возникает других форм энергии, то можно считать, что работа электрического поля равна количеству теплоты, выделяющейся в проводнике:
Закон Джоуля - Ленца для участка цепи:
Количество теплоты, выделяющейся в проводнике, равно произведению квадрата силы тока на сопротивление проводника и на время протекания электрического тока:
(17.17)
Применяя закон Ома, можно закон Джоуля - Ленца записать также в виде
(17.18)
или в виде
(17.19)
Джоуль Джеймс Прескотт (1818 – 1889), английский физик, родился в Солфорде. Получил домашнее образование.
Работы посвящены электромагнетизму, теплоте, кинетической теории газов. Экспериментально показал, что теплоту можно получить за счет механической работы.
Установил зависимость количества тепла, выделяющегося в проводнике, от величины тока и сопротивления проводника.
Ленц Эмилий Христианович (1804 – 1865), русский физик, родился в Дерпте (Тарту). Учился в Дерптском ун-те.
Основные работы в области электромагнетизма. Независимо от Джоуля установил закон теплового действия тока. Сформулировал правило определения направления электродвижущей силы индукции (закон Ленца).
В дифференциальной форме закон Джоуля - Ленца можно получить следующим образом.
Пусть в проводнике объемом за время выделяется количество теплоты:
(17.20)
Введем понятие удельной мощности электрического тока – это мощность, выделяющаяся в единице объема проводника за единицу времени:
(17.21)
Разделим правую и левую часть уравнения (17.20) на произведение :
(17.22)
Введем замену
(17.23)
где l - длина проводника;
E - напряженность электрического поля в проводнике.
Сопротивление участка цепи можно записать в виде
где r - удельное сопротивление проводника;
S - площадь сечения проводника.
Подставим (17.23) и (17.24) в уравнение (17.22), находим
(17.24)
Здесь учитывалось, что объем участка цепи можно записать в виде:
Величина, обратная удельному сопротивлению, называется удельной электропроводностью:
Закон Джоуля - Ленца в дифференциальной форме имеет вид
(17.25)
Дата добавления: 2019-09-30; просмотров: 462;