РОБОТА ТА ПОТУЖНІСТЬ ЕЛЕКТРИЧНОГО СТРУМУ

ЕЛЕКТРОДИНАМІКИ

Розділ 1 Електричне поле і струм

§ 6. РОБОТА ТА ПОТУЖНІСТЬ ЕЛЕКТРИЧНОГО СТРУМУ

При впорядкованому русі заряджених частинок у провіднику електричне поле виконує роботу. Цю роботу прийнято називати роботою струму.

Якщо розглядати довільну ділянку електричного кола – однорідний провідник: нитку лампи розжарення, резистор, обмотку електродвигуна тощо, то можна з’ясувати, що за інтервал часу ∆t через поперечний переріз провідника S проходить заряд ∆q. Тоді електричне поле виконує роботу

А = ∆qU. Оскільки

сила струму  РОБОТА ТА ПОТУЖНІСТЬ ЕЛЕКТРИЧНОГО СТРУМУ

 РОБОТА ТА ПОТУЖНІСТЬ ЕЛЕКТРИЧНОГО СТРУМУ

Де I – сила струму в колі; U – напруга на ділянці кола; ∆t -інтервал часу, протягом якого виконувалася робота. Робота електричного струму на ділянці кола визначається добутком сили струму, напруги та інтервалу часу, протягом якого ця робота виконувалася.

Згідно із законом збереження енергії ця робота має дорівнювати зміні енергії розглядуваної ділянки кола. Тому енергія, яка виділяється наданій ділянці кола за інтервал часу

At, дорівнює роботі електричного струму:

А = IU∆t.

Якщо на ділянці кола не виконується механічна робота і струм не чинить хімічних дій, відбувається тільки нагрівання провідника, який віддає теплоту навколишньому середовищу.

Як же це відбувається? Відомо, якщо електрон потрапляє в електричне поле, то він починає рухатися з прискоренням. Після зіткнення з йонами кристалічної гратки електрони передають йонам свою енергію, і внаслідок цього енергія хаотичного руху йонів біля положень рівноваги зростає. Це свідчить про збільшення внутрішньої енергії провідника, температура якого підвищується, і він починає передавати теплоту навколишнім тілам. Через невеликий інтервал часу після замикання кола процес установлюється і температура з часом перестає змінюватися. До провідника за рахунок роботи електричного поля безперервно надходить енергія, його внутрішня енергія залишається незмінною, оскільки провідник передає навколишнім тілам кількість теплоти., яка дорівнює роботі електричного струму. Отже, співвідношення А = IU∆t для роботи струму у випадку однорідного провідника визначає кількість теплоти, що передається провідником іншим тілам.

Якщо у формулі-А = IU∆t напругу записати через силу струму або силу струму через напругу, скориставшись законом Ома для ділянки кола, то отримаємо три еквівалентні формули для роботи електричного струму:

 РОБОТА ТА ПОТУЖНІСТЬ ЕЛЕКТРИЧНОГО СТРУМУ

Формулу А = I2 R∆t зручно використовувати для кола з послідовним з’єднанням провідників, тому що сила струму в усіх провідниках однакова.

При паралельному з’єднанні краще використовувати формулу

 РОБОТА ТА ПОТУЖНІСТЬ ЕЛЕКТРИЧНОГО СТРУМУ

Тому що напруга на всіх провідниках однакова.

Закон, що визначає кількість теплоти, яку виділяє провідник зі струмом у навколишнє середовище, вперше експериментально встановили англійський учений Дж. Джоуль і російський учений Е. X. Ленц, тому він і отримав назву – закон Джоуля-Ленца:

Кількість теплоти, яку виділяє провідник зі струмом, визначається добутком квадрата сили струму, опору провідника та інтервалу часу проходження струму

Q = І2 R∆t,

Де Q – кількість теплоти, що виділилася у провіднику; І – сила струму в провіднику; R – електричний опір провідника; ∆t – інтервал часу проходження струму по провіднику.

Закон Джоуля-Ленца виведено із закону збереження енергії. Формула А = I2R∆t дає змогу визначити кількість теплоти, що виділяється на будь – якій ділянці електричного кола, яке складається з будь-яких провідників.

Будь-який споживач електричного струму (лампочка, електродвигун, електродзвінок тощо) розрахований на використання певної енергії за одиницю часу. Тому разом з роботою струму важливе значення має поняття потужності електричного струми.

Потужність електричного струму визначається відношенням роботи струму.

 РОБОТА ТА ПОТУЖНІСТЬ ЕЛЕКТРИЧНОГО СТРУМУ

Цей вираз для потужності можна подати в кількох еквівалентних формах, використовуючи закон Ома для ділянки кола:

 РОБОТА ТА ПОТУЖНІСТЬ ЕЛЕКТРИЧНОГО СТРУМУ

Для більшості електроприладів зазначено потужність, яку вони споживають, на корпусі або в технічних паспортах.




РОБОТА ТА ПОТУЖНІСТЬ ЕЛЕКТРИЧНОГО СТРУМУ