Закон Джоуля-Ленца

З протіканням струму у провіднику нероздільно пов’язане виділення тепла (тобто нагрівання провідника) – це відомо вам зі школи.

Кількість теплоти , що виділяється струмом за одиницю часу на виділеній ділянці провідника, може бути визначена наступним чином.

Виділимо у провіднику ділянку між точками 1 і 2. Якщо сила струму у провіднику становить , то через будь-який переріз провідника протікає одиниць заряду. Тобто, якщо через переріз 1 пройде кількість заряду , то й через переріз 2 – теж . Оскільки розподіл зарядів у провіднику при цьому залишається сталим (ми розглядаємо постійний струм), то процес протікання струму еквівалентний переносу заряду від перерізу 1 до перерізу 2.

Робота електричних сил, що виконується при протіканні струму, дорівнює

,

де проекція вектора напруженості електричного поля на вектор зміщення , перпендикулярний перерізу провідника в заданій точці. Скориставшись виразом , перепишемо роботу у вигляді

,

скориставшись означенням напруги (або різниці потенціалів).

Згідно закону збереження енергії, еквівалентна цій роботі кількість енергії повинна виділитись у вигляді іншої форми енергії, наприклад, у вигляді теплоти (хоч , зміною внутрішньої енергії нехтуємо). Отже, за час виділиться кількість теплоти

,

звідки

.

Отримана формула виражає собою закон Джоуля-Ленца. Він означає, що якщо провідник не рухається, і в ньому не відбуваються хімічні реакції (як в електролітах), то струм виділяє енергію у вигляді тепла.

Скориставшись законом Ома, вираз для кількості теплоти можна записати у вигляді

.

Введена таким чином кількість теплоти дорівнює кількості енергії, що виділяється за одиницю часу, і має назву Ватт. Її розмірність в системі СІ

1 Вт = 1 Дж/с = 1 В × 1 А = 1/300 од. напруги CGSE × 3×10⁹ од. напруги CGSE = 10⁷ ерг/с.

Дата добавления: 2014-01-20