Учебник по Физике.

Оглавление учебника

Работа и мощность постоянного тока.

Механизм трансформации энергии в проводнике с током. Заставляя свободные носители перемещаться в проводнике, приложенное электрическое поле совершает работу. Согласно закону сохранения энергии, совершенная на участке цепи работа должна равняться изменению энергии этого участка. Пусть ток в проводнике постоянен во времени и обусловлен упорядоченным движением электронов. Электрическое поле ускоряет электроны, совершая при этом работу за счет внешнего источника. В результате столкновений электронов с ионами кристаллической решетки последним передается часть кинетической энергии электронов, что приводит к увеличению энергии колебаний ионов, т.е. к увеличению внутренней энергии проводника. Это означает, что увеличивается температура проводника, он нагревается и начинает передавать энергию окружающей среде. Через короткое время устанавливается тепловое равновесие, т.е. непрерывно поступающая в проводник энергия за счет работы внешнего источника передается окружающим телам в форме количества теплоты. Сам проводник при этом более не нагревается.

Работа и мощность постоянного тока. Пусть участок цепи находится под напряжением U. За время Dt через поперечное сечение проводника проходит заряд Dq = IDt. Электрическое поле совершает при этом работу A = DqU.

Отсюда: работа электрического тока

(10.1)

Эквивалентными являются формулы:



Мощность тока

(10.2)

Выделяемая на резисторах в сложной цепи постоянного тока мощность зависит от того, как соединены эти резисторы. При последовательном соединении одинаков ток через резисторы и мощность пропорциональна сопротивлению. При параллельном соединении одинаково напряжение и мощность обратно пропорциональна сопротивлению.

Закон Джоуля-Ленца. Количество теплоты, выделяемое проводником с током в окружающую среду, определяется формулой

(10.3)