Тепловое действие электрического тока, расчет проводов на нагревание.Закон Джоуля-Ленца

Лекция №7

Тема 1. 2. Электрические цепи постоянного тока. Электрические измерения

План

1. Тепловое действие электрического тока, расчет

проводов на нагревание.Закон Ленца-Джоуля.

Электрический ток нагревает проводник. Это явление нам хорошо известно. Объясняется оно тем, что свободные электроны в металлах или ионы в растворах солей, кислот, щелочей, перемещаясь под действием электрического поля, взаимодействуют с ионами или атомами вещества проводника и передают им свою энергию. В результате работы электрического тока внутренняя энергия проводника увеличивается.

Опыты показывают, что в неподвижных металлических проводниках вся работа тока идёт на увеличение их внутренней энергии. Нагретый проводник отдаёт полученную энергию окружающим телам, но уже путём теплопередачи.

Значит, количество теплоты, выделяемое проводником, по которому течёт ток, равно работе тока.

Мы знаем, что работу тока рассчитывают по формуле

А = Ult.

Обозначим количество теплоты буквой Q. Согласно сказанному выше,

Q = A, или Q = Ult.

Пользуясь законом Ома, можно количество теплоты, выделяемое проводником с током, выразить через силу тока, сопротивление участка цепи и время. Зная, что U = IR, получим: Q = IRIt, т.е.

Q = I²Rt.

Количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени.

Джоуль Джеймс Прескотт (1818—1889) 
Обосновал на опытах закон сохранения энергии. Установил закон, определяющий тепловое действие электрического тока. Вычислил скорость движения молекул газа и установил её зависимость от температуры.

Ленц Эмилий Христианович (1804—1865) 
Один из основоположников электротехники. С его именем связано открытие закона, определяющего тепловые действия тока, и закона, определяющего направление индукционного тока.

К этому же выводу, но на основании опытов впервые пришли независимо друг от друга английский учёный Джеймс Джоуль и русский учёный Эмилий Христианович Ленц. Поэтому сформулированный выше вывод называется законом Джоуля—Ленца.

Вопросы для самопроверки:

1. Объяснить процесс нагревания проводника электрическим током.

2. Назвать, по какой формуле можно рассчитать количество теплоты, выделяемое проводником с током.

3. Объяснить как, пользуясь законом Ома, можно выразить количество теплоты, выделяемое проводником с током, через силу тока, сопротивление проводника и время.

4. Сформулировать закон Джоуля—Ленца. Почему он носит такое название?