Мощность тока. Закон Джоуля – Ленца.

При перенесении заряда q вдоль проводника, между концами которого имеется разность потенциалов U=φ ₁- φ ₂ сила электрического поля совершает над зарядом работу А = Uq.

При силе тока I за время t из одного конца проводника в другой переносится заряд q=I·t.

Следовательно, силы поля совершают за время t работу

А= Uq= U·I·t

Согласно закону Ома I= U/R, или U=IR. Поэтому выражение для работы можно написать также в виде А = I 2Rt, или А = (U 2/R)t

Разделив работу А на время t, в течение которого она совершается, получим

мощность N, развиваемую током на данном участке цепи:

N = U·I= I 2R=

В этих формулах R - внешнее сопротивление и, следовательно, N - полезная мощность.

Полная (затраченная) мощность N_затр= I 2(R+r)

Поэтому к.п.д. электрогенератора, когда в цепи имеются только сопротивления, η =N/ N_затр

Единицей работы служит 1 Дж =1В·1А·1с==1В·1Кл=1Вт·1с.

Единицами мощности электрического тока являются

1Вт=1В·1IА=IДж/с, 1кВт=IкДж/с.

В технике чаще употребляют внесистемные единицы:

1 Вт-ч=3600 Дж, 1 кВт.ч=3600 кДж.

Мощность, развиваемая током, может затрачиваться на вращение электромоторов (в этом случае электрическая энергия превращается в механическую):, на поддержание химических реакций и, наконец, на нагревание проводов в специальных нагревательных приборах. В электроосветительных приборах ток либо вызывает разогрев этих устройств до очень высокой температуры, в результате чего они становятся источниками световых волн (лампы накаливания), либо вызывает возбуждение атомов газа, которые, возвращаясь в основное состояние, излучают свет (газосветные лампы).

На участках цепи, на которых нет движущихся частей и не происходит химических реакций, вся мощность тока идет на нагревание этих участков, иначе говоря, выделяется в виде тепла. В этом случае количество выделившейся теплоты равно работе, совершаемой над носителями тока силами электрического поля: Q=А. Заменив А, найдем выражение для количества теплоты, выделившейся в участке цепи за время t: Q = I 2Rt= = U·I·t

где I- сила тока в цепи, R- сопротивление данного участка цепи.

Эта формула выражает закон Джоуля— Ленца, установленный опытным путем в середине прошлого столетия: при прохождении электрического тока по проводнику количество теплоты, выделяющейся в проводнике, прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока.

Количество теплоты Q = I 2Rt= = U·I·t