Работа электрического тока. Закон Джоуля-Ленца

Работу электрического тока можно определить через работу электрического поля по перемещению множества зарядов и работу ЭДС. Отсюда немедленно вытекает следующая формула:
Работа электрического това

Куда естественным образом входят все упомянутые параметры. Действительно, ток I представляет собой количество единичных зарядов перемещающихся через поперечное сечение проводника в единицу времени. Значит произведение тока I на время t полный перемещенный заряд. А так как U – есть сумма работы электрического поля и работы сторонних сил по перемещению единичного заряда, то полная работа по перемещению всей массы таких зарядов (равной I*t) равна приведенному выражению.

Разумеется, эта формула годится для идеализированного достаточно тонкого проводника, какими и являются провода, применяемые на практике. В общем случае потребуется применять интегрирование. То есть разбить всю поверхность тока на участки, на которых применима формула (1), и просуммировать полученные результаты.

Зная величину работы нетрудно вывести формулу для выделяемой мощности. По определению она равна работе производимой в единицу времени. Сокращая на t, получим:

Формула выделяющейся мощности

Таким образом, мощность электрического тока можно выразить как через ток, так и через напряжение. Отсюда вытекает возможность измерения мощности, как при помощи амперметра, так и при помощи вольтметра.

Существуют и так называемые ваттметры, позволяющие измерить мощность непосредственно, без промежуточных вычислений.

Закон Джоуля-Ленца

 
Закон Джоуля-Ленца – это следствие закона сохранения энергии для проводника с током. Хорошо известно, что при протекании тока через проводник, последний нагревается. То есть работа электрического тока преобразуется в тепловую энергию, и мы можем записать следующее выражение для количества тепла:

Количество теплоты

эквивалентное формуле (1) для работы.

На использовании закона Джоуля – Ленца основан принцип действия всех электронагревательных приборов. Напряжение в сети постоянно, то есть не зависит от времени. Следовательно, выделяемая за время t теплота пропорциональна t и величине сопротивления R. Подсоединив к цепи нагрузку с большим удельным сопротивлением, можно добиться значительного тепловыделения. Величина сопротивления зависит как от свойств материала, так и от размеров нагревательного элемента. Поэтому нагревательный элемент в электрочайниках скручивают в спираль – так его длина оказывается больше.