• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Теплова дія струму. Закон Джоуля-Ленца.

Рис. 3

Сторонні сили створюють додаткове електричне поле, або поле сторонніх сил. Напруженість поля сторонніх сил , де F_стор. – сили сторонні, що діють на одиничний заряд. У розімкнутому джерелі В цьому випадку встановлюється стаціонарний перерозподіл + та – зарядів.

Таким чином джерело струму це пристрій, в якому сторонні сили розділяють різнойменні заряди і концентрують їх на різних полюсах.

Ці заряди створюють різницю потенціалів (напругу) на клемах джерела, що дорівнює ЕРС джерела. Іноді кажуть, що ЕРС – це падіння напруги на внутрішньому опорі r джерела, при русі електронів від + до -.

Сторонні сили виконують роботу, потрібну для розділення зарядів. Величина роботи, що виконується для переміщення одиничного заряду називається Електро Рушійною Силою джерела

.

Зовнішньою ділянкою електричного кола називають ту частину замкненого кола, де носії заряду рухаються під дією сил електростатичного походження і створюють струм, направлений від + до -.

Робота, яку виконують сторонні сили при переміщенні q заряду на зовнішній ділянці кола обчислюють за формулою

, (15)

де U_зовн. – спад напруги на зовнішній ділянці кола.

Всередині джерела е.р.с. вільні носії заряду повинні рухатись проти дії електростатичних сил. Це повинно бути обов’язково, бо у замкненому колі напрям руху носіїв заряду може бути лише однаковим на всіх ділянках кола.

Внутрішньою ділянкою електричного кола називається та частина кола, у якій носії заряду рухаються під дією сил не електростатичного походження проти сил електростатичного поля. Наприклад: негативні електрони та іони повинні рухатись всередині акумулятора до негативного електрода. Струм всередині джерела має парадоксальний напрямок : від - до + клем.

Межі поділу замкненого електричного кола на зовнішню і внутрішню ділянки називають полюсами джерела е.р.с., або електродами.

Аналогічно (15) роботу сторонніх сил по переміщенню заряду q на внутрішній ділянці кола постійного струму можна обчислити за формулою:

, (16)

де U_внутр. – спад напруги на внутрішній ділянці кола (всередині джерела е.р.с.)

За законом збереження енергії, повна робота А по переміщенню заряду q вздовж замкненого кола постійного струму дорівнює Σ робіт, виконуваних сторонніми силами на окремих дільницях цього кола.

;

Скоротимо на q

.

При розімкненому зовнішньому колі має місце , тоді

За законом Ома для ділянок кола

, ,

З останньої формули отримаємо (17)

- Закон Ома для замкненого (повного) кола.

Виходячи з (17) можна зробити такі висновки:

1. Якщо , то величина струму у зовнішньому колі завжди буде визначатись виключно опором зовнішнього кола, тобто навантаженням джерела: . В цьому випадку падіння напруги на внутрішньому опорі . Тобто вся ε передається навантаженню і ми маємо ДЖЕРЕЛО ПОСТІЙНОЇ НАПРУГИ. Тобто : незалежно від величини опору навантаження R напруга на клемах джерела буде const.

2. Якщо , то струм у зовнішньому колі буде , тобто на його величину навантаження впливати не буде і струм буде const при будь-якому навантаженні. В цьому випадку маємо джерело постійного струму.

Гідростатичний аналог.

1. Коли до водонапірного крана підходить труба діаметром 0,5 м, то потік води буде визначатись ступенем відкриття крану, тобто його напором, а тиск на виході крану завжди буде високим + const.

2. Якщо труба дуже тонка, то скільки ми не відкручуємо кран – струмінь води малий і const.

Самостійно: Закони Кіргофа.

Досліди показують, що в провіднику із струмом виділяється тепло і провідник при цьому нагрівається. Це пояснюється тим, що електричні заряди, рухаючись направлено, зустрічають опір у середовищі провідника.

Якщо в провіднику не виконується ніяка робота проти хімічних, чи механічних сил і спад напруги зумовлений лише електричним опором, то енергія струму повністю виділяється у вигляді тепла.

Джоуль і Ленц працюючи незалежно один від одного, вивчали теплову дію електричного струму. При цьому вони досягли висновку, що кількість тепла Q, яка виділяється в провіднику на ділянці кола, прямо пропорціональна квадрату величини струму І², опорові R і часу проходження струму, тобто

(18)

де - коефіцієнт, що залежить від вибору одиниць вимірювання. Коли =Кал; =Дж, то .

У системі СІ Q і A вимірюється в Дж, тоді

.

Якщо підставити значення І з закону Ома, то

. (19)

Закон Джоуля-Ленца виражає величину енергії джерела, яка переходить у тепло.

Зробимо перетворення в останній формулі (19).

Виділимо ділянку однорідного провідника довжиною l і незмінним перерізом S, тоді

Формула (19) буде:

. (20)

(помножимо і розділимо (20) на l ) .

Врахуємо, що , а - питома електропровідність.

Позначимо - кількість тепла, що виділяється в кожній одиниці об’єму за 1 сек.

Тобто, – Закон Джоуля-Ленца а диференційній формі. (21)

Видно, що в тепло перетворюється енергія електричного поля.

Читайте також:

1. II. Основні закономірності ходу і розгалуження судин великого і малого кіл кровообігу
2. IV. Закони ідеальних газів.
3. IV. Закономірності структурно-функціональної організації спинного мозку
4. Авілум – “син чоловіка” – повноправна людина, охороні його життя, здоров’я, захисту його майнових інтересів присвячена значна частина законника.
5. Автоматичне розвантаження по струму.
6. Аграрне право та законодавство США, Німеччини, Франції, Великої Британії, Ізраїлю, Польщі, Росії
7. Аграрні закони України
8. Адаптація законодавства України до законодавства ЄС - один із важливих інструментів створення в Україні нової правової системи та громадянського суспільства
9. Адаптація законодавства України до законодавства ЄС - один із важливих інструментів створення в Україні нової правової системи та громадянського суспільства
10. Адміністративна відповідальність за порушення аграрного законодавства
11. Адміністративна відповідальність за порушення земельного законодавства
12. Адміністративна відповідальність за порушення податкового законодавства.

Переглядів: 2016