Теплова дія струму. Електрозварювання.

Работа и мощность тока. Закон Джоуля - Ленца. Рассмотрим однородный проводник, к концам которого приложено напряжение U. За время через сечение проводника переносится заряд dq=I dt. Так как ток представляет собой перемещение заряда dq под действием электрического поля, то работа тока

dA=U dq=IU dt.

Если сопротивление проводника R, то, используя закон Ома, получим . Следовательно, мощность тока

.

Если сила тока выражается в амперах, напряжение - в вольтах, сопротивление - в омах, то работа тока выражается в джоулях, а мощность - в ваттах. На практике применяются также внесистемные единицы работы тока: ватт-час (Вт - ч) и киловатт-час (кВт - ч). 1 Вт - ч - работа тока мощностью в 1 Вт в течение 1 ч:

1 Вт - ч =3600 Вт - с =3,6^.10³ Дж; 1 кВт - ч =10³ Вт - ч =3,6^.10⁶ Дж.

Если ток проходит по неподвижному металлическому проводнику, то вся работа тока идет на его нагревание и, по закону сохранения энергии,

dQ=dA.

Таким образом, получим

.

Это выражение представляет собой закон Джоуля - Ленца, экспериментально установленный независимо друг от друга Дж.Джоулем и Э.X.Ленцем.

Выделим в проводнике элементарный цилиндрический объем dV=dS dl (ось цилиндра совпадает с направлением тока), сопротивление которого . По закону Джоуля-Ленца, за время dt в этом объеме выделится теплота

.

Количество теплоты, выделяющееся за единицу времени в единице объема, называется удельной тепловой мощностью тока. Она равна

w=jE= g E ².

Используя дифференциальную форму закона Ома (j= g E) и соотношение r=1/g, получим

w = jE =g E ².

Эта формула является обобщенным выражением закона Джоуля - Ленца в дифференциальной форме, пригодным для любого проводника.

Тепловое действие тока находит широкое применение в технике, которое началось с открытия в 1873 г. русским инженером А.Н.Лодыгиным (1847-1923) лампы накаливания.

На нагревании проводников электрическим током основано действие электрических муфельных печей, электрической дуги (открыта русским инженером В.В.Петровым (1761-1834)), контактной электросварки, бытовых электронагревательных приборов и т. д.

 

Контрольні питання

-Що називається силою струму? щільністю струму? Які їх одиниці?

-Назвіть умови виникнення і існування електричного струму.

-Що таке сторонні сили? Яка їх природа?

-У чому полягає фізичний сенс електрорушійної сили, що діє в ланцюзі? напруги? різниці потенціалів?

-Чому напруга є узагальненим поняттям різниці потенціалів?

-Який зв'язок між опором і провідністю, питомим опором і питомою провідністю?

-Які одиниці питомого опору та питомої провідністі? (Дати визначення).

-У чому полягає явище надпровідності? Які його перспективи?

-На чому грунтована дія термометрів опору?

-Виведіть закони Ома і Джоуля-Ленца в диференціальній формі.

-У чому полягає фізичний сенс питомої теплової потужності струму?

-Проаналізуйте узагальнений закон Ома. Які окремі закони можна з нього получить?

-Як формулюються правила Кирхгофа? На чому вони грунтовані?