Закон Джоуля — Ленца.

Закон, що визначає кількість теплоти, яку виділяє провідник зі струмом у навколишнє середовище, був уста­новлений експериментально англійським вченим Д. Джоулем і російсь­ким вченим Е. X. Ленцем.

Закон Джоуля — Ленца: кількість теплоти, що виділяється провідником зі струмом, дорівнює добутку квадрата сили струму на опір провідника й час проходження струму по провіднику:

Якщо в даній ділянці кола відсутні сторонні сили, то в ній вся енер­гія перетворюється тільки на теплову. Отже, і . Тоді

Якщо в ділянці кола є сторонні сили, то і .

13. Теплова дія струму

Теплову дію струму вивчали на дослідах англійський учений Дж. Джоуль і російський учений Е. X. Ленц.

Hезалежно один під одного нони дійшли однакового нисновку. Якщо на ділянці кола, в якій тече струм, не виконується механічна робота й не відбуваються хімічні реакції, то робота електричного струму приводить тільки до нагрівання провідника. Нагрітий провідник шляхом теплопередачі віддає отриману енергію навколишнім тілам. Отже, згідно із законом збереження енергії кількість виділеної теплоти ф в цьому випадку дорівнюватиме роботі А струму: Я = А.

Кількість теплоти, яка виділяється у провіднику зі струмом, прямо пропорційна квадрату сили струму, опору провідника й часу проходження струму:

Для одержання математичного виразу закона Джоуля—Ленца ми скористалися деякими припущеннями, але, як виявилося з подальших досліджень, кількість теплоти, яка виділяється в процесі проходження струму в ділянці кола, завжди можна обчислити за формулою.

На рис. зображено схему досліду, який доводить закон Джоуля—Ленца.

14. Вивчаємо електронагрівальні пристрої

Електричні нагрівальні пристрої широко застосовують у сільському господарстві, промисловості, на транспорті, у побуті. Незважаючи на зовнішнє різноманіття, усі електронагрівники, використовувані на практиці, мають деякі спільні риси.

По-перше, робота всіх електричних нагрівників Грунтується на тепловій дії струму, тобто в таких пристроях енергія електричного струму перетворюється на внутрішню енергію нагрівника, який, у свою чергу, шляхом теплопередачі віддає енергію довкіллю.

По-друге, основною частиною будь-якого електронагрівника є нагрівальний елемент — провідник, який нагрівається при проходженні в ньому струму.

Нагрівальні елементи мають витримувати нагрівання до дуже високої температури, тому їх виготовляють із тугоплавких матеріалів, тобто з матеріалів, що мають високу температуру плавлення.

Щоб уникнути ураження струмом, нагрівальні елементи ізолюють від корпусу нагрівального пристрою.

За законом Джоуля—Ленца кількість теплоти Я, що виділяється у нагрівальному елементі, становить. Отже, змінюючи силу струму в нагрівальному елементі, можна регулювати температуру нагрівника (рис. 17.5).

15. ЕРС та її фізичний зміст.

Кожне джерело струму характеризуєть­ся роботою діючих у ньому сторонніх сил із переміщення одиниці по­зитивного заряду, тобто певною електрорушійною силою (ЕРС).

ЕРС в замкнутому колі називають фізичну величину, яка чисельно дорівнює роботі сторонніх сил із переміщення одиничного позитивного заряду по всьому замкнутому колу:

ε

У системі СІ

Будь-яке джерело струму по суті є перетворювачем енергії: в ньому один який-небудь вид енергії перетворюється на електричний. З цієї точ­ки зору сторонні сили й здійснюють роботу із розділення зарядів (фізич­на величина, що вимірюється роботою сторонніх сил із розділення оди­ниці кількості електрики).

16. Робота сторонніх і кулонівських сил.

Якщо в ділянці кола діють тільки кулонівські сили, то згідно із законом Ома

Робота із переміщення заряду по провіднику в процесі протікання по ньому електричного струму здійснюється й кулонівськими, й сторонні­ми силами. Повна робота:

Отже,