Физические величины, описывающие явление теплового действия электрического тока
Найдём работу электрического тока. Из определения напряжения известно, что напряжение – это физическая величина, численно равная отношению работы, которую совершают сторонние силы источника тока по перенесению зарядов против сил электрического поля, к величине этих зарядов. Из определяющей формулы напряжения находим выражение работы:
.
Из определения силы электрического тока известно, что сила электрического тока – это физическая величина, численно равная отношению количества зарядов, проходящих через поперечное сечение проводника, ко времени протекания тока. Из определяющей формулы силы электрического тока находим выражение заряда:
.
Тогда работа электрического тока равна:
.
Единицей работы электрического тока является джоуль (Дж):
.
Для характеристики скорости выполнения работы введена физическая величина, называемая мощностью, под которой понимается количество работы, выполненной за единицу времени.
Определяющая формула мощности:
.
Единицей мощности является ватт (Вт):
.
Подставляем выражение работы, в котором работа определяется через напряжение, силу тока и время, в формулу мощности и получаем:
,
.
Измеряется работа электрического тока с помощью электрического счётчика, а мощность – с помощью ваттметра.
Пример 5.1 Медный проводник длиной 1000 м и площадью поперечного сечения 1,71 мм2 подключен к источнику постоянного тока напряжением 100 В. Определить сопротивление проводника, силу электрического тока в проводнике, работу, которую выполняет электрический ток за 1000 с, и мощность электрического тока.
Решение.
1. Составляем условие в технической системе:
l = 1000 м
S = 1,71 мм2
r = 0,0171 Ом×мм2/м
U = 100 В
t = 1000 с
R, I, А, Р – ?
2. Сопротивление проводника находим по расчётной формуле:
,
.
3. Подставляем значения физических величин и находим сопротивление проводника:
, .
4. Силу электрического тока в проводнике определяем по закону Ома:
,
.
5. Подставляем значения физических величин и находим силу электрического тока в проводнике:
, .
6. Работу электрического тока в проводнике определяем по выражению:
,
.
7. Подставляем значения физических величин и находим работу электрического тока в проводнике:
, .
8. Мощность электрического тока определяем по формуле:
,
.
9. Подставляем значения физических величин и находим мощность электрического тока:
, .
Таким образом, для характеристики явления теплового действия электрического тока введены следующие физические величины: работа электрического тока, мощность электрического тока, количество теплоты, сопротивление проводника, время.