Закон Джоуля-Ленца формула и формулировка

Так или иначе, оба ученых исследовали явление нагревания проводников электрическим током, они установили опытным путём следующую закономерность: количество теплоты, которое выделяется в проводнике с током, прямо пропорционально сопротивлению проводника, квадрату силы тока и времени прохождения тока.

Позже дополнительные исследования выявили, что данное утверждение справедливо для всех проводников: жидких, твёрдых и даже газообразных. В связи с этим открытая закономерность стала законом.

Итак, рассмотрим сам закон Джоуля-Ленца и его формулу, которая выглядит так:

Где:

· Q - количество теплоты, выделяемое током (Дж);

· I - сила тока, проходящего по проводнику (А);

· R - это сопротивление, оказываемое проводником (Ом);

· t - время, затрачиваемое на прохождение тока (с)

Теперь подробнее рассмотрим схему установки, с помощью которой на практике можно подтвердить закон Джоуля-Ленца, она представлена на рисунке справа.

Сопротивление проводника вычисляется с помощью формулы R = U / I, в которой напряжение U делится на силу тока I. Термометром измеряется повышение температуры воды в экспериментальном сосуде. Используя формулы Q = I² R t и Q = c m D t°, вычисляется количество теплот, которые должны совпадать по результатам опыта.

Заметим также, что закон Джоуля-Ленца подтверждается не только с помощью эксперимента, но и выводится теоретическим путём, так, как это сделано ниже:

Заметьте, что полученная нами формула A = I² R t очень похожа на математическую формулу закона Джоуля-Ленца, но в её левой части стоит не количество теплоты, а работа тока А. Даёт ли это нам право считать, что данные величины равны? Для этого воспользуемся первым законом термодинамики и выразим работу из него:

DU = Q + A, а это значит, A = DU – Q.

Где:

· Q - это количество теплоты, которое было отдано проводником (на что указывает знак «–» впереди);

· DU - изменение внутренней энергии того или иного проводника, нагреваемого током;

· A - совершённая над проводником работа.

Но, что это за работа?

Хотя сам проводник остается неподвижным, но внутри него постоянно движутся электроны, которые наталкиваются на ионы в кристаллической решётке проводника и передают им часть кинетической энергии. И, для получения устойчивого результата поток электронов не должен ослабевать, для этого силы электрического поля, которое создаёт источник электроэнергии, постоянно совершают над ними работу. Поэтому A - это ни что иное, как работа сил электрического поля для перемещения внутри проводника электронов.