Работа и мощность тока. Пусть между точками 1 и 2 проводника имеется разность потенциалов U, и за время dt от 1 к 2 проходит заряд:

Пусть между точками 1 и 2 проводника имеется разность потенциалов U, и за время dt от 1 к 2 проходит заряд:

dQ=Idt.

Электрические и сторонние силы (если они есть) совершают над dQ работу по его перемещению. Такую работу называют работой тока dА.

dA= IUdt (2.11)

За конечное время t:

A=IUt. (2.11.1)

Используя закон Ома, получим, что работу можно вычислить по следующим формулам:

(2.11.2)

Так как по определению, мощность – это физическая величина, равная отношению работы к промежутку времени, в течение которого она совершалась, то

(2.12)

Физический смысл: мощность показывает, какая работа совершается в одну секунду.

1) В случае однородного участка: U=φ₁-φ₂, тогда

A=I (φ₁-φ₂) t

p= I (φ₁-φ₂)

2) В случае неоднородного участка: U= φ₁-φ₂+ε₁₂, тогда

A=I (φ₁-φ₂+ε₁₂) t

p=I (φ₁-φ₂+ε₁₂).

3) В случае замкнутого участка: U=ε₁₂, тогда

A=Iε₁₂t,

p=Iε₁₂.

Различают несколько видов мощности: полную, полезную и теряемую.

Полная мощность р₀, развиваемая источником тока с ЭДС ε и внутренним сопротивлением r, когда во внешнюю цепь включена нагрузка R, определяется по формуле:

, (2.12.1)

где (R+r) – общее сопротивление цепи, Ом.

Полная мощность идет на выделение тепла во внешнем и внутреннем сопротивлении.

Полезная мощность (мощность, выделяемая во внешнем сопротивлении):

(2.12.2)

Теряемая мощност ь (мощность, теряемая во внутреннем сопротивлении):

(2.12.3)

Для характеристики эффективности использования работы введена специальная величина – коэффициент полезного действия, которая равна отношению полезной работы к полной, выраженной в процентах:

(2.13)

Так как полезная работа – это часть полной, следовательно, КПД всегда меньше единицы.

Работа, совершённая сторонними и электрическими силами может расходоваться на:

· совершение участком цепи, по которому течет ток, работы над внешними телами (например, электромотор),

· протекание химических реакций,

· нагревание данного участка цепи.

2.9 Закон Джоуля – Ленца

В случае, когда проводник, по которому течет ток, неподвижен, и в нем не протекают химические реакции, работа тока будет идти на увеличение внутренней энергии проводника, т.е на его нагрев. Таким образом, при протекании тока в проводнике в нем выделяться количество теплоты Q:

, (2.14)

где Q - количество теплоты, Дж;

I – сила тока, А;

U – напряжение, В;

R – сопротивление, Ом;

t – время протекания тока, с.

Эта запись выражает закон Джоуля – Ленца для постоянного тока.

Если сила тока в цепи меняется с течение времени, то количество теплоты можно определить по формуле:

(2.14.1)

Для полной замкнутой цепи напряжение

U= φ₁- φ₂+ ε = ε

Следовательно,

Q=I ε t, (2.14.2)

где ε – ЭДС источника.

Отсюда видно, что выделяющееся в проводнике количество теплоты обусловлено работой сторонних сил, а электрические силы обуславливают только его перераспределение.