Работа тока на участке цепи равна произведению силы тока, напряжения и времени, в течение которого шел ток

Согласно закону сохранения энергии эта работа должна быть равна изменению энергии рассматриваемого участка цепи. Поэтому энергия, выделяемая на данном участке цепи за время At, равна работе тока (см. формулу).

Если на участке цепи не совершается механическая ра­бота и ток не производит химических действий, то проис­ходит только нагревание проводника. Нагретый провод­ник отдает тепло окружающим телам.

Нагревание проводника происходит следующим обра­зом. Электрическое поле ускоряет электроны. После столк­новения с ионами кристаллической решетки они передают ионам свою энергию. В результате энергия беспорядочного движения ионов около положений равновесия возрастает. Это и означает увеличение внутренней энергии. Темпера­тура проводника при этом повышается, и он начинает пе­редавать тепло окружающим телам. Спустя некоторое вре­мя после замыкания цепи процесс устанавливается, и тем­пература перестает изменяться со временем. К проводнику за счет работы электрического поля непрерывно поступает энергия. Но его внутренняя энергия остается неизменной, так как проводник передает окружающим телам количест­во теплоты, равное работе тока.

Таким образом, форму­ла для работы тока определяет количество теплоты, передаваемое проводником другим телам.

Если в формуле выразить либо напряжение че­рез силу тока, либо силу тока через напряжение с помо­щью закона Ома для участка цепи, то получим три экви­валентные формулы:

Формулой удобно пользоваться в случае по­следовательного соединения проводников, так как сила тока в этом случае одинакова во всех проводниках. При параллельном соединении удобна формула, так как напряжение на всех проводниках одинаково.

Закон Джоуля — Ленца. Закон, определяющий количе­ство теплоты, которое выделяет проводник с током в окру­жающую среду, был впервые установлен экспериментально английским ученым Д.Джоулем (1818-—1889) и рус­ским ученым Э. X. Ленцем (1804—1865). Закон Джоуля — Ленца формулируется следующим образом: коли­чество теплоты, выделяемой проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротив­ления проводника и времени прохождения тока по проводнику:

Мы получили этот закон с помощью рассуждений, осно­ванных на законе сохранения энергии. Формула по­зволяет вычислить количество теплоты, выделяемое на лю­бом участке цепи, содержащем какие угодно проводники.

Мощность тока. Любой электрический прибор (лампа, электродвигатель и т. д.) рассчитан на потребление опре­деленной энергии в единицу времени. Поэтому, наряду с работой тока, очень важное значение имеет понятие мощность тока. Мощность тока равна отношению работы тока ко времени прохождения тока.

Согласно этому определению мощность тока

'

Из этой формулы очевидно, что мощность тока выра­жается в ваттах (Вт).

Это выражение для мощности тока можно переписать

в нескольких эквивалентных формах, используя закон Ома для участка цепи:

На большинстве приборов указана потребляемая ими мощность.

Прохождение по проводнику электрического тока со­провождается выделением в нем энергии. Эта энергия определяется работой тока — произведением перенесенно­го заряда и напряжения на концах проводника.