Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля – Ленца

Рассмотрим произвольный участок цепи постоянного тока, к концам которого приложено напряжение U за время τ через каждое сопротивление проводника проходит заряд q=Iτ. Это равносильно тому, что заряд q переносится за время τ из одного конца проводника в другой. При этом силы электростатического поля и сторонние силы, действующие на данном участке, совершают работу: A=qU=IUτ. Разделив А на время τ, за которое она совершена, получим мощность тока N=IU.

Эта мощность может расходоваться на совершение участком цепи работы под внешними телами. Например, в электромоторах вращается якорь, по которому идет ток, может расходоваться на протекание химических реакций и наконец на нагревание данного участка.

В случае, когда проводник неподвижен и химические превращения в нем не происходят, работа А тока затрачивается на увеличение внутренней энергии проводника, в результате чего он нагревается. Принято говорить, что при протекании тока в этом случае выделяется теплота: Q=IUτ, U=IR, следовательно Q=I²Rτ – это уравнение было установлено экспериментально Джоулем и независимо от него Ленцем и носит название закона Джоуля-Ленца в интегральной форме. Полученная формула позволяет определить тепло во всем проводнике.