Электрическая работа. Мощность. Закон Джоуля-Ленца

В замкнутой электрической цепи работу, которую совершает источник тока для перемещения заряда q, используя закон Ома для участка цепи, можно записать:

(1.4)

Величину, характеризуемую скоростью, с которой совершается работа, называют мощностью:

(1.5)

Единица мощности — ватт (Вт): [ Р ]=1 Дж/1 с=1 Вт, т.е. мощность равна 1 Вт, если за 1 с совершается работа в 1 Дж.

В связи с чем электрическая работа 1 Дж = 1 Вт-1 с = 1 Вт-с. На практике пользуются такими единицами работы, как киловатт-час (кВт-ч):1 кВт-ч = 3 600 000 Вт-с.

Когда в цепи с сопротивлением R существует ток, электроны, перемещаясь под действием поля, сталкиваются с ионами кристаллической решетки проводника. При этом кинетическая энергия электронов передается ионам, что приводит к увеличению амплитуды колебательного движения ионов, и, следовательно, к нагреванию проводника. Количество теплоты, выделенной в проводнике:

(1.6)

Приведенная зависимость носит название закона Ленца — Джоуля: количество теплоты, выделяемой при прохождении тока в проводнике, пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока.

Преобразование электрической энергии в тепловую имеет большое практическое значение и широко используется в различных нагревательных приборах как в промышленности, так и в быту. Однако часто тепловые потери являются нежелательными, так как они вызывают непроизводительные расходы энергии, например в электрических машинах, трансформаторах и других устройствах, что снижает их КПД.