Закон Джоуля-Ленца

При протекании постоянного тока по сопротивлению электрическое поле совершает работу. За время по цепи протекает заряд . Электрическое поле на выделенном участке совершает работу

. (12.20)

Работа A электрического тока, протекающего по проводнику с сопротивлением R, преобразуется в тепло Q, выделяющееся в проводнике. Закон преобразования работы в тепло был экспериментально установлен независимо друг от друга Дж. Джоулем и Э. Ленцем и носит название закона Джоуля-Ленца:

. (12.21)

Мощность электрического тока равна производной от работы A по времени t:

. (12.22)

Работа электрического тока в СИ выражается в джоулях (Дж), мощность - в ваттах (Вт).

Рассмотрим теперь полную цепь постоянного тока (рис. 12.2), состоящую из источника с электродвижущей силой и внутренним сопротивлением и однородного внешнего участка с сопротивлением .

Мощность, отдаваемая во внешнюю цепь источником энергии с ЭДС E, с учетом (12.11),

. (12.23)

Во внешней цепи R выделяется мощность

. (12.24)

КПД - η источника

. (12.25)

Зависимость мощности P от сопротивления нагрузки приведена на рис. 12.8.

Рис. 12.8

При коротком замыкании цепи (R ®0) и при холостом ходе (R®∞) мощность P равна нулю. При всех других значениях сопротивления R мощность P > 0. Следовательно, функция P имеет максимум. Дифференцируя P по R и приравнивая первую производную нулю:

,

получим условие передачи максимальной мощности в нагрузку (условие согласования)

. (12.26)

При этом ток в нагрузке I и максимальная мощность в нагрузке P_макс равны, соответственно,

, , (12.27)

где I_кз =E/R_вн - ток короткого замыкания.

12d:\Program Files\Physicon\Open Physics 2.5 part 1\content\chapter1\section\paragraph2\theory.htmld:\Program Files\Physicon\Open Physics 2.5 part 1\design\images\ring_h.gif.6. Законы Кирхгофа

Любая точка разветвления цепи, в ко­торой сходится не менее трех проводников с током, называется узлом. Например, на рис. 12.7 узлами являются точки a, b, c, d. При этом ток, входящий в узел, считается положитель­ным, а ток, выходящий из узла, - отрица­тельным.