Нагрівання провідників електричним струмом
Електричний струм нагріває провідник. Це явище нам добре відоме. Пояснюється воно тим, що вільні електрони в металах або іони в розчинах солей, кислот, лугів, переміщуючись під дією електричного поля, взаємодіють з іонами або атомами речовини провідника і передають їм свою енергію. В результаті роботи електричного струму внутрішня енергія провідника збільшується.
Досліди показують, що в нерухомих металевих провідниках уся робота струму йде на збільшення їх внутрішньої енергії. Нагрітий провідник віддає отриману енергію навколишнім тілам, але вже шляхом теплопередачі.
Отже, кількість теплоти, що виділяється провідником, по якому тече струм, дорівнює роботі струму.
Ми знаємо, що роботу струму розраховують за формулою:
А = Ult.
Позначимо кількість теплоти буквою Q. Відповідно до сказаного вище:
Q = A, або Q = UlT.
Користуючись законом Ома, можна кількість теплоти, що виділяється провідником зі струмом, виразити через силу струму, опір ділянки кола і час. Знаючи, що U = IR, отримаємо:
Q = IRIT,
Тобто:
Q = I2RT.
Кількість теплоти, що виділяється провідником зі струмом, дорівнює добутку квадрата сили струму, опору провідника і часу.
Джоуль Джеймс Прескотт (1818-1889)
Обгрунтував на дослідах закон збереження енергії. Встановив закон, що визначає теплову дію електричного струму. Обчислив швидкість руху молекул газу і встановив її залежність від температури.
Ленц Емілій Християнович
Один з основоположників електротехніки. З його ім’ям пов’язано відкриття закону, що визначає теплові дії струму, і закону, що визначає напрямок індукційного струму.
До цього ж висновку, але на підставі дослідів вперше прийшли незалежно один від одного англійський учений Джеймс Джоуль і російський вчений Емілій Християнович Ленц. Тому сформульований вище висновок називається законом Джоуля-Ленца.
Питання
- Як можна пояснити нагрівання провідника електричним струмом? За якою формулою можна розрахувати кількість теплоти, що виділяється провідником зі струмом? Як, користуючись законом Ома, можна виразити кількість теплоти, що виділяється провідником зі струмом, через силу струму, опір провідника і час? Як формулюється закон Джоуля-Ленца? Чому він носить таку назву?
- Яка кількість теплоти виділиться за 30 хв дротяною спіраллю опором 20 Ом при силі струму 5 А? З якою метою дроти в місцях з’єднання не просто скручують, а ще й спаюють? Відповідь обгрунтуйте. Спіраль нагрівального приладу – рефлектора за допомогою шнура і вилки з’єднується з розеткою. Шнур складається з дротів, що підводять струм до спіралі, покритих ізоляцією. Спіраль і дроти з’єднані послідовно. Як розподіляється напруга, що подається від мережі, між дротами і спіраллю? Чому спіраль розжарюється, а дроти майже не нагріваються? Якими особливостями пристрою спіралі і дротів досягається ця різниця? У ланцюг джерела струму включені послідовно три дроти однакового перерізу і довжини: мідна, сталева і нікелінова. Яка з них більше нагріється? Відповідь обгрунтуйте і по можливості перевірте в класі на Досліді.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)