Работа и мощность тока. Закон Джоуля-Ленца.
Мощность электрического тока - работа электрического тока за 1 секунду.
В электрических цепях постоянного тока мощность Р = UI, где U — напряжение, I — сила тока. При переменном токе произведение мгновенных значений напряжения u и тока i представляет собой мгновенную мощность: р = ui, т. е. мощность в данный момент времени, которая является переменной величиной.
При протекании тока по однородному участку цепи электрическое поле совершает работу. За время Δt по цепи протекает заряд Δq = IΔt. Электрическое поле на выделенном участке совершает работу
ΔA = (φ1 – φ2)Δq = Δφ12*IΔt = U*IΔt.
где U = Δφ12 – напряжение. Эту работу называют работой электрического тока.
Работа ΔA электрического тока I, протекающего по неподвижному проводнику с сопротивлением R, преобразуется в тепло ΔQ, выделяющееся на проводнике.
ΔQ = ΔA = R(I^2)Δt.
Закон джоуля ленца
Математически может быть выражен в следующей форме:
Работа по перемещению проводника и контура в магнитном поле.
На проводник с током в магнитном поле действуют силы, определяемые законом Ампера. Если проводник не закреплен, то под действием силы Ампера он будет в магнитном поле перемещаться. Следовательно, магнитное поле совершает работу по перемещению проводника с током.
работа по перемещению замкнутого контура с током в магнитном поле равна произведению силы тока в контуре на изменение магнитного потока, сцепленного с контуром. Формула остается справедливой для контура любой формы в произвольном магнитном поле.
Работа сил электрического поля при перемещении зарядов. Циркуляция вектора напряженности.
Работа электростатических сил равна разности потенциалов Δφ12 = φ1 – φ2 между начальной (1) и конечной (2) точками неоднородного участка. Работа сторонних сил равна по определению электродвижущей силе e12, действующей на данном участке. Поэтому полная работа равна:
U12 = φ1 – φ2 + e12.
Если работа совершается по замкнутому контуру, то из последней формулы мы получаем:
Интеграл
- называется циркуляцией вектора
напряженности. Т.о.
теорема о циркуляции
: циркуляция вектора напряженности
электростатического поля равна нулю.
Из теоремы о циркуляции следует, что
силовые линии не могут быть замкнутыми:
они начинаются и кончаются на зарядах
или уходят в бесконечность. Физический
смысл теоремы о циркуляции заключается
в том, что электрическое поле - потенциально.
Сторонние силы. Электродвижущая сила, напряжение и разность потенциалов.
Сторонние силы - силы неэлектрической природы, вызывающие перемещение электрических зарядов внутри источника постоянного тока.
Сторонними считаются все силы отличные от кулоновских сил.
Электродвижущая сила
(эдс), физическая величина, характеризующая действие сторонних (непотенциальных) сил в источниках постоянного или переменного тока; в замкнутом проводящем контуре равна работе этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль контура.
ЭДС можно выразить через напряжённость электрического поля сторонних сил (Eex). В замкнутом контуре (L) тогда ЭДС будет равна:
где
dl — элемент длины контура.
Напряжение (разность потенциалов) между точками A и B — это отношение работы электрического поля при переносе пробного электрического заряда из точки A в точку B к величине пробного заряда.
Ф1-Ф2=U12
При этом считается, что перенос пробного заряда не изменяет распределения зарядов на источниках поля.
Альтернативное определение (для электростатического поля) —
(интеграл от проекции поля на траекторию между точками A и B вдоль любой траектории, идущей из A в B)
Единицей измерения напряжения в системе СИ является Вольт.