5.3 Закон теплового действия электрического тока

Как Вы уже знаете, в результате теплового действия электрического тока проводник с током нагревается.

Русский физик Эмилий Ленц и английский учёный Джеймс Джоуль независимо друг от друга экспериментально установили закон теплового действия электрического тока, который формулируется следующим образом: количество теплоты, выделяющееся в проводнике при прохождении в нём электрического тока, прямо пропорционально сопротивлению проводника, квадрату силы электрического тока и времени протекания тока.

Этот закон был назван законом Ленца – Джоуля.

5.4 Математическая запись закона теплового действия электрического тока

Математическая запись закона теплового действия тока:

,

где Q – количество теплоты, выделяющееся в проводнике при прохождении в нём электрического тока, Дж;

R – сопротивление проводника, Ом;

I – сила тока, протекающего в проводнике, А;

t – время протекания тока в проводнике, с.

.

Количество теплоты, выделяющееся в проводнике с током, равно работе электрического тока. Поэтому можем с учётом выражения работы электрического тока записать:

,

или

,

где U – напряжение на зажимах проводника, В;

Р – мощность электрического тока, Вт.

Пример 5.2 Медный проводник длиной 1000 м и площадью поперечного сечения 3,42 мм² подключен к источнику постоянного тока напряжением 200 В. Определить сопротивление проводника, силу электрического тока в проводнике, количество теплоты, которая выделяется в проводнике за 250 с, и мощность электрического тока.

Решение.

1. Составляем условие в технической системе:

l = 1000 м

S = 3,42 мм²

 = 0,0171 Оммм²/м

U = 200 В

t = 250 с

R, I, Q, Р – ?

2. Сопротивление проводника находим по расчётной формуле:

,

.

3. Подставляем значения физических величин и находим сопротивление проводника:

, .

4. Силу электрического тока в проводнике определяем по закону Ома:

,

.

5. Подставляем значения физических величин и находим силу электрического тока в проводнике:

, .

6. Количество теплоты, выделяющееся в проводнике при протекании электрического тока в проводнике, определяем по выражению:

,

.

7. Подставляем значения физических величин и находим количество теплоты электрического тока в проводнике:

, .

8. Мощность электрического тока определяем по формуле:

,

.

9. Подставляем значения физических величин и находим мощность электрического тока:

, .

Таблица 5.2

№ п/п	Вопрос, задание	Номер правильного ответа
1	В чём суть явления теплового действия электрического тока?
2	Кто установил закон теплового действия тока?
3	Какие физические величины используются для описания явления электрического тока?
4	Сформулируйте закон теплового действия электрического тока.
5	Как математически записывается закон теплового действия тока?
6	Какая единица теплоты?
7	Медный проводник длиной 500 м и площадью поперечного сечения 1,71 мм2 подключен к источнику постоянного тока напряжением 200 В. Определить сопротивление проводника в омах.
8	Для предыдущей задачи определить силу электрического тока в проводнике в амперах.
9	Для предыдущей задачи определить количество теплоты в джоулях, которая выделяется в проводнике за 100 с.
10	Для предыдущей задачи определить мощность электрического тока в ваттах.

нечёт. – чёт. = –5.

Таблица 5.2а

Номер правильного ответа	Правильный ответ
1	.
2	Джоуль.
3	5.
4	40.
5	800000.
6	8000.
7	В том, что проводник с током нагревается.
8	Эмилий Ленц и Джеймс Джоуль.
9	Теплота, сопротивление проводника, сила тока, время.
10	Количество теплоты, выделяющееся в проводнике при прохождении в нём электрического тока, прямо пропорционально сопротивлению проводника, квадрату силы электрического тока и времени протекания тока.