6.3 Тепловое действие электрического тока

Электрический ток совершает в любом участке электрической цепи работу. Работа тока затрачивается на увеличение внутренней энергии частиц проводника, в результате чего проводник нагревается. Принято говорить, что при протекании тока в проводнике выделяется тепло dQ. Если выделить участок проводника (см. рис.6.1), то

, (6.6)

т.к. из выражения (6.3) следует, что , но следуя закону Ома для участка цепи, можно записать, что U=IR. Тогда выражение (6.6) перепишется в следующем виде:

. (6.7)

В выражении (6.7) произведение представляет собой объем выделенной части проводника. Разделив выражение (6.7) на и dt, получим количество тепла, выделяющееся в единице объема в единицу времени:

. (6.8)

Величину  называют удельной тепловой мощностью тока. Формула (6.8) представляет собой дифференциальную форму закона Джоуля-Ленца. Используя формулу (6.5), закон Джоуля-Ленца можно еще представить в следующей форме:

.

Проверь себя

1. Что называют электрическим током?

2. Какие условия необходимы для того чтобы возник электрический ток?

3. Что называют электродвижущей силой?

4. Какие величины являются количественными характеристиками электрического тока?

5. Какие частицы являются носителями тока в проводниках, жидкостях, газах?

6. Дайте определение силы тока для постоянного тока и запишите формулу.

7. Дайте определение плотности тока.

8. Запишите закон Ома в дифференциальной форме.

9. Дайте определение удельной тепловой мощности тока.

10. Запишите закон Джоуля-Ленца.

7 Электромагнетизм

7.1 Источники магнитного поля. Силовые линии

Постоянные магниты и проводники с током изменяют свойства окружающего его пространства, т.е. служат источниками магнитного поля. Для обнаружения и исследования этого поля можно использовать стрелку компаса, которая представляет собой постоянный магнит с точкой опоры в своем центре масс, так что он может свободно вращаться. Обращенный на север полюс свободно висящего магнита называют северным полюсом магнита (N). Противоположный полюс направлен на юг и называется южным полюсом (S).

Силу, с которой магнит (проводник с током) действует на магнитную стрелку, можно рассматривать как результат действия магнитного поля магнита (поля проводника с током) на другой магнит. Направление магнитного поля можно определить как направление, которое указывает северный полюс стрелки компаса, помещенный в эту точку поля. Магнитное поле также как и электростатическое поле можно изображать с помощью силовых линий. Силовые линии магнитного поля проводят таким образом, чтобы стрелка компаса располагалась по касательной к силовой линии магнитного поля в любой точке поля. На рисунке 7.1 показано, как с помощью стрелки компас можно установить направление одной из силовых линий магнитного поля магнитного стрежня.

Рисунок 7.1

На рисунке 7.2, также как и на рисунке 7.1 построены силовые линии для подковообразного магнита (см.рис.7.2а) и магнитного стержня (см.рис.7.2б). Обратите внимание на то, что в соответствии с нашим определением силовые линии всегда выходят из северного полюса магнита, входят в южный полюс и замыкаются внутри магнита.

Рисунок 7.2

Рассмотрим также магнитное поле, созданное проводником с током. В 1820г. Эрстед обнаружил, что магнитная стрелка, расположенная рядом с электрическим проводником, отклоняется, когда проводник подключают к источнику питания.

Вблизи прямолинейного проводника с током магнитная стрелка устанавливается по касательной к окружности, очерченной вокруг проводника с током (см. рис.7.3). Иными словами, силовые линии магнитного поля проводника с током имеют вид окружностей, в центре которых находится проводник с током (см.рис.7.4а).

Рисунок 7.3

Направление силовых линий указывается северным полюсом магнитной стрелки на рисунке 7.3. Для определения силовых линий магнитного проводника с током служит правило правой руки: проводник мысленно охватывается правой рукой так, чтобы большой палец располагался в направлении тока (положительных зарядов); тогда остальные пальцы загибаются в направлении силовых линий (см.рис.7.4б).