9)Закон Ома и Джоуля-Ленца в интегральной и локальной (дифференциальной) формах.
Закон Джоуля — Ленца — физический закон, дающий количественную оценку теплового действия электрического тока.
В словесной формулировке звучит следующим образом
Мощность тепла, выделяемого в единице объёма среды при протекании электрического тока, пропорциональна произведению плотности электрического тока на величину электрического поля.
Математически
может быть выражен в следующей форме:
где w
- мощность выделения тепла в единице
объёма, j
— плотность электрического тока, E
— напряжённость электрического поля,
σ — проводимость среды.
Закон также может быть сформулирован в интегральной форме для случая протекания токов в тонких проводах.
Количество теплоты, выделяемое в единицу времени в рассматриваемом участке цепи, пропорционально произведению квадрата силы тока на этом участке и сопротивлению участка
В
математической форме этот закон имеет
вид
;
где dQ — количество теплоты, выделяемое за промежуток времени dt, I — сила тока, R — сопротивление, Q — полное количество теплоты, выделенное за промежуток времени от t1 до t2. В случае постоянных силы тока и сопротивления: Q=I2Rt.
10) Сторонние силы. Эдс. Закон Ома для замкнутой цепи.
Электродвижущая сила (ЭДС) — скалярная физическая величина, характеризующая работу сторонних (непотенциальных) сил в источниках постоянного или переменного тока. В замкнутом проводящем контуре ЭДС равна работе этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль контура.
ЭДС
можно выразить через напряжённость
электрического поля сторонних сил (
).
В замкнутом контуре (L)
тогда ЭДС будет равна:
,
где
— элемент длины контура. ЭДС так же, как
и напряжение, измеряется в вольтах.
Закон
Ома для замкнутой цепи
-Сила
тока, размерность в СИ;
-
Сопротивление (внешнее цепи), размерность
в СИ –Ом;
-
Сопротивление (внутреннее источника),
размерность в СИ –Ом;
-
Электродвижущая сила (источника),
размерность в СИ -В
Сила тока в замкнутой цепи, состоящей из источника тока с внутренним сопротивление и нагрузки с сопротивлением, равна отношению величины ЭДС источника к сумме внутреннего сопротивления источника и сопротивления нагрузки.
11) Работа и мощность тока.
При протекании тока по однородному участку цепи электрическое поле совершает работу. За время Δt по цепи протекает заряд Δq = I Δt. Электрическое поле на выделенном учестке совершает работу ΔA = (φ1 – φ2) Δq = Δφ12 I Δt = U I Δt,
где U = Δφ12 – напряжение. Эту работу называют работой электрического тока.
Закон преобразования работы тока в тепло был экспериментально установлен независимо друг от друга Дж. Джоулем и Э. Ленцем и носит название закона Джоуля–Ленца.
Мощность электрического тока равна отношению работы тока ΔA к интервалу времени Δt, за которое эта работа была совершена:
Работа электрического тока в СИ выражается в джоулях (Дж), мощность – в ваттах (Вт).
Следует обратить внимание, что в это соотношение не входит работа электрического поля. При протекании тока по замкнутой цепи электрическое поле работы не совершает; поэтому тепло производится одними только сторонними силами, действующими внутри источника
Полная мощность источника, то есть работа, совершаемая сторонними силами за единицу времени, равна
Во внешней цепи выделяется мощность
Отношение
равное
называется коэффициентом полезного действия источника.