Закон Ленца-Джоуля

§ 24. ЗАКОН ЛЕНЦА—ДЖОУЛЯ

При прохождении электрического тока через металлический проводник электроны сталкиваются то с нейтральными молекулами, то с молекулами, потерявшими электроны. Движущийся электрон либо отщепляет от нейтральной молекулы новый электрон, теряя свою кинетическую энергию и образуя новый положительный ион, либо соединяется с молекулой, потерявшей электрон (с положи­тельным ионом), образуя нейтральную молекулу. При столкнове­нии электронов с молекулами расходуется энергия, которая пре­вращается в тепло. Любое движение, при котором преодолевается сопротивление, требует затраты определенной энергии. Так, напри­мер, для перемещения какого-либо тела преодолевается сопротив­ление трения и работа, затраченная на это, превращается в тепло.

Электрическое сопротивление проводника играет ту же роль, чтя и сопротивление трения. Таким образом, для проведения тока через проводник источник тока затрачивает некоторую энергию, которая превращается в тепло. Переход электрической энергии в тепловую отражает закон Ленца — Джоуля или закон теплового действия тока.

Русский ученый Ленц и английский физик Джоуль одновремен­но и независимо один от другого установили, что при прохождении электрического тока по проводнику количество теплоты, выделяемое проводником, прямо пропорционально квадрату тока, сопротивлению проводника и времени, в течение которого электрический ток протекал по проводнику. Это положение называется законом Лен­ца — Джоуля.

 Если обозначить количество теплоты, создаваемое током, буквой Q, силу тока, протекающего по проводнику,— I, сопротивление проводника r и время, в течение которого ток протекал по проводнику, t,  то закону Ленца — Джоуля можно придать следующее выражение:

Пример 1. Определить количество теплоты, выделенное в нагревательном приборе в течение 0,5 ч, если он включен в сеть с напряжением 110 в и имеет сопротивление 24 ом.

Решение. Время прохождения в секундах:

t=0,5 ч =30 мин =30х60=1800 сек.

 Количество теплоты, выделенное в приборе,

Примеры 2. В электрическом кипятильнике вода, потребляя количество теплоты 400 000 дж, закипает через 15 мин. Определить сопротивление нагрева­тельного элемента этого кипятильника, а также мощность, если кипятильник ра­ботает под напряжением 220 в и его к. п. д. равен 80%.

Решение. Так как к. п. д. кипятильника равен 80%, выделенное нагрева­тельным элементом количество теплоты

Q = 400 000 : 0,8 = 500 000 дж.

Силу тока, протекающего через кипятильник, найдем из слёлующей формулы

откуда

Сопротивление нагревательного элемента

Мощность, потребляемая кипятильником,