Исследуя на опыте нагревание проводников током, русский физик Эмилий Христианович Ленц (1804-1865) и английский физик Джеймс Джоуль (1818-1889) установили, что количество теплоты, выделяющееся в проводнике при прохождении через него электрического тока, прямо пропорционально сопротивлению проводника, квадрату силы тока и времени , в течение которого поддерживается ток в проводнике. Этот закон, носящий название закона Джоуля-Ленца, можно выразить следующей формулой:
, (56.1)
где – выделившееся количество теплоты в джоулях, – сопротивление в Омах, – сила тока в амперах, – время в секундах.
Измерения, приводящие к закону Джоуля-Ленца, можно выполнить, поместив в калориметр (рис. 92) проводник с известным сопротивлением и пропуская через него ток определенной силы в течение известного времени . Количество выделяющейся при этом теплоты определим, составив уравнение теплового баланса, как это принято при калориметрических измерениях (см. том I). Производя опыты при различных значениях и получим зависимость, выраженную законом Джоуля-Ленца. Пользуясь законом Ома, мы можем выразить силу тока через напряжение на концах проводника и его сопротивление . Подставляя выражение в формулу (56.1), найдем
. (56.2)
Рис. 92. Калориметр для проверки закона Джоуля-Ленца
Формулы (56.1) и (56.2) позволяют рассчитать количество теплоты, выделяющееся в отдельных проводниках, соединенных последовательно и параллельно. При последовательном соединении во всех проводниках течет ток одной и той же силы (§ 50). Поэтому для сравнения количеств теплоты, выделяющихся в отдельных проводниках, удобнее формула (56.1). Она показывает, что при последовательном соединении нескольких проводников в каждом выделяется количество теплоты, пропорциональное сопротивлению проводника. При параллельном соединении ток в проводниках различен, но напряжение на их концах (в точках разветвления) имеет одно и то же значение (§ 50). Поэтому в этом случае удобнее пользоваться формулой (56.2). Она показывает, что при параллельном соединении в каждом проводнике выделяется количество теплоты, обратно пропорциональное сопротивлению проводника.
Комментарии: (0)