При прохождении электрического тока через цепь могут, как мы видели в § 40, производиться различные действия. Кроме нагревания проводников, могут иметь место химические изменения в них (в проводниках второго рода), а также перемещения магнитной стрелки; при таком перемещении магнита электрический ток совершает механическую работу.
В опытах Джоуля и Ленца ток проходил через неподвижные металлические проводники. Поэтому единственным результатом работы тока было нагревание этих проводников, и, следовательно, по закону сохранения энергии вся работа, совершенная током, превращалась в теплоту.
Нетрудно вычислить работу, совершаемую электрическими силами при прохождении тока через участок цепи. Если напряжение (разность потенциалов) на концах участка равно
[B], то при переносе заряда 1 Кл совершается работа, численно равная
[Дж] (§ 21), а при переносе заряда
– работа, в
раз большая, т. е. равная
[Дж]. Если заряд
будет перенесен при прохождении тока
в течение времени
, т. е.
, то совершится работа
. Итак, работа, совершенная током,
. (57.1)
В рассматриваемом случае вся эта работа переходит в теплоту, т. е.
. Следовательно,
, и в силу закона Ома
имеем
.
Таким образом, мы получили закон Джоуля-Ленца теоретическим путем, вычислив работу электрического тока.
Еще раз обращаем внимание на то, что работа тока полностью переходит в теплоту только в случае неподвижных проводников первого рода. Если проходящий ток, кроме нагревания, совершает механическую работу (мотор), то работа, совершенная током
, лишь частично переходит в теплоту
, частично же расходуется на совершение внешней работы (мотор). В этих случаях
больше
, и связь между
и
выражается более сложно, чем в случае неподвижных металлических проводов (надо, например, учитывать влияние электромагнитной индукции в движущихся проводах, гл. XV), причем величина
составляет лишь часть всей величины
. Таким образом, формула
, выражающая закон Джоуля-Ленца, пригодна для вычисления количества теплоты, выделенного током, во всех случаях. Применение же выражения
, дающего работу тока, для оценки выделяющейся в проводах теплоты возможно только в тех случаях, когда вся эта работа переходит в теплоту, т. е. когда на рассматриваемом участке цепи происходит нагревание, но не работают моторы и не идут иные процессы, сопровождающиеся совершением работы.
Комментарии: (0)