Работа при перемещении электрического заряда. Движение заряженной частицы в однородном электрическом поле, вакууме; движение потока частиц; сила тока; плотность тока. Ток в металлах. Закон Ома для замкнутой цепи. Законы Кирхгофа. Виды соединения проводников, страница 28

Формула является математическим выражением закона Джоуля - Ленца: количества тепла, выделенного током в проводнике, прямо пропорционально сопротивлению проводника, квадрату силы тока и времени его прохождения. Заметим ещё раз, что формула позволяет вычислять количество теплоты, выделенной током в любом участке цепи с сопротивлением R. 

При последовательном соединении проводников с сопротивлениями R1 и R2 (рисунок)

Количество выделенного в них тепла можно выразить следующим образом:

                                            Q1=I2R1t, Q2=I2R2t,                                               (24)

Откуда вытекает, что

                                                        Q1/Q2=R1/R2.

Следовательно, количество теплоты, выделенной током в каждом проводнике при последовательном соединении, прямо пропорционально сопротивлению этих проводников. При параллельном соединении двух участков цепи без э.д.с. с сопротивлениями R1и R2количество тепла, выделенного током в каждом участке в отдельности, равно

                                                      Q1=U2t/R1, Q2=U2tlR2,

откуда

Q1/Q2=R2/R1.                                               (25)

Количество теплоты, выделенной током в параллельно соединённых участках цепи без ЭДС, обратно пропорционально сопротивлению этих участков.

 Из этого видно, что при последовательном соединении большее количество теплоты выделяется в проводнике с большим сопротивлением, а при параллельном – с меньшим.

Короткое замыкание. Практическое применение теплового действия тока

Замыкание полюсов генератора проводником с очень маленьким сопротивлением называется коротким замыканием. Сила тока в этом случае ограничивается только внутренним сопротивлением генератора r.

Действительно, когда R намного меньше г, можно принять, что сопротивление R проводника, замыкающего генератор, равно нулю. Тогда из формулы получим ток короткого замыкания:

                                                             Iкз=ε/r                                                        (27)

Это наибольший ток, который может дать источник электрической энергии с э.д.с., равной ε, и внутренним сопротивлением r.

Короткое замыкание – явление вредное. Кроме ненужного расхода электрической энергии при котором замыкании портится генератор, а перегрев проводов, замыкающих генератор может вызвать пожар. Поэтому провода, составляющие замкнутую цепь, должны был хорошо изолированы не только друг от друга, но и от Земли, т.е. от стен, пола и пр.

Тепловое действие тока широко используется в технике и в быту. Одним из наиболее распространённых применений теплового действия тока является освещение комнат, цехов и т.п. с помощью ламп накаливания. Впервые такая лампа была создана А. Н. Ладыгиным, а американский учёный Т.Эдисон сделал эти лампы предметом широкого практического использования.

На тепловом действии тока основано устройство электрических печей электронагревателей приборов. В тех случаях, когда тепловое действие тока вызывает бесполезные потери электрической энергии, его стремятся ослабить. Например, выделение тепла в соединительных проводах – вредное явление. Для уменьшения выделения тепла сопротивление подводящих проводов стараются сделать как можно меньшим, и по возможности уменьшают силу тока в них. Так, передачу электроэнергии осуществляют при высоком напряжении, что позволяет при одной и той же передаваемой мощности уменьшить ток, а значит и потери на нагрев проводов.

Для того чтобы избежать пожаров и порчи генераторов при коротком замыкании, в электрическую цепь обязательно включают плавкие предохранители (пробки). Ток, идущий к потребителю, проходит через проволоку из легкоплавкого металла. При коротком замыкании ток сильно возрастает и расплавляет проволоку, размыкая цепь. Заметим, что сопротивление единицы длины плавкого предохранителя должно быть значительно больше, чем у подводящих проводов.


 Упражнения

Шахмаев Н.М.

Упражнение 5