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.
Шахмаев Н.М.
Упражнение 5
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.