 |
|
Электрическая работа и мощность. Преобразование электрической энергии в тепловую
Если электрическую цепь замкнуть, то в ней возникнет электрический ток. При этом энергия источника будет расходоваться. Найдем работу, которую совершает источник тока для перемещения заряда q по всей замкнутой цепи. Исходя из определения ЭДС получим
WH = Eq (2.24)
Но так как 
, 
то, 
или 
, где 
- работа, совершаемая источником на внешнем участке цепи; 
- потеря энергии внутри источника.
Используя закон Ома для участка цепи, можно записать
(2.25)
Величину, характеризуемую скоростью, с которой совершается работа, называют мощностью:
(2.26)
Соответственно мощность, отдаваемая источником,
(2.27)
Мощность потребителей
(2.28)
Мощность потерь энергии внутри источника
(2.29)
Единица мощности — ватт (Вт):
[Р]=1 Дж/1 с=1 Вт (2.30)
т. е. мощность равна 1 Вт, если за 1 с совершается работа в 1 Дж.
Электрическая работа выражается в джоулях, но согласно формуле имеем 
, откуда
1 Дж=1 Вт-1 с=1 Втс. (2.31)
На практике пользуются такими единицами работы, как киловатт-час (кВтч):1кВтч=3 600 000 Втс.
Когда в цепи с сопротивлением R существует ток, электроны, перемещаясь под действием поля, сталкиваются с ионами кристаллической решетки проводника. При этом кинетическая энергия электронов передается ионам, что приводит к увеличению амплитуды колебательного движения нонов, и, следовательно, к нагреванию проводника. Количество теплоты, выделенной в проводнике,
(2.32)
Приведенная зависимость носит название закона Ленца — Джоуля: количество теплоты, выделяемой при прохождении тока в проводнике, пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока.
Преобразование электрической энергии в тепловую имеет большое практическое значение и широко используется в различных нагревательных приборах как в промышленности, так и в быту. Однако часто тепловые потери являются нежелательными, так как они вызывают непроизводительные расходы энергии, например в электрических машинах, трансформаторах и Других устройствах, что снижает их КПД.