§ 27. Перетворення електричної енергії в теплову
Як відомо, всі тіла складаються з молекул, і ці молекули не перебувають у спокої, а безперервно рухаються. Чим вище температура тіла, тим швидше рух молекул речовини цього тіла. При проходженні електричного струму по провіднику електрони стикаються з рухомими молекулами провідника і підсилюють їх рух, що призводить до нагрівання провідника.
Підвищення температури провідника відбувається в результаті перетворення електричної енергії в теплову. Раніше (див. § 13) було отримано вираз для роботи електричного струму (електричної енергії)
А = I 2 rt джоулів.
Ця залежність була спочатку (в 1841 р) встановлена результаті дослідів англійським фізиком Джоулем і трохи пізніше (в 1844 р) незалежно від нього російським академіком Ленцем.
Для того щоб кількість отриманої теплової енергії було висловлено в калоріях, необхідно додатково ввести множник 0,24, так як 1 дж = 0,24 кал. Тоді Q = 0,24I 2 rt. Це рівняння виражає закон Джоуля-Ленца.
Емілія Християнович Ленц (1804-1865) встановив закони теплового дії струму, узагальнив досліди по електромагнітної індукції, виклавши це узагальнення у вигляді "правила Ленца". У своїх працях з теорії електричних машин Ленц описав явище "реакції якоря" в машинах постійного струму, довів принцип оборотності електричних машин. Ленц, працюючи з Якобі, досліджував силу тяжіння електромагнітів, встановив залежність магнітного моменту від сили, що намагнічує.
Таким чином, кількість тепла, виділеного струмом при проходженні по провіднику, залежить від опору r самого провідника, квадрата струму I 2 і тривалості його проходження t.
Приклад 1. Визначити, скільки тепла виділить ток в 6 а, проходячи по провіднику опором 2 ом протягом 3 хв.
Q = I 2 rt = 36 # 8901; 2 # 8901; 180 = 12960 дж.
Формулу закону Джоуля-Ленца можна написати так:
а так як I # 8901; r = U, то можна написати
Приклад 2. Електрична плитка включена в мережу напругою 120 в. Струм, що протікає по спіралі плитки, 5 а. Потрібно визначити, скільки тепла виділить ток за 2 год: