Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Демков В.П. -> "В помощь поступающим в вузы. Физика. Молекулярная физика. Тепловые явления. Электричество и магнетизм" -> 110

В помощь поступающим в вузы. Физика. Молекулярная физика. Тепловые явления. Электричество и магнетизм - Демков В.П.

Демков В.П., Третьякова О.Н. В помощь поступающим в вузы. Физика. Молекулярная физика. Тепловые явления. Электричество и магнетизм — М.: Маи, 1999. — 440 c.
Скачать (прямая ссылка): vpomoshpostupaushimvvuzi1999.djvu
Предыдущая << 1 .. 104 105 106 107 108 109 < 110 > 111 112 113 114 115 116 .. 178 >> Следующая

измерения напряжений U< п /тах RG, то к нему необходимо последовательно
подключить добавочное сопротивление, величина которого должна быть
определена по формуле (13.24).
Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля-Ленца
Рассмотрим произвольный однородный участок цепи (см. рис. 13.3), между
концами которого имеется разность потенциалов U= сра - cpj. Через
сопротивление R участка будет течь ток силой I, и за промежуток времени
At через поперечное сечение проводника пройдет заряд Aq = I At. Силы
электрического поля при этом совершат работу
+ ^д
262
A=Aq (<уа-щ) = Ад U=IUAt, (13.25)
которую принято называть работой тока.
Рассмотрим теперь неоднородный участок цепи, представленный на рис. 13.7-
13.8. При наличии на участке цепи источника тока работу по переносу
заряда будут совершать силы электрического поля и сторонние силы, причем
если источник способствует движению положительных зарядов в направлении
тока (рис. 13.7), то работа сторонних сил положительна, в противном
случае (рис. 13.8) - отрицательна:
A = Aq (фа - ф6) ± АСТОр = Aq (Дфa_b ± <?) = / Лфа_6 At ± IS At, где
первое слагаемое представляет собой работу тока на участке цепи, а второе
- работу источника.
Прохождение тока через проводник, обладающий сопротивлением, всегда
сопровождается выделением теплоты. Нагревание проводника с током
объясняется столкновениями носителей тока с узлами кристаллической
решетки: при столкновении часть кинетической энергии носителей тока
передается решетке, увеличивая энергию теплового движения атомов вблизи
положений равновесия, это и означает увеличение температуры (см. формулу
(II.7)).
Для однородных участков цепи, на которых не совершается механическая
работа н ток не производит химических действий, работа тока будет
затрачена на увеличение внутренней энергии проводника. Поэтому количество
теплоты Q, выделившейся в проводнике сопротивлением R за время At, будет
равно работе тока за это время:
Q = I U At. (13.26)
Используя закон Ома (13.6), работу тока (13.25) и количество теплоты
(13.27) можно выразить любым из трех эквивалентных способов:
U2 ->
A = Q = IUAt = jAl = I2RAt. (13.27)
Выражение для Q в виде
Q = I2RAt (13.28)
было получено экспериментально и носит название закона Джоуля-Ленца.
На неоднородных участках цепи выделяющаяся теплота в общем случае не
равна работе тока: на таких участках протекание тока обычно
сопровождается не только нагреванием проводников, но и другими
процессами, связанными с превращением энергии.
Рассмотрим в качестве примера зарядку и разрядку источника тока, например
аккумулятора. В цепи, представленной на рис. 13.8, при указанном
направлении тока будет происходить зарядка источника, сопровождаемая
химическими процессами. Работу тока
А=1 Дсра_г, At, (13.29)
используя закон Ома для неоднородного участка цепи (13.17)
263
А<Рд-"~ <?
R + r
можно представить в виде
[(А<Рд-/>)2 " "УДфо-J"] 2
А= -- ------- -- - = [/"? + /2(Д + г)}Д/.
Л *¦* г
Слагаемое 7 <? Д/ представляет собой часть работы тока, затраченную на
увеличение энергии источника (зарядку аккумулятора), а I 2(R + г) At -
тепло, выделившееся за время At на сопротивлении R и внутреннем
сопротивлении г аккумулятора (см. (13.28)).
В цепи, представленной на рис. 13.7, при указанном направлении тока будет
происходить разрядка аккумулятора. В этом случае ток на участке цепи
равен
. Дфа-Ь+#
R + r '
и работу тока можно представить в виде
, , . .. [(Лфа_й)2 + <?Лфа_6]Лг г .......................
A = IA<pa_b At = ----------------------= [-/ S + 1\R + r)\ At.
АТГ
Слагаемое Is At представляет собой энергию, выделяемую аккумулятором при
его разрядке.
Как видим, независимо от направления тока на участке, количество теплоты,
выделившейся за время At на всех сопротивлениях (включая внутреннее
сопротивление источника) неоднородного участка цепи, будет равно
Q = I2(R + г) At. (13.30)
Если цепь замкнута (рис. 13.9), то Дфа_б = 0 и работа источника тока
A = ISAt. (13.31)
Поскольку в замкнутой цепи носители тока перемещаются блогодаря
источнику, то работа (13.31) определяет полную работу источника за время
At. Если ток в цепи не производит никаких действий, кроме нагревания
проводников , то количество теплоты, выделившейся в цепи (на внешнем
сопротивлении и внутреннем сопротивлении источника) за это время, будет
равно
а2
Q = ISAt = Y^At = I2(R + r)At, (13.32)
при этом на внешнем сопротивлении R цепи будет выделено тепло
= RAt = I2R&t. (13.33)
Работа, совершаемая источником за единицу времени
N=^ = IS, (13.34)
называется полной мощностью источника тот, а количество теплоты,
выделяющейся в проводнике сопротивлением R за единицу времени
264
Л" = ?. (13-35)
тепловой мощностью тока.
Если цепь замкнута, то на внешнем сопротивлении (которое часто называют
нагрузкой) выделяется тепловая мощность
<13'36)
называемая полезной мощностью. Для такой цепи разность
яр -
Nr = N-NR = ," зг = 12г (R + rf
определяет тепловую мощность, выделяющуюся внутри источника (это часть
Предыдущая << 1 .. 104 105 106 107 108 109 < 110 > 111 112 113 114 115 116 .. 178 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed