26. Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля – Ленца.

Рассмотрим произвольный участок цепи постоянного тока, к концам которого приложено напряжение U за время τ через каждое сопротивление проводника проходит заряд q=Iτ. Это равносильно тому, что заряд q переносится за время τ из одного конца проводника в другой. При этом силы электростатического поля и сторонние силы, действующие на данном участке, совершают работу: A=qU=IUτ. Разделив А на время τ, за которое она совершена, получим мощность тока N=IU.

Эта мощность может расходоваться на совершение участком цепи работы под внешними телами. Например, в электромоторах вращается якорь, по которому идет ток, может расходоваться на протекание химических реакций и наконец на нагревание данного участка.

В случае, когда проводник неподвижен и химические превращения в нем не происходят, работа А тока затрачивается на увеличение внутренней энергии проводника, в результате чего он нагревается. Принято говорить, что при протекании тока в этом случае выделяется теплота: Q=IUτ, U=IR, следовательно Q=I²Rτ – это уравнение было установлено экспериментально Джоулем и независимо от него Ленцем и носит название закона Джоуля-Ленца в интегральной форме. Полученная формула позволяет определить тепло во всем проводнике.

27. Разветвленные цепи. Правила Кирхгофа. Последовательное и параллельное соединение проводников.

На практике очень часто встречаются разветвленные электрические цепи, в которых вычисление сил тока, напряжений и сопротивлений представляет определенные трудности, которые значительно уменьшаются, если применять законы Кирхгофа.

Существует два закона Кирхгофа.

Первый закон Кирхгофа является следствием закона сохранения заряда, согласно которому ни в одной точке проводника не должны накапливаться или исчезать заряды и относится он к узлам.

Узлом в разветвленной цепи называется всякая точка, в которой сводится не менее трех проводов.

Первый закон Кирхгофа: алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле равна нулю ∑Ii=0, при этом токи, подходящие к узлу считаются положительными, а отходящие от него отрицательными.

2 закон Кирхгофа является обобщением закона Ома и относится к замкнутым контура разветвлённой электронной цепи.

2 закон Кирхгофа: в любом замкнутом контуре разветвлённой цепи алгебраическая сумма произведений токов на сопротивление участков этого контура равно алгебраической сумме ЭДС, действ. в этом контуре

ΣI_i*R_i = Σε_i

При составлении уравнений по второму закону Кирхгофа необходимо руководствоваться сл. правилами:

1.произвольно выбирается направление обхода контура

2.произвольно выбираются и обозначаются на чертеже направления токов во всех участках цепи, причём в пределах одного участка ток сохраняется как по вспышке, так и по направлению.

(Участок – часть цепи между соседними узлами)

3. Если выбранное направление обхода контура совпадает с направлением тока J_i, то произведение J_i*R_i берётся со знаком «+», и наоборот со знаком «-».

4.перед Е_к ставится «+» если при обходе контура вначале встреч. «-» источника тока, а затем «+», в обратном случае ЭДС берётся с «-».

При последовательном соединении проводников сила тока в каждом проводнике одинакова, а напряжения складываются. По закону Ома для однородного участка цепи: U=IR, U_i=I_iR_i, U=∑U_i, IR=∑ I_iR_i, I=I_i, R=∑R_i.

При параллельном соединении проводников напряжение в каждой ветви одинаково, а силы тока складываются. По закону Ома для однородного участка цепи: U/R=∑U_i/R_i, 1/R=∑1/R_i.