Л11 Постоянный ток стр. 9 из 9

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Липецкий государственный технический университет

Кафедра

физики и биомедицинской техники

«Утверждаю» Заведующий кафедрой _________________ С.И. Шарапов «____»___________ 2010 г.

Лекция № 11

раздел «Электричество и магнетизм»

учебного курса «Общая физика»

для специальностей ЛП, СП, ЧМ, ХТ

(2 семестр изучения)

Постоянный ток

1. Работа и мощность постоянного тока

2. Закон Джоуля - Ленца

3. Правила Кирхгофа для разветвленных сетей

4. Электрические токи в металлах

5. Основные законы электрического тока в классической теории электропроводности металлов (Ома, Джоуля-Ленца, Видемана-Франца)

6. Трудности классической теории.

Составитель: _____________ Еремеев Б.Н.

Липецк – 2010

Постоянный электрический ток

11.1. Работа и мощность постоянного тока

а). Работа постоянного тока

Кулоновские и сторонние силы при перемещении заряда q вдоль электрической цепи совершают работу А.

Рассмотрим однородный проводник с сопротивлением R , к концам которого приложено напряжение U.

За время dt через сечение проводника переносится заряд .

Работа по перемещению заряда q₀ между двумя точками 1 и 2 поля равна:

, откуда

Работа тока: [Дж]

Внесистемные единицы работы тока:

ватт – час (Вт∙ч) и киловатт – час (кВт∙ч)

1 Вт∙ч = 3600 Вт∙с = 3,6∙10³ Дж

1 кВт∙ч = 3,6∙10⁶ Дж

б). Мощность постоянного тока

11.2. Закон Джоуля - Ленца

При прохождении тока по проводнику происходит рассеяние энергии вследствие столкновений носителей тока между собой и с любыми другими частицами среды, которая преобразуется в тепловую энергию.

а). Закон Джоуля-Ленца в интегральной форме:

Если ток проходит по неподвижному проводнику, то вся работа тока dA идет на нагревание проводника (выделение теплоты dQ).

П о закону сохранения энергии:

Используя выражение для работы тока, получаем:

Количество теплоты Q, выделяющееся за конечный промежуток времени от 0 до t постоянным током I во всем объеме проводника, электрическое сопротивление которого равно R, получаем, интегрируя предыдущее выражение, Закон Джоуля - Ленца в интегральной форме:

К оличество теплоты, выделяемое постоянным электрическим током на участке цепи, равно произведению квадрата силы тока на время его прохождения и электрическое сопротивление этого участка цепи.

б). Закон Джоуля - Ленца в дифференциальной форме:

Выведем закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме. Для этого выделим в проводнике цилиндрический объем dV:

( Ось цилиндра совпадает

с направлением тока).

Сопротивление этого объема

По закону Джоуля-Ленца, за время dt в этом объеме выделится теплота:

Введем понятие удельной тепловой мощности постоянного тока.

У дельной тепловой мощностью тока называется количество теплоты, выделяющееся за единицу времени в единице объема:

Используя диф. форму закона Ома и ,

получим

Закон Джоуля - Ленца в дифференциальной форме:

Удельная тепловая мощность тока равна:

• п роизведению плотности тока на напряженность электрического поля;

• или: произведению удельной электрической проводимости на квадрат напряженности электрического поля.

______________________________

Разветвленные цепи постоянного тока