Физика. Лекция 165.Нагревание проводника электрическим током. Закон Джоуля-Ленца.

Здравствуйте, уважаемые обучающиеся. Вы знаете, что существуют такие физические явления, как действия электрического тока. Это какие-то явления, которые возникают, когда по проводнику течет электрический ток. Какие мы знаем действия электрического тока? Тепловое, магнитное, химическое, и мы еще говорили о новом действий электрического тока, как световое. Например, в светодиодах происходят достаточно интересные явления в результате, которых излучается свет, но об этом позже...Ну а сегодняшнюю лекцию мы посвятим тепловому действию тока или проще нагреванию проводника...

И так когда по проводнику течет электрический ток он нагревается. И прежде, чем мы попытаемся описать количественно нагревание проводника электрическим током, а мы поставим своей целью найти количество теплоты, которое выделяется при нагревании, давайте разберемся почему проводник нагревается, когда по нему течет электрический ток. А для этого давайте вспомним, что такое электрический ток

Электрический ток - это направленное движение заряженных частиц.

А теперь давайте поставим перед собой такую задачу...давайте экспериментально изучим от чего зависит количество теплоты, которое выделяется при протекании в проводнике под действием электрического тока. Для этого нам нужны будут какие-то приборы. Давайте сконструируем установку, позволяющую изучать тепловое действие тока. Нам понадобится калориметр, проводник, мерный цилиндр, термометр, часы или секундомер, вольтметр и амперметр, источник тока, реостат и ключ замыкающий и размыкающий электрическую цепь.

А теперь давайте зададимся вопросом, а как найти количество теплоты с помощью приведенной нами установки?

А теперь давайте подумаем от чего может зависеть это количество теплоты, если оно выделяется именно в проводнике с током. То, что мы с вами сейчас будем обсуждать, тот результат, который мы получим был получен экспериментально англичанином Джеймсом Джоулем и Эмилем Христиановичем Ленцом - русским ученым немецкого происхождения. Они почти одновременно обнаружили этот закон экспериментальным путем. Мы с вами попробуем приблизиться к этому закону с помощью рассуждений.

Давайте зададим себе такой вопрос: от чего зависит количество теплоты, выделяемое в проводнике? Приведенная выше формула не дает нам ответ на этот вопрос, эта формула говорит нам о том как его рассчитать. А вот от каких характеристик электрической цепи будет зависеть количество теплоты которое в ней выделяется. Давайте рассуждать...наверное, если мы будем нагревать проводник 1 минуту током, то количество теплоты, которое выделиться будет в два раза меньше, чем если бы нагревали его в течении двух минут. Потому что двухминутный отрезок времени можно разбить на минуту и плюс еще одну минуту. Поскольку ток у нас постоянный и его сила не меняется, мы изучаем постоянный ток, то и в первую и во вторую минуту выделится одно и то же количество теплоты. В третью минуту выделиться такое же как и в первые две минуты, поэтому мы можем утверждать, что количество теплоты, выделившееся при протекании тока в проводнике прямо пропорционально времени протекания тока. Давайте зададим себе первый вопрос: от чего зависит количество теплоты выделившееся в проводнике под действием электрического тока?

Теперь, второй и более сложный вопрос: как зависит количество теплоты, выделяемое в проводнике, за одно и то же время от сопротивления проводника?

Третье зависимость количества теплоты от силы тока, протекающего в проводнике.

Вот так без единого эксперимента мы получили с вами целый набор результатов. Конечно, самая красивая модель обречена на провал, как говорил Ричард Фейман, что никакие теории никуда не годятся какими бы красивыми они бы не были, если их не подтверждает эксперимент. Так что мы пока что построили теорию, которая говорит нам о том что...

Давайте сформулируем словами закон Джоуля-Ленца...

Закон Джоуля-Ленца - количество теплоты, выделяемое при прохождении электрического тока в проводнике равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени протекания тока.

И давайте теперь приведенными формулами воспользуемся для решения простейших задач. И так, первая задача-вопрос про лампу накаливания, почему накаляется спираль лампы, но не накаляется шнур?

И напоследок простая задача на определение количества теплоты, выделившегося в обмотке реостата.

На этом мы эту лекцию закончим.

Если тебе понравилось, пожалуйста подпишись на канал и поддержи автора.