Файл: Fizika - V. F. Dmitriyeva.pdf

Щоб обчислити електричну енергію, затрачену на нагрівання провід-

ника, треба знати спад напруги на даній ділянці провідника V -Ш . Під-
ставивши у формулу (8.14) це значення, дістанемо 

А = І

2

Кі,

 або (11.15) 

Формула (11.15) виражає

 закон Джоуля - Ленца: 

кількість теплоти, яку виділяє струм у провіднику, пропорційна 

квадрату сили струму, часу його проходження і опору провідника. 

§ 116. Робота і потужність електричного струму 

Робота електричного струму 

Припустимо, що нас цікавить механічна робота, яку виконує 

електродвигун, якщо II - напруга сітки, К - опір обмотки, І - струм, що 
проходить в обмотці. Очевидно, що на механічну роботу

 А

мех

, яку вико-

нує двигун, витрачається частина енергії електричного струму. Під час 
роботи двигуна його обмотка нагріватиметься. За законом збереження 
енергії, можна твердити, що енергія електричного струму (Ші) перетво-
рюється в механічну (Д^

ех

) і теплову енергії: 

ЯЛ =

 А

мех

 +1

2

Ні; А

мех

 = ЮТ - І

2

Л. 

Прилад, призначений для вимірювання енергії електричного струму, 

називається

 електричним лічильником. 

Повну роботу, що виконує джерело струму, ЕРС якого & , визначають 

за формулою 

А = 6Іі.

 (11.16) 

Одиниця роботи електричного струму -

 джоуль

 (Дж). 

Потужність електричного струму 

Це відношення роботи електричного струму до часу і, про-

тягом якого вона виконується: 

N - А!І- III.

 (11.17) 

Одиниця потужності електричного струму -

 ват

 (Вт). 

310 

§117, Теплова дія струму 

Теплова дія електричного струму відіграє велику роль у су-

ч а с н і й

 техніці. Розглянемо деякі приклади її застосування. 

Па тепловій дії струму грунтується будова теплового гальванометра, 

схему якого подано на рис. 11.11. Кінці металевого дроту

 2

 закріплені не-

рухомо в металевих колодках

 1

 і

 3.

 Дріт

 2

 виго-

твлено з пружного матеріалу, який не окислю-

ється. Середина дроту

 2

 відтягується ниткою 5, 

яка проходить через блок

 4

 і скріплена з пружи-

ною

 б

. Якщо по дроту

 2

 проходить електричний 

сірум, то він нагрівається і подовжується, його 

прогин збільшується. Внаслідок цього нитка

 5 

переміщується і повертає блок

 4.

 З блоком

 4 

скріплена стрілка гальванометра, тому поворот 

• • юка відповідає відхиленню стрілки на деякий 
кут. Якою шкалу приладу проградуйовано в одиницях сили струму, то 
прилад називають

 амперметром. 

Па практиці часто використовують різні електричні нагрівальні прилади і 

ііектричиі печі, До електричних нагрівальних приладів належать плавкі 

і а п обіжники ("пробки"), призначені для усунення небезпеки короткого 

і микання. Звичайно це тонкі мідні свинцеві дротики, які вводять послідовно 

и коло електричного струму, розраховані так, щоб вони плавились, якщо 

І грум перевищує те значення, на яке розраховане коло. 

До нагрівальних приладів належать і лампочки розжарювання. Першу 

іампочку винайшов у 1872 р. російський електротехнік О. М. Лодигін. Це 

пуп скляний балон, в якому між товстими мідними дротиками закріплю-

мати вугільний стрижень,. При пропусканні струму вугільний стрижень 

розжарювався і давав світло. Удосконаленням ламп 
розжарювання займалися ТІ Едісон, 1 Леигмюр та ін. 

У сучасних лампах ниткою розжарювання є воль-

фрамовий дріт з температурою плавлення 3 370 °С, 
Чим вища температура нитки, тим більша частина 
випромінюваної енергії віддається у вигляді світла. 

У 1913 р. з'явилися лампочки, балони яких напов-
нювали інертним газом (аргоном). Наявність аргону 
сповільнює випаровування нитки, і строк служби ламп 
збільшується, 

Сучасну лампу розжарювання подано на рис. 11.12, 

Вона мас вольфрамову нитку 7, закріплену на мета-
левій ніжці І, всередині якої проходять дротики. 2, 

що підводять струм до спіралі. Повітря викачують 

311 

крізь трубочку 4, яку після цього запаюють. Лампочка має металевий цо-
коль

 5

 та ізольований від цоколя контакт 6, до якого припаюють проводи 

осі нитки розжарювання. Цоколь і контакт б при вкручуванні лампочки в 
патрон з'єднуються з проводами електричної мережі. 

Нагрівальними побутовими приладами є електроплита, електропраска, 

електрочайник і т. д. У різних галузях народного господарства для ство-
рення високих температур використовують електричні печі. Температура 
всередині печі може досягати 2 500 - 3 000 °С. Для цього в печах як 
струмопровідну речовину застосовують тугоплавкі метали, наприклад 
молібден. Ще одним важливим застосуванням теплової дії струму є кон-
тактне зварювання, яке використовують для зварювання металів із знач-
ним питомим опором (нікель, тантал, молібден тощо). 

Короткі і 

струму 

струм -

Кількісною 

струму 

[ Ома} 

М 

1-У.. 

я 

залежить від матеріалу, дов-

[ опір збільшується: 

р = р

0

(і + а/). 

ізькій до 0 К, 

» не мають, тобто спостерігається і 

гростатичного поля (сили Кулона) не можуть 

струм у колі, бо робота цих сил уздовж зам-

нулю. Для підтримання в колі постійного 

струму мають діяти непотенціальні (сторонні) сили, з 
ну, хімічну або іншу природу. Пристрої, які забезпечують ; 

[ струму. 

роботі, яку виконують 

«итивного заряду вздовж 

усього кола, називають ЕРС джерела струму: 

312 

о 

• Закон Ома для замкненого кола встановлює залежність між силою 

струму, ЕРС джерела і повним опором кола: 

1

 ~ 7Г+7* 

• Кількість теплоти, яка виділяється в провіднику із струмом, за законом 

Джоуля - Ленца дорівнює 

А - I

і

Кі. 

• При впорядкованому русі електронів у провіднику електричне поле ви-

конує роботу 

А = Юі. 

• Потужність електричного струму дорівнює відношенню роботи до ча-

су, за який вона виконується: 

ІУ=ІІ 

і 

Запитання для самоконтролю і повторення 

1. Що розуміють під електричним струмом? 2. Які умови необхідні для 

виникнення і підтримання електричного струму? 3. Що називають си-
лою струму? густиною струму? 4. Від чого залежить швидкість напрям-
леного руху (швидкість дрейфу) електронів у провіднику? 5. Сформу-

люйте закон Ома для ділянки кола без ЕРС. 6. Як залежить опір про-
відника від його довжини, площі поперечного перерізу і матеріалу? 7. Що 

називають питомим опором? питомою електропровідністю провідника? 
8. Як залежить питомий опір провідника від температури? 9. У чому 
полягає явище надпровідності? 10. Що називають електрорушійною 
силою джерела струму? 11. Сформулюйте закон Ома для повного кола. 

12. Яке з'єднання опорів називають послідовним? паралельним? Чому 

дорівнює опір кола при цих з'єднаннях? 13. Сформулюйте закон Джоу-
ля - Ленца. 14. Чому дорівнює робота постійного струму на ділянці ко-
ла? 15. Чому дорівнює потужність постійного струму? 

Приклади розв'язування задач 

Задача 1. Яка кількість електронів проходить через поперечний пере-

різ провідника площею 1 мм" за 2 хв, якщо густина струму в провіднику 

150 А/см

2

? 

Дано:  5 - 1 мм

2

 = 1(Г

8

м

2

;  / - 2 хв = 120 с; ] = 150 А/см

2

 = 150-ІО

4

 А/см

2

; 

е = 1,6 -10~

19

 Кл. 

Знайти:

 п. 

313 

Розв'язання. Кількість електронів, які проходять через поперечний переріз 

провідника, дорівнює відношенню заряду, що пройшов через даний попереч-
ний переріз,, до заряду електрона: 

л - Я (!) 

е 

За час / через переріз провідника яри струмі / = /5 проходить заряд 

Й = (2) 

Підставивши формулу (2) у вираз (1), маємо 

п = ]8і!е. (3) 

Обчислення: 

150 • 10

4

 А / м

2

 • 1СГ

6

 м

2

 • 120 с

  1 1 С  1 Л

,, 

п  = — — тт —- = 1,15 •10 . 

1,6*10" Кл 

Задача 2. Визначити силу струму короткого замикання батареї, ЕРС 

якої 15В, якщо прк підключенні до неї опору 3 Ом сила струму в колі стано-
вить 4 А. 

Дано:

 £ = 15

 Є; Ом; / = 4 А. 

Знайти: І

к г 

Розв'язання. Сила струму короткого замикання 

/ « , = - ,  я ) 

г 

де г - внутрішній опір батареї, який можна знайти, виходячи із закону Ома 
для повного кола (11.11): 

г =

 (<£-//?)//. (2) 

Підставивши (2) у (1), дістанемо 

_£_ 61 

г 

Обчислення: 

15 В • 4 А 

/ = = 20 А. 

к л

 15 В - 4 А • 3 Ом 

Задача 3. Знайти силу струмів, які проходять у кожній гілці електричного 

кола (рис. 11.13), якщо <§[-130 В, ф = 117 В; /?, = 0,5 Ом; Д

2

 =0,3 Ом; 

Я

3

 = 12 Ом. Внутрішній опір джерел ЕРС не враховувати. 
Дано: ^ =130 В; ф = 117 В; Я

х

 =0,5 Ом; = 0,3 Ом; К

3

 = 12 Ом. 

Знайти: /,, /

2

, /

3

. 

Розв'язання. Розраховуючи розгалу-

жені кола, які мають кілька джерел стру-
му, раціонально користуватися правилами 
Кірхгофа (11.12), (11.13). Згідно з ними: 

1) позначимо на схемі контури, вузли і 

напрями струмів; 

2) визначимо кількість гілок п (у да-

ній схемі їх три)

 і

 'кількість вузлів (у даній 

схемі їх два - у точках

 В

 і Я);