-->
|
|
|
Ãëàâà 15. Çàêîíû ïîñòîÿííîãî òîêà § 104. Ðàáîòà è ìîùíîñòü ïîñòîÿííîãî òîêàÂñïîìíèòå, êàê îïðåäåëÿåòñÿ ðàáîòà êóëîíîâñêèõ ñèë ïðè ïåðåìåùåíèè çàðÿäà q èç òî÷êè ñ ïîòåíöèàëîì φ1 â òî÷êó ñ ïîòåíöèàëîì φ2.
Ÿ ïðèíÿòî íàçûâàòü ðàáîòîé òîêà. Ðàññìîòðèì ïðîèçâîëüíûé ó÷àñòîê öåïè. Ýòî ìîæåò áûòü îäíîðîäíûé ïðîâîäíèê, íàïðèìåð íèòü ëàìïû íàêàëèâàíèÿ, îáìîòêà ýëåêòðîäâèãàòåëÿ è äð. Ïóñòü çà âðåìÿ Δt ÷åðåç ïîïåðå÷íîå ñå÷åíèå ïðîâîäíèêà ïðîõîäèò çàðÿä Δq. Ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå ñîâåðøèò ïðè ýòîì ðàáîòó À = ΔqU (U — íàïðÿæåíèå ìåæäó êîíöàìè ó÷àñòêà ïðîâîäíèêà). Òàê êàê ñèëà òîêà À = IUΔt. (15.12)
Ñîãëàñíî çàêîíó ñîõðàíåíèÿ ýíåðãèè ýòà ðàáîòà äîëæíà áûòü ðàâíà èçìåíåíèþ ýíåðãèè ðàññìàòðèâàåìîãî ó÷àñòêà öåïè. Ïîýòîìó
Åñëè íà ó÷àñòêå öåïè íå ñîâåðøàåòñÿ ìåõàíè÷åñêàÿ ðàáîòà è òîê íå ïðîèçâîäèò õèìè÷åñêèõ äåéñòâèé, òî ïðîèñõîäèò òîëüêî íàãðåâàíèå ïðîâîäíèêà, ò. å. óâåëè÷èâàåòñÿ âíóòðåííÿÿ ýíåðãèÿ ïðîâîäíèêà. Íàãðåòûé ïðîâîäíèê îòäà¸ò òåïëî îêðóæàþùèì òåëàì. Íàãðåâàíèå ïðîâîäíèêà ïðîèñõîäèò ñëåäóþùèì îáðàçîì. Ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå óñêîðÿåò ýëåêòðîíû.  ðåçóëüòàòå ñòîëêíîâåíèÿ ñ èîíàìè êðèñòàëëè÷åñêîé ðåø¸òêè îíè ïåðåäàþò èîíàì ñâîþ ýíåðãèþ. Ýíåðãèÿ áåñïîðÿäî÷íîãî äâèæåíèÿ èîíîâ îêîëî ïîëîæåíèé ðàâíîâåñèÿ âîçðàñòàåò. Ýòî è îçíà÷àåò óâåëè÷åíèå âíóòðåííåé ýíåðãèè. Òàê êàê òåìïåðàòóðà — ìåðà êèíåòè÷åñêîé ýíåðãèè òåëà, òî òåìïåðàòóðà ïðîâîäíèêà ïîâûøàåòñÿ, è îí íà÷èíàåò ïåðåäàâàòü òåïëî îêðóæàþùèì òåëàì. Ñïóñòÿ íåêîòîðîå âðåìÿ ïîñëå çàìûêàíèÿ öåïè ïðîöåññ óñòàíàâëèâàåòñÿ, è òåìïåðàòóðà ïðîâîäíèêà ïåðåñòà¸ò èçìåíÿòüñÿ ñî âðåìåíåì. Çà ñ÷¸ò ðàáîòû ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ â ïðîâîäíèêå íåïðåðûâíî âûäåëÿåòñÿ ýíåðãèÿ. Íî åãî âíóòðåííÿÿ ýíåðãèÿ îñòà¸òñÿ íåèçìåííîé, òàê êàê ïðîâîäíèê ïåðåäà¸ò îêðóæàþùèì òåëàì êîëè÷åñòâî òåïëîòû, ðàâíîå ðàáîòå òîêà. Òàêèì îáðàçîì, ôîðìóëà (15.12) äëÿ ðàáîòû òîêà îïðåäåëÿåò êîëè÷åñòâî òåïëîòû, ïåðåäàâàåìîé ïðîâîäíèêîì äðóãèì òåëàì.
Åñëè â ôîðìóëå (15.12) âûðàçèòü ëèáî íàïðÿæåíèå ÷åðåç ñèëó òîêà, ëèáî ñèëó òîêà ÷åðåç íàïðÿæåíèå ñ ïîìîùüþ çàêîíà Îìà äëÿ ó÷àñòêà öåïè, òî ïîëó÷èì òðè ýêâèâàëåíòíûå ôîðìóëû
Ôîðìóëîé A = I2RΔt óäîáíî ïîëüçîâàòüñÿ ïðè ïîñëåäîâàòåëüíîì ñîåäèíåíèè ïðîâîäíèêîâ, òàê êàê ñèëà òîêà â ýòîì ñëó÷àå îäèíàêîâà âî âñåõ ïðîâîäíèêàõ. Ïðè ïàðàëëåëüíîì ñîåäèíåíèè óäîáíà ôîðìóëà Çàêîí Äæîóëÿ—Ëåíöà. Çàêîí, îïðåäåëÿþùèé êîëè÷åñòâî òåïëîòû, êîòîðóþ âûäåëÿåò ïðîâîäíèê ñ òîêîì â îêðóæàþùóþ ñðåäó, áûë âïåðâûå óñòàíîâëåí ýêñïåðèìåíòàëüíî àíãëèéñêèì ó÷¸íûì Ä. Äæîóëåì (1818—1889) è ðóññêèì ó÷¸íûì Ý. X. Ëåíöåì (1804— 1865).
Ìû ïîëó÷èëè ýòîò çàêîí ñ ïîìîùüþ ðàññóæäåíèé, îñíîâàííûõ íà çàêîíå ñîõðàíåíèÿ ýíåðãèè. Ôîðìóëà (15.14) ïîçâîëÿåò âû÷èñëèòü êîëè÷åñòâî òåïëîòû, âûäåëÿåìîé íà ëþáîì ó÷àñòêå öåïè, ñîäåðæàùåì êàêèå óãîäíî ïðîâîäíèêè. Ìîùíîñòü òîêà. Ëþáîé ýëåêòðè÷åñêèé ïðèáîð (ëàìïà, ýëåêòðîäâèãàòåëü è ò. ä.) ðàññ÷èòàí íà ïîòðåáëåíèå îïðåäåë¸ííîé ýíåðãèè â åäèíèöó âðåìåíè. Ïîýòîìó íàðÿäó ñ ðàáîòîé òîêà î÷åíü âàæíîå çíà÷åíèå èìååò ïîíÿòèå ìîùíîñòü òîêà.
Ýëåêòðè÷åñêàÿ ìîùíîñòü, òàê æå êàê è ìåõàíè÷åñêàÿ, âûðàæàåòñÿ â âàòòàõ (Âò). Ýòî âûðàæåíèå äëÿ ìîùíîñòè òîêà ìîæíî ïåðåïèñàòü â íåñêîëüêèõ ýêâèâàëåíòíûõ ôîðìàõ, èñïîëüçóÿ çàêîí Îìà äëÿ ó÷àñòêà öåïè:
Íà áîëüøèíñòâå ýëåêòðîïðèáîðîâ óêàçàíà ïîòðåáëÿåìàÿ èìè ìîùíîñòü, ïðåäåëüíîå çíà÷åíèå ñèëû òîêà, à òàêæå ïðåäåëüíîå çíà÷åíèå íàïðÿæåíèÿ.  áûòó äëÿ ðàñ÷¸òîâ ïîòðåáëÿåìîé ýëåêòðîýíåðãèè ÷àñòî èñïîëüçóåòñÿ åäèíèöà êÂò • ÷, 1 êÂò • ÷ = 3,6 • 106 Äæ.
Âîïðîñû ê ïàðàãðàôó 1. ×òî íàçûâàþò ðàáîòîé òîêà? 2. ×åì îòëè÷àåòñÿ ïîíÿòèå ðàáîòû òîêà â ýëåêòðîñòàòèêå îò ïîíÿòèÿ ðàáîòû â ® ìåõàíèêå? 3. ×òî òàêîå ìîùíîñòü òîêà? 4.  êàêèõ åäèíèöàõ âûðàæàåòñÿ ìîùíîñòü òîêà? 5. Ìîæíî ëè óâåëè÷èòü ìîùíîñòü ýëåêòðîïðèáîðà, ïîäàâàÿ íà íåãî áîëüøåå íàïðÿæåíèå? 6. Êàêèå ïðåîáðàçîâàíèÿ ýíåðãèè ïðîèñõîäÿò â ïðîâîäíèêå, êîãäà ïî íåìó èä¸ò òîê?
|
|
|