Глава IV. ТЕПЛОВОЕ ДЕЙСТВИЕ ТОКА

§ 56. Нагревание током. Закон Джоуля-Ленца.

Исследуя на опыте нагревание проводников током, русский физик Эмилий Христианович Ленц (1804-1865) и английский физик Джеймс Джоуль (1818-1889) установили, что количество теплоты, выделяющееся в проводнике при прохождении через него электрического тока, прямо пропорционально сопротивлению  проводника, квадрату силы тока  и времени , в течение которого поддерживается ток в проводнике. Этот закон, носящий название закона Джоуля-Ленца, можно выразить следующей формулой:

,                   (56.1)

где  – выделившееся количество теплоты в джоулях,  – сопротивление в Омах,  – сила тока в амперах,  – время в секундах.

Измерения, приводящие к закону Джоуля-Ленца, можно выполнить, поместив в калориметр (рис. 92) проводник с известным сопротивлением  и пропуская через него ток определенной силы  в течение известного времени . Количество выделяющейся при этом теплоты  определим, составив уравнение теплового баланса, как это принято при калориметрических измерениях (см. том I). Производя опыты при различных значениях  и  получим зависимость, выраженную законом Джоуля-Ленца. Пользуясь законом Ома, мы можем выразить силу тока  через напряжение  на концах проводника и его сопротивление . Подставляя выражение  в формулу (56.1), найдем

.                   (56.2)

Рис. 92. Калориметр для проверки закона Джоуля-Ленца

Формулы (56.1) и (56.2) позволяют рассчитать количество теплоты, выделяющееся в отдельных проводниках, соединенных последовательно и параллельно. При последовательном соединении во всех проводниках течет ток одной и той же силы (§ 50). Поэтому для сравнения количеств теплоты, выделяющихся в отдельных проводниках, удобнее формула (56.1). Она показывает, что при последовательном соединении нескольких проводников в каждом выделяется количество теплоты, пропорциональное сопротивлению проводника. При параллельном соединении ток в проводниках различен, но напряжение на их концах (в точках разветвления) имеет одно и то же значение (§ 50). Поэтому в этом случае удобнее пользоваться формулой (56.2). Она показывает, что при параллельном соединении в каждом проводнике выделяется количество теплоты, обратно пропорциональное сопротивлению проводника.