Закон ленца джоуля

·  Полезная мощность генератора

· 

·  Мощность, потребляемая генератором,

· 

·  Мощность, расходуемая на преодоление потерь в генераторе,

· 

· 

·  Пример 2. Двигатель постоянного тока при напряжении U=220 в потребляет ток силой I=30 а. Определить к. п. д. и полезную мощность Двигателя, если мощ­ность, потребляемая на преодоление потерь в двигателе, ΔР =1320 вт= 1,32 квт.

·  Р е ш е н и е. Мощность, потребляемая двигателем,

· 

·  К. п. д. двигателя

· 

·  Полезная мощность, развиваемая на валу двигателя,

· 

· 

·  § 24. ЗАКОН ЛЕНЦА —ДЖОУЛЯ

·  При прохождении электрического тока через металлический проводник электроны сталкиваются то с нейтральными молекулами, то с молекулами, потерявшими электроны. Движущийся электрон либо отщепляет от нейтральной молекулы новый электрон, теряя свою кинетическую энергию и образуя новый положительный ион, либо соединяется с молекулой, потерявшей электрон (с положи­тельным ионом), образуя нейтральную молекулу. При столкнове­нии электронов с молекулами расходуется энергия, которая пре­вращается в тепло. Любое движение, при котором преодолевается сопротивление, требует затраты определенной энергии. Так, напри­мер, для перемещения какого-либо тела преодолевается сопротив­ление трения и работа, затраченная на это, превращается в тепло.

·  Электрическое сопротивление проводника играет ту же роль, чтя и сопротивление трения. Таким образом, для проведения тока через проводник источник тока затрачивает некоторую энергию, которая превращается в тепло. Переход электрической энергии в тепловую отражает закон Ленца — Джоуля или закон теплового действия тока.

·  Русский ученый Ленц и английский физик Джоуль одновремен­но и независимо один от другого установили, что при прохождении электрического тока по проводнику количество теплоты, выделяемое проводником, прямо пропорционально квадрату тока, сопротивлению проводника и времени, в течение которого электрический ток протекал по проводнику. Это положение называется законом Лен­ца — Джоуля.

·   Если обозначить количество теплоты, создаваемое током, буквой Q, силу тока, протекающего по проводнику,— I, сопротивление проводника r и время, в течение которого ток протекал по проводнику, t,  то закону Ленца — Джоуля можно придать следующее выражение:

· 

· 

·  Пример 1. Определить количество теплоты, выделенное в нагревательном приборе в течение 0,5 ч, если он включен в сеть с напряжением 110 в и имеет сопротивление 24 ом.

·  Решение. Время прохождения в секундах:

·  t=0,5 ч =30 мин =30х60=1800 сек.

·   Количество теплоты, выделенное в приборе,

· 

·  Примеры 2. В электрическом кипятильнике вода, потребляя количество теплоты 400 000 дж, закипает через 15 мин. Определить сопротивление нагрева­тельного элемента этого кипятильника, а также мощность, если кипятильник ра­ботает под напряжением 220 в и его к. п. д. равен 80%.

·  Решение. Так как к. п. д. кипятильника равен 80%, выделенное нагрева­тельным элементом количество теплоты

·  Q = 400 000 : 0,8 = 500 000 дж.

·  Силу тока, протекающего через кипятильник, найдем из слёлующей формулы

· 

·  откуда

· 

·  Сопротивление нагревательного элемента

· 

·  Мощность, потребляемая кипятильником,

· 

·  § 25. НАГРЕВАНИЕ ПРОВОДНИКОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ

·  На нагревании проводников электрическим током основано устройство электрического освещения, электронагревательных приборов, электрических печей, многих типов измерительной и медицинской аппаратуры и т. д.

·  Из всех видов искусственного освещения наибольшее распро­странение получила электрическая лампа накаливания с металли­ческой нитью, изобретенная А. Н. Лодыгиным в 1873 г. В такой лампе проводник под действием тока нагревается до белого кале­ния и вследствие этого излучает свет.

·  Основными частями современной лампы накаливания являются нить накала и стеклянный баллон (колба).

·  Материалом для изготовления нити накала осветительных ламп служит вольфрам (с примесью оксида тория и других элементов). Этот металл обладает высокой температурой плавления (3660°) и большой механической прочностью.

·  Нормальные осветительные лампы выпускаются для напряжений 110, 120, 127 и 220 в.

·  Чтобы накаленная нить не сгорела, т. е. чтобы она не соединялась с кислородом воздуха, из колбы удаляют кислород. Лампы мощ­ностью до 60 вт изготовляют с колбами, из которых выкачан воздух (вакуумные лампы), у более мощных ламп колбы наполняют раз­реженной смесью инертных газов — аргона и азота или криптоном (газополные лампы). При наличии в колбе инертного газа умень­шается испарение вольфрама с поверхности нити, что позволяет по­высить температуру накала нити.

·  Нить накала выполняется из тонкой проволоки, свернутой в спи­раль с близко расположенными друг к другу витками.

·  Основными характеристиками лампы накаливания являются: номинальное напряжение, мощность, излучаемый световой поток, срок службы и световая отдача, которая представляет собой отно­шение светового потока к мощности и определяет экономичность

·  лампы.

·  Время непрерывного горения лампы при ее номинальном напря­жении, в течение которого она потеряет 10% от начального светово­го потока, называется сроком службы лампы. Срок службы ламп 1000 ч. Световой поток, излучаемый лампой, уменьшается потому, что при температуре белого каления происходит постепенное умень­шение площади поперечного сечения нити вследствие испарения ме­талла, который в виде пыли осаждается на стенки колбы. Это при­водит к увеличению сопротивления нити накала и уменьшению силы света.

·  Электрическое нагревание проводников не всегда находит полез­ное применение. Так, в проводах линий электропередач нагревание связано с бесполезной затратой электрической энергии, а при боль­ших токах может создавать опасность возникновения пожаров.

·  Во избежание чрезмерного нагрева линейных проводов, а также различных обмоток из  изолированной проволоки для электрической аппаратуры установлены нормы максимальных значений сил токов, пропускаемых по данному проводу или обмотке.

·  Допустимая сила тока для материала и проводника определяется максимальной плотностью тока. Плотностью тока называется сила тока, приходящаяся на 1 мм2 площади поперечного сечения провода. Например, если по проводу в 6 мм2 протекает ток силой 30 а, то плотность тока в этом проводе равна: 30 : 6 = 5 а/мм2.