Работа и мощность тока
В данном проектном задании предлагается рассчитать работу и мощность электрического тока, а также определить, что произошло в электрической цепи в результате работы тока.
Электрический ток совершает работу, которая вычисляется по формуле: $$A=IUt$$
где:
▪ A — работа электрического тока, Дж;
▪ I — сила тока, А;
▪ U — напряжение, В;
▪ t — время, в течение которого ток протекал через проводник, с.
Работа приводит к изменению энергии, и работа тока не исключение. В результате работы тока проводник получает энергию, которая может преобразовываться в различные формы (механическая, внутренняя).
Например, электродвигатель постоянного тока приводит в движение различные механизмы, т. е. совершает уже механическую работу.
Что происходит, если механическая работа не совершается? В соответствии с первым началом термодинамики: $$A=Q-\Delta U$$ Т. е. работа тока идёт на увеличение внутренней энергии проводника ΔU и на передачу окружающей среде некоторого количества теплоты Q. Через некоторое время наступает динамическое равновесие — проводник перестаёт нагреваться, и его температура остаётся постоянной. При постоянной температуре его внутренняя энергия не меняется, т. е. ΔU = 0. Таким образом, вся работа тока идёт на передачу окружающей среде некоторого количества теплоты: $$A=Q$$
Соответственно, количество теплоты, которое проводник с током передаёт окружающей среде, можно рассчитать по той же формуле, что и работу тока: $$Q=IUt$$
Выразим напряжение с помощью закона Ома: $$U=IR$$ Тогда количество теплоты можно определить по формуле: $$Q=I^{2}Rt$$
Данный закон был экспериментально установлен английским учёным Джеймсом Джоулем и независимо от него российским физиком Эмилием Христиановичем Ленцем, и поэтому известен как закон Джоуля — Ленца.
Любое устройство, совершающее работу, обладает мощностью. Мощность определяется по формуле: $$P=\frac{A}{t}$$
Соответственно, мощность тока можно рассчитать так: $$P=\frac{A}{t}=\frac{IUt}{t}=IU$$
В данном проектном задании предлагается собрать электрическую цепь и определить работу и мощность тока. Для этого необходимо измерить силу тока амперметром, напряжение — вольтметром и время работы электрической цепи — секундомером.
