Rad i snaga el.struje.Džulov zakon

Рад и снага електричне струје. Џул-Ленцов закон

Кључне речи: рад. ел. струје, снага ел. струје, Џул-Ленцов закон

Подсетите се:

• Како се дефинише ел. струја?
• Как се дефинише механички рад?
• Како се дефинише снага?

Колики је рад силе ел. поља на померању наелектрисања из једне у другу тачку поља, на растојању d?
A=Fd=qEd=qU
Ова формула може да се примени и на рад силе електричног поља у проводнику.
 
Ако је количина наелектрисања q, изражена преко ел. струје и времена протицања q=It, заменом у претходни израз добијамо
А=UIt
Рад сталне једносмерне ел. струје у неком делу ел. кола једнак је производу напона на крајевима тог дела кол , струје и времена њеног протицања.

Јединица рада ел. струје је џул [J]
1J=1VАs
Ел. струја у проводнику изврши рад од једног џула ако је на његовим крајевима напон од једног волта, а кроз њега протиче струја од јеног ампера у току од једног секунда.

Да ли ел. струја има снагу?
Снага ел. струје одређена односом рада и времена за које се тај рад изврши.
P = A/t=UI
Снага сталне једносмерне ел. струје једнака је производу ел. напона и струје.
Јединица за снагу ел. струје је ват, [W].
1W = 1VA
U техници се користе киловат и мегават, али и миливат.

Када је позната снага ел. струје може се израчунати укупан рад електричног уређаја за време t.
A = Pt
Рад електричне струје једнак је производу њене снаге и времена.
Јединица за рад може да се изрази као умножак вата и секунде.
Пример:
Задатак 29., 30, 31., страна 147, Збирка

Да ли сте код куће имали прилику да видите грејач решоа, тостера, бојлера или слично?
Шта је заједничко за решо, грејалицу, пеглу, ринглу и бојлер?
Од ког материјала је направљен основни део решоа, грејалице итд?
Шта се дешава када се ови уређаји прикључе на извор ел струје?

Џул Џејмс Прескот (1818-1889), енглески физичар, скоро 40 година је експериментисао да би открио природу топлоте.
Утврдио је закон који одређује количину топлоте која се издваја у проводнику са струјом. Од прилике у исто време овај закон је утврдио и руски физичар Ленц, па се закон по њима назива Џул-Ленцов закон.
Када се електрична струја пропусти кроз проводник, тј. потрошач који има одређену ел. отпорност, примећује се да се потрошач загрева. Нарочито је ово изражено код металних проводника.
Узрок овоме је претварање ел. енергије у топлотну енергију.

Пустити аплет

У доњем, левом, углу налази се клизач којим подешавате јачину струје и након тога кликом на отворени прекидач пуштате струју. У зависности од јачине струје вода ври у различитим временским интервалима чији мерач се налази у горњем, десном, углу.
Шта се дешава када температуром воде кад ел. струја расте?
На основу Закона одржања енергије количина топлоте Q, која се ослободи у проводнику једнака је раду који  изврши електрина струја.
Q = A
Како је А= UIt, onda je Q=UIt
Из Омовог закона следи да је U=RI, па се заменом у претходној формули добија
Q=I2Rt
Количина топлоте ослобођена у проводнику кроз који протиче стална једносмерна ел. струја једнака је производу квадрата ел. струје ел. отпорности проводника и времена протицања ел. струје.

Тестирајмо теорију на аплету!

На пример, за јачину струје 1А и 4А.
Да ли четири пута јача струја четири пута брже загреје воду до врења или јој треба више или мање времена?
Шта закључујемо? Четири пута јача струја шеснаест пута брже загреје исту количину воде.

Џул-Ленцов закон може да се изрази и на други начин:
I = U/R, заменом у претходној формули добија се
Q = (U2/R) t
Како је снага ел. струје P=UI, онда заменом у претходној формули , добијамо
Q=Pt
Количина топлоте ослобођена у потрошачу једнака је производу снаге ел. струје и времена протицања.

Пример:
Кроз проводник грејалице чија је отпорност 5 ома за време од 2,5 часова протиче ел. струја од 4А. Израчунати количину топлоте коју ослободи грејалица.
Q=I2Rt=1kWh=3.6MJ