5. Закон Джоуля-Ленца

При прохождении по проводнику тока, проводник нагревается. Джоуль, и независимо от него Ленц, показали экспериментально, «то количество выделяющегося а проводнике тепла пропорционально его сопротивлению, квадрату силы тока и времени:

Если сила тока изменяется со временем, то

Соотношение (I) и (2) выражают закон Джоуля-Ленца. Подставляя R в омах, i в амперах, a t в секундах, Q получим в джоулях.

Закон (2) имеет следующее объяснение. Рассмотрим однородный проводник, к которому приложено напряжение U. За время dt через каждое сечение проводника проходит заряд dq=idt. Это равносильно тому, что заряд dq переносится за время dt из одного конца проводника в другой. При этом силы поля совершают работу dA=Udt=uidt. Заменяя U в соответствии с законом Ома через Ri и интегрируя, получим для работы электрических сил выражение, совпадающее с выражением (2) для Q. Таким образом, нагревание проводника происходит за счет работы, совершаемой силами поля над носителями заряда.

Из закона Джоуля-Ленца видно, то количество преобразованной электрической энергии при одной и той же силе тока пропорционально сопротивлению (Q - R). Это очень хорошо видно на примере электрической цели с лампой накаливания: спираль лампы, обладающая большим сопротивлением, нагревается очень сильно, в то время, как соединительные провода, имеющие малое сопротивление, нагреваются очень слабо.

Измерение емкости

Емкость конденсатора можно измерить с помощью мостика Сотти.

Экспериментальная часть

Упражнение 1. Определение сопротивления проводника

Приборы: источник постоянного тока, реостат, магазин сопротивлений, гальванометр, резисторы, провода.

Собрать цепь по схеме, где:

Подать на мостик напряжение порядка 1 -1,5 В. Замкнув ключ на очень короткое время, определить направление отклонения стрелки. Добиться того, чтобы ток через гальванометр был равен 0. Определить сопротивление по формуле:

, где

R1 и R2 сопротивление частей реостата.

, где

- длины намотанных частей реостата.

Следовательно:

Упражнение 2. Определить величину сопротивления второго резистора. Вычислить погрешность измерения.

Упражнение 3. Соединив резисторы последовательно, а затем параллельно, определить их сопротивления и сравнить найденные значения сопротивлений со значениями сопротивлений, вычисленных по законам последовательного и параллельного соединения.

Результаты опытов заносим в таблицу:

	R					Теоретическое
1	1200
2	150
Посл.	1200
Пар.	150

Упражнение 4. Определение емкости конденсатора

Приборы: генератор звуковой частоты, головные телефоны, реостат, магазин конденсаторов, конденсаторы, провода.

Собрать цепь по схеме. Сбалансировать мост (при этом ток через телефон течет и звука нет или почти нет). Произвести необходимые измерения и результаты записать в таблицу:

№	C
1
2