Электр тогының жұмысы мен қуаты. Джоуль-Ленц заңы. Ток көзінің ПӘК-і. Физика, 10 сынып, дидактикалық материал.

Токтың жұмысы: Зарядталған бөлшектердің өткізгіш бойымен реттелген қозғалысында электр өрісі жұмыс өндіреді. Осы жұмысты тоқтың жұмысы деген атау келісілген. Тізбектің қалаған бөлігін қарастырайық. Бұл біртекті өткізгіш болуы мүмкін, мысалы қыздыру шамының қылы, электр двигателінің орамдары және т.б. ∆t уақытта өткізгіштің көлденең қимасы арқылы ∆q заряд өтеді делік. Сонда электр өрісі А=∆qU жұмыс өндіреді.

Ток күші  болғандықтан, жұмыс мынаған тең:  A=IU∆t

      Тізбектің бөлігіндегі токтың жұмысы ток күшінің кернеуге және жұмысы өндіруге кеткен уақытқа көбейтіндісіне тең.

Энергияның сақталу заңы бойынша бұл жұмыс қарастырып отырған тізбектің бөлігіндегі энергияның өзгерісіне тең болуы тиіс. Сондықтан тізбектің осы бөлігіндегі энергия токтың жұмысына тең.

Егер A=IU∆t формулада тізбектің бөлігі үшін Ом заңы бойынша не кернеуді ток күші арқылы, не ток күшін кернеу арқылы өрнектесек ток жұмысы үшін өзара эквивалентті үш формула аламыз: A=IU∆t=I²R∆t= =Q

A= I²R∆t формуласын өткізгіштерді тізбектей қосқанда пайдалану қолайлы, себебі бұл жағдайда барлық өткізгіштердегі ток күші бірдей. Параллель қосуда  A=  формуласын пайдалану қолайлы, себебі барлық өткізгіштердегі кернеу бірдей.

ХБ жүйесінде жұмыс джоульмен (Дж) өлшенеді:  1 Дж = 1А*1В*1сКөбіне жұмыс ватт-сағатпен немесе киловатт-сағатпен өрнектеледі: 1Вт·сағ=3. 6·103 Дж; 1кВт·сағ=103Вт·ағ=3,6·106Дж. Токтың жұмысын өлшеуге арналған құрал электр есептеуіш деп аталады.

Электр тоғының жылулық әсері, Джоуль-Ленц заңы: Тогы бар өткізгіштің қоршаған ортаға бөліп шығаратын жылуының мөлшерін анықтайтын заңды бірінші болып ағылшын ғалымы Д.Джоуль мен орыс ғалымы Э.Х.Ленц тәжірибе жүзінде тағайындады. Джоуль-Ленц заңы былайша тұжырымдалады: тогы бар өткізгіштің бөлініп шығатын жылуының мөлшерін ток күшінің квадраты, өткізгіштің кедергісіне және өткізгіш бойымен ток жүретін уақыттық көбейтіндісіне тең:   Q=I²R∆t

Біз бұл заңда энергияның сақталу заңына негізделген талдау жүргізу арқылы алдық жоғарыда көрсетілген тізбектің бөлінде қандай өткізгіш жалғанса да бәрібір, ондағы бөлінетін  жылу мөлшерін есептеуге мүмкіндік береді.

Кедергілері R₁ және R₂ болатын өткізгіштердегі тізбектей жалғанған кезде оларда бөлініпшығатын жылуды былайша өрнектеуге болады: Q₁=I²R₁ t, Q₂=I²R₂ t.   Осыдан

=  

Тізбектей жалғаған кезде әрбір өткізгіште бөлініп шығатын жылу мөлшері осы өткізгіштердің кедергілеріне тура пропорционал.

Кедергілері R₁ және R₂ болатын ЭҚК-і жоқ тізбектің екі бөлігін параллель жалғағанда, токтың әрбір жеке бөліктерінде бөлініп шығатын  жылу мөлшері Q₁=    Q₂=    Осыдан

=  

ЭҚК-і жоқ тізбектің параллель жалғаған бөліктерінде токтың бөліп шығаратын жылу мөлшері осы бөліктердің кедергілеріне кері пропорционал болады.

Жоғарыдағы өрнектерден көріп отырғанымыздай, тізбектей жалғанған кезде ең үлкен жылу мөлшері кедергісі ең үлкен өткізгіште, ал параллель жалғанған кезде кедергісі ең кіші өткізгіште бөлініп шығарылады.

Токтың қуаты: Кез келген электр приборы – электр шамы, электр двигателі т.б. уақыт бірлігінде белгілі бір энергия тұтынуға есептелген. Сондықтан, токтың жұмысымен қатар токтың қуаты деген ұғымның да маңызы зор. Токтың қуаты ∆t уақыттағы ток жұмысының сол уақыт аралығына қатынасына тең: P=  =IU

Қуаттың бұл өрнегін тізбектің бөлігі үшін Ом заңын пайдаланып бірнеше эквивалентті түрде жазуға болады: P=IU=I²R=

Приборлардың көпшілігінде олардың тұтынатын қуаты көрсетулі болады.