Закон Джоуля - Ленца

Електронагрівальні прилади та електродвигуни

Проходячи через різні електричні прилади струм виконує роботу, результатом якої є виділення тепла і механічна робота (мол. 29.1). В наших квартирах використовуються чисельні електронагрівальні прилади: електричний бойлер, електрична плита, тостер, мікрохвильова, тощо. 

Іноді трапляється так, що один із паралельних опорів стає дуже малим - це називають «коротким замиканням». Тоді загальний опір ділянки і напруга на ній також стають дуже малими, а струм дуже великим. Автоматичні запобіжники містять всередині спеціальну ніхромову спіраль. Її розігрівання спричинює вигинання біметалевої пластинки, що звільняє пружину вимикача, який різко вимикає струм (при цьому чути різкий звук).

Щоб не зменшувати загальний струм у колі, опір амперметра намагаються зробити якнайменшим; на ідеалізованих схемах його вважають таким, що дорівнює нулю.

Повна робота кожного кулона електричного заряду, що проходить через обидва резистори (мал. 27. 1), дорівнює сумі робіт на кожному з них.

Закон Ома для ділянки кола.

Німецький фізик Георг Ом знайшов просту залежність між силою струму, напругою та опором на ділянці електричного кола. Сила струму «/» на ділянці кола а-Ь прямо пропорційна напрузі на кінцях ділянки (між точками а та Ь) і обернено пропорційна опору «Л» цієї ділянки:

Опір провідника, крім того, що він залежить від матеріалу, довжини і площі перерізу, залежить також від температури. Пояснюється це тим, що з підвищенням температури збільшується інтенсивність коливань атомів у вузлах кристалічної ґратки (такі коливання називаються тепловими) і електронам важче рухатися в провіднику (вони частіше натикатимуться на перешкоди і втрачатимуть більше енергії).

Ми вже переконалися, що без необхідної напруги батарейок лампочка не світиться або світиться слабо. А якщо немає напруги, то в електричному колі струму взагалі не буде. Яскравість світіння лампи залежить також від величини струму, який вона споживає. Але чому спіраль лампи така гаряча, що аж світиться, а дроти, що підводять струм - холодні?

 Тепер вияснимо, чому електроліти проводять струм. Ми вже говорили, що при розчиненні у воді сіль розпадається на окремі позитивно заряджені іони натрію Na⁺ і негативно заряджені іони хлору СІ". Ці іони рухаються під дією електричних сил до електродів протилежного знаку, Na⁺ - до катода, a Cl— до анода (мол. 23.1). Підійшовши до анода, іони хлору віддають зайвий електрон і перетворюються на нейтральні атоми, які об'єднуються в молекули Cl₂ і виділяються у вигляді бульбашок газу.

Сила струму

У металевих провідниках є вільні електрони. Вони рухаються хаотично і поводяться як газ, їх так і називають: «електронний газ».

Електрони значно менші за атоми, і для них провідник - ніби велика труба, по якій можна рухатися (мал. 22. Ί). Щоб електрони рухалися направлено, їх треба спрямувати. Це завдання виконує електричне поле, яке створюється джерелом струму, наприклад, гальванічним елементом або акумулятором.

Ізолятори (повітря, пластик, лак) вільних зарядів не мають і проводити струм не можуть.

Іонні кристали

Типовим прикладом іонного кристала є кристал кухонної солі (NaCI). Його кристалічна ґратка складається з кубічних елементарних комірок, у яких чергуються іони натрію і хлору (мал. 21.1). Атом Хлору перетягує до себе один електрон від Натрію і стає негативно зарядженим йоном (сумарний його заряд дорівнює -е). Атом Натрію, втративши електрон, перетворюється на позитивно заряджений йон (сумарний його заряд дорівнює +е).

Ізолятори - це матеріали, якими заряди не можуть рухатися. Молекули таких речовин або природні диполі, або стають ними, якщо їх помістити в електричне поле. У зовнішньому полі диполі повертаються і встановлюються вздовж силових ліній. Оскільки молекули беруть участь також і в тепловому русі, то картина не така правильна, як зображено на малюнку 20.1. Тепловий рух зміщує молекули-диполі з положень рівноваги та розорієнтовуєїх.