§ 23. Робота електричного струму

Унаслідок роботи, яку виконує електричне поле з переміщення електронів (або інших заряджених частинок) у провідниках, змінюється їхня енергія. Енергія упорядкованого руху електронів і є енергією електричного струму. Енергію електричного струму можна досить просто перетворити в різних споживачах струму на інші види енергії. Саме тому електричний стум широко застосовують у самих різноманітних галузях виробництва, на транспорті, будівництві, у побуті, техніці зв’язку та ін.

Перетворення енергїі електричного струму споживачами на інші види енергїі називають роботою електричного струму.

Розглянувши поняття напруги (§ 15), ми з’ясували, що напруга характеризує роботу електричного поля в провіднику (ділянці кола) і чисельно дорівнює роботі поля з переміщення одиничного заряду:

Розглянемо деяку ділянку кола, в якій є струм. Це може бути спіраль електричної лампочки, обмотка електродвигуна, гучномовця та ін.

П р и к л а д. Кишеньковий ліхтарик було увімкнуто на час t = 10 с. Напруга на лампочці ліхтарика U = 3 В, сила струму в ній І = 0,2 А. Яку роботу виконав струм у лампочці?

Ділянкою кола (спіралі лампочки) за час t =10 с проходить деякий заряд q. Робота А, виконана електричним полем з переміщення заряду q по цій ділянці, дорівнює добутку заряду на напругу: А = qU. Знаючи силу струму І та час його існування t, можна визначити значення заряду q: q = It. Тоді робота виконана струмом у лампочці — А = qU = ItU. Одержану нами формулу для визначення роботи електричного струму на ділянці кола прийнято записувати так:

Робота електричного струму на ділянці кола дорівнює добутку сили струму на напругу і на час, протягом якого ця робота виконувалася.

Одиницею роботи й енергії електричного струму в CI, як і механічної роботи, є джоуль: 1 Дж = IB · I А · 1 с = IB · А · с.

Робота струму, виконана в лампочці кишенькового ліхтарика, становитиме

А = UIt = 4 B · 0,2 А · 10 с = 8 Дж.

U

За законом Ома сила струму в ділянці — I = —. Якщо ві-

R

домі сила стуму і опір, то напругу на ділянці кола можна визначити, скориставшись законом Ома: U = IR. Тоді робота струму на цій ділянці: A = I²Rt.

Наприклад, потрібно визначити роботу струму на ділянці кола з послідовним з’єднанням провідників. Сила струму на ділянці кола з послідовним з’єднанням провідників однакова в усіх провідниках. Тому, якщо відомі сила струму і опір, для визначення роботи струму доцільно використати формулу A = I²Rt, де R — загальний опір ділянки.

Цією формулою зручно користуватися, визначаючи роботу струму на ділянці з паралельним з’єднанням провідників.

ЗАПИТАННЯ ТА ЗАВДАННЯ

1.    Як пов’язана робота струму з роботою електричного поля?

2.    Як визначити роботу електричного струму через заряд, що проходить ділянкою кола, і напругу на її кінцях?

3.    Як визначити роботу струму в провіднику через напругу і силу струму та час протікання струму?

4. Визначте роботу струму в електричній лампочці кишенькового ліхтарика протягом 1 хв, якщо за напруги 3,5 В сила струму в лампочці становить 0,25 А.

5.    Напруга на двигуні становить 12 В, сила струму, яку він споживає, 0,5 А. Яку роботу виконає струм у двигуні за 30 хв?

6.    Яку роботу виконує струм в лампочці з опором спіралі 400 Ом за 40 хв, якщо напруга на лампочці 220 В?

Це матеріал з Підручника Фізика 8 Клас Бойко