Формула закону джоуля-Ленца

При проходженні електричного струму по провіднику відбувається нагрівання провідника. Можна сказати, що робота електричного струму витрачається виключно на збільшення внутрішньої енергії провідника, т. Е. На тепло. Тоді, виходячи з закону збереження енергії, слід, що A = Q.

Причина нагрівання провідника пов'язана з взаємодією рухомих електронів з іонами кристалічної решітки. В результаті іони в вузлах кристалічної решітки починають швидше коливатися, т. Е. Їх кінетична енергія зростає. У розчинах електролітів переміщаються самі іони.

Вчені Джеймс Джоуль і Емілій Ленц незалежно один від одного відкрили досвідченим шляхом, що кількість теплоти, що виділяється провідником при проходженні через нього електричного струму, так само силі струму в квадраті, помноженої на опір провідника і на час проходження струму:

Саме ця закономірність називається законом Джоуля-Ленца. Хоча ці вчені вивели закон за допомогою дослідів, його формулу можна вивести з сучасних знань про електрику.

Робота по переміщенню заряду q знаходиться як добуток q на напругу на ділянці ланцюга:

У свою чергу переміщення заряду дорівнює добутку сили струму в провіднику на час дії цього струму:

Якщо підставити в формулу роботи замість q його вираз через силу струму і час, то отримаємо

Напруга також можна виразити через силу струму (згідно із законом Ома: I = U / R). Воно дорівнює добутку сили струму на опір провідника:

Підставами в формулу роботи замість напруги його вираз через силу струму і опір:

A = ItIR або A = I 2 Rt

Оскільки A = Q, то і

Одиницею вимірювання теплоти є джоуль (Дж). У формулі закону Джоуля-Ленца IR - це напруга (U), яке вимірюється в вольтах (В), I - сила струму, яка вимірюється в амперах (A), t - час в секундах. Тоді виходить, що

1 Дж = 1 В * 1 A * 1 c