Перегляд вихідного коду сторінки Закон Джоуля — Ленца

{{unibox}}'''Закон Джо́уля&nbsp;— Ле́нца ''' — [[фізичний закон]], що дає кількісну оцінку [[Кількість теплоти|теплової]] дії [[Електричний струм|електричного струму]]. Закон був експериментально встановлений у [[1841]] році англійським фізиком [[Джеймс Прескотт Джоуль|Джеймсом Прескоттом Джоулем]] і незалежно від нього російським вченим [[Ленц Емілій Християнович|Емілієм Ленцом]] в [[1842]] році<ref>Закон Джоуля — Ленца // Большая советская энциклопедия : в 30 т. / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1972. — Т. 8 : Дебитор — Евкалипт. — 592 с. {{ref-ru}}</ref>.

Фізичною природою виділення тепла при проходженні струму через провідник є те, що [[потенціальна енергія]] [[Носії заряду|носіїв заряду]], які подолали ділянку кола зменшується, а [[кінетична енергія]] залишається в середньому однаковою на початку й у кінці шляху. Втрачена носіями заряду [[енергія]] дисипує, тобто передається коливанням атомів провідника і переходить у тепло.

== Визначення ==
Формулювання закону звучить наступним чином:
{{Початок цитати}}
Кількість теплоти, що виділяється в провіднику зі струмом, прямо пропорційна силі струму, напрузі й часу проходження струму через провідник.
{{Кінець цитати}}

Математичний запис закону:
:: <math>Q = I U t </math>,

де <math>I</math> — [[сила струму]], <math>U</math> — [[Спад напруги|спад напруги]] на ділянці кола, <math>t</math> — час проходження струму.

Застосувавши [[закон Ома]] для ділянки кола, закон Джоуля-Ленца можна записати як 
:: <math>Q = I^2 R t </math>,
де <math>R</math> — [[Електричний опір|опір провідника]].

== Закон Джоуля-Ленца в диференційній формі ==
Закон Джоуля-Ленца можна записати також для елементарного об'єму провідника <math>\! dV = ds \cdot dl</math>, в якому за час  <math> dt </math> виділятиметься теплота:

:<math>\!  dQ = (dI)^2 R_{dV} {dt}</math>

де <math>\! R_{dV}</math>&nbsp;— опір елементарного об'єму, а <math> dI </math>&nbsp;— елементарна сила струму, що протікає через  елемент поверхні площею <math> ds </math>

:<math>\! R_{dV} = \rho \frac{dl}{ds}</math>,

де <math> \rho </math>&nbsp;— питомий опір.

З закону Ома <math>\! j = \sigma E</math>. З другого боку,

:<math>\! dI = j ds = \sigma E ds</math>,

де <math> \sigma </math>&nbsp;— електропровідність, а <math>\! E</math>&nbsp;— [[напруженість електричного поля]].

:<math>\! \rho = \frac{1}{\sigma}</math>

:<math>\! dQ = \sigma^2 E^2 {ds}^2 \rho \frac{dl}{ds} dt</math>

:<math>\! dQ = \sigma E^2 dV dt</math>

Ввівши поняття елементарної [[питома потужність|питомої потужності]] струму&nbsp;— кількості теплоти, що виділяється в одиниці об'єму за одиницю часу, можна записати:

:<math>\! \omega = \frac{dQ}{dV dt} </math>.

Тоді

:<math>\! \omega =\sigma E^2</math>.

{{Початок цитати}}
Питома теплова потужність струму дорівнює добутку провідності на квадрат напруженості.
{{Кінець цитати}}

== Практичне значення ==
=== Зниження втрат енергії ===
При передаванні електроенергії теплова дія струму є небажаною, оскільки це призводить до втрат енергії. Оскільки потужність, що передається, лінійно залежить як від напруги, так і від сили струму, а потужність нагріву залежить від сили струму квадратично, то вигідно підвищувати напругу перед [[Передавання електроенергії|передаванням електроенергії]], знижуючи при цьому силу струму. Однак, підвищення напруги знижує [[Електробезпека|електробезпеку]] [[Лінія електропередачі|ліній електропередачі]].

=== Електронагрівальні прилади ===
В основі роботи багатьох електронагрівальних приладів лежить закон Джоуля — Ленца. Такі прилади використовують нагрівальний елемент, що є провідником з високим опором. Підвищення опору досягається вибором сплаву з високим [[Питомий опір|питомим опором]] (наприклад, [[ніхром]]у, [[константан]]у), збільшенням довжини провідника і зменшенням його поперечного перерізу.

=== Плавкі запобіжники ===
{{main|Запобіжник (електрика)}}
Для захисту електричних кіл від протікання надмірно великих струмів використовується відрізок провідника зі спеціальними характеристиками. Це провідник малого перерізу і виготовлений з такого сплаву, що при допустимому струмі нагрів провідника не перегріває його, а при надмірно великих струмах перегрів провідника стає настільки значним, що провідник розплавлюється і розмикає коло.

== Див. також ==
* [[Закон Ома]]

== Джерела ==
{{references}}

[[Категорія:Електрика]]
[[Категорія:Термодинаміка]]
[[Категорія:Епоніми]]


{{Physics-stub}}