Электрический кипятильник включенный в сеть с напряжением 220в чему равна сила тока

Задачи на нахождение силы тока в цепи, напряжения. Как решать задачи на закон Ома.

Задачи на силу тока в основном касаются определения силы тока, напряжения и сопротивления. В данном разделе Вы найдете формулы для решения задач. Мы разберем решение типичных элементарных задач, используя закон Ома.

Задача 1. Сила тока

Через нить накаливания лампочки от карманного фонарика за 2 мин проходит электрический заряд, равный 30 Кл. Определите силу тока в этой лампочке.

Дано:	CИ	Решение
q = 30 Кл	Сила тока I определяется по формуле
t = 2 мин	120 с	I= q/t
I – ?	I = 30Кл/120с = 0,25А = 250м А

Сила тока. Решение задач

Задача 2. Напряжение в цепи

Электродвигатель включен в электрическую цепь с напряжением 24В. Определите заряд, прошедший через электродвигатель, если при этом была совершена работа, равная 84 кДж

Дано:	CИ	Решение
U = 24 В	Напряжение на электродвигателе определяется по формуле
А = 84 кДж	84000 Дж	U=A/qq= A/U
q – ?	Q = 84000 Дж/24 В = 3500 Кл

Напряжение в цепи. Решение задач

Задача 3. Закон Ома сила тока

Определите силу тока в кипятильнике, включенном в сеть с напряжением 220 В, если сопротивление спирали составляет 55 Ом.

Дано:	CИ	Решение
U = 220 В	Силу тока в кипятильнике можно определить, воспользовавшись законом Ома
R = 55 Ом	І=U/R
І – ?	І = 220 B/55 Ом = 4 А

Сила тока по закону Ома. Решение задач

Задача 4. Закон Ома напряжение

Какое напряжение нужно приложить к концам проводника сопротивлением 5 Ом, тобі по проводнику пошел ток с силой тока, равной 300 мА

Дано:	CИ	Решение
R = 5 Ом	Необходимое напряжение можно определить, воспользовавшись законом Ома
І = 300 мА	0.3 A	І=U/RU = IR
U – ?	U = 0,3 А * 5 Ом = 1,5 В

Напряжение в сети. Закон Ома

Задача 5. Сопротивление по закону Ома

Определите cопротивление резистора, если за время 10 мин через него проходит заряд 200 Кл. Напряжение на концах резистора равно 6 В.

Источник

Задачи на Мощность электрического тока с решениями

Формулы, используемые на уроках «Задачи на Мощность электрического тока»

1 мин = 60 с;    1 ч = 60 мин;   1 ч = 3600 с.

Задача № 1.
 Определить мощность тока в электрической лампе, если при напряжении 110 В сила тока в ней 200 мА.

Задача № 2.
 Определить мощность тока в электрической лампе, если сопротивление нити акала лампы 400 Ом, а напряжение на нити 100 В.

Задача № 3.
 Определить силу тока в лампе электрического фонарика, если напряжение на ней 6 В, а мощность 1,5 Вт.

Задача № 4.
В каком из двух резисторов мощность тока больше при последовательном (см. рис. а) и параллельном (см. рис. б) соединении? Во сколько раз больше, если сопротивления резисторов R1 = 10 Ом и R2 = 100 Ом?

Задача № 5.
 Ученики правильно рассчитали, что для освещения елки нужно взять 12 имеющихся у них электрических лампочек. Соединив их последовательно, можно будет включить их в городскую сеть. Почему меньшее число лампочек включать нельзя? Как изменится расход электроэнергии, если число лампочек увеличить до 14?

Задача № 6.
 В горном ауле установлен ветряной двигатель, приводящий в действие электрогенератор мощностью 8 кВт. Сколько лампочек мощностью 40 Вт можно питать от этого источника тока, если 5% мощности расходуется в подводящих проводах?

Задача № 7.
 Сила тока в паяльнике 4,6 А при напряжении 220 В. Определите мощность тока в паяльнике.

Задача № 8.
 Одинакова ли мощность тока в проводниках ?

Задача № 9.
 На баллоне первой лампы написано 120 В; 100 Вт, а на баллоне второй — 220 В; 100 Вт. Лампы включены в сеть с напряжением, на которое они рассчитаны. У какой лампы сила тока больше; во сколько раз?

Задача № 10. (повышенной сложности)
В сеть напряжением 120 В параллельно включены две лампы: 1-я лампа мощностью 300 Вт, рассчитанная на напряжение 120 В, и 2-я лампа (последовательно соединенная с резистором) – на 12 В. Определите показания амперметров А1 и А и сопротивление резистора, если амперметр А2 показывает силу тока 2 А.

Задача № 11.
  ОГЭ
 При силе тока I₁ = 3 А во внешней цепи выделяется мощность Р₁ = 18 Вт, а при силе тока I₂ = 1 А — мощность Р₂ = 10 Вт. Найти ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока.

Задача № 12.
   ЕГЭ
 Имеются две электрические лампочки мощностью Р₁ = 40 Вт и Р₂ = 60 Вт, рассчитанные на напряжение сети U = 220 В. Какую мощность будет потреблять каждая из лампочек, если их подключить к сети последовательно?

Это конспект по теме «ЗАДАЧИ на Мощность электрического тока». Выберите дальнейшие действия:

• Перейти к теме: ЗАДАЧИ на Закон Джоуля-Ленца
• Посмотреть конспект по теме Работа и Мощность электрического тока
• Вернуться к списку конспектов по Физике.
• Проверить свои знания по Физике.

1 вариант

1. За 20 минут через утюг проходит электрический заряд 960 Кл. Определите силу тока в утюге.

1) 0,6 А
2) 0,8 А
3) 48 А
4) 1920 А

2. На рисунке изображён график зависимости силы тока от напряжения на одной секции телевизора. Каково сопротивление этой секции?

1) 250 кОм
2) 0,25 Ом
3) 10 кОм
4) 100 Ом

3. Если увеличить в 2 раза напряжение между концами проводника, а площадь его сечения уменьшить в 2 раза, то сила тока, протекающего через проводник,

1) увеличится в 2 раза
2) уменьшится в 2 раза
3) не изменится
4) увеличится в 4 раза

4. Сопротивление участка цепи, изображённого на рисунке, равно

1) 3 Ом
2) 5 Ом
3) 8 Ом
4) 21 Ом

5. На штепсельных вилках некоторых бытовых электриче­ских приборов имеется надпись: «6 А, 250 В». Опреде­лите максимально допустимую мощность электроприбо­ров, которые можно включать, используя такие вилки.

1) 1500 Вт
2) 41,6 Вт
3) 1,5 Вт
4) 0,024 Вт

6. Чему равно время прохождения тока по проводнику, если при напряжении на его концах 120 В совершается работа 540 кДж? Сопротивление проводника 24 Ом.

1) 0,64 с
2) 1,56 с
3) 188 с
4) 900 с

7. У становите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым эти величины определяются. К каждой позиции первого столбца подберите соответ­ствующую позицию второго.

Физическая величина

А) Сила тока
Б) Напряжение
В) Сопротивление

Формула

1) A/q
2) I2 · R
3) ρl/S
4) I · U · t
5) q / t

8. С помощью кипятильника, имеющего КПД 90%, нагре­ли 3 кг воды от 19 °С до кипения за 15 минут. Какой ток при этом потреблял кипятильник в сети напряжением 220 В? Удельная теплоёмкость воды 4200 Дж/(кг · °С).

2 вариант

1. Сила тока, идущего по проводнику, равна 2 А. Какой заряд проходит по проводнику за 10 минут?

1) 0,2 Кл
2) 5 Кл
3) 20 Кл
4) 1200 Кл

2. При увеличении напряжения U на участке электрической цепи сила тока I в цепи изменяется в соответ­ствии с графиком (см. рисунок). Электрическое сопротивление на этом участке цепи равно

1) 2 Ом
2) 0,5 Ом
3) 2 мОм
4) 500 Ом

3. Если увеличить в 2 раза напряжение между концами проводника, а его длину уменьшить в 2 раза, то сила тока, протекающего через проводник,

1) не изменится
2) уменьшится в 4 раза
3) увеличится в 4 раза
4) увеличится в 2 раза

4. Сопротивление участка цепи, изображённого на рисунке, равно

1) 11 Ом
2) 6 Ом
3) 4 Ом
4) 1 Ом

5. На цоколе лампы накаливания написано: «150 Вт, 220 В». Найдите силу тока в спирали при включении в сеть с номинальным напряжением

1) 0,45 А
2) 0,68 А
3) 22 А
4) 220000 А

6. Проволочная спираль, сопротивление которой в нагре­том состоянии равно 55 Ом, включена в сеть с напря­жением 127 В. Какое количество теплоты выделяет эта спираль за 1 минуту?

1) 17,595 кДж
2) 20 кДж
3) 230 кДж
4) 658,5 кДж

7. Установите соответствие между физическими величи­нами и единицами измерения этих величин.
К каждой позиции первого столбца подберите соответ­ствующую позицию второго.

Физическая величина

А) Сила тока
Б) Сопротивление
В) Работа электрического тока

Единицы измерения

1) Джоуль
2) Ватт
3) Вольт
4) Ампер
5) Ом

8. Электродвигатель подъёмного крана подключён к ис­точнику тока напряжением 380 В, при этом сила тока в обмотке 20 А. Определите КПД подъёмного крана, если он поднимает груз массой 1 т на высоту 19 м за 50 с.

Применение и практический смысл

Непосредственное превращение электричества в тепловую энергию нельзя назвать экономически выгодным. Однако, с точки зрения удобства и доступности современного человечества к источникам электроэнергии различные нагревательные приборы продолжают массово применяться как в быту, так и на производстве.

Перечислим некоторые из них:

• электрочайники;
• утюги;
• фены;
• варочные плиты;
• паяльники;
• сварочные аппараты и многое другое.

На рисунке 3 изображены бытовые нагревательные приборы, которыми мы часто пользуемся.

Рис. 3. Бытовые нагревательные приборы

Использование тепловых мощностей в химической, металлургической и в других промышленных отраслях тесно связно с использованием электрической энергии.

Без знания физического закона Джоуля-Ленца было бы невозможно сконструировать безопасный нагревательный прибор. Для этого нужны расчёты, которые невозможно сделать без применения рассмотренных нами формул. На основе расчётов происходит выбор материалов с нужным удельным сопротивлением, влияющим на нагревательную способность устройств.

Закон Джоуля-Ленца без преувеличения можно назвать гениальным. Это один из тех законов, которые повлияли на развитие электротехники.

Почему греется проводник

Как же объясняется нагрев проводника? Почему он именно греется, а не остаётся нейтральным или охлаждается? Нагрев происходит из-за того, что свободные электроны, перемещающиеся в проводнике под действием электрического поля, бомбардируют атомы молекул металла, тем самым передавая им собственную энергию, которая переходит в тепловую. Если изъясняться совсем просто: преодолевая материал проводника, электрический ток как бы “трётся”, соударяется электронами о молекулы проводника. Ну а , как известно, любое трение сопровождается нагревом. Следовательно, проводник будет нагреваться пока по нему бежит электрический ток.

Из формулы также следует –  чем выше удельное сопротивление проводника и чем выше сила тока протекающего по нему, тем выше будет нагрев . Например, если последовательно соединить проводник-медь (удельное сопротивление  0,018 Ом·мм²/м) и проводник-алюминий (0,027 Ом·мм²/м), то при протекании через цепь электрического тока алюминий будет нагреваться сильнее чем медь из-за более высокого сопротивления. Поэтому, кстати, не рекомендуется в быту делать скрутки медных и алюминиевых проводов друг с другом – будет неравномерный нагрев в месте скрутки. В итоге –  подгорание с последующим пропаданием контакта.

Опыты Ленца

Перенесемся в 19 век-эпоху накопления знаний и подготовки к технологическому прыжку 20 века. Эпоха, когда по всему миру различные учёные и просто изобретатели-самоучки чуть ли не ежедневно открывают что-то новое, зачастую тратя огромное количество времени на исследования и, при этом, не представляя конечный результат.

Один из таких людей, русский учёный Эмилий Христианович Ленц, увлекался электричеством, на тогдашнем примитивном уровне, пытаясь рассчитывать  электрические цепи. В 1832 году  Эмилий Ленц “застрял” с расчётами, так как параметры его смоделированной цепи “источник энергии – проводник – потребитель энергии” сильно разнились от опыта к опыту. Зимой 1832-1833 года учёный обнаружил, что причиной нестабильности является кусочек платиновой проволоки, принесённый им с холода. Отогревая или охлаждая проводник, Ленц также заметил что  существует некая  зависимость между силой тока, электрическим сопротивлением  и температурой проводника.

При определённых параметрах электрической цепи проводник быстро оттаивал и даже слегка нагревался. Измерительных приборов в те времена практически никаких не существовало – невозможно было точно измерить ни силу тока, ни сопротивление. Но это был русский физик, и он проявил смекалку. Если это зависимость, то почему бы ей не быть обратимой?

Для того чтобы измерить количество тепла, выделяемого проводником, учёный сконструировал простейший “нагреватель” – стеклянная ёмкость, в которой находился  спиртосодержащий раствор и погружённый в него платиновый проводник-спираль. Подавая различные величины электрического тока на проволоку, Ленц замерял время, за которое раствор нагревался до определённой температуры. Источники электрического тока в те времена  были слишком слабы, чтобы разогреть раствор до серьёзной температуры, потому визуально определить количество испарившегося  раствора не представлялось возможным. Из-за этого процесс исследования очень затянулся – тысячи вариантов подбора параметров источника питания, проводника, долгие замеры и последующий анализ.

Решение задач по теме Электрический ток

ЗАДАЧА 1.

Через нить накаливания лампочки от карманного фонарика за 2 мин проходит электрический заряд, равный 30 Кл. Определите силу тока в этой лампочке.

Запишем условие задачи и решим её.

Ответ: I = 250 мА.

ЗАДАЧА 2.

Электродвигатель включён в электрическую цепь с напряжением 24 В. Определите заряд, прошедший через электродвигатель, если при этом была совершена работа, равная 84 кДж.

Ответ: q = 3500 Кл.

ЗАДАЧА 3.

Определите силу тока в кипятильнике, включённом в сеть с напряжением 220 В, если сопротивление спирали составляет 55 Ом.

Ответ: I = 4 А.

ЗАДАЧА 4.

Какое напряжение нужно приложить к концам проводника сопротивлением 5 Ом, чтобы по проводнику пошёл ток с силой тока, равной 300 мА?

Ответ: U = 1,5 В.

ЗАДАЧА 5.

Определите сопротивление резистора, если за время 10 мин через него проходит заряд 200 Кл. Напряжение на концах резистора равно 6 В.

Ответ: R = 18 Ом.

ИТОГИ темы «Электрический ток»

• Электрическим током называют упорядоченное движение заряженных частиц под действием электрического поля.
• Сила тока — это физическая величина, которая показывает, какой электрический заряд проходит через поперечное сечение проводника за единицу времени.
• Работу электрического поля, создающего электрический ток, называют работой тока.
• Напряжение показывает, какую работу совершает электрическое поле при перемещении единичного электрического заряда из одной точки поля в другую.
• Электрическое сопротивление характеризует свойство проводника препятствовать протеканию в нём электрического тока.
• Закон Ома гласит: сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна сопротивлению.

Вы смотрели Конспект по физике для 8 класса «Решение задач. Электрический ток».

Источник

4 вариант

1. Ток в электронагревательном приборе 5 А. Чему равен заряд, который пройдет через нагреватель за 3 минуты?

1) 15 Кл
2) 36 Кл
3) 900 Кл
4) 3600 Кл

2. На рисунке изображён график зависимости силы тока в проводнике от на­пряжения на его концах. Чему равно сопротивление проводника?

1) 0,125 Ом
2) 2 Ом
3) 16 Ом
4) 8 Ом

3. Если напряжение между концами проводника и его длину уменьшить в 2 раза, то сила тока, протекающего через проводник,

1) уменьшится в 2 раза
2) не изменится
3) увеличится в 2 раза
4) уменьшится в 4 раза

4. Рассчитайте общее сопротив­ление участка цепи, изобра­жённого на рисунке, если со­противление каждого элемента цепи равно 1 Ом.

1) 3 Ом
2) 2 Ом
3) 1,5 Ом
4) 1/3 Ом

5. При силе тока 0,6 А сопротивление лампы равно 5 Ом. Определите мощность электрического тока лампы.

1) 0,06 Вт
2) 1,8 Вт
3) 3 Вт
4) 15 Вт

6. Чему равно напряжение на концах проводника, если при прохождении по нему электрического тока 4 А в течение 7,5 минут выделяется 216 кДж теплоты?

1) 0,12 В
2) 7,2 В
3) 120 В
4) 7200 В

7. Установите соответствие между физическими величи­нами и единицами измерения этих величин.
К каждой позиции первого столбца подберите соответ­ствующую позицию второго.

Физическая величина

А) Сила тока
Б) Напряжение
В) Мощность

Единицы измерения

1) Джоуль
2) Ампер
3) Вольт
4) Ватт
5) Ом

8. Троллейбус движется равномерно по горизонтальному участку пути со скоростью 36 км/ч. Сила сопротивле­ния, действующая на троллейбус, равна 2,2 кН. Найди­те силу тока в обмотке двигателя, если напряжение на клеммах двигателя 550 В, а КПД равен 80% .

Ответы на контрольную работу по физике Постоянный ток1 вариант
1-2
2-1
3-3
4-3
5-1
6-4
7-513
8. ≈ 5,73 А2 вариант
1-4
2-4
3-3
4-3
5-2
6-1
7-451
8. 50%3 вариант
1-1
2-4
3-2
4-4
5-2
6-2
7-431
8. ≈ 3,73 А4 вариант
1-3
2-4
3-2
4-3
5-2
6-3
7-234
8. 50 А

3 вариант

1. Время разряда молнии равно 3 мс. Сила тока в канале молнии около 30 кА. Какой заряд проходит по каналу молнии?

1) 90 Кл
2) 0,1 мкКл
3) 90 кКл
4) 0,1 мКл

2. На рисунке изображён гра­фик зависимости силы тока в проводнике от напряжения на его концах. Чему равно сопротивление проводника?

1) 0,25 Ом
2) 2 Ом
3) 8 Ом
4) 4 Ом

3. Если уменьшить в 2 раза напряжение между концами проводника, а его длину увеличить в 2 раза, то сила то­ка, протекающего через проводник,

1) не изменится
2) уменьшится в 4 раза
3) увеличится в 4 раза
4) увеличится в 2 раза

4. Сопротивление участка цепи, изображенного на рисунке, равно

1) 9 Ом
2) 8 Ом
3) 4 Ом
4) 3 Ом

5. На корпусе электродрели укреплена табличка с надпи­сью: 220 В, 500 Вт. Найдите силу тока, потребляемо­го электродрелью при включении в сеть.

1) 55 000 А
2) 2,27 А
3) 1,14 А
4) 0,88 А

6. Какую работу совершит электрический ток в течение 2 минут, если сила тока в проводнике 4 А, а его сопро­тивление 50 Ом?

1) 1600 Дж
2) 96 кДж
3) 24 кДж
4) 400 Дж

7. Установите соответствие между физическими величи­нами и формулами, по которым эти величины
определяются. К каждой позиции первого столбца подберите соответ­ствующую позицию второго.

Физическая величина

А) Сила тока
Б) Напряжение
В) Сопротивление

Формула

1) (ρl)/S
2) I2 · R
3) A/q
4) q/t
5) I · U · t

8. Кипятильник нагревает 1,2 кг воды от 12 °С до кипения за 10 минут. Определите ток, потребляемый кипятиль­ником, если он рассчитан на напряжение 220 В. КПД кипятильника 90%. Удельная теплоёмкость воды 4200 Дж/(кг · °С).

Электродвигатель включен в электрическую цепь с напряжением 24 в

При напряжении 120 В электрическая лампа в течение 0,5 мин потребила 900 Дж энергии. Чему равна сила тока в лампе? Ответ запишите в амперах.

Мощность есть отношение работы ко времени в течение которого работа совершалась. В данном случае работа равна потреблённой энергии тогда

С другой стороны, мощность электрического тока равна произведению напряжения на силу тока, откуда

При напряжении 120 В электрическая лампа в течение 0,5 мин потребила 900 Дж энергии. Сила тока в лампе равна

Мощность есть отношение работы ко времени в течение которого работа совершалась. В данном случае работа равна потреблённой энергии тогда

С другой стороны, мощность электрического тока равна произведению напряжения на силу тока, откуда

Правильный ответ указан под номером 2.

На велосипеде установлен генератор, вырабатывающий электрическую энергию для двух последовательно соединённых ламп. В каждой лампе сила тока 0,3 А при напряжении на каждой лампе 6 В. Чему равна работа тока генератора за 2 часа? Ответ запишите в килоджоулях.

Электрическая мощность равна произведению напряжения на силу тока. Работа равна произведению мощности на промежуток времени. Таким образом, на одной лампе совершается работа тока: 0,3 А · 6 В · 7200 с = 12960 Дж.

Следовательно, работа тока генератора на двух лампах равна 2 · 12960 Дж = 25,92 кДж.

Электродвигатель постоянного тока работает при напряжении 220 В и силе тока 40 А. Полезная мощность двигателя 6,5 кВт. Чему равен КПД электродвигателя?

Коэффициент полезного действия определяется как отношение полезной мощности к затрачиваемой мощности. Найдём затрачиваемую мощность:

Правильный ответ указан под номером 2.

На велосипеде установлен генератор, вырабатывающий электрическую энергию для двух последовательно соединённых ламп. В каждой лампе сила тока 0,3 А при напряжении на каждой лампе 6 В. Чему равна работа тока генератора за 2 часа?

Электрическая мощность равна произведению напряжения на силу тока. Работа равна произведению мощности на промежуток времени. Таким образом, на одной лампе совершается работа тока: 0,3 А · 6 В · 7200 с = 12960 Дж.

Следовательно, работа тока генератора на двух лампах равна 2 · 12960 Дж = 25,92 кДж.

Правильный ответ указан под номером 3.

Две лампы, рассчитанные на одинаковое напряжение, но потребляющие различную мощность, включены в электрическую сеть последовательно. Какая лампа будет горeть ярче? Ответ поясните.

Мощность лампы рассчитывается по формуле

Имеется два электрических нагревателя одинаковой мощности — по 400 Вт. Сколько времени потребуется для нагревания 1 л воды на 40 °С, если нагреватели будут включены в электросеть последовательно? Потерями энергии пренебречь.

Для нагревания массы воды m = ρV потребуется количество теплоты

Эта энергия выделится на нагревателях за время τ:

где W — общая мощность последовательно соединённых нагревателей.

Запишем уравнение теплового баланса: Q = E, и выразим искомое время:

Нагреватель представляет собой резистор, на котором при прохождении тока выделяется тепло. Как и у любого другого электрического сопротивления, мощность тепловыделения зависит от величины протекающего тока по закону Джоуля — Ленца

U

Подставляя числовые значения в формулу для времени, получаем:

Источник

Вывод законов Ома и Джоуля-Ленца из классических электрон­ных представлений

Какова природа носителей тока в металлах? В 1901 г. Рикке проделал опыты: через 3 цилиндра, установленных друг на друга в течение 3-х лет пропускал постоянный ток. Был пропущен заряд, равный 3,5·10 6 Кл. Взвешивание показало неизменный вес цилинд­ров. Исследование торцов цилиндров не показало следов переноса вещества. Из этого был сделан вывод, что носители заряда не ионы, а открытые Томпсоном в 1897 г. электроны.

Чтобы отождествить носители заряда с электронами, нужно было определить знак и величину удельного заряда носителей.

Если в металле имеются легко перемещающиеся заряженные частицы, то при торможении металлического проводника эти час­тицы должны некоторое время продолжать двигаться по инерции, в результате чего в проводнике возникнет импульс тока и будет пе­ренесен некоторый заряд.

Мандельштам и Папалекси в 1913 г. проделали такой опыт – они приводили в быстрое крутильное колебание катушку с прово­дом вокруг ее оси. К концам катушки подключили телефон, в кото­ром был слышен звук, обусловленный импульсами тока. Был полу­чен качественный результат – зарегистрирован импульс тока.

Толмен и Стюарт в 1916 г. получили количественный ре­зультат. Катушка с проводом длиной 500 м приводилась во враще­ние со скоростью v=300 м/с. Катушка резко тормозилась и с по­мощью баллистического гальванометра измеряли заряд, протекав­ший в цепи во время торможения. Вычисленное значение отношения заряда к массе e/m полу­чалось очень близким для электронов. Таким образом было доказано, что носителем тока являются электроны. Исходя из представлений о свободных электронах была создана классическая теория электро­проводности металлов в предположении, что:

— электроны в металле ведут себя подобно молекулам иде­ального газа;

— движение электронов подчиняется законам классической механики;

— взаимодействие электронов сводится к соударениям с ио­нами кристалли-ческой решетки;

— силами взаимодействия между электронами можно пре­небречь и они между собой не сталкиваются;

— электроны в отсутствие электрического поля движутся хаотически.

Вычислим плотность тока j в проводнике, возникающего под действием поля напряженностью Е.

По определению плотность тока j = n e — это заряд, переносимый через единицу площади S = 1м 2 за единицу времени t=1 с; n – концентрация электронов, е – заряд элек­трона, — средняя скорость упорядоченного движения электро­нов.

На каждый электрон действует сила F = eE = ma, поэтому электрон приобретает ускорение и к концу свободного про­бега он достигнет скорости, а средняя скорость =v_max/2.

Если — средняя скорость теплового хаотичного движе­ния электронов, а средняя длина свободного пробега электронов , то среднее время между соударениями = . Подставляя в формулу для получим:

.

Подставляя в формулу для j, получим

,

т.е. плотность тока прямо пропорциональна Е, а это и есть выраже­ние закона Ома в дифференциальной форме. Если положить, что

то j = γ E.

Удельная проводимость γ

T, поэтому проводимость снижа­ется с ростом температуры, а удельное сопротивление по­вышается с ростом температуры. К концу свободного пробега электрон приоб­ретает кинетическую энергию

Предполагается, что вся энергия при соударении передается узлу кристаллической решетки и переходит в тепло. За 1 с электрон ис­пытывает / cоударений, а значит выделяет во столько же раз больше тепла. Если в единице объема n электронов, то в еди­нице объема за единицу времени выделится количество тепла

.

Таким образом, — выражение закона Джоуля-Ленца в дифференциальной форме.

При протекании по проводнику электрический ток оказывает на него тепловое действие, во время которого выделяется определенное значение количества теплоты. Для его расчета применяется закон Джоуля-Ленца, который получил широкое применение при проектировании и изготовлении всех устройств, работающих от электричества.