При протекании тока по однородному участку цепи электронное поле совершает работу. За время Δt по цепи протекает заряд Δq = IΔt. Электронное поле на выделенном учестке совершает работу

ΔA = (φ1 – φ2)Δq = Δφ12IΔt = UIΔt,

где U = Δφ12 – напряжение. Эту работу именуют работой электронного тока.  Если обе части формулы

RI = U,

выражающей закон Ома для однородного участка цепи с сопротивлением R, помножить на IΔt, то получится соотношение

RI2Δt = UIΔt = ΔA.

  Это соотношение выражает закон сохранения энергии для однородного участка цепи. Работа ΔA электронного тока I, протекающего по недвижному проводнику с сопротивлением R, преобразуется в тепло ΔQ, выделяющееся на проводнике.

ΔQ = ΔA = RI2Δt.

  Закон преобразования работы тока в тепло был экспериментально установлен независимо друг от друга Дж. Джоулем и Э. Ленцем и носит заглавие закона Джоуля–Ленца. Мощность электронного тока равна отношению работы тока ΔA к интервалу времени Δt, за которое эта работа была совершена:

  Работа электронного тока в СИ выражается в джоулях (Дж), мощность – в ваттах (Вт). Разглядим сейчас полную цепь неизменного тока, состоящую из источника с электродвижущей силой и внутренним сопротивлением r и наружного однородного участка с сопротивлением R. Закон Ома для полной цепи записывается в виде

(R + r)I = .

  Умножив обе части этой формулы на Δq = IΔt, мы получим соотношение, выражающее закон сохранения энергии для полной цепи неизменного тока:

RI2Δt + rI2Δt = IΔt = ΔAст.

  1-ый член в левой части ΔQ = RI2Δt – тепло, выделяющееся на наружном участке цепи за время Δt, 2-ой член ΔQист = rI2Δt – тепло, выделяющееся снутри источника за то же время. Выражение IΔt равно работе посторониих сил ΔAст, действующих снутри источника. При протекании электронного тока по замкнутой цепи работа посторониих сил ΔAст преобразуется в тепло, выделяющееся во наружной цепи (ΔQ) и снутри источника (ΔQист).

ΔQ + ΔQист = ΔAст = IΔt .

  Следует направить внимание, что в это соотношение не заходит работа электронного поля. При протекании тока по замкнутой цепи электронное поле работы не совершает; потому тепло делается одними только посторонними силами, действующими снутри источника. Роль электронного поля сводится к перераспределению тепла меж разными участками цепи. Наружняя цепь может представлять собой не только лишь проводник с сопротивлением R, да и какое-либо устройство, потребляющее мощность, к примеру, электродвигатель неизменного тока. В данном случае под R необходимо осознавать эквивалентное сопротивление нагрузки. Энергия, выделяемая во наружной цепи, может отчасти либо стопроцентно преобразовываться не только лишь в тепло, на и в другие виды энергии, к примеру, в механическую работу, совершаемую электродвигателем. Потому вопрос об использовании энергии источника тока имеет огромное практическое значение. Полная мощность источника, другими словами работа, совершаемая посторонними силами за единицу времени, равна

Во наружной цепи выделяется мощность

Отношение равное

именуется коэффициентом полезного деяния источника.  На рис. 4.11.1 графически представлены зависимости мощности источника Pист , полезной мощности P, выделяемой во наружной цепи, и коэффициента полезного деяния η от тока в цепи I для источника с ЭДС, равной , и внутренним сопротивлением r. Ток в цепи может изменяться в границах от I = 0 (при ) до (при R = 0).

1

Набросок 4.11.1. Зависимость мощности источника Pист, мощности во наружной цепи P и КПД источника η от силы тока.

Из приведенных графиков видно, что наибольшая мощность во наружной цепи Pmax , равная

достигается при R = r. При всем этом ток в цепи

а КПД источника равен 50 %. Наибольшее значение КПД источника достигается при I → 0, другими словами при R → ∞. В случае недлинного замыкания нужная мощность P = 0 и вся мощность выделяется снутри источника, что может привести к его перегреву и разрушению. КПД источника при всем этом обращается в нуль.