§ 24. Закон Джоуля — Ленца

При прохождении электрического тока через металлический проводник электроны сталкиваются то с нейтральными молекулами, то с молекулами, потерявшими электроны. Движущийся электрон либо отщепляет от нейтральной молекулы новый электрон, теряя свою кинетическую энергию и образуя новый положительный ион, либо соединяется с молекулой, потерявшей электрон (с положительным ионом), образуя нейтральную молекулу. При столкновении электронов с молекулами теряется энергия, которая превращается в тепло. Любое движение, при котором преодолевается сопротивление, требует затраты определенной энергии. Так, например, для перемещения какого-либо тела преодолевается сопротивление трения, и работа, затраченная на это, превращается в тепло. Электрическое сопротивление проводника играет ту же роль, что и сопротивление трения. Таким образом, для поддержания тока в проводнике источник электрической энергии затрачивает некоторую энергию, которая превращается в тепло.
Русский ученый Ленц и английский физик Джоуль одновременно и независимо друг от друга установили, что при прохождении электрического тока по проводнику количество теплоты, выделяемое проводником, прямо пропорционалъно квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени, в течение которого электрический ток протекал по проводнику. Эта зависимость называется законом Джоуля — Ленца.
Закон Джоуля — Ленца может быть выражен математически:

Q = I²r t, (30)

где Q — количество теплоты, развиваемое током, дж;
I — сила тока, протекающего по проводнику, а;
r — сопротивление проводника, ом;
t — время, в течение которого ток протекал по проводнику, сек.
По закону Ома

откуда

тогда, заменяя в формуле (30) I и r указанными значениями, получим:

Пример. Определить количество теплоты, выделенное в нагревательном приборе в течение 0,5 ч, если он включен в сеть напряжением 110 в и имеет сопротивление 24 ом.

Решение. Переведем время прохождения тока в секунды: t = 0,5 ч = 30 мин = 30 · 60 = 1800 сек.

Количество теплоты, выделенное в приборе: