ЕЛЕКТРИЧНИ РАД И СНАГА. ЏУЛОВ ЗАКОН

ЕЛЕКТРИЧНИ РАД При померању наелектрисања q у електричном пољу са једног на други потенцијал, изврши се рад сразмеран количини наелектрисања и напону. q V2 V1

Посматрајмо један део електричног поља кроз који, под утицајем потенцијалне разлике (напона), тече електрична струја. Крећући се, на свом путу електрони падају под утицај атома, са њима се сударају и предају им део своје кинетичке енергије, услед чега се проводник загрева. При томе су електрони извршили рад.

Када електрична струја врши рад, можемо написати: Електрични рад је пропорционалан напону, јачини струје и времену протицања.   При раду електричне струје, електрична енергија се претвара у неки други облик енергије - топлотну, механичку, светлосну, хемијску итд.

ЕЛЕКТРИЧНА СНАГА Појам рада није довољан да се окарактерише машина у погледу њене способности. Сваки мотор, радећи краће или дуже време, може да изврши одређени рад. Дакле, за карактеристику неког мотора није довољно навести рад који он може извршити, већ и време за које га може извршити. Зато се уводи појам снаге. Снага је брзина вршења рада односно рад у јединици времена. Јединица за снагу је ват W.

Снага мотора је утолико већа уколико се одређени рад изврши за краће време. Електрична снага коју електрична струја развија на делу електричног кола сразмерна је јачини струје и напону на том делу кола.

ЏУЛОВ ЗАКОН Познато је да код непокретних проводника сав рад иде на повећање њихове унутрашње енергије. Промена унутрашње енергије једнака је количини топлоте која се издваја у проводнику. Зато се о количини топлоте може судити на основу извршеног рада електричне струје. При протицању електричне струје, електрони се сударају са атомима проводника и тако губе део своје енергије која се претвара у топлотну.

Мерећи укупну ослобођену количину топлоте калориметром, енглески физичар Џул је експериментално показао да је она сразмерна отпору проводника, квадрату јачине струје и времену протицања.

Примена Џуловог закона а) у домаћинству – грејалица, бојлер, решо, електрични штедњак, ТА пећ, пегла, микроталасна пећница, машина за веш, фен за косу, термичке сијалице... б) у индустрији - лучне пећи (електрични лук)

Ради заштите од прегревања проводника и топљења изолације, у електричним инсталацијама се уграђују топљиви осигурачи. Њихова улога је да код критичних вредности јачине струје, услед Џуловог ефекта, изазову контролисани прекид струјног кола (топљење осигурача).

Главни радни део осигурача је мали одсечак жице одређеног пресека, направљен од лако топљивог материјала (нпр. од олова, калаја, сребра, алуминијума или њихових легура). При порасту струје изнад назначене јачине, жица осигурача се истопи и прекида се електрично коло. Тиме се искључују проводници, машине и други потрошачи и тако се заштићују од превелике јачине електричне струје.

Сијалице са усијаним влакном – неекономичне, јер преко 95% електричне енергије се троши на топлоту, а остало на светлост. Влакно треба да се прави од материјала са високом тачком топљења.

Рачунски задаци:   1. Рад при премештању количине наелектрисања од 0,4 C из једне у другу тачку електричног поља износи 24 Ј. Колики је напон између тих тачака? 2. Напон на крајевима потрошача износи 24 V, а јачина струје која кроз њега протиче 0,4 А. Колики се електрични рад изврши у току 5 минута? 3. Влакно сијалице има отпорност 484 Ω, а предвиђено је за прикључак на електричну мрежу напона 220 V. Колика је снага сијалице?

Домаћи задатак 1. Мотор снаге 67,5 kW ради уз напон 500 V. Колика струја протиче мотором? 2. За које време електрични грејач снаге 1 kW ослободи количину топлоте 36 МЈ? 3. Кроз метални проводник отпора 10 Ω равномерно протекне наелектрисање од 40 C у току 20 мин. Колика се при томе количина топлоте ослободи у проводнику? 4. Кроз проводник протекне 8∙1019 електрона у току 4 s. За то време се у проводнику ослободи количина топлоте 670 Ј. Одредити отпор проводника.