Механизм трансформации энергии в проводнике с током . Заставляя свободные носители перемещаться в проводнике, приложенное электрическое поле совершает работу. Согласно закону сохранения энергии, совершенная на участке цепи работа должна равняться изменению энергии этого участка. Пусть ток в проводнике постоянен во времени и обусловлен упорядоченным движением электронов. Электрическое поле ускоряет электроны, совершая при этом работу за счет внешнего источника. В результате столкновений электронов с ионами кристаллической решетки последним передается часть кинетической энергии электронов, что приводит к увеличению энергии колебаний ионов, т. е. к увеличению внутренней энергии проводника. Это означает, что увеличивается температура проводника, он нагревается и начинает передавать энергию окружающей среде. Через короткое время устанавливается тепловое равновесие, т. е. непрерывно поступающая в проводник энергия за счет работы внешнего источника передается окружающим телам в форме количества теплоты. Сам проводник при этом более не нагревается.
Работа и мощность постоянного тока. Пусть участок цепи находится под напряжением U . За время D t через поперечное сечение проводника проходит заряд D q = I D t . Электрическое поле совершает при этом работу A = D qU .
Отсюда: работа электрического тока
(10.1)
Эквивалентными являются формулы:
Мощность тока
(10.2)
Выделяемая на резисторах в сложной цепи постоянного тока мощность зависит от того, как соединены эти резисторы. При последовательном соединении одинаков ток через резисторы и мощность пропорциональна сопротивлению . При параллельном соединении одинаково напряжение и мощность обратно пропорциональна сопротивлению .
Закон Джоуля-Ленца . Количество теплоты, выделяемое проводником с током в окружающую среду, определяется формулой
(10.3)