Định luật Joule – Lenz. Công và công suất của dòng điện

1. Định luật Joule – Lenz

Dòng điện chạy qua vật dẫn làm vật dẫn nóng lên. Đó là tác dụng nhiệt của dòng điện. Nhiệt lượng tỏa ra được xác định bởi định luật Joule – Lenz:

Nhiệt lượng tỏa ra trên một đoạn mạch tỉ lệ thuận với bình phương cường độ dòng điện, với điện trở của đoạn mạch và thời gian dòng điện chạy qua.

Công thức:  \( Q=R{{I}^{2}}t  \)  (3.51)

2. Công và công suất của dòng điện

Dòng điện chạy qua một đoạn mạch nào đó sẽ sinh ra công. Công của dòng điện sinh ra trên đoạn mạch MN chính là công của lực điện trường làm di chuyển điện tích q giữa hai điểm đó.

Ta có: A_MN = qU_MN, thay q = It, ta có:  \( A=UIt  \)   (3.52)

Công suất của dòng điện trên đoạn mạch MN là:  \( P=\frac{A}{t}=UI  \)   (3.53)

Trong (3.52) và (3.53) thì U là điện áp hai đầu mạch và I là cường độ dòng điện qua mạch.

Trong hệ SI, đơn vị đo công là jun (J), đơn vị đo công suất là oát (W). Trong thực tế, người ta còn dùng đơn vị kilo oát giờ (kWh) để đo điện năng hay công của dòng điện.

Ta có: 1 kWh = 10³ W x 3600 s = 3,6.10⁶ J.

+ Đối với đoạn mạch thuần trở, ta có: U = IR, do đó công suất là:

 \( P=R{{I}^{2}}=\frac{{{U}^{2}}}{R} \)   (3.54)

+ Đối với đoạn mạch chỉ chứa máy thu: Máy thu điện là thiết bị dự trữ điện năng như pin, acqui đang được sạc điện (hình 3.25). Từ định luật Ohm tổng quát quy ra  \( {{U}_{MN}}=\xi +Ir  \). Do đó, công suất tiêu thụ của máy thu là:  \( P=\xi I+{{I}^{2}}r  \)    (4.55)

Số hạng  \( \xi I  \) chính là công suất chuyển hóa điện năng thành dạng năng lượng khác (ví dụ hóa năng); còn số hạng I²r chính là công suất tỏa nhiệt trên máy thu. Trong trường hợp này,  \( \xi  \) còn được gọi là suất phản điện của máy thu điện.

+ Đối với mạch kín: Nguồn điện cung cấp năng lượng cho mạch ngoài hoạt động, đồng thời dòng điện trong mạch cũng làm nguồn điện nóng lên (tỏa nhiệt trên nguồn). Do đó, công suất của dòng điện sinh ra trong toàn mạch kín là:  \( P=UI+{{I}^{2}}r={{I}^{2}}\left( R+r \right) \)     (3.56)