Работа электрического тока

Введение

В электрических цепях, когда через проводник проходит ток, происходят различные физические процессы: выделяется тепло, совершается механическая работа (например, вращается двигатель), излучается свет в лампе накаливания. Все эти явления связаны с тем, что электрический ток способен выполнять работу. Изучение этого явления имеет важное значение — ведь практически вся современная техника основана на превращении электрической энергии в другие виды энергии.

Чтобы понимать, как это происходит, нужно знать, что такое работа электрического тока, как её вычисляют и в каких единицах измеряют. Эти знания помогут научиться рассчитывать, сколько энергии потребляет электроприбор, как подобрать нужный источник питания и как экономно использовать электричество в быту и технике.

Работа электрического тока

Когда в электрической цепи течет ток, под действием электрического поля заряды движутся по проводнику. При этом они сталкиваются с атомами вещества проводника, передавая им часть своей энергии. Эта энергия может переходить в тепло (например, в нагревателе), в свет (в лампе) или в механическую энергию (в электродвигателях).

Энергия, которую электрический ток передает за определенное время, называется работой электрического тока.

Вывод формулы для нахождения работы электрического тока

Рассмотрим участок цепи, к которому приложено напряжение U, по нему проходит ток силой I за время t.
Если через проводник движется заряд q, то работа поля над этим зарядом равна:

$display style A equals q U$

Так как заряд, прошедший через проводник, можно выразить через силу тока:

$display style q equals I times t$

Подставим это выражение в формулу работы:

$display style A equals U times I times t$

Таким образом, формула для нахождения работы электрического тока имеет вид:

$display style A equals U times I times t$

где:

A — работа электрического тока,
U — напряжение (вольт, В),
I — сила тока (ампер, А),
t — время (секунда, с).

Единицы измерения работы электрического тока

Основная единица работы в системе СИ — джоуль (Дж).
1 Дж = 1 В × 1 А × 1 с.

На практике часто используют более крупные единицы:

Килоджоуль (кДж) = 1000 Дж,
Киловатт-час (кВт·ч) — используется для измерения потребления электроэнергии бытовыми приборами.

1 кВт·ч = 3 600 000 Дж = 3,6 × 10⁶ Дж.

Пример:
Электрический обогреватель мощностью 1 кВт, работающий 1 час, выполняет работу:

$display style A equals 1 text end text text кВт end text cross times 1 text end text text ч end text equals 1 text end text text кВт end text text ·ч end text$

То есть он расходует 3,6 × 10⁶ Дж энергии.

Приборы для измерения силы тока и электрического напряжения

Для того чтобы измерить работу электрического тока, нужно знать значения силы тока и напряжения.

Сила тока измеряется амперметром.
Амперметр подключается последовательно с прибором, в котором измеряется ток.
Напряжение измеряется вольтметром.
Вольтметр подключается параллельно к участку цепи, на котором измеряется напряжение.

Совместно показания амперметра и вольтметра позволяют рассчитать работу электрического тока по формуле $A equals U times I times t$ .

Применение на практике

Формула работы электрического тока широко используется в быту и технике. Например:

для расчета потребляемой энергии электрических приборов;
для определения затрат электроэнергии на освещение, отопление или производство;
при проектировании электрических схем и устройств, где важно учитывать энергоэффективность.

Электрические счетчики, установленные в домах, фактически измеряют работу электрического тока (в кВт·ч), то есть количество энергии, потребленной приборами.

Пример расчета

Задача:
Через спираль лампы в течение 2 минут течет ток силой 0,3 А при напряжении 12 В. Какую работу выполняет ток?

Решение:

Время переведем в секунды:
$t equals 2 text мин end text equals 120 text с end text$
Используем формулу:
$A equals U times I times t equals 12 times 03 times 120 equals 432 text Дж end text$

Ответ: работа электрического тока равна 432 Дж.

Вопросы для самопроверки

Что называют работой электрического тока?
Какую формулу используют для вычисления работы электрического тока?
В каких единицах измеряется работа электрического тока?
Чем отличается джоуль от киловатт-часа?
Как измерить силу тока и напряжение в цепи?
В каком случае приборы нужно включать последовательно, а в каком — параллельно?
Почему при прохождении тока через проводник выделяется тепло?
Как вычислить работу тока, если известны мощность и время работы прибора?
Какие приборы в доме потребляют больше всего электрической энергии?
Почему важно учитывать работу электрического тока при проектировании электросетей?

Последнее изменение: Четверг, 6 Ноябрь 2025, 15:02