|
|
עמוד:142
פרק : 5 הספק במעגל חשמלי הניסיון מלמד כי מוליך שזורם בו זרם מתחמם ופולט חום לסביבה . אם נקרב את היד לנורה דולקת , נחוש בחום היוצא ממנה , שמקורו בחוט הלהט . במכשירים שעיקר תפקידם לחמם , כגון תנורי חימום ואפייה וכיריים חשמליות , יש סלילי מתכת הפולטים חום כשעובר בהם זרם . בסעיף 3 . 3 תואר מודל שעל פיו ההתנגדות החשמלית של מתכות נובעת מהתנגשויות של האלקטרונים ביונים החיוביים . על פי מודל זה קל להבין מדוע מעבר הזרם יוצר חום במוליך . האלקטרונים רוכשים אנרגיה קינטית עקב האצתם בשדה החשמלי . כשאלקטרון מתנגש ביון חיובי , הוא מעביר אליו את רוב האנרגיה הקינטית שלו . כתוצאה מכך האלקטרון נבלם , והתנודות של היון נעשות נמרצות יותר . אנרגיה קינטית גבוהה יותר של היונים פירושה טמפרטורה גבוהה יותר של החומר , לכן ההתנגשויות של האלקטרונים ביונים גורמות לעליית הטמפרטורה של המוליך . נוכל לפתח קשר בין הזרם והמתח , לבין קצב הפיכת האנרגיה החשמלית לחום במוליך , אם נזכור כי הפוטנציאל החשמלי הוא , על פי הגדרתו , אנרגיה פוטנציאלית ליחידת מטען . איור 5 . 1 מתאר נגד שהפוטנציאל בצדו האחד V ובצדו השני . V הזרם זורם מ 0 ל , & ( ומכאן V h"v נמוך יותר מ . ( 7 המתח בין שני קצות הנגד הוא : y = v - V b אס התנגדות הנגד היא ? R הזרם דרכו הוא . 1 V / R = פירוש הדבר שבפרק זמן , t מטען q = It נכנס לנגד בנקודה , a ומטען זהה יצא ממנו בנקודה b הדבר שקול למעבר של מטען בגודל It מנקודה a לנקודה b על פי הגדרת הפוטנציאל , האנרגיה הפוטנציאלית של מטען , q שעובר מפוטנציאל V לפוטנציאל נמוך יותר , y b פוחתת בשיעור . q ( a V- V ) אולם , לפי חוק שימור האנרגיה , זו האנרגיה שהפכה לחום בפרק הזמן ) . t האנרגיה הפוטנציאלית החשמלית הפכה לאנרגיה קינטית של האלקטרונים , וזו הפכה לאנרגיה של היונים , כלומר לחום . חוק שימור האנרגיה מאפשר לנו לדלג על שלב הביניים , ולהצהיר כי החום שנוצר שווה לירידה באנרגיה הפוטנציאלית החשמלית ( . כמות האנרגיה שהפכה לחום ביחידת זמן ( שנייה אחת ) היא אפוא : = \ t g ( V -V ) = IV P = q ^ ( ' V t - ' v » \ b' ) = אנרגיה חלקי זמן , או אנרגיה ליחידת זמן , היא גודל שמכונה במכניקה בשם הספק . לכן המכפלה ixV היא ההספק המושקע בנגד . איור 5 . 1
|
|