При наличии в проводнике с сопротивлением r электрического тока происходит преобразование электрической энергии в тепловую. Тепловая энергия тратится на нагрев проводника и рассеивается в окружающем пространстве.
Мощность, которая развивается при преобразовании электрической энергии в тепловую
Р = U I
После подстановки U = I r, мощность
Р = U I = I2 r,
а количество электрической энергии, которое переходит в тепловую энергию,
W = Pt = I2 r t.
Имея в виду, что 1 дж = 0,24 кал, количество тепла, выделенное током (обозначение Q), можно определить по формуле:
Q = 0,24 I2 r t.
Зависимость количества тепла, выделяемого в проводнике, от тока, сопротивления и времени опытным путем установил в 1844 г. русский академик Э. X. Ленц. Одновременно с Э. X. Ленцем эту зависимость открыл Джоуль; впоследствии она получила название закона Ленца — Джоуля:
Количество тепла, выделенного током в проводнике, пропорционально квадрату тока, сопротивлению и времени прохождения тока.
Эмилий Христианович Ленц (1804—1865). Профессор физики Петербургского университета, академик. Один из крупнейших физиков XIX века, сыгравший весьма важную роль в развитии современного учения об электричестве и сформулировавший ряд основных законов электротехники. Э. X. Ленц является одним из основоположников русской школы физиков.
Например, если надо определить количество тепла, выделенного током в нагревательном приборе в течение 30 мин., если его сопротивление r = 24 ом, а напряжение сети 120 в.
Ток в нагревательном приборе
I = U / r=120 / 24 = 2a
Количество выделенного током тепла
Q = 0,24 I2 r t = 0,24 • 52 • 24 • 30 • 60 = 259 200 кал.
Превращение электрической энергии в тепловую в электропечах, бытовых и производственных нагревательных приборах имеет полезное значение.
В других устройствах, как, например, электрических машинах и аппаратах, трансформаторах, электропроводах и т. д., наоборот, превращение электрической энергии в тепло вредно, так как это тепло не только не используется, а наоборот, ухудшает работу этих машин и аппаратов и в некоторых случаях благодаря недопустимому перегреву может вызвать повреждение их изоляции и нарушить нормальную работу.