Praca i moc prądu

Na Rys. 1 pokazany jest najprostszy obwód elektryczny składający się ze źródła prądu (np. baterii) oraz z dowolnego odbiornika energii elektrycznej takiego jak żarówka, grzejnik, silnik elektryczny, komputer, itp.

Jeżeli przez odbiornik przepływa prąd o natężeniu \( I \), a napięcie na odbiorniku wynosi \( U \) to zmiana energii potencjalnej ładunku \( dq \) przepływającego przez odbiornik (od punktu A do B ) wynosi

Dzieląc obie strony równania przez \( dt \) otrzymujemy wzór, który przedstawia szybkość zmian energii elektrycznej

czyli moc prądu elektrycznego

Energia potencjalna ładunku przepływającego przez odbiornik maleje, ponieważ potencjał punktu A (połączonego z dodatnim biegunem baterii) jest wyższy niż punktu B (połączonego z ujemnym biegunem baterii). Ta tracona energia jest przekształcana w inny rodzaj energii w zależności od typu odbiornika.

Straty cieplne

Jeżeli mamy do czynienia z odbiornikiem energii zawierającym tylko opornik (np. grzejnik), to cała energia stracona przez ładunek dq poruszający się przy napięciu \( U \) wydziela się w oporniku w postaci energii cieplnej. Elektrony przewodnictwa poruszając się w przewodniku zderzają się z atomami (jonami) przewodnika i tracą energię (którą uzyskały w polu elektrycznym), co objawia się wzrostem temperatury opornika.

Korzystając z prawa Ohma, możemy równanie ( 3 ) zapisać w postaci

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

Równania ( 4 ) opisują przemianę energii elektrycznej na energię cieplną, którą nazywamy ciepłem Joule'a.