Имея единицу длины метр (м) и силы ньютон (Н), легко получить в системе СИ единицу для измерения работы и энергии.
ВК-58. На любом участке последовательной цепи действует закон Ома в главном такой же, как для всей цепи (ВК-53). Вместо э.д.с. Е в нём фигурирует напряжение U, то есть часть электродвижущей силы, доставшаяся участку цепи, для которого рассматривается закон. В данном случае закон Ома указывает соотношение между напряжением U, сопротивлением R и током I на этом участке. Например, такое U = I∙R или такое I = U: R. Из первой формулы можно получить удобную расчётную формулу R = U: I.
Т-49. Единица работы и энергии — джоуль (Дж). Работа (не в житейском смысле «большая работа», «хорошо поработал» и тому подобное, а как точная физическая и техническая характеристика) есть произведение работавшей силы на путь, на котором эта сила работала. Единица работы в системе СИ — джоуль (Дж) — названа по имени английского физика Джеймса Прескотта Джоуля (1818–1889), многое прояснившего в области преобразований энергии. Эта единица соответствует работе, которую выполнит сила в один ньютон (1 Н) на пути в один метр (1 м), то есть 1 Дж = 1 Н∙1 м. Поэтому когда вы произносите тост и свой стограммовый (102 г = 1 Н) бокал виноградного сока поднимаете на метровую высоту, то выполняете работу в один джоуль (1 Дж = 1 Н∙1 м). А чтобы поднять на тот же метр наш знаменитый двухкилограммовый (примерно 20 Н) пакет сахара, нужно произвести работу примерно в 20 джоулей.
При решении подобных простых задач случаются тоже простые и поэтому особо обидные ошибки. Когда мы поднимаем пакет сахара, то на всём пути прикладываем к нему направленную вверх силу 20 ньютонов, которая и противодействует силе земного притяжения, противодействует весу. Но если мы перевозим этот пакет (вес 20 Н) в тележке по горизонтальной плоскости, то силу наверняка нужно будет приложить значительно меньшую, она должна лишь преодолеть трение в подшипниках колёс и иные виды потерь энергии. Поэтому мы и используем тележки при перевозке тяжёлых грузов.
ВК-59. При параллельном соединении сопротивлений их общее сопротивление всегда меньше наименьшего, и найти это общее сопротивление можно по формуле «произведение, делённое на сумму». Общий ток расходится по параллельным ветвям, и поэтому их называют делителем тока. Ток, который достаётся какой-либо ветви тем больше, чем меньше её сопротивление. На параллельно соединённых сопротивлениях действует одно и то же напряжение.
Следует также отметить, что в джоулях измеряется не только работа, но и энергия. Пытаясь найти строгое, точное объяснение этого понятия, мы ещё раз обратимся к энциклопедическим словарям и обнаружим, что энергия — это «…мера движения материи», «…общая количественная мера различных форм движения материи», «…мера различных форм движения и взаимодействия», «…одно из основных свойств материи — мера её движения» и так далее. К этим глубоким, философским определениям можно добавить, что материей называют всю существующую реальность, всё, что есть в нашем мире, независимо от того, знаем ли мы об этом. Движение в данном случае тоже очень широкое понятие, оно объединяет всё, что происходит с материей. В качестве простейшего примера можно привести цепочку преобразований в карманном фонаре: химические реакции в системе «электроды— электролит» — накопление веществ с некоторым запасом химической энергии — накопление избыточных зарядов на электродах за счёт химической энергии — перемещение свободных электронов в замкнутой цепи под действием электрических сил, нагрев нити в лампочке, излучение света. Каждый из этих процессов и переход от одного процесса к другому как раз и есть пример движения в широком смысле слова.
Отложив на будущее, как это уже бывало, приятное дело «философских» размышлений, попробуем слову энергия дать объяснение менее строгое, но зато более удобное для дальнейших наших практических дел. Будем считать, что это запасённая каким-то образом способность производить работу, способность что-то делать. Имеется в виду самая разная работа, а не только поднимание бокала в момент произнесения тоста или поднятие пакета с сахаром на определённую высоту. Сами же запасы энергии могут увеличиваться или уменьшаться, энергия может пересылаться, подобно почтовой посылке, из одного места в другое. Более того, энергия может переходить из одного своего вида в другой, например, тепловая энергия может быть преобразована в энергию электрического поля, энергия поля — в энергию перемещаемого им предмета и так далее.