गर्मी के माध्यम से एक कंडक्टर का प्रतिरोध। जूल-लेन्ज़ कानून

जूल-लेन्ज़ कानून भौतिकी का एक नियम है जो थर्मल क्रिया के मात्रात्मक माप को निर्धारित करता है विद्युत प्रवाह. यह कानून 1841 में अंग्रेजी वैज्ञानिक डी. जूल द्वारा तैयार किया गया था और 1842 में प्रसिद्ध रूसी भौतिक विज्ञानी ई। लेनज़ द्वारा उनसे पूरी तरह से अलग किया गया था। इसलिए, उन्हें अपना दोहरा नाम मिला - जूल-लेनज़ कानून।

कानून की परिभाषा और सूत्र

मौखिक सूत्रीकरण इस प्रकार है: कंडक्टर में प्रवाहित होने पर ऊष्मा की शक्ति घनत्व मान के गुणनफल के समानुपाती होती है विद्युत क्षेत्रतनाव मूल्य के लिए।

गणितीय रूप से, जूल-लेन्ज़ कानून इस प्रकार व्यक्त किया गया है:

= जे ​​ई = ई²,

जहां इकाइयों में जारी ऊष्मा की मात्रा है। मात्रा;

E और j क्रमशः विद्युत क्षेत्रों की शक्ति और घनत्व हैं;

σ माध्यम की चालकता है।

जूल-लेन्ज़ कानून का भौतिक अर्थ

कानून को इस प्रकार समझाया जा सकता है: कंडक्टर के माध्यम से बहने वाली धारा एक विस्थापन है आवेशप्रभाव में। इस प्रकार, विद्युत क्षेत्रकुछ काम करता है। यह काम कंडक्टर को गर्म करने में खर्च होता है।

दूसरे शब्दों में, ऊर्जा अपने दूसरे गुण - ऊष्मा में बदल जाती है।

लेकिन करंट और बिजली के उपकरणों के साथ कंडक्टरों को अत्यधिक गर्म करने की अनुमति नहीं दी जानी चाहिए, क्योंकि इससे उनकी क्षति हो सकती है। तारों के साथ गंभीर अति ताप खतरनाक है, जब कंडक्टरों के माध्यम से पर्याप्त बड़ी धाराएं प्रवाहित हो सकती हैं।

अभिन्न रूप मेंपतले कंडक्टरों के लिए जूल-लेन्ज़ कानूनइस तरह लगता है: विचाराधीन सर्किट के खंड में प्रति यूनिट समय में जारी होने वाली गर्मी की मात्रा को वर्तमान ताकत के वर्ग और खंड के प्रतिरोध के उत्पाद के रूप में निर्धारित किया जाता है।

गणितीय रूप से, यह सूत्रीकरण इस प्रकार व्यक्त किया गया है:

क्यू = ∫ के आई² आर टी,

इस मामले में, क्यू जारी गर्मी की मात्रा है;

मैं वर्तमान मूल्य है;

आर कंडक्टरों का सक्रिय प्रतिरोध है;

टी एक्सपोजर समय है।

पैरामीटर k के मान को आमतौर पर कार्य का ऊष्मीय समतुल्य कहा जाता है। इस पैरामीटर का मान उन इकाइयों की अंक क्षमता के आधार पर निर्धारित किया जाता है जिनमें सूत्र में प्रयुक्त मानों का मापन किया जाता है।

जूल-लेन्ज़ कानून के पास पर्याप्त है सामान्य चरित्र, क्योंकि यह उन बलों की प्रकृति पर निर्भर नहीं करता है जो करंट उत्पन्न करते हैं।

अभ्यास से, यह तर्क दिया जा सकता है कि यह इलेक्ट्रोलाइट्स और कंडक्टर और अर्धचालक दोनों के लिए मान्य है।

आवेदन क्षेत्र

जूल लेन्ज़ कानून के दैनिक जीवन में बड़ी संख्या में आवेदन के क्षेत्र हैं। उदाहरण के लिए, एक गरमागरम लैंप में एक टंगस्टन फिलामेंट, इलेक्ट्रिक वेल्डिंग में एक आर्क, एक इलेक्ट्रिक हीटर में एक हीटिंग फिलामेंट, और बहुत कुछ। आदि। यह सबसे व्यापक रूप से स्वीकृत भौतिक कानून है रोजमर्रा की जिंदगी.

साथ ही, लेकिन स्वतंत्र रूप से एक दूसरे से, जिन्होंने इसे 1840 में खोजा था) एक ऐसा कानून है जो विद्युत प्रवाह के थर्मल प्रभाव को मापता है।

जब किसी चालक से धारा प्रवाहित होती है, तो परिवर्तन होता है विद्युतीय ऊर्जागर्मी में, और जारी की गई गर्मी की मात्रा विद्युत बलों के काम के बराबर होगी:

क्यू = वू

जूल-लेन्ज़ का नियम: किसी चालक में उत्पन्न ऊष्मा की मात्रा, धारा की शक्ति के वर्ग, चालक के प्रतिरोध और उसके गुजरने में लगने वाले समय के समानुपाती होती है।

व्यावहारिक मूल्य

ऊर्जा हानि में कमी

बिजली संचारित करते समय, करंट का ऊष्मीय प्रभाव अवांछनीय होता है, क्योंकि इससे ऊर्जा का नुकसान होता है। चूंकि संचरित शक्ति वोल्टेज और वर्तमान ताकत दोनों पर रैखिक रूप से निर्भर करती है, और हीटिंग पावर वर्तमान ताकत पर द्विघात रूप से निर्भर करती है, इसलिए बिजली को संचारित करने से पहले वोल्टेज को बढ़ाना फायदेमंद होता है, जिसके परिणामस्वरूप वर्तमान ताकत कम हो जाती है। वोल्टेज बढ़ने से बिजली लाइनों की विद्युत सुरक्षा कम हो जाती है। परिपथ में उच्च वोल्टेज का उपयोग करने की स्थिति में, उपभोक्ता की समान शक्ति को बनाए रखने के लिए, उपभोक्ता के प्रतिरोध को बढ़ाना आवश्यक होगा (द्विघात निर्भरता। 10V, 1 ओम = 20V, 4 ओम)। आपूर्ति तार और उपभोक्ता श्रृंखला में जुड़े हुए हैं। तार प्रतिरोध ( आर वू) स्थिर है। लेकिन उपभोक्ता का प्रतिरोध ( आर सी) तब बढ़ता है जब नेटवर्क में एक उच्च वोल्टेज का चयन किया जाता है। उपभोक्ता के प्रतिरोध और तारों के प्रतिरोध का अनुपात भी बढ़ रहा है। जब प्रतिरोध श्रृंखला (तार - उपभोक्ता - तार) में जुड़े होते हैं, तो जारी शक्ति का वितरण ( क्यू) जुड़े हुए प्रतिरोधों के प्रतिरोध के समानुपाती होता है। ; ; ; सभी प्रतिरोधों के लिए नेटवर्क में करंट स्थिर है। इसलिए, हमारा संबंध है क्यू सी / क्यू वू = आर सी / आर वू ; क्यू सीऔर आर वूस्थिरांक हैं (प्रत्येक के लिए) विशिष्ट कार्य) आइए इसे परिभाषित करें। नतीजतन, तारों पर जारी शक्ति उपभोक्ता के प्रतिरोध के व्युत्क्रमानुपाती होती है, अर्थात यह बढ़ते वोल्टेज के साथ घट जाती है। जैसा . (क्यू सी- लगातार); हम अंतिम दो सूत्रों को मिलाते हैं और व्युत्पन्न करते हैं; प्रत्येक विशिष्ट कार्य के लिए एक स्थिरांक है। इसलिए, तार पर उत्पन्न गर्मी उपभोक्ता पर वोल्टेज के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होती है। करंट समान रूप से गुजरता है।

सर्किट के लिए तारों का चयन

करंट ले जाने वाले कंडक्टर द्वारा उत्पन्न ऊष्मा, एक डिग्री या किसी अन्य तक, में जारी की जाती है वातावरण. इस घटना में कि चयनित कंडक्टर में वर्तमान ताकत एक निश्चित अधिकतम अनुमेय मूल्य से अधिक है, इतना मजबूत हीटिंग संभव है कि कंडक्टर अपने पास की वस्तुओं में आग लगा सकता है या खुद को पिघला सकता है। एक नियम के रूप में, विद्युत सर्किट को इकट्ठा करते समय, स्वीकृत का पालन करने के लिए पर्याप्त है नियामक दस्तावेज, जो विशेष रूप से, कंडक्टरों के क्रॉस सेक्शन की पसंद को नियंत्रित करता है।

इलेक्ट्रिक हीटर

यदि पूरे विद्युत परिपथ में वर्तमान शक्ति समान है, तो किसी भी चयनित क्षेत्र में, जितनी अधिक गर्मी होगी, इस खंड का प्रतिरोध उतना ही अधिक होगा।

सर्किट सेक्शन के प्रतिरोध को जानबूझकर बढ़ाकर, इस सेक्शन में स्थानीयकृत ताप उत्पादन प्राप्त किया जा सकता है। यह सिद्धांत काम करता है बिजली के हीटर. वे उपयोग करते हैं एक ताप तत्व - उच्च प्रतिरोध के साथ कंडक्टर। उच्च प्रतिरोधकता (जैसे निक्रोम, कॉन्स्टेंटन) के साथ एक मिश्र धातु को चुनकर, कंडक्टर की लंबाई में वृद्धि, और इसके क्रॉस सेक्शन को कम करके प्रतिरोध में वृद्धि (संयुक्त रूप से या अलग) प्राप्त की जाती है। लीड तार आमतौर पर कम प्रतिरोध वाले होते हैं और इसलिए उनका ताप आमतौर पर अगोचर होता है।

फ़्यूज़

विद्युत परिपथों को अत्यधिक बड़ी धाराओं के प्रवाह से बचाने के लिए, विशेष विशेषताओं वाले कंडक्टर के एक टुकड़े का उपयोग किया जाता है। यह अपेक्षाकृत छोटे क्रॉस सेक्शन का एक कंडक्टर है और इस तरह के मिश्र धातु से बना है कि, स्वीकार्य धाराओं पर, कंडक्टर को गर्म करने से यह ज़्यादा गरम नहीं होता है, और कंडक्टर की अत्यधिक बड़ी गर्मी में इतना महत्वपूर्ण है कि कंडक्टर पिघल जाता है और सर्किट खोलता है।

विकिमीडिया फाउंडेशन। 2010.

देखें कि "जूल-लेन्ज़ लॉ" अन्य शब्दकोशों में क्या है:

कोप्पा परिसर की ऊष्मा क्षमता का वर्णन करता है (अर्थात, कई . से मिलकर) रासायनिक तत्व) क्रिस्टलीय निकाय। डुलोंग-पेटिट कानून के आधार पर। एक अणु में प्रत्येक परमाणु में तीन कंपन डिग्री स्वतंत्रता होती है, और इसमें ऊर्जा होती है। तदनुसार ... विकिपीडिया

जूल कानून- वह नियम जिसके अनुसार एक निश्चित द्रव्यमान (देखें) की आंतरिक ऊर्जा केवल तापमान पर निर्भर करती है और उसके आयतन (घनत्व) पर निर्भर नहीं करती है ... महान पॉलिटेक्निक विश्वकोश

जूल कानून- जूल का नियम *जूलशेस गेसेट्ज - एक आदर्श गैस की आंतरिक ऊर्जा जो केवल तापमान पर जमा होती है ... गिर्निचीय विश्वकोश शब्दकोश

जूल का नियम- डौलियो डेस्निस स्टेटसस टी sritis स्टैंडअर्टिज़ासिजा इर मेट्रोलोजिजा एपिब्रेटिस डेस्निस, फॉर्मुलुओजामास ताइप: लैडिनिंके, काई जुओ टेका इलेक्ट्रोस स्रोवी, इस्सिसकिरिएंटिस सिलुमोस किकिस क्यू यारा प्रोप्रिंगस क्वार्सिंगस पेनकियाकलबिस ऐस्किनामासिस मेट्रोलोजिजोस टर्मिन, लॉडाइनास

जूल का नियम- ऊष्मप्रवैगिकी का नियम, जिसके अनुसार एक आदर्श गैस की आंतरिक ऊर्जा केवल तापमान का एक कार्य है और मात्रा पर निर्भर नहीं करती है। 1845 में जे.पी. जूल (1818 1889) द्वारा प्रयोगात्मक रूप से स्थापित। कानून दूसरे कानून का एक परिणाम है ... ... अवधारणाओं आधुनिक प्राकृतिक विज्ञान. बुनियादी शब्दों की शब्दावली

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जटिल (यानी, कई रासायनिक तत्वों से मिलकर) क्रिस्टलीय निकायों की गर्मी क्षमता का वर्णन करता है। डुलोंग-पेटिट कानून के आधार पर। एक अणु में प्रत्येक परमाणु में तीन कंपन डिग्री स्वतंत्रता होती है, और इसमें ऊर्जा होती है। क्रमश,… … विकिपीडिया - ऊर्जा और पदार्थ के संरक्षण का कानून, दो कानून जो बारीकी से संबंधित हैं और सामग्री में बहुत समान हैं, सभी सटीक प्राकृतिक विज्ञान अंतर्निहित हैं। ये नियम प्रकृति में विशुद्ध रूप से मात्रात्मक हैं और प्रयोगात्मक कानून हैं। बिग मेडिकल इनसाइक्लोपीडिया

जूल-लेन्ज़ कानून

जूल-लेन्ज़ कानून(अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी जेम्स जूल और रूसी भौतिक विज्ञानी एमिल लेनज़ के बाद, जिन्होंने एक साथ, लेकिन एक दूसरे से स्वतंत्र रूप से, 1840 में इसकी खोज की) एक कानून है जो विद्युत प्रवाह के थर्मल प्रभाव को मापता है।

जब एक कंडक्टर के माध्यम से करंट प्रवाहित होता है, तो विद्युत ऊर्जा तापीय ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है, और निकलने वाली ऊष्मा की मात्रा विद्युत बलों के कार्य के बराबर होगी:

क्यू = वू

जूल-लेन्ज़ का नियम: किसी चालक में उत्पन्न ऊष्मा की मात्रा, धारा की शक्ति के वर्ग, चालक के प्रतिरोध और उसके गुजरने में लगने वाले समय के समानुपाती होती है।

व्यावहारिक मूल्य

ऊर्जा हानि में कमी

बिजली संचारित करते समय, करंट का ऊष्मीय प्रभाव अवांछनीय होता है, क्योंकि इससे ऊर्जा का नुकसान होता है। चूंकि संचरित शक्ति वोल्टेज और करंट दोनों पर रैखिक रूप से निर्भर करती है, और ताप शक्ति वर्तमान पर द्विघात रूप से निर्भर करती है, बिजली संचारित करने से पहले वोल्टेज को बढ़ाना फायदेमंद होता है, जिससे करंट कम होता है। वोल्टेज बढ़ने से बिजली लाइनों की विद्युत सुरक्षा कम हो जाती है। परिपथ में उच्च वोल्टेज का उपयोग करने के मामले में, उपभोक्ता की समान शक्ति को बनाए रखने के लिए, उपभोक्ता के प्रतिरोध को बढ़ाना आवश्यक होगा (द्विघात निर्भरता। 10V, 1 ओम = 20V, 4 ओम)। आपूर्ति तार और उपभोक्ता श्रृंखला में जुड़े हुए हैं। तार प्रतिरोध ( आर वू) स्थिर है। लेकिन उपभोक्ता का प्रतिरोध ( आर सी) तब बढ़ता है जब नेटवर्क में एक उच्च वोल्टेज का चयन किया जाता है। उपभोक्ता के प्रतिरोध और तारों के प्रतिरोध का अनुपात भी बढ़ रहा है। जब प्रतिरोध श्रृंखला (तार - उपभोक्ता - तार) में जुड़े होते हैं, तो जारी शक्ति का वितरण ( क्यू) जुड़े हुए प्रतिरोधों के प्रतिरोध के समानुपाती होता है। ; ; ; सभी प्रतिरोधों के लिए नेटवर्क में करंट स्थिर है। इसलिए हमारा रिश्ता है क्यू सी / क्यू वू = आर सी / आर वू ; क्यू सीऔर आर वूये स्थिरांक हैं (प्रत्येक विशिष्ट कार्य के लिए)। आइए इसे परिभाषित करें। नतीजतन, तारों पर जारी शक्ति उपभोक्ता के प्रतिरोध के व्युत्क्रमानुपाती होती है, अर्थात यह बढ़ते वोल्टेज के साथ घट जाती है। जैसा . (क्यू सी- लगातार); हम अंतिम दो सूत्रों को मिलाते हैं और व्युत्पन्न करते हैं; प्रत्येक विशिष्ट कार्य के लिए एक स्थिरांक है। इसलिए, तार पर उत्पन्न गर्मी उपभोक्ता पर वोल्टेज के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होती है। करंट समान रूप से गुजरता है।

सर्किट के लिए तारों का चयन

एक धारावाही चालक द्वारा उत्पन्न ऊष्मा, एक डिग्री या किसी अन्य तक, पर्यावरण में छोड़ी जाती है। इस घटना में कि चयनित कंडक्टर में वर्तमान ताकत एक निश्चित अधिकतम अनुमेय मूल्य से अधिक है, इतना मजबूत हीटिंग संभव है कि कंडक्टर अपने पास की वस्तुओं में आग भड़का सकता है या खुद को पिघला सकता है। एक नियम के रूप में, विद्युत सर्किट को इकट्ठा करते समय, स्वीकृत नियामक दस्तावेजों का पालन करना पर्याप्त होता है, जो विशेष रूप से, कंडक्टरों के क्रॉस सेक्शन की पसंद को नियंत्रित करते हैं।

इलेक्ट्रिक हीटर

यदि पूरे विद्युत परिपथ में वर्तमान शक्ति समान है, तो किसी भी चयनित क्षेत्र में, जितनी अधिक गर्मी होगी, इस खंड का प्रतिरोध उतना ही अधिक होगा।

सर्किट सेक्शन के प्रतिरोध को जानबूझकर बढ़ाकर, इस सेक्शन में स्थानीयकृत ताप उत्पादन प्राप्त किया जा सकता है। यह सिद्धांत काम करता है बिजली के हीटर. वे उपयोग करते हैं एक ताप तत्व- उच्च प्रतिरोध के साथ कंडक्टर। उच्च प्रतिरोधकता (उदाहरण के लिए, निक्रोम, कॉन्स्टेंटन) के साथ एक मिश्र धातु का चयन करके प्रतिरोध में वृद्धि (संयुक्त रूप से या अलग से) प्राप्त की जाती है, कंडक्टर की लंबाई में वृद्धि और इसके क्रॉस सेक्शन को कम करना। लीड तार आमतौर पर कम प्रतिरोध वाले होते हैं और इसलिए उनका ताप आमतौर पर अगोचर होता है।

फ़्यूज़

मुख्य लेख: फ्यूज (बिजली)

विद्युत परिपथों को अत्यधिक बड़ी धाराओं के प्रवाह से बचाने के लिए, विशेष विशेषताओं वाले कंडक्टर के एक टुकड़े का उपयोग किया जाता है। यह अपेक्षाकृत छोटे क्रॉस सेक्शन का एक कंडक्टर है और इस तरह के मिश्र धातु से बना है कि, स्वीकार्य धाराओं पर, कंडक्टर को गर्म करने से यह ज़्यादा गरम नहीं होता है, और कंडक्टर की अत्यधिक बड़ी गर्मी में इतना महत्वपूर्ण है कि कंडक्टर पिघल जाता है और सर्किट खोलता है।

जूल-लेन्ज़ कानून

एमिली ख्रीस्तियनोविच लेनज़ (1804 - 1865) - रूसी प्रसिद्ध भौतिक विज्ञानी। वह इलेक्ट्रोमैकेनिक्स के संस्थापकों में से एक हैं। उनका नाम उस कानून की खोज से जुड़ा है जो दिशा निर्धारित करता है प्रेरण धारा, और वह नियम जो किसी धारावाही चालक में विद्युत क्षेत्र को निर्धारित करता है।

इसके अलावा, एमिलियस लेनज़ और अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी जूल ने, वर्तमान के ऊष्मीय प्रभावों का अनुभव करके अध्ययन करते हुए, स्वतंत्र रूप से उस कानून की खोज की जिसके अनुसार कंडक्टर में निकलने वाली गर्मी की मात्रा सीधे विद्युत प्रवाह के वर्ग के समानुपाती होगी। कंडक्टर के माध्यम से, उसका प्रतिरोध और वह समय जिसके दौरान कंडक्टर में विद्युत प्रवाह अपरिवर्तित रहता है।

इस नियम को जूल-लेन्ज नियम कहते हैं, इसका सूत्र इस प्रकार व्यक्त करता है:

जहां क्यू जारी गर्मी की मात्रा है, एल वर्तमान है, आर कंडक्टर का प्रतिरोध है, टी समय है; मान k को कार्य का ऊष्मीय समतुल्य कहा जाता है। इस मात्रा का संख्यात्मक मान उन इकाइयों की पसंद पर निर्भर करता है जिनमें सूत्र में शामिल अन्य मात्राओं का मापन किया जाता है।

यदि ऊष्मा की मात्रा को कैलोरी में, करंट को एम्पीयर में, प्रतिरोध को ओम में और समय को सेकंड में मापा जाता है, तो k संख्यात्मक रूप से 0.24 के बराबर होता है। इसका मतलब यह है कि एक कंडक्टर में 1 ए का करंट रिलीज होता है, जिसमें 1 ओम का प्रतिरोध होता है, एक सेकंड में कई गर्मी होती है, जो 0.24 किलो कैलोरी के बराबर होती है। इसके आधार पर, कंडक्टर में जारी कैलोरी में गर्मी की मात्रा की गणना सूत्र द्वारा की जा सकती है:

इकाइयों की एसआई प्रणाली में, ऊर्जा, गर्मी और कार्य को इकाइयों - जूल में मापा जाता है। इसलिए, जूल-लेन्ज़ कानून में आनुपातिकता का गुणांक एक के बराबर. इस प्रणाली में, जूल-लेन्ज़ सूत्र का रूप है:

जूल-लेन्ज़ नियम का प्रयोगात्मक परीक्षण किया जा सकता है। कुछ समय के लिए, एक कैलोरीमीटर में डाले गए तरल में डूबे हुए तार के सर्पिल के माध्यम से एक धारा प्रवाहित की जाती है। फिर कैलोरीमीटर में निकलने वाली ऊष्मा की मात्रा की गणना की जाती है। सर्पिल के प्रतिरोध को पहले से जाना जाता है, करंट को एमीटर से और समय को स्टॉपवॉच से मापा जाता है। परिपथ में धारा को बदलकर और विभिन्न सर्पिलों का उपयोग करके, आप जूल-लेन्ज़ नियम की जाँच कर सकते हैं।

ओम के नियम पर आधारित

वर्तमान मान को सूत्र (2) में प्रतिस्थापित करते हुए, हमें जूल-लेन्ज़ नियम के लिए एक नया सूत्र व्यंजक प्राप्त होता है:

एक श्रृंखला कनेक्शन में जारी गर्मी की मात्रा की गणना करते समय सूत्र Q \u003d l²Rt का उपयोग करना सुविधाजनक है, क्योंकि इस मामले में सभी कंडक्टरों में विद्युत प्रवाह समान है। तो जब ऐसा होता है सीरियल कनेक्शनकई कंडक्टर, उनमें से प्रत्येक में इतनी गर्मी जारी की जाएगी, जो कंडक्टर के प्रतिरोध के समानुपाती है। यदि, उदाहरण के लिए, एक ही आकार के तीन तार श्रृंखला में जुड़े हुए हैं - तांबा, लोहा और निकल, तो निकल से सबसे बड़ी मात्रा में गर्मी निकल जाएगी, क्योंकि इसकी प्रतिरोधकता सबसे बड़ी है, यह मजबूत है और गर्म होती है।

यदि कंडक्टर समानांतर में जुड़े हुए हैं, तो उनमें विद्युत प्रवाह अलग होगा, और ऐसे कंडक्टरों के सिरों पर वोल्टेज समान होता है। सूत्र क्यू \u003d (यू² / आर) टी का उपयोग करके इस तरह के कनेक्शन के दौरान जारी होने वाली गर्मी की मात्रा की गणना करना बेहतर है।

यह सूत्र दर्शाता है कि जब समानांतर में जुड़ा होता है, तो प्रत्येक कंडक्टर इतनी मात्रा में ऊष्मा छोड़ता है जो उसकी चालकता के व्युत्क्रमानुपाती होगी।

यदि आप एक ही मोटाई के तीन तारों - तांबा, लोहा और निकल - को एक दूसरे के समानांतर जोड़ते हैं और उनमें से करंट प्रवाहित करते हैं, तो सबसे बड़ी मात्रा में गर्मी निकल जाएगी तांबे का तार, यह दूसरों की तुलना में अधिक गर्म होगा।

जूल-लेन्ज़ कानून को आधार के रूप में लेते हुए, वे विभिन्न विद्युत प्रकाश प्रतिष्ठानों, हीटिंग और हीटिंग विद्युत उपकरणों की गणना करते हैं। विद्युत ऊर्जा का ऊष्मा ऊर्जा में रूपांतरण भी व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

जूल-लेन्ज़ कानून

एक सजातीय कंडक्टर पर विचार करें, जिसके सिरों पर एक वोल्टेज यू लगाया जाता है . समय dt के दौरान, कंडक्टर सेक्शन dq = Idt . के माध्यम से एक चार्ज स्थानांतरित किया जाता है . चूँकि विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत धारा dq आवेश की गति है, तो, सूत्र (84.6) के अनुसार, धारा का कार्य

(99.1)

यदि कंडक्टर प्रतिरोध R , फिर, ओम के नियम (98.1) का उपयोग करते हुए, हम प्राप्त करते हैं

(99.2)

से (99.1) और (99.2) यह इस प्रकार है कि वर्तमान शक्ति

(99.3)

यदि करंट एम्पीयर में व्यक्त किया जाता है, वोल्टेज वोल्ट में होता है, प्रतिरोध ओम में होता है, तो करंट का कार्य जूल में व्यक्त किया जाता है, और शक्ति वाट में होती है। व्यवहार में, वर्तमान कार्य की ऑफ-सिस्टम इकाइयों का भी उपयोग किया जाता है: वाट-घंटे (Wh) और किलोवाट-घंटा (kWh)। 1 डब्ल्यू × एच - 1 घंटे के लिए 1 डब्ल्यू की शक्ति के साथ वर्तमान का संचालन; 1 Wh = 3600 Ws = 3.6-103 J; 1 kWh=103 Wh=3.6-106 J.

प्रति इकाई समय प्रति इकाई आयतन में जारी ऊष्मा की मात्रा को धारा की विशिष्ट ऊष्मा शक्ति कहा जाता है। वह बराबर है

(99.6)

ओम के नियम (j = gE) और संबंध r = 1/g . के विभेदक रूप का उपयोग करना , हम पाते हैं

(99.7)

सूत्र (99.6) और (99.7) किसी भी कंडक्टर के लिए उपयुक्त अंतर रूप में जूल-लेन्ज़ कानून की एक सामान्यीकृत अभिव्यक्ति हैं।

वर्तमान के ऊष्मीय प्रभाव का व्यापक रूप से प्रौद्योगिकी में उपयोग किया जाता है, जो 1873 में एक गरमागरम दीपक के रूसी इंजीनियर ए.एन. लॉडगिन (1847-1923) द्वारा खोज के साथ शुरू हुआ था। इलेक्ट्रिक मफल भट्टियों का संचालन विद्युत प्रवाह के साथ हीटिंग कंडक्टर पर आधारित होता है। इलेक्ट्रिक आर्क(रूसी इंजीनियर वी.वी. पेट्रोव (1761-1834) द्वारा खोजा गया), इलेक्ट्रिक वेल्डिंग, घरेलू इलेक्ट्रिक हीटर आदि से संपर्क करें।

जूल लेन्ज़ सूत्र। संक्षिप्त

नीना चिल

जूल लेन्ज़ का नियम विद्युत परिपथ के एक खंड में परिमित प्रतिरोध के साथ जारी ऊष्मा की मात्रा को निर्धारित करता है जब करंट इससे गुजरता है। एक शर्त यह है कि श्रृंखला के इस खंड में कोई रासायनिक परिवर्तन नहीं होना चाहिए। एक कंडक्टर पर विचार करें जिसके सिरों पर वोल्टेज लगाया गया हो। इसलिए उसमें से करंट प्रवाहित होता है। इस प्रकार, विद्युत आवेश को चालक के एक सिरे से दूसरे सिरे तक ले जाने का कार्य इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र और बाहरी बल करते हैं।
यदि उसी समय चालक गतिहीन रहता है और उसके अंदर रासायनिक परिवर्तन नहीं होता है। तब स्थिरवैद्युत क्षेत्र के बाह्य बलों द्वारा व्यय किया गया समस्त कार्य बढ़ जाता है आंतरिक ऊर्जाकंडक्टर। यानी इसे गर्म करना।

विषय:

प्रसिद्ध रूसी भौतिक विज्ञानी लेनज़ और अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी जूल ने विद्युत प्रवाह के ऊष्मीय प्रभावों के अध्ययन पर प्रयोग करते हुए स्वतंत्र रूप से जूल-लेन्ज़ कानून प्राप्त किया। यह नियम एक निश्चित अवधि के लिए कंडक्टर में जारी गर्मी की मात्रा और इस कंडक्टर से गुजरने वाली विद्युत धारा के बीच संबंध को दर्शाता है।

विद्युत प्रवाह के गुण

जब किसी धातु के चालक से विद्युत धारा प्रवाहित होती है, तो उसके इलेक्ट्रॉन लगातार विभिन्न विदेशी कणों से टकराते रहते हैं। ये साधारण तटस्थ अणु या अणु हो सकते हैं जिन्होंने इलेक्ट्रॉनों को खो दिया है। गति की प्रक्रिया में एक इलेक्ट्रॉन एक तटस्थ अणु से एक और इलेक्ट्रॉन को अलग कर सकता है। नतीजतन, इसकी गतिज ऊर्जा खो जाती है, और एक अणु के बजाय एक सकारात्मक आयन बनता है। अन्य मामलों में, इलेक्ट्रॉन, इसके विपरीत, एक सकारात्मक आयन के साथ मिलकर एक तटस्थ अणु बनाता है।

इलेक्ट्रॉनों और अणुओं के टकराव की प्रक्रिया में, ऊर्जा की खपत होती है, जो बाद में गर्मी में बदल जाती है। ऊर्जा की एक निश्चित मात्रा का व्यय सभी आंदोलनों से जुड़ा होता है जिसके दौरान किसी को प्रतिरोध को दूर करना होता है। इस समय, घर्षण प्रतिरोध पर काबू पाने में खर्च किया गया कार्य तापीय ऊर्जा में परिवर्तित हो जाता है।

जूल लेन्ज़ का नियम सूत्र और परिभाषा

लेनज़ जूल कानून के अनुसार, एक कंडक्टर के माध्यम से गुजरने वाला विद्युत प्रवाह गर्मी की मात्रा के साथ होता है जो वर्तमान के वर्ग और प्रतिरोध के सीधे आनुपातिक होता है, साथ ही इस प्रवाह के लिए कंडक्टर के माध्यम से प्रवाह के लिए समय लगता है। .

जूल-लेन्ज़ नियम को सूत्र के रूप में इस प्रकार व्यक्त किया जाता है: Q \u003d I 2 Rt, जिसमें Q जारी की गई ऊष्मा की मात्रा को प्रदर्शित करता है, I - , R कंडक्टर का प्रतिरोध है, t समय की अवधि है। "के" का मान काम के थर्मल समकक्ष है और इसका उपयोग उन मामलों में किया जाता है जहां गर्मी की मात्रा कैलोरी में मापा जाता है, वर्तमान ताकत - प्रतिरोध - ओम में, और समय - सेकंड में। k का संख्यात्मक मान 0.24 है, जो 1 एम्पीयर की धारा से मेल खाता है, जो 1 ओम के कंडक्टर प्रतिरोध के साथ, 1 सेकंड के लिए 0.24 किलो कैलोरी के बराबर गर्मी की मात्रा जारी करता है। इसलिए, कैलोरी में जारी गर्मी की मात्रा की गणना करने के लिए, सूत्र Q = 0.24I 2 Rt का उपयोग किया जाता है।

इकाइयों की एसआई प्रणाली का उपयोग करते समय, गर्मी की मात्रा को जूल में मापा जाता है, इसलिए जूल-लेनज़ कानून के संबंध में "के" का मान 1 के बराबर होगा, और सूत्र इस तरह दिखेगा: क्यू \u003d मैं 2 आर.टी. I = U/R के अनुसार। यदि इस वर्तमान मान को मुख्य सूत्र में प्रतिस्थापित किया जाता है, तो यह निम्नलिखित रूप लेगा: क्यू \u003d (यू 2 / आर) टी।

मूल सूत्र Q = I 2 Rt एक श्रृंखला कनेक्शन के मामले में जारी होने वाली गर्मी की मात्रा की गणना करते समय उपयोग करने के लिए बहुत सुविधाजनक है। सभी कंडक्टरों में वर्तमान ताकत समान होगी। जब कई कंडक्टर एक साथ श्रृंखला में जुड़े होते हैं, तो उनमें से प्रत्येक इतनी गर्मी छोड़ेगा, जो कंडक्टर के प्रतिरोध के समानुपाती होगा। यदि तांबे, लोहे और निकल के तीन समान तारों को श्रृंखला में जोड़ा जाता है, तो गर्मी की अधिकतम मात्रा सबसे अंत में निकल जाएगी। यह निकेलिन के उच्चतम विशिष्ट प्रतिरोध और इस तार के मजबूत ताप के कारण है।

जब समान कंडक्टर समानांतर में जुड़े होते हैं, तो उनमें से प्रत्येक में विद्युत प्रवाह का मान अलग-अलग होगा, और सिरों पर वोल्टेज समान होगा। इस मामले में, सूत्र क्यू \u003d (यू 2 / आर) टी गणना के लिए अधिक उपयुक्त है। किसी चालक द्वारा छोड़ी गई ऊष्मा की मात्रा उसकी चालकता के व्युत्क्रमानुपाती होगी। इस प्रकार, जूल-लेन्ज़ कानून का व्यापक रूप से विद्युत प्रकाश प्रतिष्ठानों, विभिन्न ताप और ताप उपकरणों, साथ ही विद्युत ऊर्जा के ताप में रूपांतरण से जुड़े अन्य उपकरणों की गणना के लिए उपयोग किया जाता है।

जूल-लेन्ज़ कानून। विद्युत प्रवाह का कार्य और शक्ति

नमस्ते। जब आपको इसकी आवश्यकता हो तो जूल-लेन्ज़ कानून की संभावना नहीं है, लेकिन यह इसमें शामिल है बुनियादी पाठ्यक्रमइलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग, और इसलिए अब मैं आपको इस कानून के बारे में बताऊंगा।

जूल-लेन्ज़ कानून की खोज दो महान वैज्ञानिकों ने एक-दूसरे से स्वतंत्र रूप से की थी: 1841 में, जेम्स प्रेस्कॉट जूल, एक अंग्रेजी वैज्ञानिक, जिन्होंने थर्मोडायनामिक्स के विकास में एक महान योगदान दिया था। और 1842 में जर्मन मूल के एक रूसी वैज्ञानिक एमिल ख्रीस्तियनोविच लेन्ज़, जिन्होंने इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में पहले से ही एक महान योगदान दिया था। चूंकि दोनों वैज्ञानिकों की खोज लगभग एक साथ और एक-दूसरे से स्वतंत्र रूप से हुई, इसलिए कानून को दोहरा नाम, या उपनाम रखने का निर्णय लिया गया।

याद कीजिए जब, और केवल उसे ही नहीं, मैंने कहा था कि विद्युत प्रवाह उन कंडक्टरों को गर्म करता है जिनके माध्यम से यह प्रवाहित होता है। जूल और लेन्ज़ एक सूत्र के साथ आए जिसके द्वारा उत्पन्न ऊष्मा की मात्रा की गणना की जा सकती है।

तो, प्रारंभ में, सूत्र इस तरह दिखता था:

इस सूत्र के अनुसार माप की इकाई कैलोरी थी और गुणांक k, जो 0.24 के बराबर है, इसके लिए "जिम्मेदार" था, अर्थात कैलोरी में डेटा प्राप्त करने का सूत्र इस तरह दिखता है:

लेकिन चूंकि एसआई माप प्रणाली में, बड़ी संख्या में मापी गई मात्राओं को देखते हुए और भ्रम से बचने के लिए, पदनाम जूल को अपनाया गया था, सूत्र कुछ हद तक बदल गया है। k एक के बराबर हो गया, और इसलिए गुणांक अब सूत्र में नहीं लिखा गया था और यह इस तरह दिखने लगा:

यहाँ: Q, जूल (SI पदनाम - J) में मापी गई ऊष्मा की मात्रा है;

मैं - करंट, एम्पीयर में मापा जाता है, ए;

आर - प्रतिरोध, ओम, ओम में मापा जाता है;

t सेकंड में मापा गया समय है, s;

और यू वोल्टेज है, वोल्ट में मापा जाता है, वी।

ध्यान से देखिए, क्या इस फॉर्मूले का एक हिस्सा आपको कुछ याद दिलाता है? और विशेष रूप से? लेकिन यह शक्ति है, या बल्कि ओम के नियम से शक्ति सूत्र है। और ईमानदार होने के लिए, मैंने अभी तक इंटरनेट पर जूल-लेन्ज़ कानून का ऐसा प्रतिनिधित्व नहीं देखा है:

अब हम स्मरणीय तालिका को याद करते हैं और जूल-लेन्ज़ नियम के कम से कम तीन सूत्रीय व्यंजक प्राप्त करते हैं, जो इस बात पर निर्भर करता है कि हम कितनी मात्राएँ जानते हैं:

ऐसा लगता है कि सब कुछ बहुत सरल है, लेकिन यह हमें तभी लगता है जब हम पहले से ही इस कानून को जानते हैं, और फिर दोनों महान वैज्ञानिकों ने इसे सैद्धांतिक रूप से नहीं, बल्कि प्रयोगात्मक रूप से खोजा और फिर इसे सैद्धांतिक रूप से प्रमाणित करने में सक्षम थे।

यह जूल-लेन्ज़ कानून कहाँ काम आ सकता है?

इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में, तारों के माध्यम से बहने वाली लंबी अवधि की अनुमेय धारा की अवधारणा है। यह वह करंट है जिसे तार संभाल सकता है। लंबे समय तक(अर्थात, अनिश्चित काल तक), तार को नष्ट किए बिना (और इन्सुलेशन, यदि कोई हो, क्योंकि तार बिना इन्सुलेशन के हो सकता है)। बेशक, अब आप PUE (विद्युत स्थापना नियम) से डेटा ले सकते हैं, लेकिन आपको यह डेटा केवल जूल-लेन्ज़ कानून के आधार पर प्राप्त हुआ है।

इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में, फ़्यूज़ का भी उपयोग किया जाता है। उनका मुख्य गुण विश्वसनीयता है। इसके लिए एक निश्चित खंड के कंडक्टर का उपयोग किया जाता है। ऐसे कंडक्टर के पिघलने के तापमान को जानकर, कोई भी उस गर्मी की मात्रा की गणना कर सकता है जो कंडक्टर को इसके माध्यम से बड़ी धाराओं के प्रवाह से पिघलाने के लिए आवश्यक है, और वर्तमान की गणना करके, कोई उस प्रतिरोध की गणना कर सकता है जो ऐसे कंडक्टर के पास होना चाहिए। . सामान्य तौर पर, जैसा कि आप पहले ही समझ चुके हैं, जूल-लेनज़ कानून का उपयोग करके, आप फ्यूज के लिए कंडक्टर के क्रॉस सेक्शन या प्रतिरोध (अन्योन्याश्रित के मान) की गणना कर सकते हैं।

और यह भी, याद रखें, हमने बात की थी। वहाँ, एक प्रकाश बल्ब के उदाहरण का उपयोग करते हुए, मैंने विरोधाभास को बताया कि एक सीरियल कनेक्शन में एक अधिक शक्तिशाली दीपक कमजोर चमकता है। और आपको शायद याद क्यों है: प्रतिरोध के पार वोल्टेज ड्रॉप जितना मजबूत होता है, प्रतिरोध उतना ही कम होता है। और चूंकि शक्ति है, और वोल्टेज बहुत गिर जाता है, यह पता चला है कि एक बड़ा प्रतिरोध उत्सर्जित होगा एक बड़ी संख्या कीगर्मी, यानी एक बड़े प्रतिरोध को दूर करने के लिए करंट को अधिक मेहनत करनी होगी। और इस मामले में करंट निकलने वाली ऊष्मा की मात्रा की गणना जूल-लेन्ज़ नियम का उपयोग करके की जा सकती है। यदि हम प्रतिरोधों का श्रेणीबद्ध संयोजन लेते हैं, तो उपयोग करें बेहतर अभिव्यक्तिधारा के वर्ग के माध्यम से, अर्थात्, मूल दृश्यसूत्र:

और के लिए समानांतर कनेक्शनप्रतिरोध, चूंकि समानांतर शाखाओं में करंट प्रतिरोध पर निर्भर करता है, जबकि प्रत्येक समानांतर शाखा पर वोल्टेज समान होता है, तो वोल्टेज के संदर्भ में सूत्र का सबसे अच्छा प्रतिनिधित्व किया जाता है:

आप सभी रोज़मर्रा की ज़िंदगी में जूल-लेन्ज़ कानून के काम के उदाहरणों का उपयोग करते हैं - सबसे पहले, ये सभी प्रकार के ताप उपकरण हैं। एक नियम के रूप में, वे नाइक्रोम तार और मोटाई का उपयोग करते हैं ( अनुप्रस्थ अनुभाग) और कंडक्टर की लंबाई को ध्यान में रखते हुए चुना जाता है कि लंबे समय तक थर्मल एक्सपोजर से तार का तेजी से विनाश नहीं होता है। ठीक उसी तरह, एक टंगस्टन फिलामेंट एक गरमागरम लैंप में चमकता है। उसी कानून के अनुसार, लगभग किसी भी विद्युत और इलेक्ट्रॉनिक उपकरण के संभावित ताप की डिग्री निर्धारित की जाती है।

सामान्य तौर पर, अपनी स्पष्ट सादगी के बावजूद, जूल-लेन्ज़ कानून हमारे जीवन में बहुत महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। इस कानून ने सैद्धांतिक गणनाओं को एक बड़ा प्रोत्साहन दिया: धाराओं द्वारा गर्मी उत्पादन, चाप के विशिष्ट तापमान की गणना, कंडक्टर और किसी भी अन्य विद्युत प्रवाहकीय सामग्री, नुकसान विद्युत शक्तिथर्मल समकक्ष, आदि में।

आप पूछ सकते हैं कि जूल को वाट्स में कैसे बदलें और यह बहुत अच्छा है बहुधा पूछे जाने वाले प्रश्नइंटरनेट में। हालांकि सवाल कुछ गलत है, आगे पढ़कर आप समझ जाएंगे कि क्यों। इसका उत्तर काफी सरल है: 1 j = 0.000278 वाट*घंटा, जबकि 1 वाट*घंटा = 3600 जूल। आपको याद दिला दूं कि खपत की गई तात्कालिक शक्ति को वाट्स में मापा जाता है, यानी सर्किट चालू होने पर सीधे इस्तेमाल किया जाने वाला सर्किट। और जूल एक विद्युत धारा का कार्य निर्धारित करता है, अर्थात एक समयावधि में विद्युत धारा की शक्ति। याद रखें, ओम के नियम में, मैंने एक अलंकारिक स्थिति दी थी। करंट पैसा है, वोल्टेज एक स्टोर है, प्रतिरोध अनुपात और धन की भावना है, शक्ति उन उत्पादों की मात्रा है जिन्हें आप एक समय में अपने ऊपर ले जा सकते हैं (ले सकते हैं), लेकिन कितनी दूर, कितनी जल्दी और कितनी बार आप कर सकते हैं उन्हें दूर ले जाना काम है। अर्थात्, कार्य और शक्ति की तुलना करने का कोई तरीका नहीं है, लेकिन इसे उन इकाइयों में व्यक्त किया जा सकता है जो हमारे लिए अधिक समझ में आती हैं: वाट और घंटे।

मुझे लगता है कि अब आपके लिए जूल-लेन्ज़ कानून को व्यवहार और सिद्धांत में लागू करना, यदि आवश्यक हो, और यहां तक ​​कि जूल को वाट्स और इसके विपरीत में परिवर्तित करना मुश्किल नहीं होगा। और इस समझ के लिए धन्यवाद कि जूल-लेन्ज कानून विद्युत शक्ति और समय का उत्पाद है, आप इसे और आसानी से याद कर सकते हैं, और यहां तक ​​​​कि अगर आप अचानक मूल सूत्र भूल गए हैं, तो केवल ओम के नियम को याद करके, आप फिर से जूल प्राप्त कर सकते हैं- लेन्ज कानून। और मैं आपको इस पर अलविदा कहता हूं।