A vezető ellenállása a hő hatására. Joule–Lenz törvény

A Joule-Lenz törvény a fizika törvénye, amely meghatározza a hőhatás mennyiségi mértékét elektromos áram. Ezt a törvényt 1841-ben D. Joule angol tudós, 1842-ben pedig tőle teljesen különállóan a híres orosz fizikus, E. Lenz fogalmazta meg. Ezért kapta kettős nevét - a Joule-Lenz törvényt.

A törvény meghatározása és képlete

A szóbeli megfogalmazás a következő: a vezetőben átáramló hőteljesítmény arányos a sűrűségérték szorzatával elektromos mező a feszültség értékére.

Matematikailag a Joule-Lenz törvény a következőképpen fejeződik ki:

ω = j E = ϭ E²,

ahol ω a felszabaduló hő mennyisége egységekben. hangerő;

E és j az elektromos mezők erőssége és sűrűsége;

σ a közeg vezetőképessége.

A Joule-Lenz törvény fizikai jelentése

A törvény a következőképpen magyarázható: a vezetőn átfolyó áram elmozdulás elektromos töltés befolyás alatt . Ily módon elektromos mező működik valamennyire. Ezt a munkát a vezető melegítésére fordítják.

Más szóval, az energia átalakul másik minőségévé - hővé.

De nem szabad megengedni a vezetékek túlzott melegítését árammal és elektromos berendezésekkel, mert ez károsodáshoz vezethet. Veszélyes az erős túlmelegedés a vezetékeknél, amikor kellően nagy áramok folyhatnak át a vezetékeken.

Integrált formában vékony vezetékekhez Joule-Lenz törvényígy hangzik: az áramkör vizsgált szakaszában egységnyi idő alatt felszabaduló hőmennyiséget az áramerősség és a szakasz ellenállásának négyzetének szorzataként határozzuk meg.

Matematikailag ez a megfogalmazás a következőképpen fejeződik ki:

Q = ∫ k I² R t,

ebben az esetben Q a felszabaduló hő mennyisége;

I az aktuális érték;

R a vezetők aktív ellenállása;

t az expozíciós idő.

A k paraméter értékét általában a munka termikus megfelelőjének nevezik. Ennek a paraméternek az értéke azon egységek számjegykapacitásától függően kerül meghatározásra, amelyekben a képletben használt értékek mérése történik.

A Joule-Lenz törvényből elég általános karakter, mivel ez nem függ az áramot generáló erők természetétől.

A gyakorlatból állítható, hogy elektrolitokra és vezetőkre és félvezetőkre egyaránt érvényes.

Alkalmazási terület

A Joule Lenz törvénynek a mindennapi életében számos alkalmazási területe van. Például egy wolfram izzószál egy izzólámpában, egy ív az elektromos hegesztésben, egy fűtőszál egy elektromos fűtőberendezésben stb. stb. Ez a legszélesebb körben elfogadott fizikai törvény Mindennapi élet.

Egyidejűleg, de egymástól függetlenül, ki fedezte fel 1840-ben) egy törvény, amely számszerűsíti az elektromos áram hőhatását.

Amikor áram folyik át egy vezetőn, átalakulás történik elektromos energia termikusba, és a felszabaduló hő mennyisége megegyezik az elektromos erők munkájával:

K = W

Joule-Lenz törvény: a vezetőben keletkező hőmennyiség egyenesen arányos az áramerősség négyzetével, a vezető ellenállásával és áthaladásának idejével.

Gyakorlati érték

Energiaveszteségek csökkentése

Villamosenergia-átvitelkor az áram hőhatása nem kívánatos, mivel energiaveszteséghez vezet. Mivel az átvitt teljesítmény lineárisan függ mind a feszültségtől, mind az áramerősségtől, a fűtési teljesítmény pedig négyzetesen függ az áramerősségtől, előnyös a feszültség növelése az áram átvitele előtt, aminek következtében az áramerősség csökken. A feszültség növelése csökkenti az elektromos vezetékek elektromos biztonságát. Abban az esetben, ha az áramkörben nagy feszültséget használnak, a fogyasztó azonos teljesítményének fenntartása érdekében növelni kell a fogyasztó ellenállását (négyzetes függés. 10V, 1 Ohm = 20V, 4 Ohm). A tápvezetékek és a fogyasztó sorba vannak kötve. Vezeték ellenállás ( R w) állandó. De a fogyasztó ellenállása ( R c) növekszik, ha magasabb feszültséget választanak a hálózatban. A fogyasztó ellenállásának és a vezetékek ellenállásának aránya is nő. Ha az ellenállások sorba vannak kötve (vezeték - fogyasztó - vezeték), a felszabaduló teljesítmény eloszlása ( K) arányos a kapcsolt ellenállások ellenállásával. ; ; ; a hálózat áramerőssége minden ellenállásra állandó. Ezért megvan a kapcsolatunk K c / K w = R c / R w ; K cés R w konstansok (mindegyikhez konkrét feladat). Határozzuk meg ezt. Ebből következően a vezetékeken felszabaduló teljesítmény fordítottan arányos a fogyasztó ellenállásával, azaz a feszültség növekedésével csökken. mert . (K c- állandó); Összevonjuk az utolsó két képletet, és levezetjük, hogy ; minden konkrét feladathoz egy állandó. Ezért a vezetéken keletkező hő fordítottan arányos a fogyasztónál fellépő feszültség négyzetével Az áram egyenletesen halad.

Az áramkörök vezetékeinek kiválasztása

Az áramvezető által termelt hő ilyen vagy olyan mértékben felszabadul környezet. Abban az esetben, ha a kiválasztott vezetőben az áramerősség meghalad egy bizonyos maximálisan megengedett értéket, olyan erős felmelegedés lehetséges, hogy a vezető tüzet okozhat a közelében lévő tárgyakban, vagy megolvadhat. Általános szabály, hogy az elektromos áramkörök összeszerelésénél elegendő követni az elfogadottakat szabályozó dokumentumokat, amelyek különösen a vezetékek keresztmetszetének megválasztását szabályozzák.

Elektromos melegítők

Ha az áramerősség az egész elektromos áramkörben azonos, akkor bármely kiválasztott területen minél több hő szabadul fel, annál nagyobb ennek a szakasznak az ellenállása.

Egy áramköri szakasz ellenállásának szándékos növelésével ezen a szakaszon helyi hőtermelés érhető el. Ez az elv működik elektromos melegítők. Használják egy fűtőelem - nagy ellenállású vezető. Az ellenállás növelése (együttesen vagy külön-külön) nagy ellenállású ötvözet (pl. nikróm, konstans) választásával, a vezető hosszának növelésével és keresztmetszetének csökkentésével érhető el. Az ólomhuzalok általában kis ellenállásúak, ezért felmelegedésük általában észrevehetetlen.

Biztosítékok

Az elektromos áramkörök túlzottan nagy áramok áramlásától való védelme érdekében speciális jellemzőkkel rendelkező vezetéket használnak. Ez egy viszonylag kis keresztmetszetű vezető olyan ötvözetből, hogy megengedett áramerősségek mellett a vezető melegítése nem melegíti túl, túlzottan nagy túlmelegedés esetén pedig olyan jelentős, hogy a vezető megolvad és kinyitja az áramkört.

Wikimédia Alapítvány. 2010 .

Nézze meg, mi a "Joule-Lenz-törvény" más szótárakban:

A Koppa egy komplex (azaz több részből álló) hőkapacitását írja le kémiai elemek) kristályos testek. A Dulong-Petit törvény alapján. A molekulában minden atomnak három rezgési szabadsági foka van, és energiája van. Ennek megfelelően ... Wikipédia

JOUL TÖRVÉNY- az a törvény, amely szerint egy bizonyos tömeg belső energiája (lásd) csak a hőmérséklettől függ, és nem függ a térfogatától (sűrűségétől) ... Nagy Politechnikai Enciklopédia

joule törvény- Joule-törvény *Joulesches Gesetz - az ideális gáz belső energiája, amely csak hőmérsékleten rakódik le ... Girnichiy enciklopédikus szótár

Joule törvénye- Dzsaulio dėsnis statusas T terület Standartizálás és metrológiai definiálás Dėsnis, formulázható taip: laidininke, kai teka elektros áramot, távirányítós hőmennyiség Q yra proporcingas streams kvadratui Ivaržės r… Penkiakalbis aiskinamasis metrologijos terminų žodynas

Joule törvénye- a termodinamika törvénye, amely szerint az ideális gáz belső energiája önmagában a hőmérséklet függvénye, és nem függ a térfogattól. J. P. Joule (1818 1889) kísérleti úton hozta létre 1845-ben. A törvény a második törvény következménye. Fogalmak modern természettudomány. Alapfogalmak szószedete

Komplex (azaz több kémiai elemből álló) kristálytestek hőkapacitását írja le. A Dulong-Petit törvény alapján. A molekulában minden atomnak három rezgési szabadsági foka van, és energiája van. Illetve…… Wikipédia – AZ ENERGIA ÉS ANYAG MEGMARADÁSÁNAK TÖRVÉNYE, két szorosan összefüggő és tartalmilag nagyon hasonló törvény, amely minden egzakt természettudomány alapját képezi. Ezek a törvények tisztán mennyiségi természetűek és kísérleti törvények. Nagy Orvosi Enciklopédia

Joule-Lenz törvény

Joule-Lenz törvény(James Joule angol fizikus és Emil Lenz orosz fizikus után, akik egyszerre, de egymástól függetlenül fedezték fel 1840-ben) egy törvény, amely számszerűsíti az elektromos áram hőhatását.

Amikor az áram áthalad egy vezetőn, az elektromos energia hőenergiává alakul, és a felszabaduló hő mennyisége megegyezik az elektromos erők munkájával:

K = W

Joule-Lenz törvény: a vezetőben keletkező hőmennyiség egyenesen arányos az áramerősség négyzetével, a vezető ellenállásával és áthaladásának idejével.

Gyakorlati érték

Energiaveszteségek csökkentése

Villamosenergia-átvitelkor az áram hőhatása nem kívánatos, mivel energiaveszteséghez vezet. Mivel az átvitt teljesítmény lineárisan függ mind a feszültségtől, mind az áramerősségtől, a fűtési teljesítmény pedig négyzetesen függ az áramerősségtől, előnyös a feszültség növelése az elektromos áram átvitele előtt, ezáltal csökkentve az áramerősséget. A feszültség növelése csökkenti az elektromos vezetékek elektromos biztonságát. Abban az esetben, ha az áramkörben nagy feszültséget használnak, a fogyasztó azonos teljesítményének fenntartása érdekében növelni kell a fogyasztó ellenállását (négyzetes függés. 10V, 1 Ohm = 20V, 4 Ohm). A tápvezetékek és a fogyasztó sorba vannak kötve. Vezeték ellenállás ( R w) állandó. De a fogyasztó ellenállása ( R c) növekszik, ha magasabb feszültséget választanak a hálózatban. A fogyasztó ellenállásának és a vezetékek ellenállásának aránya is nő. Ha az ellenállások sorba vannak kötve (vezeték - fogyasztó - vezeték), a felszabaduló teljesítmény eloszlása ( K) arányos a kapcsolt ellenállások ellenállásával. ; ; ; a hálózat áramerőssége minden ellenállásra állandó. Ezért megvan a kapcsolatunk K c / K w = R c / R w ; K cés R w ezek konstansok (minden konkrét feladathoz). Határozzuk meg ezt. Ebből következően a vezetékeken felszabaduló teljesítmény fordítottan arányos a fogyasztó ellenállásával, azaz a feszültség növekedésével csökken. mert . (K c- állandó); Összevonjuk az utolsó két képletet, és levezetjük, hogy ; minden konkrét feladathoz egy állandó. Ezért a vezetéken keletkező hő fordítottan arányos a fogyasztónál fellépő feszültség négyzetével Az áram egyenletesen halad.

Az áramkörök vezetékeinek kiválasztása

Az áramvezető által termelt hő bizonyos fokig a környezetbe kerül. Abban az esetben, ha a kiválasztott vezetőben az áramerősség meghalad egy bizonyos maximális megengedett értéket, olyan erős felmelegedés lehetséges, hogy a vezető tüzet okozhat a közelében lévő tárgyakban, vagy megolvadhat. Általános szabály, hogy az elektromos áramkörök összeszerelésekor elegendő betartani az elfogadott szabályozási dokumentumokat, amelyek különösen a vezetékek keresztmetszetének megválasztását szabályozzák.

Elektromos melegítők

Ha az áramerősség az egész elektromos áramkörben azonos, akkor bármely kiválasztott területen minél több hő szabadul fel, annál nagyobb ennek a szakasznak az ellenállása.

Egy áramköri szakasz ellenállásának szándékos növelésével ezen a szakaszon helyi hőtermelés érhető el. Ez az elv működik elektromos melegítők. Használják egy fűtőelem- nagy ellenállású vezető. Az ellenállás növelése (együttesen vagy külön-külön) nagy ellenállású ötvözet (például nikróm, konstans) kiválasztásával, a vezető hosszának növelésével és keresztmetszetének csökkentésével érhető el. Az ólomhuzalok általában kis ellenállásúak, ezért felmelegedésük általában észrevehetetlen.

Biztosítékok

fő cikk: Biztosíték (villany)

Joule-Lenz törvény

Emily Khristianovics Lenz (1804-1865) - híres orosz fizikus. Az elektromechanika egyik megalapítója. Nevéhez fűződik az irányt meghatározó törvény felfedezése indukciós áram, és az áramvezető vezető elektromos terét meghatározó törvény.

Ezenkívül Emilius Lenz és Joule angol fizikus, tapasztalatból tanulmányozva az áram hőhatásait, egymástól függetlenül felfedezték azt a törvényt, amely szerint a vezetőben felszabaduló hőmennyiség egyenesen arányos az áthaladó elektromos áram négyzetével. a vezetőn keresztül, annak ellenállása és az az idő, ameddig az elektromos áram változatlan marad a vezetőben.

Ezt a törvényt Joule-Lenz törvénynek nevezik, képlete a következőképpen fejeződik ki:

ahol Q a felszabaduló hő mennyisége, l az áramerősség, R a vezető ellenállása, t az idő; a k értéket a munka termikus megfelelőjének nevezzük. Ennek a mennyiségnek a számértéke attól függ, hogy milyen mértékegységekben történik a képletben szereplő többi mennyiség mérése.

Ha a hőmennyiséget kalóriában, az áramerősséget amperben, az ellenállást ohmban és az időt másodpercben mérjük, akkor k számszerűen 0,24. Ez azt jelenti, hogy egy 1 ohm ellenállású vezetőben 1a áram szabadul fel egy másodperc alatt, ami 0,24 kcal-nak felel meg. Ennek alapján a vezetőben felszabaduló kalóriákban kifejezett hőmennyiség a következő képlettel számítható ki:

Az SI mértékegységrendszerében az energiát, a hőt és a munkát mértékegységben - joule-ban - mérik. Ezért az arányossági együttható a Joule-Lenz törvényben egyenlő eggyel. Ebben a rendszerben a Joule-Lenz képlet a következő:

A Joule-Lenz törvény kísérletileg tesztelhető. Egy ideig áramot vezetnek át egy kaloriméterbe öntött folyadékba merített huzalspirálon. Ezután kiszámítjuk a kaloriméterben felszabaduló hőmennyiséget. A spirál ellenállása előre ismert, az áramerősséget ampermérővel, az időt pedig stopperórával mérjük. Az áramkörben lévő áram megváltoztatásával és különböző spirálok használatával ellenőrizheti a Joule-Lenz törvényt.

Ohm törvénye alapján

Az aktuális értéket a (2) képletbe behelyettesítve egy új képletkifejezést kapunk a Joule-Lenz törvényhez:

A Q \u003d l²Rt képlet kényelmesen használható a soros csatlakozásban felszabaduló hőmennyiség kiszámításakor, mivel ebben az esetben az elektromos áram minden vezetőben azonos. Tehát amikor megtörténik soros csatlakozás több vezető, mindegyikben olyan mennyiségű hő szabadul fel, amely arányos a vezető ellenállásával. Ha például három azonos méretű vezetéket sorba kötünk - réz, vas és nikkel, akkor a legnagyobb hőmennyiség a nikkelből szabadul fel, mivel az ellenállása a legnagyobb, erősebb és felmelegszik.

Ha a vezetékek párhuzamosan vannak csatlakoztatva, akkor az elektromos áram bennük eltérő lesz, és az ilyen vezetők végein a feszültség azonos. Jobb az ilyen csatlakozás során felszabaduló hőmennyiséget a Q \u003d (U² / R) t képlettel kiszámítani.

Ez a képlet azt mutatja, hogy párhuzamosan kapcsolva minden egyes vezető olyan mennyiségű hőt bocsát ki, amely fordítottan arányos a vezetőképességével.

Ha három azonos vastagságú vezetéket - réz, vas és nikkel - egymással párhuzamosan csatlakoztat, és áramot vezet át rajtuk, akkor a legnagyobb hőmennyiség szabadul fel rézdrót, jobban felmelegszik, mint a többi.

A Joule-Lenz törvény alapján különféle elektromos világítási rendszereket, fűtő- és fűtőberendezéseket számítanak ki. Az elektromos energia hőenergiává alakítását is széles körben alkalmazzák.

Joule-Lenz törvény

Tekintsünk egy homogén vezetőt, amelynek végeire U feszültséget kapcsolunk . A dt idő alatt a dq = Idt vezetőszakaszon töltés kerül át . Mivel az áram a dq töltés mozgása elektromos tér hatására, akkor a (84.6) képlet szerint az áram munkája

(99.1)

Ha a vezető ellenállása R , akkor Ohm törvényét (98.1) felhasználva azt kapjuk

(99.2)

A (99.1) és (99.2)-ből az következik, hogy az aktuális teljesítmény

(99.3)

Ha az áramerősséget amperben, a feszültséget voltban, az ellenállást ohmban fejezzük ki, akkor az áram munkája joule-ban, a teljesítmény pedig wattban van kifejezve. A gyakorlatban az aktuális munka rendszeren kívüli mértékegységeit is használják: wattóra (Wh) és kilowattóra (kWh). 1 W×h - 1 W teljesítményű áram működése 1 órán keresztül; 1 Wh = 3600 Ws = 3,6-103 J; 1 kWh=103 Wh=3,6-106 J.

Az egységnyi idő alatt, egységnyi térfogatban felszabaduló hőmennyiséget az áram fajlagos hőteljesítményének nevezzük. Ő egyenlő

(99.6)

Az Ohm-törvény differenciálformáját (j = gE) és az r = 1/g összefüggést használva , kapunk

(99.7)

A (99.6) és a (99.7) képletek a Joule-Lenz-törvény általánosított kifejezései differenciális formában, bármely vezetőre alkalmas.

Az áram termikus hatását széles körben használják a technikában, amely azzal kezdődött, hogy 1873-ban A. N. Lodygin orosz mérnök (1847-1923) felfedezett egy izzólámpát. Az elektromos tokos kemencék működése elektromos árammal működő fűtővezetőkön alapul. elektromos ív(V. V. Petrov orosz mérnök (1761-1834) fedezte fel), érintkező elektromos hegesztés, háztartási elektromos fűtőtestek stb.

Joule Lenz képlet. röviden

Nina nyugi

A Joule Lenz-törvény meghatározza, hogy egy elektromos áramkör véges ellenállású szakaszában mekkora hő szabadul fel, amikor áram halad át rajta. Előfeltétel az a tény, hogy a lánc ezen szakaszában ne történjenek kémiai átalakulások. Tekintsünk egy vezetőt, amelynek végeire feszültség van kapcsolva. Ezért áram folyik rajta. Így az elektrosztatikus mező és a külső erők azt a munkát végzik, hogy az elektromos töltést a vezető egyik végéből a másikba mozgatják.
Ha ugyanakkor a vezető mozdulatlan marad, és nem mennek végbe benne kémiai átalakulások. Ekkor az elektrosztatikus mező külső erői által ráfordított összes munka növekszik belső energia karmester. Vagyis felmelegíteni.

Tartalom:

A híres orosz fizikus Lenz és az angol fizikus Joule, akik kísérleteket végeztek az elektromos áram hőhatásainak tanulmányozására, egymástól függetlenül származtatták a Joule-Lenz törvényt. Ez a törvény a vezetőben felszabaduló hőmennyiség és a vezetőn egy bizonyos ideig áthaladó elektromos áram közötti kapcsolatot tükrözi.

Az elektromos áram tulajdonságai

Amikor egy elektromos áram áthalad egy fémvezetőn, annak elektronjai folyamatosan ütköznek különféle idegen részecskékkel. Ezek lehetnek közönséges semleges molekulák vagy olyan molekulák, amelyek elvesztették az elektronokat. A mozgási folyamatban lévő elektron még egy elektront leválaszthat egy semleges molekuláról. Ennek következtében kinetikus energiája elvész, és molekula helyett pozitív ion képződik. Más esetekben az elektron éppen ellenkezőleg, pozitív ionnal egyesül, és semleges molekulát képez.

Az elektronok és molekulák ütközésének folyamatában energia fogy, amely később hővé alakul. Egy bizonyos mennyiségű energia elköltése minden olyan mozgáshoz kapcsolódik, amely során az embernek le kell győznie az ellenállást. Ekkor a súrlódási ellenállás leküzdésére fordított munka hőenergiává alakul.

Joule Lenz törvény képlete és definíciója

A Lenz Joule-törvény szerint a vezetőn áthaladó elektromos áramot olyan hőmennyiség kíséri, amely egyenesen arányos az áram és az ellenállás négyzetével, valamint azzal az idővel, amely alatt ez az áram áthalad a vezetőn. .

A Joule-Lenz törvényt képlet formájában a következőképpen fejezzük ki: Q \u003d I 2 Rt, amelyben Q a felszabaduló hő mennyiségét jelzi, I - , R a vezető ellenállása, t az időtartam. A "k" értéke a munka termikus egyenértéke, és olyan esetekben használatos, amikor a hőmennyiséget kalóriában, az áramerősséget - , az ellenállást - ohmban és az időt - másodpercben mérik. A k számértéke 0,24, ami 1 amperes áramnak felel meg, amely 1 ohm vezetőellenállás mellett 0,24 kcal-nak megfelelő hőmennyiséget szabadít fel 1 másodpercig. Ezért a felszabaduló hőmennyiség kalóriában kifejezett kiszámításához a Q = 0,24I 2 Rt képletet használjuk.

Az SI mértékegységrendszer használatakor a hőmennyiséget joule-ban mérik, így a "k" értéke a Joule-Lenz törvényhez viszonyítva 1 lesz, és a képlet így fog kinézni: Q \u003d I 2 Rt. I szerint = U/R. Ha ezt az aktuális értéket behelyettesítjük a fő képletbe, akkor a következő formában jelenik meg: Q \u003d (U 2 / R) t.

Alapképlet Q = I 2 Rt nagyon kényelmesen használható a soros kapcsolás esetén felszabaduló hőmennyiség kiszámításakor. Az áramerősség minden vezetőben azonos lesz. Ha egyszerre több vezetéket sorba kötünk, mindegyik annyi hőt bocsát ki, ami arányos a vezető ellenállásával. Ha három egyforma réz-, vas- és nikkelhuzal van sorba kötve, akkor a maximális hőmennyiség utoljára szabadul fel. Ez a nikkelin legmagasabb fajlagos ellenállásának és a huzal erősebb melegítésének köszönhető.

Ha ugyanazokat a vezetőket párhuzamosan csatlakoztatják, az elektromos áram értéke mindegyikben eltérő lesz, és a feszültség a végén azonos lesz. Ebben az esetben a Q \u003d (U 2 / R) t képlet alkalmasabb a számításokhoz. A vezető által felszabaduló hőmennyiség fordítottan arányos a vezetőképességével. Így a Joule-Lenz törvényt széles körben használják az elektromos világítási rendszerek, a különféle fűtő- és fűtőberendezések, valamint az elektromos energia hővé alakításával kapcsolatos egyéb eszközök kiszámítására.

Joule-Lenz törvény. Az elektromos áram munkája és teljesítménye

Helló. A Joule-Lenz törvény nem valószínű, amikor szüksége van rá, de benne van alaptanfolyam elektrotechnika, ezért most erről a törvényről fogok beszélni.

A Joule-Lenz törvényt két nagy tudós fedezte fel egymástól függetlenül: 1841-ben James Prescott Joule angol tudós, aki nagyban hozzájárult a termodinamika fejlődéséhez. 1842-ben pedig Emil Khristianovics Lenz német származású orosz tudós, aki már nagyban hozzájárult az elektrotechnikához. Mivel mindkét tudós felfedezése szinte egyszerre és egymástól függetlenül történt, úgy döntöttek, hogy a törvényt kettős névnek, vagy inkább vezetékneveknek nevezik.

Emlékezzen, amikor – és nem csak ő – mondtam, hogy az elektromos áram felmelegíti azokat a vezetőket, amelyeken keresztül áramlik. Joule és Lenz kidolgozott egy képletet, amellyel kiszámítható a keletkező hőmennyiség.

Tehát kezdetben a képlet így nézett ki:

A képlet szerinti mértékegység a kalória volt, és ezért „felelős” a k együttható, amely 0,24, vagyis a kalóriában kifejezett adatok megszerzésének képlete így néz ki:

De mivel az SI mérési rendszerben a mért mennyiségek nagy számára való tekintettel és a félreértések elkerülése végett a joule elnevezést alkalmazták, a képlet némileg megváltozott. k egyenlő lett eggyel, ezért az együtthatót már nem írták be a képletbe, és így kezdett kinézni:

Itt: Q a felszabaduló hőmennyiség, Joule-ban mérve (SI jelölés - J);

I - áram, Amperben mérve, A;

R - ellenállás, Ohmban, Ohmban mérve;

t a másodpercben mért idő, s;

és U a feszültség voltban mérve, V.

Nézd meg figyelmesen, emlékeztet-e valamire ennek a képletnek egy része? És konkrétabban? De ez a hatalom, vagy inkább az Ohm-törvény teljesítményképlete. És hogy őszinte legyek, még nem láttam a Joule-Lenz törvény ilyen ábrázolását az interneten:

Most felidézzük a mnemonikus táblázatot, és megkapjuk a Joule-Lenz-törvény legalább három képletkifejezését, attól függően, hogy milyen mennyiségeket ismerünk:

Úgy tűnik, minden nagyon egyszerű, de nekünk csak akkor tűnik úgy, hogy már ismerjük ezt a törvényt, és akkor mindkét nagy tudós nem elméletileg, hanem kísérletileg fedezte fel, majd elméletileg alátámasztotta.

Hol jöhet jól ez a Joule-Lenz törvény?

Az elektrotechnikában létezik a vezetékeken átfolyó hosszú távú megengedett áram fogalma. Ez az az áram, amelyet a vezeték képes kezelni. hosszú idő(vagyis korlátlanul), anélkül, hogy a vezetéket (és a szigetelést, ha van, mert a vezeték lehet szigetelés nélkül) tönkretenné. Természetesen most már átveheti az adatokat a PUE-ból (Elektromos telepítési szabályok), de ezeket az adatokat kizárólag a Joule-Lenz törvény alapján kapta meg.

Az elektrotechnikában biztosítékokat is használnak. Fő minőségük a megbízhatóság. Ehhez egy bizonyos szakasz vezetőjét használják. Egy ilyen vezető olvadási hőmérsékletének ismeretében kiszámítható a hőmennyiség, amely a vezető megolvadásához szükséges a rajta áthaladó nagy áramok miatt, és az áram kiszámításával kiszámítható, hogy egy ilyen vezetőnek mekkora ellenállással kell rendelkeznie. . Általában, amint már megértette, a Joule-Lenz törvény segítségével kiszámíthatja a biztosíték vezetékének keresztmetszetét vagy ellenállását (az egymástól független értékek).

És ne feledd, beszéltünk is róla. Ott egy villanykörte példáján elmondtam azt a paradoxont, hogy egy nagyobb teljesítményű lámpa soros kapcsolásban gyengébb fényt mutat. És valószínűleg emlékszel rá, hogy miért: az ellenállás feszültségesése annál erősebb, annál kisebb az ellenállás. És mivel a teljesítmény van, és a feszültség nagyon leesik, kiderül, hogy nagy ellenállás fog kibocsátani nagyszámú hő, vagyis az áramnak keményebben kell dolgoznia egy nagy ellenállás leküzdéséhez. És a hőmennyiség, amelyet az áram bocsát ki ebben az esetben, a Joule-Lenz törvény segítségével számítható ki. Ha az ellenállások soros kapcsolatát vesszük, akkor használjuk jobb kifejezés az áram négyzetén keresztül, azaz eredeti nézet képletek:

És azért párhuzamos csatlakozás ellenállás, mivel a párhuzamos ágak árama az ellenállástól függ, míg a feszültség minden párhuzamos ágon azonos, akkor a képlet a legjobban feszültségben ábrázolható:

Mindannyian példákat használnak a Joule-Lenz törvény működésére a mindennapi életben - először is, ezek mindenféle fűtőberendezés. Általában nikróm huzalt és vastagságot használnak ( keresztirányú metszet) és a vezető hosszát úgy választják meg, hogy a hosszan tartó hőhatás ne okozzon gyors tönkremenetelt a vezetékben. Pontosan ugyanígy világít a wolframszál izzólámpában. Ugyanezen törvény szerint szinte minden elektromos és elektronikus eszköz lehetséges melegítési fokát meghatározzák.

Általánosságban elmondható, hogy látszólagos egyszerűsége ellenére a Joule-Lenz törvény nagyon fontos szerepet játszik életünkben. Ez a törvény nagy lendületet adott az elméleti számításoknak: áramok hőtermelése, az ív, a vezető és bármely más elektromosan vezető anyag fajlagos hőmérsékletének kiszámítása, veszteségek elektromos erő termikus egyenértékben stb.

Megkérdezheti, hogyan lehet Joule-t wattra konvertálni, és ez szép gyakran Ismételt kérdés az interneten. Bár a kérdés kissé hibás, továbbolvasva megérted, miért. A válasz nagyon egyszerű: 1 J = 0,000278 Watt*óra, míg 1 Watt*óra = 3600 Joule. Hadd emlékeztesselek arra, hogy az elfogyasztott pillanatnyi teljesítményt Wattban mérik, vagyis a közvetlenül használt áramkört, miközben az áramkör be van kapcsolva. A Joule pedig meghatározza az elektromos áram működését, vagyis az áram erejét egy bizonyos időtartam alatt. Ne feledje, Ohm törvényében egy allegorikus helyzetet adtam meg. Az áram pénz, a feszültség egy raktár, az ellenállás az arányérzék és a pénz, a hatalom az a termékmennyiség, amit egyszerre magadra tudsz vinni (elvinni), de meddig, milyen gyorsan és hányszor. elvinni őket munka . Vagyis nem lehet összehasonlítani a munkát és a teljesítményt, de kifejezhető számunkra érthetőbb mértékegységekben: Wattban és órákban.

Úgy gondolom, hogy most nem lesz nehéz Önnek a Joule-Lenz törvényt a gyakorlatban és az elméletben alkalmazni, ha szükséges, sőt átváltani a Joule-t wattra és fordítva. És hála annak megértésének, hogy a Joule-Lenz törvény az elektromos teljesítmény és az idő szorzata, könnyebben emlékezhet rá, és még ha hirtelen elfelejtette is az alapképletet, csak az Ohm-törvényre emlékezve újra megkaphatja a Joule-t. Lenz törvény. És ezzel elköszönök tőled.