Hambatan konduktor melalui panas. Hukum Joule–Lenz

Hukum Joule-Lenz adalah hukum fisika yang menentukan ukuran kuantitatif aksi termal arus listrik. Hukum ini dirumuskan pada tahun 1841 oleh ilmuwan Inggris D. Joule dan sepenuhnya terpisah darinya pada tahun 1842 oleh fisikawan terkenal Rusia E. Lenz. Karena itu, ia menerima nama gandanya - hukum Joule-Lenz.

Definisi dan rumus hukum

Rumusan verbal adalah sebagai berikut: kekuatan panas yang dilepaskan dalam konduktor ketika mengalir melalui itu sebanding dengan produk dari nilai kerapatan Medan listrik terhadap nilai tegangan.

Secara matematis, hukum Joule-Lenz dinyatakan sebagai berikut:

= j E = E²,

di mana adalah jumlah panas yang dilepaskan dalam satuan. volume;

E dan j masing-masing adalah kekuatan dan kerapatan medan listrik;

adalah konduktivitas medium.

Arti fisik dari hukum Joule-Lenz

Hukum tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut: arus yang mengalir melalui penghantar adalah perpindahan muatan listrik di bawah pengaruh. Lewat sini, Medan listrik melakukan beberapa pekerjaan. Pekerjaan ini dihabiskan untuk memanaskan konduktor.

Dengan kata lain, energi berubah menjadi kualitas lainnya - panas.

Tetapi pemanasan konduktor yang berlebihan dengan peralatan arus dan listrik tidak boleh diizinkan, karena ini dapat menyebabkan kerusakannya. Panas berlebih yang parah berbahaya dengan kabel, ketika arus yang cukup besar dapat mengalir melalui konduktor.

Dalam bentuk integral untuk konduktor tipis Hukum Joule-Lenz terdengar seperti ini: jumlah panas yang dilepaskan per satuan waktu di bagian sirkuit yang dipertimbangkan ditentukan sebagai produk kuadrat dari kekuatan arus dan resistansi bagian.

Secara matematis, rumusan ini dinyatakan sebagai berikut:

Q = k I² R t,

dalam hal ini, Q adalah jumlah panas yang dilepaskan;

Saya adalah nilai saat ini;

R adalah resistansi aktif konduktor;

t adalah waktu pemaparan.

Nilai parameter k biasanya disebut ekuivalen termal kerja. Nilai parameter ini ditentukan tergantung pada kapasitas digit unit di mana pengukuran nilai yang digunakan dalam rumus dilakukan.

Hukum Joule-Lenz sudah cukup karakter umum, karena tidak bergantung pada sifat gaya yang menghasilkan arus.

Dari praktik, dapat dikatakan bahwa itu berlaku untuk elektrolit dan konduktor dan semikonduktor.

Area aplikasi

Ada sejumlah besar bidang penerapan dalam kehidupan sehari-hari dari hukum Joule Lenz. Misalnya, filamen tungsten di lampu pijar, busur di las listrik, filamen pemanas di pemanas listrik, dan banyak lagi. dll. Ini adalah hukum fisika yang paling banyak diterima di Kehidupan sehari-hari.

Secara bersamaan, tetapi tidak tergantung satu sama lain, yang menemukannya pada tahun 1840) adalah hukum yang mengkuantifikasi efek termal dari arus listrik.

Ketika arus mengalir melalui konduktor, transformasi terjadi energi listrik menjadi panas, dan jumlah panas yang dilepaskan akan sama dengan kerja gaya listrik:

Q = W

Hukum Joule-Lenz: jumlah panas yang dihasilkan dalam konduktor berbanding lurus dengan kuadrat kekuatan arus, resistansi konduktor dan waktu perjalanannya.

Nilai praktis

Pengurangan kehilangan energi

Saat mentransmisikan listrik, efek termal dari arus tidak diinginkan, karena menyebabkan hilangnya energi. Karena daya yang ditransmisikan bergantung secara linier pada tegangan dan kekuatan arus, dan daya pemanasan bergantung secara kuadratik pada kekuatan arus, adalah menguntungkan untuk meningkatkan tegangan sebelum mentransmisikan listrik, sebagai hasilnya mengurangi kekuatan arus. Meningkatkan tegangan mengurangi keamanan listrik dari saluran listrik. Dalam kasus penggunaan tegangan tinggi di sirkuit, untuk mempertahankan daya yang sama dari konsumen, perlu untuk meningkatkan resistansi konsumen (ketergantungan kuadrat. 10V, 1 Ohm = 20V, 4 Ohm). Kabel suplai dan konsumen dihubungkan secara seri. Resistansi kawat ( R w) adalah konstan. Namun resistensi konsumen ( R C) meningkat ketika tegangan yang lebih tinggi dipilih dalam jaringan. Rasio resistansi konsumen dan resistansi kabel juga meningkat. Ketika resistansi dihubungkan secara seri (kawat - konsumen - kabel), distribusi daya yang dilepaskan ( Q) sebanding dengan resistansi dari resistansi yang terhubung. ; ; ; arus dalam jaringan untuk semua hambatan adalah konstan. Oleh karena itu, kami memiliki hubungan Q C / Q w = R C / R w ; Q C Dan R w adalah konstanta (untuk setiap tugas spesifik). Mari kita definisikan itu. Akibatnya, daya yang dilepaskan pada kabel berbanding terbalik dengan resistansi konsumen, yaitu menurun dengan meningkatnya tegangan. karena . (Q C- konstan); Kami menggabungkan dua rumus terakhir dan memperoleh bahwa ; untuk setiap tugas tertentu adalah konstan. Oleh karena itu, panas yang dihasilkan pada kabel berbanding terbalik dengan kuadrat tegangan pada konsumen, arus mengalir secara merata.

Pemilihan kabel untuk sirkuit

Panas yang dihasilkan oleh konduktor pembawa arus, sampai tingkat tertentu, dilepaskan dalam lingkungan. Jika kekuatan arus pada konduktor yang dipilih melebihi nilai maksimum tertentu yang diizinkan, pemanasan kuat seperti itu dimungkinkan sehingga konduktor dapat memicu api pada benda di dekatnya atau melelehkan dirinya sendiri. Sebagai aturan, saat merakit sirkuit listrik, cukup mengikuti yang diterima dokumen peraturan, yang mengatur, khususnya, pilihan penampang konduktor.

Pemanas listrik

Jika kekuatan arus sama di seluruh rangkaian listrik, maka di area yang dipilih, semakin banyak panas yang dilepaskan, semakin tinggi resistansi bagian ini.

Dengan sengaja meningkatkan resistansi bagian sirkuit, pembangkitan panas lokal di bagian ini dapat dicapai. Prinsip ini bekerja pemanas listrik. Mereka menggunakan elemen pemanas - konduktor dengan resistansi tinggi. Peningkatan resistensi dicapai (bersama-sama atau secara terpisah) dengan memilih paduan dengan resistivitas tinggi (misalnya nichrome, constantan), meningkatkan panjang konduktor, dan mengurangi penampang. Kabel timah biasanya memiliki resistansi rendah dan oleh karena itu pemanasannya biasanya tidak terlihat.

sekering

Untuk melindungi sirkuit listrik dari aliran arus yang terlalu besar, sepotong konduktor dengan karakteristik khusus digunakan. Ini adalah konduktor dengan penampang yang relatif kecil dan terbuat dari paduan sedemikian rupa sehingga, pada arus yang diizinkan, pemanasan konduktor tidak terlalu panas, dan pada konduktor yang terlalu panas terlalu signifikan sehingga konduktor meleleh dan membuka sirkuit.

Yayasan Wikimedia. 2010 .

Lihat apa itu "Hukum Joule-Lenz" di kamus lain:

Koppa menggambarkan kapasitas panas kompleks (yaitu, terdiri dari beberapa unsur kimia) benda kristal. Berdasarkan hukum Dulong-Petit. Setiap atom dalam molekul memiliki tiga derajat kebebasan vibrasi, dan memiliki energi. Oleh karena itu ... Wikipedia

JOUL HUKUM- hukum yang menurutnya energi internal dari massa tertentu (lihat) hanya bergantung pada suhu dan tidak bergantung pada volume (kepadatan) ... Ensiklopedia Politeknik Hebat

hukum joule- Hukum Joule *Joulesches Gesetz - energi internal dari gas ideal yang disimpan hanya pada suhu ... Kamus ensiklopedis Girnichiy

hukum Joule- Džaulio dėsnis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Dėsnis, formuluojamas taip: layininke, kai juo teka elektros srovė, išsiskiriantis ilumos kiekis Q thn proporcingas srovės kvadratui… Penkiakalbis aiskinamesis metrologijos terminų odynas

hukum Joule- hukum termodinamika, yang menyatakan bahwa energi internal gas ideal adalah fungsi suhu saja dan tidak bergantung pada volume. Didirikan secara eksperimental oleh J.P. Joule (1818 1889) pada tahun 1845. Hukum merupakan konsekuensi dari hukum kedua ... ... Konsep ilmu alam modern. Glosarium istilah dasar

Menjelaskan kapasitas panas tubuh kristal kompleks (yaitu, terdiri dari beberapa unsur kimia). Berdasarkan hukum Dulong-Petit. Setiap atom dalam molekul memiliki tiga derajat kebebasan vibrasi, dan memiliki energi. Masing-masing, … … Wikipedia - HUKUM KONSERVASI ENERGI DAN MATERI, dua hukum yang terkait erat dan sangat mirip isinya, mendasari semua ilmu alam eksakta. Hukum-hukum ini murni kuantitatif dan merupakan hukum eksperimental. Ensiklopedia Medis Besar

Hukum Joule-Lenz

Hukum Joule-Lenz(setelah fisikawan Inggris James Joule dan fisikawan Rusia Emil Lenz, yang secara bersamaan, tetapi secara independen satu sama lain, menemukannya pada tahun 1840) adalah hukum yang mengukur efek termal dari arus listrik.

Ketika arus mengalir melalui konduktor, energi listrik diubah menjadi energi panas, dan jumlah panas yang dilepaskan akan sama dengan kerja gaya listrik:

Q = W

Hukum Joule-Lenz: jumlah panas yang dihasilkan dalam konduktor berbanding lurus dengan kuadrat kekuatan arus, resistansi konduktor dan waktu perjalanannya.

Nilai praktis

Pengurangan kehilangan energi

Saat mentransmisikan listrik, efek termal dari arus tidak diinginkan, karena menyebabkan hilangnya energi. Karena daya yang ditransmisikan bergantung secara linier pada tegangan dan arus, dan daya pemanasan bergantung secara kuadrat pada arus, adalah menguntungkan untuk menaikkan tegangan sebelum mentransmisikan listrik, sehingga mengurangi arus. Meningkatkan tegangan mengurangi keamanan listrik dari saluran listrik. Dalam kasus penggunaan tegangan tinggi di sirkuit, untuk mempertahankan daya yang sama dari konsumen, perlu untuk meningkatkan resistansi konsumen (ketergantungan kuadrat. 10V, 1 Ohm = 20V, 4 Ohm). Kabel suplai dan konsumen dihubungkan secara seri. Resistansi kawat ( R w) adalah konstan. Namun resistensi konsumen ( R C) meningkat ketika tegangan yang lebih tinggi dipilih dalam jaringan. Rasio resistansi konsumen dan resistansi kabel juga meningkat. Ketika resistansi dihubungkan secara seri (kawat - konsumen - kabel), distribusi daya yang dilepaskan ( Q) sebanding dengan resistansi dari resistansi yang terhubung. ; ; ; arus dalam jaringan untuk semua hambatan adalah konstan. Oleh karena itu, kami memiliki hubungan Q C / Q w = R C / R w ; Q C Dan R w ini adalah konstanta (untuk setiap tugas tertentu). Mari kita definisikan itu. Akibatnya, daya yang dilepaskan pada kabel berbanding terbalik dengan resistansi konsumen, yaitu menurun dengan meningkatnya tegangan. karena . (Q C- konstan); Kami menggabungkan dua rumus terakhir dan memperoleh bahwa ; untuk setiap tugas tertentu adalah konstan. Oleh karena itu, panas yang dihasilkan pada kabel berbanding terbalik dengan kuadrat tegangan pada konsumen, arus mengalir secara merata.

Pemilihan kabel untuk sirkuit

Panas yang dihasilkan oleh konduktor pembawa arus, sampai tingkat tertentu, dilepaskan ke lingkungan. Jika kekuatan arus pada konduktor yang dipilih melebihi nilai maksimum tertentu yang diizinkan, pemanasan kuat seperti itu dimungkinkan sehingga konduktor dapat memicu api pada benda di dekatnya atau melelehkan dirinya sendiri. Sebagai aturan, ketika merakit sirkuit listrik, cukup mengikuti dokumen peraturan yang diterima, yang mengatur, khususnya, pilihan penampang konduktor.

Pemanas listrik

Jika kekuatan arus sama di seluruh rangkaian listrik, maka di area yang dipilih, semakin banyak panas yang dilepaskan, semakin tinggi resistansi bagian ini.

Dengan sengaja meningkatkan resistansi bagian sirkuit, pembangkitan panas lokal di bagian ini dapat dicapai. Prinsip ini bekerja pemanas listrik. Mereka menggunakan elemen pemanas- konduktor dengan resistansi tinggi. Peningkatan resistansi dicapai (bersama-sama atau secara terpisah) dengan memilih paduan dengan resistivitas tinggi (misalnya, nichrome, constantan), menambah panjang konduktor dan mengurangi penampangnya. Kabel timah biasanya memiliki resistansi rendah dan oleh karena itu pemanasannya biasanya tidak terlihat.

sekering

artikel utama: Sekring (listrik)

Hukum Joule-Lenz

Emily Khristianovich Lenz (1804 - 1865) - fisikawan terkenal Rusia. Dia adalah salah satu pendiri elektromekanik. Namanya dikaitkan dengan penemuan hukum yang menentukan arah arus induksi, dan hukum yang menentukan medan listrik dalam konduktor pembawa arus.

Selain itu, Emilius Lenz dan fisikawan Inggris Joule, yang mempelajari melalui pengalaman efek termal arus, secara independen menemukan hukum yang menyatakan bahwa jumlah panas yang dilepaskan dalam konduktor akan berbanding lurus dengan kuadrat arus listrik yang mengalir. melalui konduktor, hambatannya dan waktu selama arus listrik dipertahankan tidak berubah dalam konduktor.

Hukum ini disebut hukum Joule-Lenz, rumusnya menyatakan sebagai berikut:

di mana Q adalah jumlah panas yang dilepaskan, l adalah arus, R adalah resistansi konduktor, t adalah waktu; nilai k disebut ekuivalen termal kerja. Nilai numerik dari besaran ini tergantung pada pilihan unit di mana pengukuran besaran lain yang termasuk dalam rumus dibuat.

Jika jumlah panas diukur dalam kalori, arus dalam ampere, hambatan dalam ohm, dan waktu dalam detik, maka k secara numerik sama dengan 0,24. Ini berarti bahwa arus 1a dilepaskan dalam konduktor, yang memiliki hambatan 1 ohm, dalam satu detik sejumlah panas, yang sama dengan 0,24 kkal. Berdasarkan ini, jumlah panas dalam kalori yang dilepaskan dalam konduktor dapat dihitung dengan rumus:

Dalam sistem satuan SI, energi, panas, dan kerja diukur dalam satuan - joule. Oleh karena itu, koefisien proporsionalitas dalam hukum Joule-Lenz sama dengan satu. Dalam sistem ini, rumus Joule-Lenz memiliki bentuk:

Hukum Joule-Lenz dapat diuji secara eksperimental. Untuk beberapa waktu, arus dilewatkan melalui spiral kawat yang direndam dalam cairan yang dituangkan ke dalam kalorimeter. Kemudian jumlah panas yang dilepaskan dalam kalorimeter dihitung. Hambatan spiral diketahui sebelumnya, arus diukur dengan ammeter dan waktu dengan stopwatch. Dengan mengubah arus dalam rangkaian dan menggunakan spiral yang berbeda, Anda dapat memeriksa hukum Joule-Lenz.

Berdasarkan hukum Ohm

Mengganti nilai saat ini ke dalam rumus (2), kami memperoleh ekspresi rumus baru untuk hukum Joule-Lenz:

Rumus Q \u003d l²Rt nyaman digunakan saat menghitung jumlah panas yang dilepaskan dalam sambungan seri, karena dalam hal ini arus listrik di semua konduktor adalah sama. Jadi ketika itu terjadi koneksi serial beberapa konduktor, di masing-masing dari mereka sejumlah panas akan dilepaskan, yang sebanding dengan resistansi konduktor. Jika, misalnya, tiga kabel dengan ukuran yang sama dihubungkan secara seri - tembaga, besi dan nikel, maka jumlah panas terbesar akan dilepaskan dari nikel, karena resistivitasnya terbesar, lebih kuat dan memanas.

Jika konduktor dihubungkan secara paralel, maka arus listrik di dalamnya akan berbeda, dan tegangan pada ujung konduktor tersebut adalah sama. Lebih baik menghitung jumlah panas yang akan dilepaskan selama koneksi seperti itu menggunakan rumus Q \u003d (U² / R) t.

Rumus ini menunjukkan bahwa ketika dihubungkan secara paralel, setiap konduktor akan melepaskan sejumlah panas yang akan berbanding terbalik dengan konduktivitasnya.

Jika Anda menghubungkan tiga kabel dengan ketebalan yang sama - tembaga, besi dan nikel - secara paralel satu sama lain dan mengalirkan arus melaluinya, maka jumlah panas terbesar akan dilepaskan dalam kawat tembaga, itu akan memanas lebih dari yang lain.

Berdasarkan hukum Joule-Lenz, mereka menghitung berbagai instalasi penerangan listrik, pemanas dan pemanas peralatan listrik. Konversi energi listrik menjadi energi panas juga banyak digunakan.

Hukum Joule-Lenz

Pertimbangkan konduktor homogen, yang ujungnya diberi tegangan U . Selama waktu dt, sebuah muatan dipindahkan melalui bagian penghantar dq = Idt . Karena arus adalah pergerakan muatan dq di bawah aksi medan listrik, maka, menurut rumus (84,6), kerja arus

(99.1)

Jika hambatan konduktor R , kemudian, dengan menggunakan hukum Ohm (98.1), kita peroleh

(99.2)

Dari (99.1) dan (99.2) dapat disimpulkan bahwa daya saat ini

(99.3)

Jika arus dinyatakan dalam ampere, tegangan dalam volt, hambatan dalam ohm, maka kerja arus dinyatakan dalam joule, dan daya dalam watt. Dalam praktiknya, unit kerja saat ini di luar sistem juga digunakan: watt-hour (Wh) dan kilowatt-hour (kWh). 1 W×h - pengoperasian arus dengan daya 1 W selama 1 jam; 1 Wh = 3600 Ws = 3,6-103 J; 1 kWh=103 Wh=3.6-106 J.

Jumlah panas yang dilepaskan per satuan waktu per satuan volume disebut daya panas spesifik arus. Dia setara

(99.6)

Menggunakan bentuk diferensial dari hukum Ohm (j = gE) dan relasi r = 1/g , kita mendapatkan

(99.7)

Rumus (99.6) dan (99.7) adalah ekspresi umum dari hukum Joule-Lenz dalam bentuk diferensial, cocok untuk konduktor apa pun.

Efek termal arus banyak digunakan dalam teknologi, yang dimulai dengan penemuan lampu pijar pada tahun 1873 oleh insinyur Rusia A. N. Lodygin (1847-1923). Pengoperasian tungku peredam listrik didasarkan pada konduktor pemanas dengan arus listrik. busur listrik(ditemukan oleh insinyur Rusia V.V. Petrov (1761-1834)), pengelasan listrik kontak, pemanas listrik rumah tangga, dll.

rumus Joule Lenz. secara singkat

Nina dingin

Hukum Joule Lenz menentukan jumlah panas yang dilepaskan di bagian sirkuit listrik dengan hambatan terbatas ketika arus melewatinya. Prasyarat adalah kenyataan bahwa seharusnya tidak ada transformasi kimia di bagian rantai ini. Pertimbangkan konduktor dengan tegangan yang diterapkan pada ujungnya. Oleh karena itu, arus mengalir melaluinya. Jadi, medan elektrostatik dan gaya luar melakukan kerja untuk memindahkan muatan listrik dari satu ujung konduktor ke ujung lainnya.
Jika pada saat yang sama konduktor tetap tidak bergerak dan transformasi kimia tidak terjadi di dalamnya. Kemudian semua pekerjaan yang dikeluarkan oleh gaya eksternal dari medan elektrostatik meningkat energi dalam konduktor. Artinya, untuk menghangatkannya.

Isi:

Fisikawan terkenal Rusia Lenz dan fisikawan Inggris Joule, yang melakukan eksperimen tentang studi efek termal arus listrik, secara independen menurunkan hukum Joule-Lenz. Hukum ini mencerminkan hubungan antara jumlah panas yang dilepaskan dalam konduktor dan arus listrik yang melewati konduktor ini untuk jangka waktu tertentu.

Sifat arus listrik

Ketika arus listrik melewati konduktor logam, elektronnya terus-menerus bertabrakan dengan berbagai partikel asing. Ini bisa berupa molekul netral biasa atau molekul yang kehilangan elektron. Sebuah elektron dalam proses pergerakan dapat memisahkan satu elektron lagi dari molekul netral. Akibatnya, energi kinetiknya hilang, dan bukannya molekul, ion positif terbentuk. Dalam kasus lain, elektron, sebaliknya, bergabung dengan ion positif dan membentuk molekul netral.

Dalam proses tumbukan elektron dan molekul, energi dikonsumsi, yang kemudian berubah menjadi panas. Pengeluaran sejumlah energi tertentu dikaitkan dengan semua gerakan di mana seseorang harus mengatasi resistensi. Pada saat ini, usaha yang dikeluarkan untuk mengatasi hambatan gesek diubah menjadi energi panas.

Rumus dan definisi hukum Joule Lenz

Menurut hukum Lenz Joule, arus listrik yang melewati suatu penghantar disertai dengan jumlah panas yang berbanding lurus dengan kuadrat arus dan hambatannya, serta waktu yang dibutuhkan arus ini untuk mengalir melalui penghantar tersebut. .

Dalam bentuk rumus, hukum Joule-Lenz dinyatakan sebagai berikut: Q \u003d I 2 Rt, di mana Q menampilkan jumlah panas yang dilepaskan, I - , R adalah resistansi konduktor, t adalah periode waktu. Nilai "k" adalah ekuivalen termal kerja dan digunakan dalam kasus di mana jumlah panas diukur dalam kalori, kekuatan arus - , hambatan - dalam ohm, dan waktu - dalam detik. Nilai numerik k adalah 0,24, yang sesuai dengan arus 1 ampere, yang, dengan resistansi konduktor 1 ohm, melepaskan sejumlah panas yang sama dengan 0,24 kkal selama 1 detik. Oleh karena itu, untuk menghitung jumlah kalor yang dilepaskan dalam kalori, digunakan rumus Q = 0,24I 2 Rt.

Saat menggunakan sistem satuan SI, jumlah panas diukur dalam joule, sehingga nilai "k", dalam kaitannya dengan hukum Joule-Lenz, akan sama dengan 1, dan rumusnya akan terlihat seperti: Q \u003d saya 2 Rt. Menurut I = U/R. Jika nilai arus ini disubstitusikan ke dalam rumus utama, maka akan berbentuk sebagai berikut: Q \u003d (U 2 / R) t.

Rumus Dasar Q = I 2 Rt sangat nyaman digunakan saat menghitung jumlah panas yang dilepaskan dalam kasus sambungan seri. Kekuatan arus di semua konduktor akan sama. Ketika beberapa konduktor dihubungkan secara seri sekaligus, masing-masing akan melepaskan begitu banyak panas, yang akan sebanding dengan hambatan konduktor. Jika tiga kawat identik tembaga, besi dan nikel dihubungkan secara seri, maka jumlah panas maksimum yang akan dilepaskan terakhir. Hal ini disebabkan oleh resistensi spesifik tertinggi dari nikel dan pemanasan yang lebih kuat dari kawat ini.

Jika penghantar yang sama dirangkai secara paralel, nilai kuat arus listrik pada masing-masing penghantar tersebut akan berbeda, dan tegangan pada ujungnya akan sama. Dalam hal ini, rumus Q \u003d (U 2 / R) t lebih cocok untuk perhitungan. Banyaknya kalor yang dilepaskan oleh suatu penghantar akan berbanding terbalik dengan konduktivitasnya. Dengan demikian, hukum Joule-Lenz banyak digunakan untuk menghitung instalasi penerangan listrik, berbagai perangkat pemanas dan pemanas, serta perangkat lain yang terkait dengan konversi energi listrik menjadi panas.

hukum Joule-Lenz. Usaha dan daya arus listrik

Halo. Hukum Joule-Lenz tidak mungkin ketika Anda membutuhkannya, tetapi itu termasuk dalam kursus dasar teknik elektro, dan karena itu sekarang saya akan memberi tahu Anda tentang hukum ini.

Hukum Joule-Lenz ditemukan oleh dua ilmuwan besar secara independen satu sama lain: pada tahun 1841, James Prescott Joule, seorang ilmuwan Inggris yang memberikan kontribusi besar bagi perkembangan termodinamika. dan pada tahun 1842 Emil Khristianovich Lenz, seorang ilmuwan Rusia asal Jerman, yang telah memberikan kontribusi besar bagi teknik elektro. Karena penemuan kedua ilmuwan terjadi hampir secara bersamaan dan independen satu sama lain, diputuskan untuk menyebut hukum itu sebagai nama ganda, atau lebih tepatnya nama keluarga.

Ingat ketika, dan bukan hanya dia, saya mengatakan bahwa arus listrik memanaskan konduktor yang dilaluinya. Joule dan Lenz datang dengan formula dimana jumlah panas yang dihasilkan dapat dihitung.

Jadi, awalnya, rumusnya terlihat seperti ini:

Satuan pengukuran menurut rumus ini adalah kalori dan koefisien k, yang sama dengan 0,24, "bertanggung jawab" untuk ini, yaitu, rumus untuk memperoleh data dalam kalori terlihat seperti ini:

Tetapi karena dalam sistem pengukuran SI, mengingat banyaknya jumlah yang diukur dan untuk menghindari kebingungan, penunjukan joule diadopsi, rumusnya agak berubah. k menjadi sama dengan satu, dan karena itu koefisien tidak lagi ditulis dalam rumus dan mulai terlihat seperti ini:

Di sini: Q adalah jumlah panas yang dilepaskan, diukur dalam Joule (sebutan SI - J);

I - arus, diukur dalam Ampere, A;

R - resistansi, diukur dalam Ohm, Ohm;

t adalah waktu yang diukur dalam detik, s;

dan U adalah tegangan, diukur dalam volt, V.

Perhatikan baik-baik, apakah satu bagian dari rumus ini mengingatkan Anda pada sesuatu? Dan lebih spesifik? Tapi ini adalah kekuatan, atau lebih tepatnya rumus kekuatan dari hukum Ohm. Dan sejujurnya, saya belum pernah melihat representasi hukum Joule-Lenz seperti itu di Internet:

Sekarang kita mengingat tabel mnemonik dan memperoleh setidaknya tiga ekspresi formula dari hukum Joule-Lenz, tergantung pada jumlah yang kita ketahui:

Tampaknya semuanya sangat sederhana, tetapi bagi kita tampaknya hanya ketika kita sudah mengetahui hukum ini, dan kemudian kedua ilmuwan besar menemukannya tidak secara teoritis, tetapi secara eksperimental dan kemudian dapat membuktikannya secara teoritis.

Di mana hukum Joule-Lenz ini berguna?

Dalam teknik listrik, ada konsep arus yang diizinkan dalam jangka panjang yang mengalir melalui kabel. Ini adalah arus yang dapat ditangani oleh kawat. lama(yaitu, tanpa batas), tanpa merusak kawat (dan insulasi, jika ada, karena kawat bisa tanpa insulasi). Tentu saja, Anda sekarang dapat mengambil data dari PUE (Aturan Instalasi Listrik), tetapi Anda menerima data ini hanya berdasarkan hukum Joule-Lenz.

Dalam teknik listrik, sekering juga digunakan. Kualitas utama mereka adalah keandalan. Untuk ini, konduktor dari bagian tertentu digunakan. Mengetahui suhu leleh konduktor semacam itu, seseorang dapat menghitung jumlah panas yang diperlukan agar konduktor meleleh dari aliran arus besar yang melaluinya, dan dengan menghitung arus, seseorang dapat menghitung resistansi yang harus dimiliki konduktor tersebut. . Secara umum, seperti yang sudah Anda pahami, menggunakan hukum Joule-Lenz, Anda dapat menghitung penampang atau resistansi (nilai saling bergantung) konduktor untuk sekering.

Dan juga, ingat, kita sudah membicarakannya. Di sana, menggunakan contoh bola lampu, saya memberi tahu paradoks bahwa lampu yang lebih kuat dalam koneksi serial bersinar lebih lemah. Dan Anda mungkin ingat alasannya: penurunan tegangan pada resistansi semakin kuat, semakin rendah resistansi. Dan karena dayanya, dan tegangannya turun sangat banyak, ternyata resistansi yang besar akan keluar sejumlah besar panas, yaitu, arus harus bekerja lebih keras untuk mengatasi hambatan yang besar. Dan jumlah panas yang akan dilepaskan oleh arus dalam hal ini dapat dihitung dengan menggunakan hukum Joule-Lenz. Jika kita mengambil rangkaian rangkaian hambatan, maka gunakan ekspresi yang lebih baik melalui kuadrat arus, yaitu, tampilan asli rumus:

Dan untuk koneksi paralel resistansi, karena arus pada cabang paralel tergantung pada resistansi, sedangkan tegangan pada setiap cabang paralel adalah sama, maka rumus paling baik direpresentasikan dalam bentuk tegangan:

Anda semua menggunakan contoh kerja hukum Joule-Lenz dalam kehidupan sehari-hari - pertama-tama, ini adalah semua jenis alat pemanas. Sebagai aturan, mereka menggunakan kawat dan ketebalan nichrome ( bagian melintang) dan panjang konduktor dipilih dengan mempertimbangkan bahwa paparan termal yang lama tidak menyebabkan kerusakan cepat pada kawat. Dengan cara yang persis sama, filamen tungsten bersinar dalam lampu pijar. Menurut hukum yang sama, tingkat kemungkinan pemanasan hampir semua perangkat listrik dan elektronik ditentukan.

Secara umum, terlepas dari kesederhanaannya, hukum Joule-Lenz memainkan peran yang sangat penting dalam kehidupan kita. Hukum ini memberikan dorongan besar untuk perhitungan teoretis: pembangkitan panas oleh arus, perhitungan suhu spesifik busur, konduktor dan bahan konduktif listrik lainnya, kerugian tenaga listrik dalam ekivalen termal, dll.

Anda mungkin bertanya bagaimana cara mengonversi Joule ke Watt dan itu bagus pertanyaan yang sering diajukan di internet. Meskipun pertanyaannya agak salah, membaca terus, Anda akan mengerti mengapa. Jawabannya cukup sederhana: 1 j = 0,000278 watt*jam, sedangkan 1 watt*jam = 3600 joule. Biarkan saya mengingatkan Anda bahwa daya sesaat yang dikonsumsi diukur dalam Watt, yaitu, sirkuit yang langsung digunakan saat sirkuit menyala. Dan Joule menentukan kerja arus listrik, yaitu kekuatan arus selama periode waktu tertentu. Ingat, dalam hukum Ohm, saya memberikan situasi alegoris. Arus adalah uang, tegangan adalah simpanan, hambatan adalah rasa proporsi dan uang, daya adalah jumlah produk yang dapat Anda bawa (ambil) pada diri Anda pada suatu waktu, tetapi seberapa jauh, seberapa cepat dan berapa kali Anda dapat membawa mereka pergi adalah pekerjaan. Artinya, tidak ada cara untuk membandingkan usaha dan daya, tetapi dapat dinyatakan dalam satuan yang lebih mudah dipahami oleh kita: Watt dan jam.

Saya pikir sekarang tidak akan sulit bagi Anda untuk menerapkan hukum Joule-Lenz dalam praktik dan teori, jika perlu, dan bahkan mengubah Joule ke Watt dan sebaliknya. Dan berkat pemahaman bahwa hukum Joule-Lenz adalah hasil kali daya listrik dan waktu, Anda dapat lebih mudah mengingatnya, dan bahkan jika Anda tiba-tiba lupa rumus dasarnya, maka dengan mengingat hukum Ohm saja, Anda bisa kembali mendapatkan Joule- hukum Lenz. Dan saya mengucapkan selamat tinggal kepada Anda dalam hal ini.