Hukum joule Lenz untuk konduktor. hukum joule lenz

Cukup sulit membayangkan hidup pria modern tanpa listrik. Itu telah menjadi salah satu atribut utama dan paling berharga dari keberadaan modern. Faktanya, siapa pun yang pernah bekerja dengan listrik tahu bahwa ketika arus mengalir melalui kabel, mereka cenderung memanas. Mengapa itu tergantung?

Apa itu saat ini?

Arus adalah gerakan teratur partikel bermuatan yang disebut elektron. Dan jika arus mengalir melalui penghantar, maka beda proses fisik, yaitu, elektron bertabrakan dengan molekul.

Molekul bersifat netral atau molekul yang kehilangan partikel bermuatan negatifnya. Sebagai hasil dari tumbukan, elektron dapat menjadi molekul netral, atau elektron terlepas dari molekul lain yang serupa, membentuk ion bermuatan positif. Selama tumbukan ini, energi kinetik partikel bermuatan dikonsumsi. Energi inilah yang menjadi panas.

Resistansi juga dapat mempengaruhi pemanasan termal konduktor. Misalnya, Anda dapat mengambil tubuh tertentu dan menyeretnya ke tanah. Bumi dalam hal ini adalah resistensi. Apa yang akan terjadi padanya? Itu benar, gaya gesekan akan terjadi antara tubuh dan permukaan, yang, pada gilirannya, memanaskan tubuh. Arus dalam hal ini berperilaku dengan cara yang persis sama.

Kecanduan

Dan, dengan mempertimbangkan semua hal di atas, para ilmuwan dapat menentukan hubungan antara kekuatan arus, hambatan, dan jumlah panas. Ketergantungan ini disebut hukum Joule-Lenz, yang rumusnya diketahui oleh semua fisikawan. Pada tahun 1832-1833, fisikawan Rusia Emil Lenz menemukan bahwa ketika konduktor logam terkena panas, konduktivitasnya berubah secara radikal. Ini sebenarnya memperumit pekerjaan ilmuwan dan mempersulit perhitungan sirkuit listrik.

Pada saat yang sama, ilmuwan muda itu mengemukakan gagasan bahwa mungkin ada semacam hubungan antara kekuatan arus dan suhu konduktor. Tapi bagaimana menjadi? Saat itu tidak ada yang pasti alat listrik, memungkinkan untuk mengukur kekuatan arus, resistansi, bahkan tidak ada sumber EMF yang stabil. Ini tidak menghentikan Lenz, ia memutuskan untuk melakukan percobaan.

Eksperimen fisikawan Rusia

Inti dari eksperimen ini sangat sederhana, seperti semua orang yang cerdik, bahkan seorang anak sekolah dapat mengulanginya. Ilmuwan merancang perangkat khusus yang berfungsi untuk mengukur jumlah panas yang dihasilkan oleh konduktor. Perangkat ini ternyata adalah bejana biasa, di dalamnya Lenz menuangkan larutan alkohol encer dan meletakkan konduktor - kawat platinum, di mana arus listrik diterapkan.

Setelah perangkat dibuat, ilmuwan mulai melakukan eksperimen. Dia mengukur jumlah waktu yang tepat yang diperlukan untuk alkohol dalam bejana untuk dipanaskan hingga 10 o C. Banyak, tidak hanya berbulan-bulan, tetapi juga bertahun-tahun dihabiskan untuk ini. Dan pada tahun 1843, 10 tahun kemudian, sebuah undang-undang diterbitkan, yang intinya adalah bahwa memanaskan konduktor dengan arus sebanding dengan kuadrat arus yang digunakan untuk memanaskannya.

Joule dan Lenzo

Tapi itu tidak ada! Ternyata beberapa tahun yang lalu, fisikawan Inggris James Prescott Joule melakukan eksperimen serupa, dan telah mempublikasikan pengamatannya. Bagaimana menjadi? Lenz tidak menyerah dan dengan hati-hati mempelajari pekerjaan Joule dan sampai pada kesimpulan bahwa, meskipun mereka melakukan eksperimen yang sama, eksperimen Lenz jauh lebih akurat. Dalam hubungan ini, komunitas ilmiah menambahkan koreksi Lenz pada karya Joule dan hukum ini dikenal sebagai hukum Joule-Lenz. Rumusan matematika dari hukum tersebut terlihat seperti ini:

Q = I * U * t, dimana:

I - kekuatan saat ini, A;
U - tegangan, V;
t adalah waktu yang dibutuhkan arus untuk melewati konduktor, s.

Hukum itu sendiri terdengar seperti ini: jumlah energi panas yang dilepaskan dalam konduktor yang dilalui arus listrik sama dengan produk dari kekuatan arus, tegangan dan waktu arus melewati konduktor.

Hukum Ohm

Namun, apakah pernyataan ini selalu benar? Anda dapat mencoba menurunkannya menggunakan hukum Ohm. Dilihat dari itu, U \u003d I * R, di mana R adalah resistansi, Ohm.

Mengingat hukum Ohm, Anda dapat mengganti nilai dalam rumus Q \u003d I * U * t \u003d I 2 * R * t. Dari sini kita dapat menyimpulkan bahwa jumlah panas secara langsung tergantung pada resistansi konduktor. Juga untuk hukum Joule-Lenz pernyataan ini juga akan benar: I = Q = I*U*t.

Ketiga rumus akan benar, namun Q = I 2 *R*t akan benar untuk semua situasi. Dua lainnya juga benar, tetapi dalam keadaan tertentu.

konduktor

Sekarang tentang konduktor. Awalnya, Joule dan Lenz menggunakan kabel platinum dalam eksperimen mereka, seperti yang disebutkan di atas. Dalam semua eksperimen serupa, para ilmuwan pada waktu itu sebagian besar menggunakan konduktor logam, karena harganya cukup murah dan stabil. Tidak mengherankan, karena sampai sekarang konduktor logam adalah jenis konduktor utama, dan oleh karena itu pada awalnya diyakini bahwa hukum Joule-Lenz hanya berlaku untuk mereka. Namun, beberapa saat kemudian ditemukan bahwa hukum ini tidak hanya berlaku untuk konduktor logam. Itu benar untuk salah satu dari mereka. Menurut klasifikasinya, konduktor itu sendiri dapat dibagi menjadi:

Logam (tembaga, besi, perak, dll). Pemeran utama mereka dimainkan oleh partikel bermuatan negatif (elektron) yang mengalir melalui konduktor.
Cairan. Di dalamnya, ion bertanggung jawab atas pergerakan muatan - ini adalah atom di mana ada terlalu banyak atau terlalu sedikit elektron.
gas. Tidak seperti rekan-rekan mereka, dalam konduktor seperti itu, arus ditentukan oleh pergerakan ion dan elektron.

Dan terlepas dari perbedaannya, bagaimanapun, dengan peningkatan arus atau hambatan, jumlah panas juga akan meningkat.

Penerapan hukum oleh fisikawan lain

Penemuan hukum Joule-Lenz menjanjikan prospek yang bagus. Bagaimanapun, pada kenyataannya, undang-undang ini memungkinkan untuk membuat semacam pemanas dan elemen listrik yang berbeda. Misalnya, beberapa saat kemudian setelah penemuan hukum, para ilmuwan memperhatikan bahwa ketika unsur-unsur tertentu dipanaskan, mereka mulai bersinar. Mereka ingin bereksperimen dengan mereka menggunakan konduktor yang berbeda, dan pada tahun 1874 insinyur Rusia Alexander Nikolaevich Lodygin menemukan lampu pijar modern, yang filamennya terbuat dari tungsten.

Hukum Joule-Lenz juga diterapkan dalam teknik listrik - misalnya, saat membuat sekering. Sekering adalah elemen tertentu dari rangkaian listrik, yang desainnya dibuat sedemikian rupa sehingga ketika arus mengalir melaluinya di atas nilai yang diizinkan (misalnya, selama korsleting), ia menjadi terlalu panas, meleleh, dan membuka daya sirkuit. Bahkan biasa Ketel listrik atau oven microwave yang dimiliki hampir semua orang bekerja menurut hukum ini.

Kesimpulan

Agak sulit untuk menentukan kontribusi para ilmuwan ini untuk elektronik modern dan teknik listrik, tetapi satu hal yang pasti - munculnya hukum Joule-Lenz membalikkan gagasan orang tentang listrik dan memberikan pengetahuan yang lebih spesifik tentang apa itu. Medan listrik dalam konduktor dengan arus.

Tanpa ragu, hukum yang ditemukan oleh fisikawan hebat ini menjadi langkah yang menentukan dalam semua sains, berkat penemuan inilah pencapaian lain yang kurang lebih megah dari ilmuwan lain kemudian dibuat. Semua ilmu pengetahuan adalah jalinan erat penemuan, beberapa masalah terselesaikan dan belum terselesaikan. Hukum yang dibahas dalam artikel ini dengan cara tertentu mempengaruhi banyak penelitian dan meninggalkan bekas yang tak terhapuskan dan sangat berbeda pada sains.

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

Selain itu, Emilius Lenz dan fisikawan Inggris Joule, belajar secara independen satu sama lain melalui pengalaman, menemukan hukum yang menyatakan bahwa jumlah panas yang dilepaskan dalam konduktor akan berbanding lurus dengan kuadrat. arus listrik, yang melewati 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 selama sambungan seri, karena dalam hal ini sama di semua konduktor. Oleh karena itu, ketika beberapa konduktor terjadi, di masing-masing konduktor tersebut 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 yang terbesar, lebih kuat dan memanas.

Jika maka arus listrik di dalamnya akan berbeda, dan tegangan pada ujung konduktor tersebut 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 ke dalamnya dan memanas lebih dari yang lain.

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

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 Anda mengambil koneksi serial resistensi, kemudian 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 di Kehidupan sehari-hari- Pertama-tama, ini semua jenis perangkat pemanas. Sebagai aturan, mereka menggunakan kawat nichrome dan ketebalan (penampang melintang) dan panjang konduktor dipilih sehingga paparan termal yang berkepanjangan 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.

YouTube ensiklopedis

1 / 3

Pelajaran 254 Usaha dan daya arus listrik

hukum Joule-Lenz. Bagian 1

Pelajaran 255

Subtitle

definisi

Dalam istilah verbal, kedengarannya seperti ini

Daya kalor yang dilepaskan per satuan volume medium selama aliran arus listrik searah sebanding dengan hasil kali rapat arus listrik dan kuat medan listrik

Secara matematis dapat dinyatakan dalam bentuk berikut:

w = j → E → = E 2 (\displaystyle w=(\vec (j))\cdot (\vec (E))=\sigma E^(2))

di mana w (\gaya tampilan w)- kekuatan pelepasan panas per satuan volume, j → (\displaystyle (\vec (j)))- kepadatan, listrik, arus, E → (\displaystyle (\vec (E)))- intensitas, medan listrik, σ adalah konduktivitas medium, dan titik menunjukkan produk skalar.

Hukum juga dapat dirumuskan dalam bentuk integral untuk kasus aliran arus dalam kawat tipis:

Dalam bentuk integral, hukum ini memiliki bentuk

d Q = I 2 R d t (\displaystyle dQ=I^(2)Rdt) Q = t 1 t 2 I 2 R d t (\displaystyle Q=\int \limits _(t_(1))^(t_(2))I^(2)Rdt)

di mana dQ- jumlah panas yang dilepaskan selama periode waktu dt, saya- kekuatan saat ini, R- perlawanan, Q adalah jumlah total panas yang dilepaskan selama selang waktu dari t1 sebelum t2. Dalam kasus arus dan hambatan konstan:

Q = I 2 R t (\displaystyle Q=I^(2)Rt)

Dan menerapkan hukum Ohm, Anda bisa mendapatkan rumus setara berikut:

Q = V 2 t / R = I V t (\displaystyle Q=V^(2)t/R\ =IVt)

Nilai praktis

Pengurangan kehilangan energi

Saat mentransmisikan listrik, efek termal dari arus pada kabel tidak diinginkan, karena menyebabkan hilangnya energi. Kabel suplai dan beban dihubungkan secara seri, yang berarti bahwa arus dalam jaringan Saya (\gaya tampilan I) pada kabel dan beban adalah sama. Daya beban dan resistansi kawat tidak boleh bergantung pada pilihan sumber tegangan. Daya yang dihamburkan pada kabel dan beban ditentukan oleh rumus berikut:

Q w = R w I 2 (\displaystyle Q_(w)=R_(w)\cdot I^(2)) Q c = V c I (\displaystyle Q_(c)=V_(c)\cdot I)

Darimana jadinya? Q w = R w Q c 2 / V c 2 (\displaystyle Q_(w)=R_(w)\cdot Q_(c)^(2)/V_(c)^(2)). Karena dalam setiap kasus, daya beban dan resistansi kawat tetap tidak berubah dan ekspresi R w Q c 2 (\displaystyle R_(w)\cdot Q_(c)^(2)) konstan, maka panas yang dihasilkan pada kawat berbanding terbalik dengan kuadrat tegangan pada konsumen. Dengan meningkatkan tegangan, kami mengurangi kehilangan panas di kabel. Ini, bagaimanapun, mengurangi keamanan listrik dari saluran transmisi.

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, ketika memilih kabel yang dimaksudkan untuk merakit sirkuit listrik, cukup mengikuti yang diterima dokumen peraturan, yang mengatur 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 menguranginya persilangan. 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.

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, akibatnya 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 kawat 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 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

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 dalam massa tertentu (lihat) hanya bergantung pada suhu dan tidak bergantung pada volume (densitas) ... 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