Vadītāja pretestība caur karstumu. Džoula-Lenca likums

Džoula-Lenca likums ir fizikas likums, kas nosaka termiskās iedarbības kvantitatīvo mēru. elektriskā strāva. Šo likumu 1841. gadā formulēja angļu zinātnieks D. Džouls un pilnīgi atsevišķi no viņa 1842. gadā slavenais krievu fiziķis E. Lencs. Tāpēc viņš saņēma savu dubultvārdu - Džoula-Lenca likumu.

Likuma definīcija un formula

Verbālais formulējums ir šāds: siltuma jauda, kas izdalās vadītājā, plūstot caur to, ir proporcionāla blīvuma vērtības reizinājumam. elektriskais lauks līdz spriedzes vērtībai.

Matemātiski Džoula-Lenca likums tiek izteikts šādi:

ω = j E = ϭ E²,

kur ω ir izdalītā siltuma daudzums vienībās. apjoms;

E un j ir attiecīgi elektrisko lauku stiprums un blīvums;

σ ir vides vadītspēja.

Džoula-Lenca likuma fiziskā nozīme

Likumu var izskaidrot šādi: strāva, kas plūst caur vadītāju, ir nobīde elektriskais lādiņš reibumā. Pa šo ceļu, elektriskais lauks dara kādu darbu. Šis darbs tiek tērēts vadītāja sildīšanai.

Citiem vārdiem sakot, enerģija pārvēršas savā citā kvalitātē – siltumā.

Bet nedrīkst pieļaut pārmērīgu vadītāju karsēšanu ar strāvu un elektroiekārtām, jo tas var izraisīt to bojājumus. Spēcīga pārkaršana ir bīstama ar vadiem, kad pa vadītājiem var plūst pietiekami lielas strāvas.

Neatņemamā formā plāniem vadītājiem Džoula-Lenca likums izklausās šādi: siltuma daudzumu, kas izdalās laika vienībā aplūkojamās ķēdes posmā, nosaka kā strāvas stipruma un sekcijas pretestības kvadrāta reizinājumu.

Matemātiski šis formulējums ir izteikts šādi:

Q = ∫ k I² R t,

šajā gadījumā Q ir izdalītā siltuma daudzums;

I ir pašreizējā vērtība;

R ir vadītāju aktīvā pretestība;

t ir ekspozīcijas laiks.

Parametra k vērtību parasti sauc par darba termisko ekvivalentu. Šī parametra vērtību nosaka atkarībā no to vienību ciparu ietilpības, kurās tiek veikti formulā izmantoto vērtību mērījumi.

Ar Džoula-Lenca likumu pietiek vispārējs raksturs, jo tas nav atkarīgs no to spēku rakstura, kas rada strāvu.

No prakses var apgalvot, ka tas ir derīgs gan elektrolītiem, gan vadītājiem un pusvadītājiem.

Pielietojuma zona

Džoula Lenca likuma ikdienas dzīvē ir ļoti daudz jomu. Piemēram, volframa kvēldiegs kvēlspuldzē, loka elektriskajā metināšanā, sildīšanas kvēldiegs elektriskajā sildītājā un citi. utt. Šis ir visplašāk pieņemtais fiziskais likums Ikdiena.

Vienlaicīgi, bet neatkarīgi viens no otra, kurš to atklāja 1840. gadā) ir likums, kas nosaka elektriskās strāvas termisko efektu.

Kad strāva plūst caur vadītāju, notiek transformācija elektriskā enerģija siltumā, un izdalītā siltuma daudzums būs vienāds ar elektrisko spēku darbu:

J = W

Džoula-Lenca likums: vadītāja radītā siltuma daudzums ir tieši proporcionāls strāvas stipruma kvadrātam, vadītāja pretestībai un tā caurbraukšanas laikam.

Praktiskā vērtība

Enerģijas zudumu samazināšana

Pārraidot elektrību, strāvas termiskais efekts nav vēlams, jo tas rada enerģijas zudumus. Tā kā pārraidītā jauda lineāri ir atkarīga gan no sprieguma, gan strāvas stipruma, bet sildīšanas jauda ir atkarīga kvadrātiski no strāvas stipruma, tad pirms elektrības pārvadīšanas ir izdevīgi palielināt spriegumu, tādējādi samazinot strāvas stiprumu. Palielinot spriegumu, tiek samazināta elektropārvades līniju elektriskā drošība. Augstsprieguma izmantošanas gadījumā ķēdē, lai saglabātu vienādu patērētāja jaudu, būs jāpalielina patērētāja pretestība (kvadrātiskā atkarība. 10V, 1 Ohm = 20V, 4 Ohm). Padeves vadi un patērētājs ir savienoti virknē. Vadu pretestība ( R w) ir nemainīgs. Bet patērētāja pretestība ( R c) palielinās, ja tīklā ir izvēlēts augstāks spriegums. Pieaug arī patērētāja pretestības un vadu pretestības attiecība. Kad pretestības ir savienotas virknē (vads - patērētājs - vads), atbrīvotās jaudas sadalījums ( J) ir proporcionāls savienoto pretestību pretestībai. ; ; ; strāva tīklā visām pretestībām ir nemainīga. Tāpēc mums ir attiecības J c / J w = R c / R w ; J c Un R w ir konstantes (katrai konkrēts uzdevums). Definēsim to. Līdz ar to jauda, kas izdalās uz vadiem, ir apgriezti proporcionāla patērētāja pretestībai, tas ir, tā samazinās, palielinoties spriegumam. jo . (J c- nemainīgs); Mēs apvienojam pēdējās divas formulas un iegūstam to ; katram konkrētajam uzdevumam ir konstante. Tāpēc uz stieples radītais siltums ir apgriezti proporcionāls sprieguma kvadrātam pie patērētāja.Strāva iet vienmērīgi.

Vadu izvēle ķēdēm

Siltums, ko rada strāvu nesošais vadītājs, vienā vai otrā pakāpē tiek atbrīvots vide. Gadījumā, ja strāvas stiprums izvēlētajā vadītājā pārsniedz noteiktu maksimālo pieļaujamo vērtību, ir iespējama tik spēcīga uzkaršana, ka vadītājs var izraisīt ugunsgrēku tā tuvumā esošajos objektos vai izkausēt pats. Kā likums, montējot elektriskās ķēdes, pietiek ievērot pieņemto normatīvie dokumenti, kas jo īpaši regulē vadītāju šķērsgriezuma izvēli.

Elektriskie sildītāji

Ja strāvas stiprums visā elektriskajā ķēdē ir vienāds, tad jebkurā izvēlētajā zonā, jo vairāk siltuma izdalīsies, jo lielāka būs šīs sadaļas pretestība.

Apzināti palielinot ķēdes sekcijas pretestību, šajā sadaļā var panākt lokalizētu siltuma veidošanos. Šis princips darbojas elektriskie sildītāji. Viņi izmanto sildelements - vadītājs ar augstu pretestību. Pretestības palielināšana tiek panākta (kopīgi vai atsevišķi), izvēloties sakausējumu ar augstu pretestību (piemēram, nihromu, konstantānu), palielinot vadītāja garumu un samazinot tā šķērsgriezumu. Svina vadiem parasti ir zema pretestība, tāpēc to sildīšana parasti ir nemanāma.

Drošinātāji

Lai aizsargātu elektriskās ķēdes no pārmērīgi lielu strāvu plūsmas, tiek izmantots vadītāja gabals ar īpašām īpašībām. Šis ir salīdzinoši maza šķērsgriezuma vadītājs un izgatavots no tāda sakausējuma, ka pie pieļaujamām strāvām, karsējot vadītāju, tas nepārkarst, un pie pārāk lielas vadītāja pārkaršanas tas ir tik nozīmīgs, ka vadītājs izkūst un atver ķēdi.

Wikimedia fonds. 2010 .

Skatiet, kas ir "Džoula-Lenca likums" citās vārdnīcās:

Koppa raksturo kompleksa (t.i., kas sastāv no vairākiem ķīmiskie elementi) kristāliskie ķermeņi. Pamatojoties uz Dulong-Petit likumu. Katram atomam molekulā ir trīs vibrācijas brīvības pakāpes, un tam ir enerģija. Attiecīgi ... Wikipedia

DŽŪLA LIKUMS- likums, saskaņā ar kuru noteiktas masas iekšējā enerģija (sk.) ir atkarīga tikai no temperatūras un nav atkarīga no tās tilpuma (blīvuma) ... Lielā Politehniskā enciklopēdija

džoula likums- Džoula likums *Joulesches Gesetz - ideālas gāzes iekšējā enerģija, kas nogulsnējas tikai temperatūrā ... Girnichiy enciklopēdiskā vārdnīca

Džoula likums- Džaulio dėsnis statusas T joma Standartizācija ir metrologija apibrėžis Dėsnis, formuluojamas taip: laidininke, kad tiek elektra srove, filtrs siltuma daudzums Q ir proporcingas straumes kvadratui Ivaržės r… Penkiakalbis aiskinamasis metrologijos terminų žodynas

Džoula likums- termodinamikas likums, saskaņā ar kuru ideālas gāzes iekšējā enerģija ir tikai temperatūras funkcija un nav atkarīga no tilpuma. Eksperimentāli izveidoja Dž. P. Džouls (1818. g. 1889.) 1845. gadā. Likums ir otrā likuma sekas ... ... Jēdzieni mūsdienu dabaszinātne. Pamatterminu glosārijs

Raksturo kompleksu (t.i., kas sastāv no vairākiem ķīmiskiem elementiem) kristālisku ķermeņu siltumietilpību. Pamatojoties uz Dulong-Petit likumu. Katram atomam molekulā ir trīs vibrācijas brīvības pakāpes, un tam ir enerģija. Respektīvi,...... Vikipēdija - ENERĢIJAS UN MATĒRIJAS SAGLABĀŠANAS LIKUMS, divi likumi, kas ir cieši saistīti un saturiski ļoti līdzīgi, kas ir visu eksakto dabaszinātņu pamatā. Šie likumi pēc būtības ir tīri kvantitatīvi un ir eksperimentāli likumi. Lielā medicīnas enciklopēdija

Džoula-Lenca likums

Džoula-Lenca likums(pēc angļu fiziķa Džeimsa Džoula un krievu fiziķa Emīla Lenca, kuri vienlaikus, bet neatkarīgi viens no otra atklāja to 1840. gadā) ir likums, kas kvantitatīvi nosaka elektriskās strāvas termisko efektu.

Kad strāva plūst caur vadītāju, elektriskā enerģija tiek pārvērsta siltumenerģijā, un izdalītā siltuma daudzums būs vienāds ar elektrisko spēku darbu:

J = W

Džoula-Lenca likums: vadītāja radītā siltuma daudzums ir tieši proporcionāls strāvas stipruma kvadrātam, vadītāja pretestībai un tā caurbraukšanas laikam.

Praktiskā vērtība

Enerģijas zudumu samazināšana

Pārraidot elektrību, strāvas termiskais efekts nav vēlams, jo tas rada enerģijas zudumus. Tā kā pārraidītā jauda lineāri ir atkarīga gan no sprieguma, gan strāvas, bet sildīšanas jauda ir atkarīga kvadrātiski no strāvas, tad pirms elektroenerģijas pārvadīšanas ir izdevīgi palielināt spriegumu, tādējādi samazinot strāvu. Palielinot spriegumu, tiek samazināta elektropārvades līniju elektriskā drošība. Augstsprieguma izmantošanas gadījumā ķēdē, lai saglabātu vienādu patērētāja jaudu, būs jāpalielina patērētāja pretestība (kvadrātiskā atkarība. 10V, 1 Ohm = 20V, 4 Ohm). Padeves vadi un patērētājs ir savienoti virknē. Vadu pretestība ( R w) ir nemainīgs. Bet patērētāja pretestība ( R c) palielinās, ja tīklā ir izvēlēts augstāks spriegums. Pieaug arī patērētāja pretestības un vadu pretestības attiecība. Kad pretestības ir savienotas virknē (vads - patērētājs - vads), atbrīvotās jaudas sadalījums ( J) ir proporcionāls savienoto pretestību pretestībai. ; ; ; strāva tīklā visām pretestībām ir nemainīga. Tāpēc mums ir attiecības J c / J w = R c / R w ; J c Un R w tās ir konstantes (katram konkrētajam uzdevumam). Definēsim to. Līdz ar to jauda, kas izdalās uz vadiem, ir apgriezti proporcionāla patērētāja pretestībai, tas ir, tā samazinās, palielinoties spriegumam. jo . (J c- nemainīgs); Mēs apvienojam pēdējās divas formulas un iegūstam to ; katram konkrētajam uzdevumam ir konstante. Tāpēc uz stieples radītais siltums ir apgriezti proporcionāls sprieguma kvadrātam pie patērētāja.Strāva iet vienmērīgi.

Vadu izvēle ķēdēm

Siltums, ko rada strāvu nesošais vadītājs, vienā vai otrā pakāpē tiek izvadīts vidē. Gadījumā, ja strāvas stiprums izvēlētajā vadītājā pārsniedz noteiktu maksimālo pieļaujamo vērtību, ir iespējama tik spēcīga uzkaršana, ka vadītājs var izraisīt ugunsgrēku tā tuvumā esošajos objektos vai izkausēt pats. Parasti, montējot elektriskās ķēdes, pietiek ievērot pieņemtos normatīvos dokumentus, kas jo īpaši regulē vadītāju šķērsgriezuma izvēli.

Elektriskie sildītāji

Ja strāvas stiprums visā elektriskajā ķēdē ir vienāds, tad jebkurā izvēlētajā zonā, jo vairāk siltuma izdalīsies, jo lielāka būs šīs sadaļas pretestība.

Apzināti palielinot ķēdes sekcijas pretestību, šajā sadaļā var panākt lokalizētu siltuma veidošanos. Šis princips darbojas elektriskie sildītāji. Viņi izmanto sildelements- vadītājs ar augstu pretestību. Pretestības palielināšana tiek panākta (kopīgi vai atsevišķi), izvēloties sakausējumu ar augstu pretestību (piemēram, nihroms, konstantāns), palielinot vadītāja garumu un samazinot tā šķērsgriezumu. Svina vadiem parasti ir zema pretestība, tāpēc to sildīšana parasti ir nemanāma.

Drošinātāji

Galvenais raksts: Drošinātājs (elektrība)

Džoula-Lenca likums

Emīlija Krištianoviča Lenca (1804-1865) - slavena krievu fiziķe. Viņš ir viens no elektromehānikas pamatlicējiem. Viņa vārds ir saistīts ar likuma atklāšanu, kas nosaka virzienu indukcijas strāva, un likums, kas nosaka elektrisko lauku strāvu nesošā vadītājā.

Turklāt Emīlijs Lencs un angļu fiziķis Džouls, pēc pieredzes pētot strāvas termiskos efektus, neatkarīgi atklāja likumu, saskaņā ar kuru vadītājā izdalītais siltuma daudzums būs tieši proporcionāls plūstošās elektriskās strāvas kvadrātam. caur vadītāju, tā pretestību un laiku, kurā vadītājā tiek uzturēta nemainīga elektriskā strāva.

Šo likumu sauc par Džoula-Lenca likumu, tā formula izpaužas šādi:

kur Q ir izdalītā siltuma daudzums, l ir strāva, R ir vadītāja pretestība, t ir laiks; vērtību k sauc par darba termisko ekvivalentu. Šī daudzuma skaitliskā vērtība ir atkarīga no to vienību izvēles, kurās tiek veikti pārējo formulā iekļauto lielumu mērījumi.

Ja siltuma daudzumu mēra kalorijās, strāvu ampēros, pretestību omos un laiku sekundēs, tad k skaitliski ir vienāds ar 0,24. Tas nozīmē, ka vadītājā, kura pretestība ir 1 oms, vienā sekundē izdalās 1a strāva siltuma skaitlis, kas ir vienāds ar 0,24 kcal. Pamatojoties uz to, siltuma daudzumu vadītājā atbrīvotajās kalorijās var aprēķināt pēc formulas:

SI mērvienību sistēmā enerģiju, siltumu un darbu mēra vienībās - džoulos. Tāpēc proporcionalitātes koeficients Džoula-Lenca likumā vienāds ar vienu. Šajā sistēmā Džoula-Lenca formulai ir šāda forma:

Džoula-Lenca likumu var pārbaudīt eksperimentāli. Kādu laiku strāva tiek laista caur stieples spirāli, kas iegremdēta kalorimetrā ielietā šķidrumā. Tad aprēķina kalorimetrā izdalītā siltuma daudzumu. Spirāles pretestība ir zināma iepriekš, strāvu mēra ar ampērmetru un laiku ar hronometru. Mainot strāvu ķēdē un izmantojot dažādas spirāles, varat pārbaudīt Džoula-Lenca likumu.

Pamatojoties uz Oma likumu

Aizvietojot pašreizējo vērtību formulā (2), mēs iegūstam jaunu formulas izteiksmi Džoula-Lenca likumam:

Formulu Q \u003d l²Rt ir ērti izmantot, aprēķinot virknes savienojumā izdalītā siltuma daudzumu, jo šajā gadījumā elektriskā strāva visos vadītājos ir vienāda. Tātad, kad tas notiek seriālais savienojums vairāki vadītāji, katrā no tiem izdalīsies tāds siltuma daudzums, kas ir proporcionāls vadītāja pretestībai. Ja, piemēram, virknē savienoti trīs vienāda izmēra vadi - varš, dzelzs un niķelis, tad no niķeļa izdalīsies vislielākais siltuma daudzums, jo tā pretestība ir vislielākā, tas ir stiprāks un uzsilst.

Ja vadītāji ir savienoti paralēli, tad elektriskā strāva tajos būs atšķirīga, un spriegums šādu vadītāju galos ir vienāds. Siltuma daudzumu, kas izdalīsies šāda savienojuma laikā, labāk ir aprēķināt, izmantojot formulu Q \u003d (U² / R) t.

Šī formula parāda, ka, pieslēdzot paralēli, katrs vadītājs izdalīs tādu siltuma daudzumu, kas būs apgriezti proporcionāls tā vadītspējai.

Ja paralēli vienu otram savienosiet trīs vienāda biezuma vadus - varu, dzelzi un niķeli un izlaidīsiet caur tiem strāvu, tad vislielākais siltuma daudzums tiks atbrīvots vara stieple, tas uzkarsēs vairāk nekā citi.

Pamatojoties uz Džoula-Lenca likumu, viņi aprēķina dažādas elektriskās apgaismojuma instalācijas, apkures un apkures elektroierīces. Plaši tiek izmantota arī elektroenerģijas pārvēršana siltumenerģijā.

Džoula-Lenca likums

Apsveriet viendabīgu vadītāju, kura galos tiek pielikts spriegums U . Laikā dt caur vadītāja sekciju tiek pārnests lādiņš dq = Idt . Tā kā strāva ir lādiņa dq kustība elektriskā lauka iedarbībā, tad saskaņā ar formulu (84.6.) strāvas darbs.

(99.1)

Ja vadītāja pretestība R , tad, izmantojot Oma likumu (98.1), iegūstam

(99.2)

No (99.1) un (99.2) izriet, ka pašreizējā jauda

(99.3)

Ja strāvu izsaka ampēros, spriegumu izsaka voltos, pretestību izsaka omos, tad strāvas stiprumu izsaka džoulos, un jaudu izsaka vatos. Praksē tiek izmantotas arī ārpussistēmas pašreizējā darba vienības: vatstundas (Wh) un kilovatstundas (kWh). 1 W×h - strāvas darbība ar jaudu 1 W 1 stundu; 1 Wh = 3600 Ws = 3,6-103 J; 1 kWh=103 Wh=3,6-106 J.

Siltuma daudzumu, kas izdalās laika vienībā uz tilpuma vienību, sauc par strāvas īpatnējo siltuma jaudu. Viņa ir līdzvērtīga

(99.6)

Izmantojot Ohma likuma diferenciālo formu (j = gE) un sakarību r = 1/g , mēs saņemam

(99.7)

Formulas (99.6) un (99.7) ir vispārināta Džoula-Lenca likuma izteiksme diferenciālā formā, kas piemērota jebkuram diriģentam.

Strāvas termiskais efekts tiek plaši izmantots tehnoloģijā, kas aizsākās ar to, ka 1873. gadā krievu inženieris A. N. Lodigins (1847-1923) atklāja kvēlspuldzi. Elektrisko mufeļkrāsniņu darbības pamatā ir apkures vadītāji ar elektrisko strāvu. elektriskā loka(atklāja krievu inženieris V.V. Petrovs (1761-1834)), kontaktelektriskā metināšana, sadzīves elektriskie sildītāji u.c.

Džoula Lenca formula. īsi

Nina chill

Džoula Lenca likums nosaka siltuma daudzumu, kas izdalās elektriskās ķēdes daļā ar ierobežotu pretestību, kad caur to iet strāva. Priekšnosacījums ir tas, ka šajā ķēdes posmā nedrīkst notikt ķīmiskas pārvērtības. Apsveriet vadītāju, kura galos ir pielikts spriegums. Tāpēc caur to plūst strāva. Tādējādi elektrostatiskais lauks un ārējie spēki veic darbu, pārvietojot elektrisko lādiņu no viena vadītāja gala uz otru.
Ja tajā pašā laikā vadītājs paliek nekustīgs un tā iekšpusē nenotiek ķīmiskas pārvērtības. Tad viss darbs, ko patērē elektrostatiskā lauka ārējie spēki, palielinās iekšējā enerģija diriģents. Tas ir, lai to sasildītu.

Saturs:

Slavenais krievu fiziķis Lencs un angļu fiziķis Džouls, veicot eksperimentus par elektriskās strāvas termiskās ietekmes izpēti, neatkarīgi atvasināja Džoula-Lenca likumu. Šis likums atspoguļo attiecību starp vadītāja izdalītā siltuma daudzumu un elektrisko strāvu, kas iet caur šo vadītāju noteiktā laika periodā.

Elektriskās strāvas īpašības

Kad elektriskā strāva iet caur metāla vadītāju, tā elektroni pastāvīgi saduras ar dažādām svešķermeņu daļiņām. Tās var būt parastas neitrālas molekulas vai molekulas, kuras ir zaudējušas elektronus. Elektrons kustības procesā var atdalīt vēl vienu elektronu no neitrālas molekulas. Tā rezultātā tiek zaudēta tā kinētiskā enerģija, un molekulas vietā veidojas pozitīvs jons. Citos gadījumos elektrons, gluži pretēji, savienojas ar pozitīvu jonu un veido neitrālu molekulu.

Elektronu un molekulu sadursmes procesā tiek patērēta enerģija, kas vēlāk pārvēršas siltumā. Noteikta enerģijas daudzuma iztērēšana ir saistīta ar visām kustībām, kuru laikā ir jāpārvar pretestība. Šajā laikā darbs, kas pavadīts, lai pārvarētu berzes pretestību, tiek pārvērsts siltumenerģijā.

Džoula Lenca likuma formula un definīcija

Saskaņā ar Lenca Džoula likumu elektrisko strāvu, kas iet caur vadītāju, pavada siltuma daudzums, kas ir tieši proporcionāls strāvas un pretestības kvadrātam, kā arī laikam, kas nepieciešams, lai šī strāva plūst caur vadītāju. .

Formulas veidā Džoula-Lenca likumu izsaka šādi: Q \u003d I 2 Rt, kurā Q parāda izdalītā siltuma daudzumu, I - , R ir vadītāja pretestība, t ir laika periods. Vērtība "k" ir darba termiskais ekvivalents un tiek izmantots gadījumos, kad siltuma daudzumu mēra kalorijās, strāvas stiprumu - , pretestību - omos un laiku - sekundēs. K skaitliskā vērtība ir 0,24, kas atbilst 1 ampēra strāvai, kas ar vadītāja pretestību 1 omi 1 sekundi atbrīvo siltuma daudzumu, kas vienāds ar 0,24 kcal. Tāpēc, lai aprēķinātu izdalītā siltuma daudzumu kalorijās, tiek izmantota formula Q = 0,24I 2 Rt.

Izmantojot SI vienību sistēmu, siltuma daudzumu mēra džoulos, tāpēc "k" vērtība attiecībā pret Džoula-Lenca likumu būs vienāda ar 1, un formula izskatīsies šādi: Q \u003d I 2 Rt. Saskaņā ar I = U/R. Ja šī pašreizējā vērtība tiek aizstāta ar galveno formulu, tai būs šāda forma: Q \u003d (U 2 / R) t.

Pamatformula Q = I 2 Rt ir ļoti ērti izmantot, aprēķinot siltuma daudzumu, kas izdalās virknes savienojuma gadījumā. Strāvas stiprums visos vadītājos būs vienāds. Ja vairākus vadus vienlaikus savieno virknē, katrs no tiem izdalīs tik daudz siltuma, kas būs proporcionāls vadītāja pretestībai. Ja virknē ir savienoti trīs vienādi vara, dzelzs un niķeļa vadi, tad maksimālais siltuma daudzums tiks atbrīvots pēdējais. Tas ir saistīts ar niķelīna augstāko īpatnējo pretestību un šī stieples spēcīgāko sildīšanu.

Ja vieni un tie paši vadītāji ir savienoti paralēli, elektriskās strāvas vērtība katrā no tām būs atšķirīga, un spriegums galos būs vienāds. Šajā gadījumā aprēķiniem piemērotāka ir formula Q \u003d (U 2 / R) t. Siltuma daudzums, ko izdala vadītājs, būs apgriezti proporcionāls tā vadītspējai. Tādējādi Džoula-Lenca likumu plaši izmanto, lai aprēķinātu elektriskās apgaismes instalācijas, dažādas apkures un apkures ierīces, kā arī citas ierīces, kas saistītas ar elektriskās enerģijas pārveidošanu siltumā.

Džoula-Lenca likums. Elektriskās strāvas darbs un jauda

Sveiki. Džoula-Lenca likums ir maz ticams, kad tas jums ir nepieciešams, taču tas ir iekļauts pamatkurss elektrotehnika, un tāpēc tagad es jums pastāstīšu par šo likumu.

Džoula-Lenca likumu atklāja divi lieliski zinātnieki neatkarīgi viens no otra: 1841. gadā Džeimss Preskots Džouls, angļu zinātnieks, kurš sniedza lielu ieguldījumu termodinamikas attīstībā. un 1842. gadā Emīls Krištianovičs Lencs, vācu izcelsmes krievu zinātnieks, kurš jau devis lielu ieguldījumu elektrotehnikā. Tā kā abu zinātnieku atklājums notika gandrīz vienlaikus un neatkarīgi viens no otra, tika nolemts likumu saukt par dubultvārdu, pareizāk sakot, uzvārdiem.

Atcerieties, kad, un ne tikai viņš, es teicu, ka elektriskā strāva silda vadītājus, caur kuriem tā plūst. Džouls un Lencs izdomāja formulu, pēc kuras var aprēķināt saražotā siltuma daudzumu.

Tātad sākotnēji formula izskatījās šādi:

Mērvienība saskaņā ar šo formulu bija kalorijas, un par to bija “atbildīgs” koeficients k, kas ir vienāds ar 0,24, tas ir, formula datu iegūšanai kalorijās izskatās šādi:

Bet, tā kā SI mērīšanas sistēmā, ņemot vērā lielo izmērīto daudzumu un lai izvairītos no neskaidrībām, tika pieņemts apzīmējums džouls, formula ir nedaudz mainījusies. k kļuva vienāds ar vienu, un tāpēc koeficients vairs netika ierakstīts formulā, un tas sāka izskatīties šādi:

Šeit: Q ir izdalītā siltuma daudzums, ko mēra džoulos (SI apzīmējums - J);

I - strāva, mēra ampēros, A;

R - pretestība, mēra omi, omi;

t ir laiks, ko mēra sekundēs, s;

un U ir spriegums, ko mēra voltos, V.

Paskatieties uzmanīgi, vai viena šīs formulas daļa jums kaut ko atgādina? Un konkrētāk? Bet tā ir jauda vai drīzāk jaudas formula no Oma likuma. Un, godīgi sakot, es vēl neesmu redzējis šādu Džoula-Lenca likuma atveidojumu internetā:

Tagad mēs atceramies mnemonisko tabulu un iegūstam vismaz trīs Džoula-Lenca likuma formulas izteiksmes atkarībā no tā, kādus lielumus mēs zinām:

Šķiet, ka viss ir ļoti vienkārši, bet mums tas šķiet tikai tad, kad mēs jau zinām šo likumu, un tad abi lielie zinātnieki to atklāja nevis teorētiski, bet eksperimentāli un pēc tam spēja to teorētiski pamatot.

Kur šis Džoula-Lenca likums var noderēt?

Elektrotehnikā pastāv jēdziens par ilgstoši pieļaujamo strāvu, kas plūst pa vadiem. Šī ir strāva, ko vads var izturēt. ilgu laiku(tas ir, uz nenoteiktu laiku), nesabojājot vadu (un izolāciju, ja tāda ir, jo vads var būt bez izolācijas). Protams, tagad varat ņemt datus no PUE (Elektriskās instalācijas noteikumiem), taču jūs saņēmāt šos datus, pamatojoties tikai uz Džoula-Lenca likumu.

Elektrotehnikā tiek izmantoti arī drošinātāji. To galvenā kvalitāte ir uzticamība. Šim nolūkam tiek izmantots noteiktas sekcijas vadītājs. Zinot šāda vadītāja kušanas temperatūru, no lielu strāvu plūsmas caur to var aprēķināt siltuma daudzumu, kas nepieciešams, lai vadītājs izkust, un, aprēķinot strāvu, var aprēķināt pretestību, kādai jābūt šādam vadītājam. . Kopumā, kā jūs jau sapratāt, izmantojot Džoula-Lenca likumu, varat aprēķināt drošinātāja vadītāja šķērsgriezumu vai pretestību (savstarpēji atkarīgās vērtības).

Un arī atcerieties, ka mēs runājām par. Tur es, izmantojot spuldzes piemēru, izstāstīju paradoksu, ka jaudīgāka lampa seriālā savienojumā spīd vājāk. Un jūs droši vien atceraties, kāpēc: sprieguma kritums pāri pretestībai ir spēcīgāks, jo mazāka pretestība. Un, tā kā jauda ir un spriegums ļoti krītas, izrādās, ka izstaros liela pretestība liels skaits karstums, tas ir, strāvai būs jāstrādā vairāk, lai pārvarētu lielu pretestību. Un siltuma daudzumu, ko strāva atbrīvos šajā gadījumā, var aprēķināt, izmantojot Džoula-Lenca likumu. Ja ņemam pretestību virknes savienojumu, tad izmantojiet labāka izteiksme caur strāvas kvadrātu, tas ir, sākotnējais skats formulas:

Un priekš paralēlais savienojums pretestība, jo strāva paralēlos zaros ir atkarīga no pretestības, savukārt spriegums katrā paralēlajā zarā ir vienāds, tad formula vislabāk ir attēlota sprieguma izteiksmē:

Jūs visi ikdienā izmantojat Džoula-Lenca likuma darbības piemērus - pirmkārt, tās ir visa veida sildīšanas ierīces. Parasti viņi izmanto nihroma stiepli un biezumu ( šķērsgriezums) un vadītāja garums ir izvēlēti, ņemot vērā to, ka ilgstoša termiskā iedarbība neizraisa stieples strauju iznīcināšanu. Tieši tādā pašā veidā kvēlspuldzē mirdz volframa kvēldiegs. Saskaņā ar to pašu likumu tiek noteikta gandrīz jebkuras elektriskās un elektroniskās ierīces iespējamās sildīšanas pakāpe.

Kopumā, neskatoties uz šķietamo vienkāršību, Džoula-Lenca likumam ir ļoti svarīga loma mūsu dzīvē. Šis likums deva lielu impulsu teorētiskajiem aprēķiniem: siltuma ģenerēšana ar strāvām, loka, vadītāja un jebkura cita elektriski vadoša materiāla īpatnējās temperatūras aprēķināšana, zudumi elektriskā jauda termiskā ekvivalentā utt.

Jūs varat jautāt, kā pārvērst džoulus vatos, un tas ir skaisti bieži uzdotais jautājums internetā. Lai gan jautājums ir nedaudz nepareizs, lasot tālāk, jūs sapratīsit, kāpēc. Atbilde ir pavisam vienkārša: 1 j = 0,000278 vati * stunda, savukārt 1 vats * stunda = 3600 džouli. Atgādināšu, ka patērētā momentānā jauda tiek mērīta vatos, tas ir, tieši izmantotā ķēde, kamēr ķēde ir ieslēgta. Un džouls nosaka elektriskās strāvas darbu, tas ir, strāvas jaudu noteiktā laika periodā. Atcerieties, ka Ohma likumā es sniedzu alegorisku situāciju. Strāva ir nauda, spriegums ir veikals, pretestība ir proporcijas sajūta un nauda, jauda ir produktu daudzums, ko vienā reizē var nēsāt (paņemt līdzi), bet cik tālu, cik ātri un cik reizes var. tos atņemt ir darbs. Tas ir, darbu un jaudu nevar salīdzināt, bet to var izteikt mums saprotamākās mērvienībās: Vatos un stundās.

Domāju, ka tagad jums nebūs grūti vajadzības gadījumā praksē un teorijā pielietot Džoula-Lenca likumu un pat pārvērst džoulus vatos un otrādi. Un, pateicoties izpratnei, ka Džoula-Lenca likums ir elektriskās jaudas un laika produkts, jūs to varat vieglāk atcerēties, un pat tad, ja pēkšņi aizmirsāt pamatformulu, tad, atceroties tikai Ohma likumu, jūs atkal varat iegūt Džoula. Lenca likums. Un šajā sakarā es no jums atvados.