Rezistența unui conductor prin căldură. Legea Joule-Lenz

Legea Joule-Lenz este o lege a fizicii care determină măsura cantitativă a acțiunii termice curent electric. Această lege a fost formulată în 1841 de omul de știință englez D. Joule și complet separat de el în 1842 de către celebrul fizician rus E. Lenz. Prin urmare, și-a primit numele dublu - legea Joule-Lenz.

Definiția și formula legii

Formularea verbală este următoarea: puterea căldurii degajată în conductor atunci când trece prin acesta este proporțională cu produsul valorii densității câmp electric la valoarea tensiunii.

Din punct de vedere matematic, legea Joule-Lenz se exprimă după cum urmează:

ω = j E = ϭ E²,

unde ω este cantitatea de căldură eliberată în unități. volum;

E și j sunt puterea și respectiv densitatea câmpurilor electrice;

σ este conductivitatea mediului.

Sensul fizic al legii Joule-Lenz

Legea poate fi explicată astfel: curentul care circulă prin conductor este o deplasare incarcare electrica sub influenta . În acest fel, câmp electric face ceva treaba. Această muncă este cheltuită pentru încălzirea conductorului.

Cu alte cuvinte, energia se transformă în cealaltă calitate a ei - căldura.

Dar încălzirea excesivă a conductorilor cu echipamente curente și electrice nu trebuie permisă, deoarece aceasta poate duce la deteriorarea acestora. Supraîncălzirea severă este periculoasă cu firele, atunci când prin conductori pot trece curenți suficient de mari.

În formă integrală pentru conductori subțiri Legea Joule-Lenz sună astfel: cantitatea de căldură care este eliberată pe unitatea de timp în secțiunea circuitului în cauză este determinată ca produsul dintre pătratul puterii curentului și rezistența secțiunii.

Din punct de vedere matematic, această formulare este exprimată după cum urmează:

Q = ∫ k I² R t,

în acest caz, Q este cantitatea de căldură eliberată;

I este valoarea curentă;

R este rezistența activă a conductorilor;

t este timpul de expunere.

Valoarea parametrului k se numește de obicei echivalentul termic al muncii. Valoarea acestui parametru este determinată în funcție de capacitatea de cifre a unităților în care se efectuează măsurătorile valorilor utilizate în formulă.

Legea Joule-Lenz are destule caracter general, deoarece nu depinde de natura forțelor care generează curentul.

Din practică, se poate susține că este valabil atât pentru electroliți, cât și pentru conductori și semiconductori.

Zona de aplicare

Există un număr mare de domenii de aplicare în viața de zi cu zi a legii Joule Lenz. De exemplu, un filament de wolfram într-o lampă incandescentă, un arc în sudura electrică, un filament de încălzire într-un încălzitor electric și multe altele. etc. Aceasta este legea fizică cea mai larg acceptată în Viata de zi cu zi.

Simultan, dar independent unul de celălalt, cine a descoperit-o în 1840) este o lege care cuantifică efectul termic al unui curent electric.

Când curentul trece printr-un conductor, are loc o transformare energie electricaîn căldură, iar cantitatea de căldură eliberată va fi egală cu munca forțelor electrice:

Q = W

Legea Joule-Lenz: cantitatea de căldură generată într-un conductor este direct proporțională cu pătratul puterii curentului, rezistența conductorului și timpul de trecere a acestuia.

Valoare practică

Reducerea pierderilor de energie

La transmiterea energiei electrice, efectul termic al curentului este nedorit, deoarece duce la pierderi de energie. Deoarece puterea transmisă depinde liniar atât de tensiune, cât și de puterea curentului, iar puterea de încălzire depinde în mod pătratic de puterea curentului, este avantajos să creșteți tensiunea înainte de transmiterea energiei electrice, reducând astfel puterea curentului. Creșterea tensiunii reduce siguranța electrică a liniilor electrice. In cazul folosirii tensiunii inalte in circuit, pentru a mentine aceeasi putere a consumatorului, va fi necesara cresterea rezistentei consumatorului (dependenta patratica. 10V, 1 Ohm = 20V, 4 Ohm). Firele de alimentare și consumatorul sunt conectate în serie. Rezistența firului ( R w) este constantă. Dar rezistența consumatorului ( R c) crește atunci când în rețea este selectată o tensiune mai mare. Raportul dintre rezistența consumatorului și rezistența firelor este, de asemenea, în creștere. Când rezistențele sunt conectate în serie (fir - consumator - fir), distribuția puterii eliberate ( Q) este proporţională cu rezistenţa rezistenţelor conectate. ; ; ; curentul din rețea pentru toate rezistențele este constant. Prin urmare, avem relația Q c / Q w = R c / R w ; Q cȘi R w sunt constante (pentru fiecare sarcina specifica). Să definim asta. În consecință, puterea eliberată pe fire este invers proporțională cu rezistența consumatorului, adică scade odată cu creșterea tensiunii. deoarece . (Q c- constant); Combinăm ultimele două formule și derivăm că; pentru fiecare sarcină specifică este o constantă. Prin urmare, căldura generată pe fir este invers proporțională cu pătratul tensiunii la consumator.Curentul trece uniform.

Alegerea firelor pentru circuite

Căldura generată de un conductor purtător de curent este, într-o măsură sau alta, eliberată în mediu inconjurator. În cazul în care puterea curentului în conductorul selectat depășește o anumită valoare maximă admisă, este posibilă o încălzire atât de puternică încât conductorul să provoace un incendiu în obiectele din apropiere sau să se topească. De regulă, la asamblarea circuitelor electrice, este suficient să urmați cele acceptate documente de reglementare, care reglementează, în special, alegerea secțiunii transversale a conductorilor.

Incalzitoare electrice

Dacă puterea curentului este aceeași în întregul circuit electric, atunci în orice zonă selectată, cu cât se va elibera mai multă căldură, cu atât rezistența acestei secțiuni este mai mare.

Prin creșterea deliberată a rezistenței unei secțiuni de circuit, se poate obține generarea de căldură localizată în această secțiune. Acest principiu funcționează încălzitoare electrice. Ei folosesc un element de încălzire - conductor cu rezistenta mare. O creștere a rezistenței se realizează (în comun sau separat) prin alegerea unui aliaj cu rezistivitate mare (de exemplu, nicrom, constantan), creșterea lungimii conductorului și scăderea secțiunii sale transversale. Firele de plumb au de obicei rezistență scăzută și, prin urmare, încălzirea lor este de obicei imperceptibilă.

Siguranțe

Pentru a proteja circuitele electrice de curgerea curenților excesiv de mari, se folosește o bucată de conductor cu caracteristici speciale. Acesta este un conductor de secțiune transversală relativ mică și realizat dintr-un aliaj care, la curenții admisibili, încălzirea conductorului nu îl supraîncălzi, iar la supraîncălzirea excesivă a conductorului este atât de semnificativă încât conductorul se topește și deschide circuitul.

Fundația Wikimedia. 2010 .

Vedeți ce este „Legea Joule-Lenz” în alte dicționare:

Koppa descrie capacitatea termică a complexului (adică format din mai multe elemente chimice) corpuri cristaline. Pe baza legii Dulong-Petit. Fiecare atom dintr-o moleculă are trei grade de vibrație de libertate și are energie. În consecință... Wikipedia

LEGEA JOUL- legea conform căreia energia internă a unei anumite mase (vezi) depinde numai de temperatură și nu depinde de volumul (densitatea) acesteia ... Marea Enciclopedie Politehnică

legea joule- Legea lui Joule *Joulesches Gesetz - energia internă a unui gaz ideal care se depune numai la temperaturi ... Dicționar enciclopedic Girnichiy

legea lui Joule- Džaulio dėsnis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Dėsnis, formuluojamas taip: laidininke, kai juo teka elektros srovė, išsiskiriantis šilumos kiekis Q yra proporcingas srovėvars kvadrat ėus srovės Penkiakalbis aiskinamasis metrologijos terminų žodynas

legea lui Joule- legea termodinamicii, conform căreia energia internă a unui gaz ideal este doar o funcție de temperatură și nu depinde de volum. Înființată experimental de J.P. Joule (1818 1889) în 1845. Legea este o consecință a celei de-a doua legi ... ... Concepte științe naturale moderne. Glosar de termeni de bază

Descrie capacitatea termică a corpurilor cristaline complexe (adică formate din mai multe elemente chimice). Pe baza legii Dulong-Petit. Fiecare atom dintr-o moleculă are trei grade de vibrație de libertate și are energie. Respectiv,…… Wikipedia - LEGEA CONSERVĂRII ENERGIEI ȘI MATERIEI, două legi strâns legate și foarte asemănătoare ca conținut, care stau la baza tuturor științelor naturale exacte. Aceste legi sunt de natură pur cantitativă și sunt legi experimentale. Marea Enciclopedie Medicală

Legea Joule-Lenz

Legea Joule-Lenz(după fizicianul englez James Joule și fizicianul rus Emil Lenz, care simultan, dar independent unul de celălalt, au descoperit-o în 1840) este o lege care cuantifică efectul termic al unui curent electric.

Când curentul trece printr-un conductor, energia electrică este convertită în energie termică, iar cantitatea de căldură eliberată va fi egală cu munca forțelor electrice:

Q = W

Legea Joule-Lenz: cantitatea de căldură generată într-un conductor este direct proporțională cu pătratul puterii curentului, rezistența conductorului și timpul de trecere a acestuia.

Valoare practică

Reducerea pierderilor de energie

La transmiterea energiei electrice, efectul termic al curentului este nedorit, deoarece duce la pierderi de energie. Deoarece puterea transmisă depinde liniar atât de tensiune, cât și de curent, iar puterea de încălzire depinde în mod pătratic de curent, este avantajos să crești tensiunea înainte de a transmite energie electrică, reducând astfel curentul. Creșterea tensiunii reduce siguranța electrică a liniilor electrice. Daca in circuit se foloseste o tensiune inalta, pentru a mentine aceeasi putere a consumatorului, va fi necesara cresterea rezistentei consumatorului (dependenta patratica. 10V, 1 Ohm = 20V, 4 Ohm). Firele de alimentare și consumatorul sunt conectate în serie. Rezistența firului ( R w) este constantă. Dar rezistența consumatorului ( R c) crește atunci când în rețea este selectată o tensiune mai mare. Raportul dintre rezistența consumatorului și rezistența firului este, de asemenea, în creștere. Când rezistențele sunt conectate în serie (fir - consumator - fir), distribuția puterii eliberate ( Q) este proporţională cu rezistenţa rezistenţelor conectate. ; ; ; curentul din rețea pentru toate rezistențele este constant. Prin urmare, avem relația Q c / Q w = R c / R w ; Q cȘi R w acestea sunt constante (pentru fiecare sarcină specifică). Să definim asta. În consecință, puterea eliberată pe fire este invers proporțională cu rezistența consumatorului, adică scade odată cu creșterea tensiunii. deoarece . (Q c- constant); Combinăm ultimele două formule și derivăm că; pentru fiecare sarcină specifică este o constantă. Prin urmare, căldura generată pe fir este invers proporțională cu pătratul tensiunii la consumator.Curentul trece uniform.

Alegerea firelor pentru circuite

Căldura generată de un conductor purtător de curent este, într-o măsură sau alta, eliberată în mediu. În cazul în care puterea curentului în conductorul selectat depășește o anumită valoare maximă admisă, este posibilă o încălzire atât de puternică încât conductorul să provoace un incendiu în obiectele din apropiere sau să se topească. De regulă, la asamblarea circuitelor electrice, este suficient să se respecte documentele de reglementare acceptate, care reglementează, în special, alegerea secțiunii transversale a conductorilor.

Incalzitoare electrice

Prin creșterea deliberată a rezistenței unei secțiuni de circuit, se poate obține generarea de căldură localizată în această secțiune. Acest principiu funcționează încălzitoare electrice. Ei folosesc un element de încălzire- conductor cu rezistenta mare. O creștere a rezistenței se realizează (în comun sau separat) prin alegerea unui aliaj cu rezistivitate mare (de exemplu, nicrom, constantan), mărirea lungimii conductorului și reducerea secțiunii sale transversale. Firele de plumb au de obicei rezistență scăzută și, prin urmare, încălzirea lor este de obicei imperceptibilă.

Siguranțe

articolul principal: Siguranță (electricitate)

Legea Joule-Lenz

Emily Khristianovici Lenz (1804 - 1865) - celebru fizician rus. Este unul dintre fondatorii electromecanicii. Numele său este asociat cu descoperirea legii care determină direcția curent de inducție, și legea care determină câmpul electric într-un conductor purtător de curent.

În plus, Emilius Lenz și fizicianul englez Joule, studiind prin experiență efectele termice ale curentului, au descoperit în mod independent legea potrivit căreia cantitatea de căldură care se eliberează în conductor va fi direct proporțională cu pătratul curentului electric care trece prin conductor, rezistența acestuia și timpul în care curentul electric se menține neschimbat în conductor.

Această lege se numește legea Joule-Lenz, formula ei exprimă după cum urmează:

unde Q este cantitatea de căldură eliberată, l este curentul, R este rezistența conductorului, t este timpul; valoarea k se numește echivalentul termic al muncii. Valoarea numerică a acestei mărimi depinde de alegerea unităţilor în care se fac măsurătorile celorlalte mărimi incluse în formulă.

Dacă cantitatea de căldură este măsurată în calorii, curentul în amperi, rezistența în ohmi și timpul în secunde, atunci k este numeric egal cu 0,24. Aceasta înseamnă că un curent de 1a eliberează într-un conductor, care are o rezistență de 1 ohm, într-o secundă un număr de căldură, care este egal cu 0,24 kcal. Pe baza acestui fapt, cantitatea de căldură în calorii eliberată în conductor poate fi calculată prin formula:

În sistemul SI de unități, energia, căldura și munca sunt măsurate în unități - jouli. Prin urmare, coeficientul de proporționalitate din legea Joule-Lenz egal cu unu. În acest sistem, formula Joule-Lenz are forma:

Legea Joule-Lenz poate fi testată experimental. De ceva timp, un curent este trecut printr-o spirală de sârmă scufundată într-un lichid turnat într-un calorimetru. Apoi se calculează cantitatea de căldură eliberată în calorimetru. Rezistența spiralei este cunoscută dinainte, curentul se măsoară cu un ampermetru și timpul cu un cronometru. Schimbând curentul din circuit și folosind diferite spirale, puteți verifica legea Joule-Lenz.

Bazat pe legea lui Ohm

Înlocuind valoarea curentă în formula (2), obținem o nouă expresie de formulă pentru legea Joule-Lenz:

Formula Q \u003d l²Rt este convenabilă de utilizat atunci când se calculează cantitatea de căldură eliberată într-o conexiune în serie, deoarece în acest caz curentul electric din toți conductorii este același. Deci când se întâmplă conexiune serială mai mulți conductori, în fiecare dintre ei se va elibera o astfel de cantitate de căldură, care este proporțională cu rezistența conductorului. Dacă, de exemplu, trei fire de aceeași dimensiune sunt conectate în serie - cupru, fier și nichel, atunci cea mai mare cantitate de căldură va fi eliberată din nichel, deoarece rezistivitatea sa este cea mai mare, este mai puternică și se încălzește.

Dacă conductoarele sunt conectate în paralel, atunci curentul electric din ele va fi diferit, iar tensiunea la capetele unor astfel de conductori este aceeași. Este mai bine să calculați cantitatea de căldură care va fi eliberată în timpul unei astfel de conexiuni folosind formula Q \u003d (U² / R) t.

Această formulă arată că atunci când este conectat în paralel, fiecare conductor va elibera o astfel de cantitate de căldură care va fi invers proporțională cu conductivitatea sa.

Dacă conectați trei fire de aceeași grosime - cupru, fier și nichel - în paralel unul cu celălalt și treceți curent prin ele, atunci cea mai mare cantitate de căldură va fi eliberată în sârmă de cupru, se va incalzi mai mult decat celelalte.

Luând ca bază legea Joule-Lenz, se calculează diverse instalații electrice de iluminat, încălzire și încălzire a aparatelor electrice. Conversia energiei electrice în energie termică este, de asemenea, utilizată pe scară largă.

Legea Joule-Lenz

Se consideră un conductor omogen, la capetele căruia se aplică o tensiune U . În timpul dt, o sarcină este transferată prin secțiunea conductorului dq = Idt . Întrucât curentul este mișcarea sarcinii dq sub acțiunea unui câmp electric, atunci, conform formulei (84.6), lucrul curentului

(99.1)

Dacă rezistența conductorului R , apoi, folosind legea lui Ohm (98.1), obținem

(99.2)

Din (99.1) și (99.2) rezultă că puterea curentă

(99.3)

Dacă curentul este exprimat în amperi, tensiunea este în volți, rezistența este în ohmi, atunci lucrul curentului este exprimat în jouli, iar puterea este în wați. În practică, sunt utilizate și unități de lucru curente în afara sistemului: watt-oră (Wh) și kilowatt-oră (kWh). 1 W×h - funcționarea unui curent cu o putere de 1 W timp de 1 oră; 1 Wh = 3600 Ws = 3,6-103 J; 1 kWh=103 Wh=3,6-106 J.

Cantitatea de căldură eliberată pe unitatea de timp pe unitatea de volum se numește putere termică specifică a curentului. Ea este egală

(99.6)

Folosind forma diferențială a legii lui Ohm (j = gE) și relația r = 1/g , primim

(99.7)

Formulele (99.6) și (99.7) sunt o expresie generalizată a legii Joule-Lenz în formă diferențială, potrivită pentru orice conductor.

Efectul termic al curentului este utilizat pe scară largă în tehnologie, care a început odată cu descoperirea în 1873 de către inginerul rus A. N. Lodygin (1847-1923) a unei lămpi cu incandescență. Funcționarea cuptoarelor electrice cu mufă se bazează pe conductoare de încălzire cu curent electric. arc electric(descoperit de inginerul rus V.V. Petrov (1761-1834)), sudare electrică de contact, încălzitoare electrice de uz casnic etc.

Formula Joule Lenz. scurt

Nina se răcește

Legea lui Joule Lenz determină cantitatea de căldură eliberată într-o secțiune a unui circuit electric cu rezistență finită atunci când curentul trece prin acesta. O condiție prealabilă este faptul că nu ar trebui să existe transformări chimice în această secțiune a lanțului. Luați în considerare un conductor cu o tensiune aplicată la capete. Prin urmare, curentul curge prin el. Astfel, câmpul electrostatic și forțele externe fac munca de deplasare a sarcinii electrice de la un capăt al conductorului la celălalt.
Dacă în același timp conductorul rămâne nemișcat și în interiorul acestuia nu se produc transformări chimice. Apoi toată munca cheltuită de forțele externe ale câmpului electrostatic crește energie interna conductor. Adică să-l încălzesc.

Conţinut:

Celebrul fizician rus Lenz și fizicianul englez Joule, efectuând experimente privind studiul efectelor termice ale curentului electric, au derivat în mod independent legea Joule-Lenz. Această lege reflectă relația dintre cantitatea de căldură degajată în conductor și curentul electric care trece prin acest conductor pentru o anumită perioadă de timp.

Proprietățile curentului electric

Când un curent electric trece printr-un conductor metalic, electronii acestuia se ciocnesc constant cu diferite particule străine. Acestea pot fi molecule neutre obișnuite sau molecule care au pierdut electroni. Un electron în procesul de mișcare poate separa încă un electron dintr-o moleculă neutră. Ca urmare, energia sa cinetică se pierde și, în locul unei molecule, se formează un ion pozitiv. În alte cazuri, electronul, dimpotrivă, se combină cu un ion pozitiv și formează o moleculă neutră.

În procesul de ciocnire a electronilor și moleculelor, se consumă energie, care ulterior se transformă în căldură. Cheltuirea unei anumite cantități de energie este asociată cu toate mișcările în timpul cărora cineva trebuie să depășească rezistența. În acest moment, munca cheltuită pentru depășirea rezistenței la frecare este transformată în energie termică.

Formula și definiția legii lui Joule Lenz

Conform legii Joule a lui Lenz, un curent electric care trece printr-un conductor este însoțit de o cantitate de căldură care este direct proporțională cu pătratul curentului și rezistența, precum și cu timpul necesar acestui curent pentru a trece prin conductor.

Sub forma unei formule, legea Joule-Lenz se exprimă după cum urmează: Q \u003d I 2 Rt, în care Q afișează cantitatea de căldură eliberată, I - , R este rezistența conductorului, t este perioada de timp. Valoarea lui „k” este echivalentul termic al muncii și este utilizată în cazurile în care cantitatea de căldură este măsurată în calorii, puterea curentului - , rezistența - în ohmi și timpul - în secunde. Valoarea numerică a lui k este 0,24, ceea ce corespunde unui curent de 1 amper, care, cu o rezistență a conductorului de 1 ohm, eliberează o cantitate de căldură egală cu 0,24 kcal timp de 1 secundă. Prin urmare, pentru a calcula cantitatea de căldură eliberată în calorii, se utilizează formula Q = 0,24I 2 Rt.

Când se utilizează sistemul de unități SI, cantitatea de căldură este măsurată în jouli, astfel încât valoarea lui "k", în raport cu legea Joule-Lenz, va fi egală cu 1, iar formula va arăta astfel: Q \u003d I 2 Rt. Conform I = U/R. Dacă această valoare curentă este înlocuită în formula principală, va lua următoarea formă: Q \u003d (U 2 / R) t.

Formula de bază Q = I 2 Rt este foarte convenabil de utilizat la calcularea cantității de căldură care este eliberată în cazul unei conexiuni în serie. Puterea curentului în toți conductorii va fi aceeași. Când mai mulți conductori sunt conectați în serie deodată, fiecare dintre ei va elibera atât de multă căldură, care va fi proporțională cu rezistența conductorului. Dacă trei fire identice de cupru, fier și nichel sunt conectate în serie, atunci cantitatea maximă de căldură va fi eliberată ultima. Acest lucru se datorează celei mai mari rezistențe specifice a nichelinei și încălzirii mai puternice a acestui fir.

Când aceiași conductori sunt conectați în paralel, valoarea curentului electric în fiecare dintre ele va fi diferită, iar tensiunea la capete va fi aceeași. În acest caz, formula Q \u003d (U 2 / R) t este mai potrivită pentru calcule. Cantitatea de căldură degajată de un conductor va fi invers proporțională cu conductivitatea acestuia. Astfel, legea Joule-Lenz este utilizată pe scară largă pentru calcularea instalațiilor electrice de iluminat, a diferitelor dispozitive de încălzire și încălzire, precum și a altor dispozitive asociate conversiei energiei electrice în căldură.

Legea Joule-Lenz. Munca și puterea curentului electric

Buna ziua. Legea Joule-Lenz este puțin probabilă atunci când aveți nevoie de ea, dar este inclusă în curs de bază inginerie electrică și, prin urmare, acum vă voi vorbi despre această lege.

Legea Joule-Lenz a fost descoperită de doi mari oameni de știință, independent unul de celălalt: în 1841, James Prescott Joule, un om de știință englez care a adus o mare contribuție la dezvoltarea termodinamicii. iar în 1842 Emil Khristianovici Lenz, un om de știință rus de origine germană, care a adus deja o mare contribuție la inginerie electrică. Deoarece descoperirea ambilor oameni de știință a avut loc aproape simultan și independent unul de celălalt, s-a decis să se numească lege un nume dublu, sau mai degrabă nume de familie.

Amintește-ți când, și nu numai el, am spus că curentul electric încălzește conductorii prin care circulă. Joule și Lenz au venit cu o formulă prin care se poate calcula cantitatea de căldură generată.

Deci, inițial, formula arăta astfel:

Unitatea de măsură conform acestei formule a fost caloriile, iar coeficientul k, care este egal cu 0,24, a fost „responsabil” pentru aceasta, adică formula pentru obținerea datelor în calorii arată astfel:

Dar din moment ce în sistemul de măsurare SI, având în vedere numărul mare de mărimi măsurate și pentru a evita confuziile, a fost adoptată denumirea joule, formula s-a schimbat oarecum. k a devenit egal cu unu și, prin urmare, coeficientul nu a mai fost scris în formulă și a început să arate astfel:

Aici: Q este cantitatea de căldură eliberată, măsurată în Jouli (denumirea SI - J);

I - curent, măsurat în Amperi, A;

R - rezistența, măsurată în Ohmi, Ohmi;

t este timpul măsurat în secunde, s;

iar U este tensiunea, măsurată în volți, V.

Uită-te cu atenție, o parte din această formulă îți amintește de ceva? Și mai precis? Dar aceasta este puterea, sau mai degrabă formula puterii din legea lui Ohm. Și, să fiu sincer, nu am văzut încă o astfel de reprezentare a legii Joule-Lenz pe Internet:

Acum amintim tabelul mnemonic și obținem cel puțin trei expresii formule ale legii Joule-Lenz, în funcție de ce mărimi cunoaștem:

S-ar părea că totul este foarte simplu, dar ni se pare abia atunci când cunoaștem deja această lege și atunci ambii mari oameni de știință au descoperit-o nu teoretic, ci experimental și apoi au reușit să o fundamenteze teoretic.

Unde poate fi utilă această lege Joule-Lenz?

În inginerie electrică, există conceptul unui curent admisibil pe termen lung care curge prin fire. Acesta este curentul pe care îl poate suporta firul. perioadă lungă de timp(adică la nesfârșit), fără a distruge firul (și izolația, dacă există, deoarece firul poate fi fără izolație). Desigur, acum puteți prelua datele din PUE (Reguli de instalare electrică), dar ați primit aceste date numai pe baza legii Joule-Lenz.

În electrotehnică se folosesc și siguranțe. Principala lor calitate este fiabilitatea. Pentru aceasta, se folosește un conductor de o anumită secțiune. Cunoscând temperatura de topire a unui astfel de conductor, se poate calcula cantitatea de căldură necesară pentru ca conductorul să se topească din fluxul de curenți mari prin el, iar calculând curentul, se poate calcula rezistența pe care trebuie să o aibă un astfel de conductor. . În general, după cum ați înțeles deja, folosind legea Joule-Lenz, puteți calcula secțiunea transversală sau rezistența (valorile interdependente) a unui conductor pentru o siguranță.

Și, de asemenea, amintiți-vă, am vorbit despre. Acolo, folosind exemplul unui bec, am spus paradoxul că o lampă mai puternică într-o conexiune în serie strălucește mai slab. Și probabil vă amintiți de ce: căderea de tensiune pe rezistență este mai puternică, cu atât rezistența este mai mică. Și din moment ce puterea este, iar tensiunea scade foarte mult, se dovedește că va emite o rezistență mare un numar mare de căldură, adică curentul va trebui să lucreze mai mult pentru a depăși o rezistență mare. Iar cantitatea de căldură pe care o va elibera curentul în acest caz poate fi calculată folosind legea Joule-Lenz. Dacă luăm o conexiune în serie de rezistențe, atunci folosiți exprimare mai bună prin pătratul curentului, adică vedere originală formule:

Si pentru conexiune paralelă rezistență, deoarece curentul în ramurile paralele depinde de rezistență, în timp ce tensiunea pe fiecare ramificație paralelă este aceeași, atunci formula este cel mai bine reprezentată în termeni de tensiune:

Cu toții folosiți exemple ale lucrării legii Joule-Lenz în viața de zi cu zi - în primul rând, acestea sunt tot felul de dispozitive de încălzire. De regulă, folosesc sârmă nicrom și grosime ( sectiune transversala) și lungimea conductorului sunt selectate ținând cont de faptul că expunerea termică prelungită nu duce la distrugerea rapidă a firului. Exact în același mod, un filament de wolfram strălucește într-o lampă cu incandescență. Conform aceleiași legi, se determină gradul de încălzire posibilă a aproape oricărui dispozitiv electric și electronic.

În general, în ciuda aparentei sale simplități, legea Joule-Lenz joacă un rol foarte important în viața noastră. Această lege a dat un mare impuls calculelor teoretice: generarea de căldură prin curenți, calculul temperaturii specifice a arcului, conductorului și oricărui alt material conductiv electric, pierderi. putere electricaîn echivalent termic etc.

S-ar putea să întrebați cum să convertiți Joule în Watt și asta e drăguț intrebari frecventeîn internet. Deși întrebarea este oarecum greșită, citind mai departe, veți înțelege de ce. Răspunsul este destul de simplu: 1 j = 0,000278 watt*oră, în timp ce 1 watt*oră = 3600 jouli. Permiteți-mi să vă reamintesc că puterea instantanee consumată se măsoară în wați, adică circuitul utilizat direct în timp ce circuitul este pornit. Și Joule determină munca unui curent electric, adică puterea curentului într-o perioadă de timp. Amintiți-vă, în legea lui Ohm, am dat o situație alegorică. Curentul este bani, tensiunea este un magazin, rezistența este un simț al proporției și al banilor, puterea este cantitatea de produse pe care le poți transporta (du-o) asupra ta la un moment dat, dar cât de departe, cât de repede și de câte ori poți ia-le este munca. Adică nu există nicio modalitate de a compara munca și puterea, dar poate fi exprimată în unități care ne sunt mai înțelese: wați și ore.

Cred că acum nu vă va fi greu să aplicați legea Joule-Lenz în practică și teorie, dacă este necesar, și chiar să convertiți Joule în Wați și invers. Și datorită înțelegerii că legea Joule-Lenz este produsul puterii electrice și timpului, o puteți aminti mai ușor și chiar dacă ați uitat brusc formula de bază, apoi amintindu-vă doar legea lui Ohm, puteți obține din nou Joule- legea Lenz. Și îmi iau rămas bun de la tine în privința asta.