Supero'tkazuvchilarning issiqlik orqali qarshiligi. Joule-Lenz qonuni

Joule-Lenz qonuni issiqlik ta'sirining miqdoriy o'lchovini belgilaydigan fizika qonunidir. elektr toki. Bu qonunni 1841 yilda ingliz olimi D.Joule va undan butunlay alohida 1842 yilda mashhur rus fizigi E.Lenz ishlab chiqqan. Shuning uchun u o'zining qo'shaloq nomini oldi - Joule-Lenz qonuni.

Qonunning ta'rifi va formulasi

Og'zaki formulalar quyidagicha: o'tkazgichdan oqib o'tayotganda chiqariladigan issiqlik quvvati zichlik qiymatining mahsulotiga mutanosibdir. elektr maydoni kuchlanish qiymatiga.

Matematik jihatdan Joul-Lenz qonuni quyidagicha ifodalanadi:

ō = j E = th E²,

bu yerda ō - birliklarda chiqarilgan issiqlik miqdori. hajmi;

E va j - mos ravishda elektr maydonlarining kuchi va zichligi;

s - muhitning o'tkazuvchanligi.

Joul-Lenz qonunining jismoniy ma'nosi

Qonunni quyidagicha tushuntirish mumkin: o'tkazgichdan o'tadigan oqim - siljish elektr zaryadi ta'siri ostida. Shunday qilib, elektr maydoni biroz ish qiladi. Bu ish o'tkazgichni isitish uchun sarflanadi.

Boshqacha qilib aytganda, energiya o'zining boshqa sifatiga - issiqlikka aylanadi.

Ammo oqim va elektr jihozlari bilan o'tkazgichlarni haddan tashqari qizdirishga yo'l qo'ymaslik kerak, chunki bu ularning shikastlanishiga olib kelishi mumkin. O'tkazgichlar orqali etarlicha katta oqimlar oqishi mumkin bo'lsa, kuchli qizib ketish simlar bilan xavflidir.

Integral shaklda nozik o'tkazgichlar uchun Joule-Lenz qonuni shunday eshitiladi: ko'rib chiqilayotgan kontaktlarning zanglashiga olib keladigan qismida vaqt birligida ajralib chiqadigan issiqlik miqdori oqim kuchining kvadrati va kesimning qarshiligining mahsuloti sifatida aniqlanadi.

Matematik jihatdan bu formula quyidagicha ifodalanadi:

Q = ∫ k I² R t,

bu holda Q - chiqarilgan issiqlik miqdori;

I - joriy qiymat;

R - o'tkazgichlarning faol qarshiligi;

t - ta'sir qilish vaqti.

K parametrining qiymati odatda ishning termal ekvivalenti deb ataladi. Ushbu parametrning qiymati formulada ishlatiladigan qiymatlarni o'lchash amalga oshiriladigan birliklarning raqamli sig'imiga qarab belgilanadi.

Joule-Lenz qonuni etarli umumiy xarakter, chunki u oqim hosil qiluvchi kuchlarning tabiatiga bog'liq emas.

Amaliyotdan shuni aytish mumkinki, u elektrolitlar uchun ham, o'tkazgichlar va yarim o'tkazgichlar uchun ham amal qiladi.

Qo'llash sohasi

Joule Lenz qonunini kundalik hayotda qo'llash sohalari juda ko'p. Masalan, cho'g'lanma lampada volfram filamenti, elektr payvandlashda yoy, elektr isitgichdagi isitish filamenti va boshqalar. Bu eng ko'p qabul qilingan jismoniy qonun Kundalik hayot.

Bir vaqtning o'zida, lekin bir-biridan mustaqil ravishda, uni 1840 yilda kashf etgan) - elektr tokining issiqlik ta'sirini miqdoriy jihatdan ifodalovchi qonun.

O'tkazgich orqali oqim o'tganda, transformatsiya sodir bo'ladi elektr energiyasi issiqlikka aylanadi va chiqarilgan issiqlik miqdori elektr kuchlarining ishiga teng bo'ladi:

Q = V

Joule-Lenz qonuni: Supero'tkazuvchilarda hosil bo'ladigan issiqlik miqdori oqim kuchining kvadratiga, o'tkazgichning qarshiligiga va uning o'tish vaqtiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir.

Amaliy qiymat

Energiya yo'qotishlarini kamaytirish

Elektr energiyasini uzatishda oqimning issiqlik ta'siri istalmagan, chunki bu energiya yo'qotilishiga olib keladi. O'tkazilayotgan quvvat kuchlanish va oqim kuchiga chiziqli bog'liqligi va isitish quvvati kvadratik ravishda tok kuchiga bog'liq bo'lganligi sababli, elektr tokini uzatishdan oldin kuchlanishni oshirish, natijada oqim kuchini kamaytirish foydalidir. Kuchlanishning oshishi elektr uzatish liniyalarining elektr xavfsizligini pasaytiradi. Zanjirda yuqori kuchlanishdan foydalanilganda, iste'molchining bir xil quvvatini saqlab turish uchun iste'molchining qarshiligini oshirish kerak bo'ladi (kvadrat bog'liqlik. 10V, 1 Ohm = 20V, 4 Ohm). Ta'minot simlari va iste'molchi ketma-ket ulangan. Simga qarshilik ( R w) doimiy. Ammo iste'molchining qarshiligi ( R c) tarmoqda yuqoriroq kuchlanish tanlanganda ortadi. Iste'molchining qarshiligi va simlarning qarshiligi nisbati ham o'sib bormoqda. Qarshiliklar ketma-ket ulanganda (sim - iste'molchi - sim), chiqarilgan quvvatning taqsimlanishi ( Q) ulangan qarshiliklarning qarshiligiga proportsionaldir. ; ; ; barcha qarshiliklar uchun tarmoqdagi oqim doimiydir. Shunday qilib, biz munosabatlarga egamiz Q c / Q w = R c / R w ; Q c Va R w doimiylar (har biri uchun aniq vazifa). Keling, buni aniqlaylik. Binobarin, simlarda chiqarilgan quvvat iste'molchining qarshiligiga teskari proportsionaldir, ya'ni kuchlanish kuchayishi bilan kamayadi. chunki . (Q c- doimiy); Biz oxirgi ikkita formulani birlashtiramiz va shuni olamiz; har bir aniq vazifa uchun doimiy hisoblanadi. Shuning uchun simda hosil bo'ladigan issiqlik iste'molchidagi kuchlanish kvadratiga teskari proportsionaldir.Tok bir tekis o'tadi.

Sxema uchun simlarni tanlash

Oqim o'tkazuvchi o'tkazgich tomonidan ishlab chiqarilgan issiqlik u yoki bu darajada chiqariladi muhit. Tanlangan o'tkazgichdagi oqim kuchi ma'lum bir ruxsat etilgan maksimal qiymatdan oshib ketgan taqdirda, shunday kuchli isitish mumkinki, o'tkazgich yaqinidagi narsalarda yong'inga olib kelishi yoki o'zini eritishi mumkin. Qoida tariqasida, elektr davrlarini yig'ishda qabul qilinganlarga rioya qilish kifoya normativ hujjatlar, xususan, o'tkazgichlarning kesimini tanlashni tartibga soluvchi.

Elektr isitgichlar

Agar oqim kuchi butun elektr pallasida bir xil bo'lsa, u holda har qanday tanlangan sohada issiqlik qancha ko'p bo'lsa, bu qismning qarshiligi shunchalik yuqori bo'ladi.

O'chirish qismining qarshiligini ataylab oshirib, ushbu bo'limda mahalliy issiqlik hosil bo'lishiga erishish mumkin. Bu tamoyil ishlaydi elektr isitgichlar. Ular foydalanadilar isitish elementi - yuqori qarshilikka ega o'tkazgich. Qarshilikning oshishi (birgalikda yoki alohida) yuqori qarshilikka ega (masalan, nikrom, konstantan) qotishma tanlash, o'tkazgichning uzunligini oshirish va uning kesimini kamaytirish orqali erishiladi. Qo'rg'oshin simlari odatda past qarshilikka ega va shuning uchun ularning isishi odatda sezilmaydi.

Sigortalar

Elektr davrlarini haddan tashqari katta oqimlar oqimidan himoya qilish uchun maxsus xususiyatlarga ega bo'lgan o'tkazgichning bir qismi ishlatiladi. Bu nisbatan kichik kesimdagi o'tkazgich bo'lib, shunday qotishmadan yasalgan bo'lib, ruxsat etilgan oqimlarda o'tkazgichni isitish uni haddan tashqari qizdirmaydi va o'tkazgichning haddan tashqari qizib ketishida o'tkazgich eriydi va kontaktlarning zanglashiga olib ochiladi.

Wikimedia fondi. 2010 yil.

Boshqa lug'atlarda "Joule-Lenz qonuni" nima ekanligini ko'ring:

Koppa kompleksning issiqlik sig'imini tavsiflaydi (ya'ni, bir nechta kimyoviy elementlar) kristall jismlar. Dyulong-Peti qonuni asosida. Molekuladagi har bir atom uchta tebranish erkinlik darajasiga ega va u energiyaga ega. Shunga ko'ra ... Vikipediya

JOUL QONUNI- ma'lum bir massaning ichki energiyasi (qarang) faqat haroratga bog'liq bo'lgan va uning hajmiga (zichligiga) bog'liq bo'lmagan qonun ... Katta politexnika entsiklopediyasi

joule qonuni- Joul qonuni *Joulesches Gesetz - ideal gazning faqat haroratlarda to'planishi uchun ichki energiyasi ... Girnichiy ensiklopedik lug'ati

Joul qonuni- Džaulio dėsnis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Dėsnis, formuluojamas taip: laidininke, kai juo teka elektros srovė, išsiskiriantis šilumos kiekis Q yra proporės... Penkiakalbis aiskinamasis metrologijos terminų žodynas

Joul qonuni- termodinamika qonuni, unga ko'ra ideal gazning ichki energiyasi faqat haroratga bog'liq va hajmga bog'liq emas. 1845 yilda J.P.Joule (1818 1889) tomonidan eksperimental tarzda tashkil etilgan. Qonun ikkinchi qonunning natijasidir ... ... Tushunchalar zamonaviy tabiatshunoslik. Asosiy atamalarning lug'ati

Kompleks (ya'ni, bir nechta kimyoviy elementlardan iborat) kristall jismlarning issiqlik sig'imini tavsiflaydi. Dyulong-Peti qonuni asosida. Molekuladagi har bir atom uchta tebranish erkinlik darajasiga ega va u energiyaga ega. Tegishli ravishda, …… Vikipediya - ENERGIYA VA MATERYANI SAQLASH QONUNI, barcha aniq tabiiy fanlar asosini tashkil etuvchi bir-biri bilan chambarchas bog'liq va mazmunan juda o'xshash ikkita qonun. Bu qonunlar sof miqdoriy xarakterga ega va eksperimental qonunlardir. Katta tibbiy ensiklopediya

Joule-Lenz qonuni

Joule-Lenz qonuni(Ingliz fizigi Jeyms Joul va rus fizigi Emil Lenz 1840 yilda bir vaqtning o'zida, lekin bir-biridan mustaqil ravishda kashf etganidan keyin) elektr tokining issiqlik ta'sirini aniqlaydigan qonundir.

O'tkazgich orqali oqim o'tganda, elektr energiyasi issiqlik energiyasiga aylanadi va chiqarilgan issiqlik miqdori elektr kuchlarining ishiga teng bo'ladi:

Q = V

Joule-Lenz qonuni: Supero'tkazuvchilarda hosil bo'ladigan issiqlik miqdori oqim kuchining kvadratiga, o'tkazgichning qarshiligiga va uning o'tish vaqtiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir.

Amaliy qiymat

Energiya yo'qotishlarini kamaytirish

Elektr energiyasini uzatishda oqimning issiqlik ta'siri istalmagan, chunki bu energiya yo'qotilishiga olib keladi. O'tkazilayotgan quvvat kuchlanish va oqimga chiziqli bog'liq bo'lgani uchun va isitish quvvati kvadratik ravishda oqimga bog'liq bo'lganligi sababli, elektr tokini uzatishdan oldin kuchlanishni oshirish foydali bo'ladi va shu bilan oqimni kamaytiradi. Kuchlanishning oshishi elektr uzatish liniyalarining elektr xavfsizligini pasaytiradi. Zanjirda yuqori kuchlanishdan foydalanilganda, iste'molchining bir xil quvvatini saqlab turish uchun iste'molchining qarshiligini oshirish kerak bo'ladi (kvadrat bog'liqlik. 10V, 1 Ohm = 20V, 4 Ohm). Ta'minot simlari va iste'molchi ketma-ket ulangan. Simga qarshilik ( R w) doimiy. Ammo iste'molchining qarshiligi ( R c) tarmoqda yuqoriroq kuchlanish tanlanganda ortadi. Iste'molchining qarshiligi va simlarning qarshiligi nisbati ham o'sib bormoqda. Qarshiliklar ketma-ket ulanganda (sim - iste'molchi - sim), chiqarilgan quvvatning taqsimlanishi ( Q) ulangan qarshiliklarning qarshiligiga proportsionaldir. ; ; ; barcha qarshiliklar uchun tarmoqdagi oqim doimiydir. Shunday qilib, biz munosabatlarga egamiz Q c / Q w = R c / R w ; Q c Va R w bu doimiylar (har bir aniq vazifa uchun). Keling, buni aniqlaylik. Binobarin, simlarda chiqarilgan quvvat iste'molchining qarshiligiga teskari proportsionaldir, ya'ni kuchlanish kuchayishi bilan kamayadi. chunki . (Q c- doimiy); Biz oxirgi ikkita formulani birlashtiramiz va shuni olamiz; har bir aniq vazifa uchun doimiy hisoblanadi. Shuning uchun simda hosil bo'ladigan issiqlik iste'molchidagi kuchlanish kvadratiga teskari proportsionaldir.Tok bir tekis o'tadi.

Zanjirlar uchun simlarni tanlash

Oqim o'tkazuvchi o'tkazgich tomonidan ishlab chiqarilgan issiqlik u yoki bu darajada atrof-muhitga chiqariladi. Tanlangan o'tkazgichdagi oqim kuchi ma'lum bir ruxsat etilgan maksimal qiymatdan oshib ketgan taqdirda, shunday kuchli isitish mumkinki, o'tkazgich yaqinidagi narsalarda yong'inga olib kelishi yoki o'zini eritishi mumkin. Qoida tariqasida, elektr zanjirlarini yig'ishda, xususan, o'tkazgichlarning kesimini tanlashni tartibga soluvchi qabul qilingan me'yoriy hujjatlarga rioya qilish kifoya.

Elektr isitgichlar

Agar oqim kuchi butun elektr pallasida bir xil bo'lsa, u holda har qanday tanlangan sohada issiqlik qancha ko'p bo'lsa, bu qismning qarshiligi shunchalik yuqori bo'ladi.

O'chirish qismining qarshiligini ataylab oshirib, ushbu bo'limda mahalliy issiqlik hosil bo'lishiga erishish mumkin. Bu tamoyil ishlaydi elektr isitgichlar. Ular foydalanadilar isitish elementi- yuqori qarshilikka ega o'tkazgich. Qarshilikning oshishiga (birgalikda yoki alohida) yuqori qarshilikka ega (masalan, nikrom, konstantan) qotishma tanlash, o'tkazgich uzunligini oshirish va uning kesimini kamaytirish orqali erishiladi. Qo'rg'oshin simlari odatda past qarshilikka ega va shuning uchun ularning isishi odatda sezilmaydi.

Sigortalar

Asosiy maqola: Sug'urta (elektr)

Joule-Lenz qonuni

Emili Xristianovich Lenz (1804 - 1865) - taniqli rus fizigi. U elektromexanika asoschilaridan biridir. Uning nomi yo'nalishni belgilaydigan qonunning kashf etilishi bilan bog'liq induksion oqim, va oqim o'tkazuvchi o'tkazgichdagi elektr maydonini aniqlaydigan qonun.

Bundan tashqari, Emilius Lenz va ingliz fizigi Joul, oqimning issiqlik ta'sirini o'rganib, mustaqil ravishda qonunni kashf etdilar, unga ko'ra o'tkazgichda ajralib chiqadigan issiqlik miqdori o'tadigan elektr tokining kvadratiga to'g'ridan-to'g'ri proportsional bo'ladi. Supero'tkazuvchilar orqali, uning qarshiligi va elektr tokining o'tkazgichda o'zgarmagan holda saqlanadigan vaqti.

Ushbu qonun Joule-Lenz qonuni deb ataladi, uning formulasi quyidagicha ifodalanadi:

Bu erda Q - chiqarilgan issiqlik miqdori, l - oqim, R - o'tkazgichning qarshiligi, t - vaqt; k qiymati ishning termal ekvivalenti deb ataladi. Ushbu miqdorning raqamli qiymati formulaga kiritilgan boshqa miqdorlarning o'lchovlari amalga oshiriladigan birliklarni tanlashga bog'liq.

Agar issiqlik miqdori kaloriyalarda, oqim amperda, qarshilik ohmda va vaqt soniyalarda o'lchanadigan bo'lsa, u holda k son jihatdan 0,24 ga teng. Bu shuni anglatadiki, 1a oqim qarshiligi 1 ohm bo'lgan o'tkazgichda bir soniyada 0,24 kkalga teng bo'lgan issiqlik miqdorini chiqaradi. Bunga asoslanib, o'tkazgichda chiqarilgan kaloriyalardagi issiqlik miqdori quyidagi formula bo'yicha hisoblanishi mumkin:

SI birliklar tizimida energiya, issiqlik va ish birliklarda - joullarda o'lchanadi. Shuning uchun Joul-Lenz qonunida proporsionallik koeffitsienti birga teng. Ushbu tizimda Joule-Lenz formulasi quyidagi shaklga ega:

Joul-Lenz qonuni eksperimental tarzda tekshirilishi mumkin. Kalorimetrga quyilgan suyuqlikka botirilgan simli spiral orqali bir muncha vaqt tok o'tadi. Keyin kaloriyametrda chiqarilgan issiqlik miqdori hisoblanadi. Spiralning qarshiligi oldindan ma'lum, oqim ampermetr bilan, vaqt esa sekundomer bilan o'lchanadi. Zanjirdagi oqimni o'zgartirib, turli spirallardan foydalanib, siz Joule-Lenz qonunini tekshirishingiz mumkin.

Ohm qonuniga asoslanadi

Joriy qiymatni (2) formulaga almashtirib, biz Joule-Lenz qonuni uchun yangi formula ifodasini olamiz:

Q \u003d l²Rt formulasidan ketma-ket ulanishda chiqarilgan issiqlik miqdorini hisoblashda foydalanish qulay, chunki bu holda barcha o'tkazgichlarda elektr toki bir xil bo'ladi. Shunday qilib, qachon sodir bo'ladi ketma-ket ulanish bir nechta o'tkazgichlar, ularning har birida o'tkazgichning qarshiligiga mutanosib bo'lgan bunday issiqlik miqdori chiqariladi. Agar, masalan, bir xil o'lchamdagi uchta sim - mis, temir va nikel ketma-ket ulangan bo'lsa, u holda nikeldan eng katta issiqlik chiqariladi, chunki uning qarshiligi eng katta bo'lib, u kuchliroq va qiziydi.

Agar o'tkazgichlar parallel ravishda ulangan bo'lsa, unda ulardagi elektr toki boshqacha bo'ladi va bunday o'tkazgichlarning uchlaridagi kuchlanish bir xil bo'ladi. Q \u003d (U² / R) t formulasidan foydalanib, bunday ulanish paytida chiqariladigan issiqlik miqdorini hisoblash yaxshiroqdir.

Ushbu formula shuni ko'rsatadiki, parallel ulanganda, har bir o'tkazgich uning o'tkazuvchanligiga teskari proportsional bo'lgan issiqlik miqdorini chiqaradi.

Agar siz bir xil qalinlikdagi uchta simni - mis, temir va nikelni bir-biriga parallel ravishda ulasangiz va ular orqali oqim o'tkazsangiz, u holda eng katta issiqlik miqdori chiqariladi. mis sim, u boshqalarga qaraganda ko'proq qiziydi.

Joule-Lenz qonuniga asoslanib, ular turli xil elektr yoritish moslamalarini, isitish va isitish elektr jihozlarini hisoblashadi. Elektr energiyasini issiqlik energiyasiga aylantirish ham keng qo'llaniladi.

Joule-Lenz qonuni

Bir hil o'tkazgichni ko'rib chiqing, uning uchlariga U kuchlanish qo'llaniladi . Dt vaqt davomida o'tkazgich kesimi orqali zaryad o'tkaziladi dq = Idt . Oqim elektr maydoni ta'sirida dq zaryadning harakati bo'lganligi sababli, (84.6) formulaga muvofiq, oqimning ishi.

(99.1)

Agar o'tkazgichning qarshiligi R , keyin Ohm qonunidan (98.1) foydalanib, biz olamiz

(99.2)

(99.1) va (99.2) dan hozirgi quvvat kelib chiqadi

(99.3)

Agar oqim amperda, kuchlanish voltda, qarshilik ohmda ifodalangan bo'lsa, u holda oqimning ishi joulda, quvvat esa vattlarda ifodalanadi. Amalda joriy ishning tizimdan tashqari birliklari ham qo'llaniladi: vatt-soat (Wh) va kilovatt-soat (kVt). 1 Vt × h - 1 Vt quvvatga ega oqimning 1 soat davomida ishlashi; 1 Vt = 3600 Vt = 3,6-103 J; 1 kVt/soat=103 Vt=3,6-106 J.

Birlik hajmda vaqt birligida ajralib chiqadigan issiqlik miqdori oqimning o'ziga xos issiqlik quvvati deb ataladi. U teng

(99.6)

Ohm qonunining differentsial shakli (j = gE) va r = 1/g munosabatidan foydalanish , olamiz

(99.7)

Formulalar (99.6) va (99.7) Joule-Lenz qonunining differensial shakldagi umumlashtirilgan ifodasi bo'lib, har qanday o'tkazgich uchun mos keladi.

Oqimning issiqlik effekti texnologiyada keng qo'llaniladi, bu 1873 yilda rus muhandisi A. N. Lodygin (1847-1923) tomonidan cho'g'lanma lampani kashf qilishdan boshlangan. Elektr muffle pechlarining ishlashi elektr toki bilan isitish o'tkazgichlariga asoslangan. elektr yoyi(rus muhandisi V.V. Petrov (1761-1834) tomonidan kashf etilgan), kontaktli elektr payvandlash, maishiy elektr isitgichlar va boshqalar.

Joule Lenz formulasi. qisqacha

Nina sovuq

Joul Lenz qonuni chekli qarshilikka ega bo'lgan elektr zanjirining u orqali oqim o'tganda ajralib chiqadigan issiqlik miqdorini aniqlaydi. Majburiy shart - bu zanjirning ushbu qismida kimyoviy o'zgarishlar bo'lmasligi kerak. Uning uchlarida kuchlanish qo'llaniladigan o'tkazgichni ko'rib chiqing. Shuning uchun u orqali oqim o'tadi. Shunday qilib, elektrostatik maydon va tashqi kuchlar elektr zaryadini o'tkazgichning bir uchidan ikkinchisiga o'tkazish ishini bajaradi.
Agar bir vaqtning o'zida o'tkazgich harakatsiz qolsa va uning ichida kimyoviy o'zgarishlar sodir bo'lmasa. Keyin elektrostatik maydonning tashqi kuchlari tomonidan sarflangan barcha ish ortib boradi ichki energiya dirijyor. Ya'ni, uni isitish uchun.

Tarkib:

Mashhur rus fizigi Lenz va ingliz fizigi Joul elektr tokining issiqlik ta'sirini o'rganish bo'yicha tajribalar olib borib, mustaqil ravishda Joul-Lenz qonunini ishlab chiqdilar. Ushbu qonun o'tkazgichda chiqarilgan issiqlik miqdori va ma'lum vaqt davomida ushbu o'tkazgich orqali o'tadigan elektr toki o'rtasidagi munosabatni aks ettiradi.

Elektr tokining xossalari

Elektr toki metall o'tkazgichdan o'tganda, uning elektronlari doimo turli xil begona zarralar bilan to'qnashadi. Bu oddiy neytral molekulalar yoki elektronlarini yo'qotgan molekulalar bo'lishi mumkin. Harakat jarayonida elektron neytral molekuladan yana bitta elektronni ajratishi mumkin. Natijada uning kinetik energiyasi yo'qoladi va molekula o'rniga musbat ion hosil bo'ladi. Boshqa hollarda elektron, aksincha, musbat ion bilan birlashadi va neytral molekula hosil qiladi.

Elektronlar va molekulalarning to'qnashuvi jarayonida energiya sarflanadi, keyinchalik u issiqlikka aylanadi. Muayyan miqdordagi energiya sarflanishi qarshilikni engish kerak bo'lgan barcha harakatlar bilan bog'liq. Bu vaqtda ishqalanish qarshiligini yengish uchun sarflangan ish issiqlik energiyasiga aylanadi.

Joul Lenz qonuni formulasi va ta'rifi

Lenz Joule qonuniga ko'ra, o'tkazgichdan o'tadigan elektr tokiga oqim va qarshilik kvadratiga to'g'ridan-to'g'ri proportsional bo'lgan issiqlik miqdori, shuningdek, bu oqimning o'tkazgichdan o'tishi uchun zarur bo'lgan vaqt hamroh bo'ladi. .

Formula shaklida Joul-Lenz qonuni quyidagicha ifodalanadi: Q \u003d I 2 Rt, bunda Q ajratilgan issiqlik miqdorini ko'rsatadi, I - , R - o'tkazgichning qarshiligi, t - vaqt davri. "K" qiymati ishning termal ekvivalenti bo'lib, issiqlik miqdori kaloriyalarda, oqim kuchi - , qarshilik - ohmda va vaqt - soniyalarda o'lchanadigan hollarda qo'llaniladi. K ning raqamli qiymati 0,24 ni tashkil qiladi, bu 1 amperlik oqimga to'g'ri keladi, u 1 ohm o'tkazgich qarshiligi bilan 1 soniya davomida 0,24 kkalga teng issiqlik miqdorini chiqaradi. Shuning uchun, chiqarilgan issiqlik miqdorini kaloriyalarda hisoblash uchun Q = 0,24I 2 Rt formulasidan foydalaniladi.

SI birliklar tizimidan foydalanganda issiqlik miqdori joul bilan o'lchanadi, shuning uchun Joule-Lenz qonuniga nisbatan "k" qiymati 1 ga teng bo'ladi va formula quyidagicha ko'rinadi: Q \u003d I 2 Rt. I = U/R ga ko'ra. Agar ushbu joriy qiymat asosiy formulaga almashtirilsa, u quyidagi shaklni oladi: Q \u003d (U 2 / R) t.

Asosiy formula Q = I 2 Rt ketma-ket ulanish holatida chiqariladigan issiqlik miqdorini hisoblashda foydalanish uchun juda qulaydir. Barcha o'tkazgichlarda oqim kuchi bir xil bo'ladi. Bir vaqtning o'zida bir nechta o'tkazgichlar ketma-ket ulanganda, ularning har biri o'tkazgichning qarshiligiga mutanosib bo'lgan juda ko'p issiqlikni chiqaradi. Agar uchta bir xil mis, temir va nikel simlari ketma-ket ulangan bo'lsa, u holda maksimal issiqlik miqdori oxirgi marta chiqariladi. Bu nikelning eng yuqori o'ziga xos qarshiligi va bu simning kuchli isishi bilan bog'liq.

Xuddi shu o'tkazgichlar parallel ravishda ulanganda, ularning har birida elektr tokining qiymati har xil bo'ladi va uchlaridagi kuchlanish bir xil bo'ladi. Bunday holda, Q \u003d (U 2 / R) t formulasi hisob-kitoblar uchun ko'proq mos keladi. Supero'tkazuvchilar tomonidan chiqarilgan issiqlik miqdori uning o'tkazuvchanligiga teskari proportsional bo'ladi. Shunday qilib, Joule-Lenz qonuni elektr yoritish moslamalarini, turli isitish va isitish moslamalarini, shuningdek, elektr energiyasini issiqlikka aylantirish bilan bog'liq boshqa qurilmalarni hisoblash uchun keng qo'llaniladi.

Joule-Lenz qonuni. Elektr tokining ishi va kuchi

Salom. Joule-Lenz qonuni sizga kerak bo'lganda dargumon, lekin u kiritilgan asosiy kurs elektrotexnika, shuning uchun endi men sizga ushbu qonun haqida gapirib beraman.

Joul-Lenz qonuni ikki buyuk olim tomonidan bir-biridan mustaqil ravishda kashf etilgan: 1841 yilda termodinamika rivojiga katta hissa qo'shgan ingliz olimi Jeyms Preskott Joul. va 1842 yilda nemis asli rus olimi, elektrotexnikaga katta hissa qo'shgan Emil Xristianovich Lenz. Ikkala olimning kashfiyoti deyarli bir vaqtning o'zida va bir-biridan mustaqil ravishda sodir bo'lganligi sababli, qonunni qo'sh ism, aniqrog'i familiyalar deb atashga qaror qilindi.

Esingizda bo'lsin, qachon va nafaqat u, men elektr toki u o'tadigan o'tkazgichlarni isitadi, deb aytdim. Joule va Lenz hosil bo'ladigan issiqlik miqdorini hisoblash mumkin bo'lgan formulani o'ylab topishdi.

Shunday qilib, dastlab formula quyidagicha ko'rinardi:

Ushbu formula bo'yicha o'lchov birligi kaloriya edi va 0,24 ga teng bo'lgan k koeffitsienti buning uchun "javobgar" edi, ya'ni kaloriyalarda ma'lumotlarni olish formulasi quyidagicha ko'rinadi:

Ammo SI o'lchov tizimida o'lchangan miqdorlarning ko'pligini hisobga olgan holda va chalkashmaslik uchun joule belgisi qabul qilinganligi sababli, formula biroz o'zgargan. k birga teng bo'ldi va shuning uchun koeffitsient endi formulada yozilmadi va u quyidagicha ko'rinishni boshladi:

Bu erda: Q - Joul bilan o'lchanadigan issiqlik miqdori (SI belgisi - J);

I - oqim, Amper bilan o'lchanadi, A;

R - qarshilik, Ohm, Ohm bilan o'lchanadi;

t - soniyalarda o'lchanadigan vaqt, s;

va U - kuchlanish, volt, V bilan o'lchanadi.

Ehtiyotkorlik bilan qarang, ushbu formulaning bir qismi sizga biror narsani eslatadimi? Va aniqrog'i? Ammo bu kuch, aniqrog'i Ohm qonunidan quvvat formulasi. Rostini aytsam, men Internetda Joule-Lenz qonunining bunday namoyishini hali ko'rmaganman:

Endi biz mnemonik jadvalni eslaymiz va qanday miqdorlarni bilishimizga qarab Joule-Lenz qonunining kamida uchta formulali ifodasini olamiz:

Hamma narsa juda oddiydek tuyuladi, lekin bizga bu qonunni allaqachon bilganimizdagina tuyuladi va keyin ikkala buyuk olim ham uni nazariy emas, balki eksperimental ravishda kashf qilishdi va keyin uni nazariy asoslashga muvaffaq bo'lishdi.

Bu Joule-Lenz qonuni qayerda foydali bo'lishi mumkin?

Elektrotexnikada simlar orqali oqadigan uzoq muddatli ruxsat etilgan oqim tushunchasi mavjud. Bu sim bardosh bera oladigan oqimdir. uzoq vaqt(ya'ni, cheksiz), simni yo'q qilmasdan (va agar mavjud bo'lsa, izolyatsiyani, chunki sim izolyatsiyasiz bo'lishi mumkin). Albatta, endi siz ma'lumotlarni PUE (Elektr o'rnatish qoidalari) dan olishingiz mumkin, ammo siz bu ma'lumotlarni faqat Joule-Lenz qonuni asosida oldingiz.

Elektrotexnikada sigortalar ham qo'llaniladi. Ularning asosiy sifati ishonchlilikdir. Buning uchun ma'lum bir uchastkaning o'tkazgichi ishlatiladi. Bunday o'tkazgichning erish haroratini bilib, u orqali katta oqimlar oqimidan o'tkazgich erishi uchun zarur bo'lgan issiqlik miqdorini hisoblash mumkin va oqimni hisoblash orqali bunday o'tkazgich ega bo'lishi kerak bo'lgan qarshilikni hisoblash mumkin. . Umuman olganda, siz allaqachon tushunganingizdek, Joule-Lenz qonunidan foydalanib, siz sug'urta uchun o'tkazgichning kesimini yoki qarshiligini (o'zaro bog'liqlik qiymatlari) hisoblashingiz mumkin.

Va shuningdek, esda tuting, biz gaplashdik. U erda, lampochkaning misolidan foydalanib, men paradoksga aytdimki, ketma-ket ulanishda kuchliroq chiroq zaifroq porlaydi. Va, ehtimol, nima uchun eslaysiz: qarshilikdagi kuchlanishning pasayishi qanchalik kuchli bo'lsa, qarshilik shunchalik past bo'ladi. Va quvvat bo'lgani uchun va kuchlanish juda tushib ketganligi sababli, katta qarshilik chiqadi ko'p miqdorda issiqlik, ya'ni oqim katta qarshilikni engish uchun ko'proq ishlashga to'g'ri keladi. Va bu holda oqim chiqaradigan issiqlik miqdori Joule-Lenz qonuni yordamida hisoblanishi mumkin. Agar qarshiliklarning ketma-ket ulanishini olsak, unda foydalaning yaxshiroq ifodalash oqim kvadrati orqali, ya'ni original ko'rinish formulalar:

Va uchun parallel ulanish qarshilik, chunki parallel shoxlardagi oqim qarshilikka bog'liq, har bir parallel shoxchadagi kuchlanish bir xil bo'lsa, formula kuchlanish jihatidan eng yaxshi ifodalanadi:

Siz hammangiz kundalik hayotda Joule-Lenz qonuni ishining misollaridan foydalanasiz - birinchi navbatda, bu barcha turdagi isitish moslamalari. Qoida tariqasida, ular nikromli sim va qalinligidan foydalanadilar ( ko'ndalang bo'lim) va o'tkazgichning uzunligi uzoq muddatli termal ta'sir qilish simni tezda yo'q qilishga olib kelmasligini hisobga olgan holda tanlanadi. Xuddi shu tarzda, volfram filamenti akkor chiroqda porlaydi. Xuddi shu qonunga ko'ra, deyarli har qanday elektr va elektron qurilmaning mumkin bo'lgan isitish darajasi aniqlanadi.

Umuman olganda, ko'rinadigan soddaligiga qaramay, Joule-Lenz qonuni hayotimizda juda muhim rol o'ynaydi. Ushbu qonun nazariy hisob-kitoblarga katta turtki berdi: oqimlar bilan issiqlik hosil qilish, yoyning, o'tkazgichning va boshqa har qanday elektr o'tkazuvchan materialning o'ziga xos haroratini hisoblash, yo'qotishlar elektr quvvati termal ekvivalentda va boshqalar.

Siz Joulni vattga qanday aylantirishni so'rashingiz mumkin va bu juda yaxshi tez-tez so'raladigan savol Internetda. Savol biroz noto'g'ri bo'lsa-da, o'qishni davom ettirsangiz, nima uchun ekanligini tushunasiz. Javob juda oddiy: 1 j = 0,000278 vatt * soat, 1 vatt * soat = 3600 joul. Sizga shuni eslatib o'tamanki, iste'mol qilinadigan lahzali quvvat vattlarda o'lchanadi, ya'ni kontaktlarning zanglashiga olib kelganda to'g'ridan-to'g'ri ishlatiladigan sxema. Va Joule elektr tokining ishini, ya'ni oqimning ma'lum bir vaqt oralig'idagi kuchini aniqlaydi. Esingizda bo'lsin, Ohm qonunida men allegorik vaziyatni berdim. Oqim - bu pul, kuchlanish - bu do'kon, qarshilik - bu mutanosiblik va pul hissi, kuch - bu bir vaqtning o'zida o'zingizga olib boradigan (olib qo'yadigan) mahsulotlar miqdori, lekin qanchalik uzoq, qanchalik tez va necha marta mumkin. ularni olib ketish ish. Ya'ni, ish va quvvatni solishtirishning hech qanday usuli yo'q, lekin biz uchun tushunarli bo'lgan birliklarda ifodalanishi mumkin: Vatt va soat.

O'ylaymanki, endi siz uchun Joul-Lenz qonunini, agar kerak bo'lsa, amaliyotda va nazariyada qo'llash va hatto Joulni vattga va aksincha aylantirish qiyin bo'lmaydi. Va Joul-Lenz qonuni elektr quvvati va vaqt mahsuloti ekanligini tushunish tufayli siz uni osonroq eslab qolishingiz mumkin va agar siz to'satdan asosiy formulani unutib qo'ysangiz ham, Om qonunini eslab, yana Joul-ni olishingiz mumkin. Lenz qonuni. Va bu borada siz bilan xayrlashaman.