Joule-Lenz törvény(amely James Joule angol fizikusról és Emilius Lenz orosz fizikusról kapta a nevét, akik egyszerre, de egymástól függetlenül fedezték fel 1840-ben) - egy törvény, amely mennyiségi értékelést ad a hőhatásról elektromos áram.

Amikor áram folyik át egy vezetőn, átalakulás történik elektromos energia termikusba, és a felszabaduló hő mennyisége megegyezik az elektromos erők munkájával:

Joule-Lenz törvény: a vezetőben keletkező hőmennyiség egyenesen arányos az áram négyzetével, a vezető ellenállásával és áthaladásának idejével.

Gyakorlati jelentősége

Csökkentett energiaveszteség

Az áram átvitele során az áram termikus hatása nem kívánatos, mivel energiaveszteséghez vezet. Mivel az átvitt teljesítmény lineárisan függ mind a feszültségtől, mind az áramerősségtől, a fűtőteljesítmény pedig négyzetesen függ az áramerősségtől, előnyös a feszültség növelése az elektromos áram átvitele előtt, ezáltal csökkentve az áramerősséget. A feszültség növekedése csökkenti az elektromos vezetékek biztonságát. Ha az áramkörben nagyfeszültséget használnak, az azonos fogyasztói teljesítmény fenntartása érdekében a fogyasztói ellenállást növelni kell (négyzetes függés. 10V, 1 Ohm = 20V, 4 Ohm). A tápvezetékek és a fogyasztó sorba vannak kötve. Vezeték ellenállás ( R w) állandó. De a fogyasztói ellenállás ( R c) növekszik, ha magasabb feszültséget választunk a hálózatban. A fogyasztói ellenállás és a vezetékellenállás aránya is nő. Ha az ellenállásokat sorba kötik (huzal - fogyasztó - vezeték), a felszabaduló teljesítmény eloszlása ​​( K) arányos a csatlakoztatott ellenállások ellenállásával. ; ; ; A hálózat áramerőssége minden ellenállásnál állandó. Ezért van kapcsolatunk K c / K w = R c / R w ; K cÉs R w ezek konstansok (minden konkrét feladathoz). Határozzuk meg azt. Ebből következően a vezetékeken felszabaduló teljesítmény fordítottan arányos a fogyasztói ellenállással, azaz a feszültség növekedésével csökken. mert . (K c- állandó); Összevonjuk az utolsó két képletet, és következtetni kell arra, hogy ; minden konkrét feladatnál egy állandó. Ebből következően a vezetéken keletkező hő fordítottan arányos a fogyasztónál fellépő feszültség négyzetével, az áram egyenletesen folyik.

Az áramkörök vezetékeinek kiválasztása

Az áramvezető által termelt hő ilyen vagy olyan mértékben a környezetbe kerül. Ha a kiválasztott vezetékben az áramerősség meghalad egy bizonyos maximálisan megengedett értéket, akkor olyan erős felmelegedés lehetséges, hogy a vezető tüzet okozhat a közelében lévő tárgyakban, vagy megolvadhat. Általános szabály, hogy az elektromos áramkörök összeszerelésénél elegendő követni az elfogadottakat szabályozó dokumentumokat, amelyek különösen a vezeték keresztmetszetének megválasztását szabályozzák.

Elektromos fűtőberendezések

Ha az áramerősség a teljes elektromos áramkörben azonos, akkor bármelyik kiválasztott szakaszon minél több hő keletkezik, annál nagyobb ennek a szakasznak az ellenállása.

Az áramkör egy szakaszának ellenállásának szándékos növelésével helyi hőtermelés érhető el azon a szakaszon. Ezen az elven dolgoznak elektro fűtőberendezések . Használják egy fűtőelem - nagy ellenállású vezető. Az ellenállás növelése (együttesen vagy külön-külön) nagy ellenállású ötvözet (például nikróm, konstans) kiválasztásával, a vezető hosszának növelésével és keresztmetszetének csökkentésével érhető el. Az ólomhuzalok általában alacsony ellenállásúak, ezért melegedésük általában észrevehetetlen.

Biztosítékok

Az elektromos áramkörök túlzottan nagy áramok áramlásától való védelme érdekében speciális jellemzőkkel rendelkező vezetéket használnak. Ez egy viszonylag kis keresztmetszetű, olyan ötvözetből készült vezető, hogy a megengedett áramerősségeken a vezető felmelegítése nem melegíti túl, de túl nagy áramok esetén a vezető túlmelegedése olyan jelentős, hogy a vezető megolvad és megnyitja az áramkört.

Joule-Lenz törvény

Emilius Christianovich Lenz (1804-1865) - híres orosz fizikus. Az elektromechanika egyik megalapítója. Az ő nevéhez fűződik az indukciós áram irányát meghatározó törvény felfedezése és a törvény, amely meghatározza elektromos mezőáramvezető vezetékben.

Ezenkívül Emilius Lenz és Joule angol fizikus, kísérletileg tanulmányozva az áram hőhatásait, egymástól függetlenül felfedezték azt a törvényt, amely szerint a vezetőben felszabaduló hőmennyiség egyenesen arányos a vezetőn áthaladó elektromos áram négyzetével. , ellenállása és az az idő, ameddig az elektromos áram állandóan marad a vezetőben.

Ezt a törvényt Joule–Lenz törvénynek nevezik, képlete a következőképpen fejezhető ki:

ahol Q a felszabaduló hőmennyiség, l az áram, R a vezető ellenállása, t az idő; a k mennyiséget a munka termikus megfelelőjének nevezzük. Ennek a mennyiségnek a számértéke attól függ, hogy milyen mértékegységekben mérik a képletben szereplő fennmaradó mennyiségeket.

Ha a hőmennyiséget kalóriában, az áramerősséget amperben, az ellenállást ohmban és az időt másodpercben mérjük, akkor k numerikusan 0,24. Ez azt jelenti, hogy egy 1 Ohm ellenállású vezetőben 1A áram szabadul fel egy másodperc alatt 0,24 kcal-nak megfelelő mennyiségű hőt. Ennek alapján a vezetőben felszabaduló kalóriákban kifejezett hőmennyiség a következő képlettel számítható ki:

Az SI mértékegységrendszerben az energiát, a hőt és a munkát mértékegységben - joule-ban - mérik. Ezért a Joule–Lenz-törvény arányossági együtthatója eggyel egyenlő. Ebben a rendszerben a Joule–Lenz képlet így néz ki:

A Joule–Lenz törvény kísérletileg igazolható. A kaloriméterbe öntött folyadékba mártott huzalspirálon áramot vezetnek át egy ideig. Ezután kiszámítjuk a kaloriméterben felszabaduló hőmennyiséget. A tekercs ellenállása előre ismert, az áramerősséget ampermérővel, az időt pedig stopperórával mérik. Az áramkörben lévő áram megváltoztatásával és különböző tekercsek használatával ellenőrizheti a Joule-Lenz törvényt.

Ohm törvénye alapján

Az aktuális értéket a (2) képletbe behelyettesítve egy új kifejezést kapunk a Joule–Lenz-törvényhez:

A Q = l²Rt képlet kényelmesen használható a soros kapcsolás során felszabaduló hőmennyiség kiszámításakor, mert ebben az esetben az elektromos áram minden vezetőben azonos. Ezért ha több vezetéket sorba kötünk, mindegyik a vezető ellenállásával arányos mennyiségű hőt bocsát ki. Ha például három azonos méretű vezetéket sorba kötünk - réz, vas és nikkel, akkor legnagyobb szám hő szabadul fel a nikkel fémből, mivel ellenállás a legnagyobb, erősebb és felmelegszik.

Ha a vezetőket párhuzamosan csatlakoztatják, akkor az elektromos áram bennük eltérő lesz, de az ilyen vezetők végén lévő feszültség azonos lesz. Az ilyen csatlakozás során felszabaduló hőmennyiséget célszerű a Q = (U²/R)t képlettel kiszámítani.

Ez a képlet azt mutatja, hogy párhuzamosan kapcsolva minden egyes vezető olyan mennyiségű hőt bocsát ki, amely fordítottan arányos a vezetőképességével.

Ha három azonos vastagságú vezetéket - réz, vas és nikkel - egymással párhuzamosan csatlakoztat, és áramot vezet át rajtuk, akkor a legnagyobb hőmennyiség a rézhuzalban szabadul fel, és jobban felmelegszik, mint a többi.

A Joule-Lenz törvényt alapul véve számításokat végeznek különféle elektromos világítási berendezésekre, fűtő- és fűtő elektromos készülékekre. Az elektromos energia hőenergiává alakítását is széles körben alkalmazzák.

Joule-Lenz törvény

Tekintsünk egy homogén vezetőt, melynek végeire U feszültség van kapcsolva . A dt idő alatt a dq = Idt töltés átkerül a vezető keresztmetszetén . Mivel az áram a dq töltés hatás alatti mozgását jelenti elektromos mező, akkor a (84.6) képlet szerint az áram munkája

(99.1)

Ha a vezető ellenállása R , akkor Ohm törvényét (98.1) felhasználva azt kapjuk

(99.2)

A (99.1) és (99.2)-ből az következik, hogy az aktuális teljesítmény

(99.3)

Ha az áramerősséget amperben, a feszültséget voltban, az ellenállást ohmban fejezzük ki, akkor az áram által végzett munkát joule-ban, a teljesítményt pedig wattban fejezzük ki. A gyakorlatban az aktuális munka nem rendszerszintű mértékegységeit is használják: wattóra (Wh) és kilowattóra (kWh). 1 Wh - áramüzem 1 W teljesítménnyel 1 órán keresztül; 1 Wh = 3600 W-s = 3,6-103 J; 1 kWh=103 Wh=3,6-106 J.

Az egységnyi idő alatt, egységnyi térfogatban felszabaduló hőmennyiséget az áram fajlagos hőteljesítményének nevezzük. Ez egyenlő

(99.6)

Az Ohm-törvény differenciálformáját (j = gE) és az r = 1/g összefüggést használva , kapunk

(99.7)

A (99.6) és (99.7) képletek a Joule-Lenz-törvény általánosított kifejezései differenciális formában, bármilyen vezetőre alkalmas.

Termikus hatás jelenlegi leletek széles körű alkalmazás a technológiában, amely azzal kezdődött, hogy 1873-ban A. N. Lodygin orosz mérnök (1847-1923) felfedezte az izzólámpát. Az elektromos áramok működése a vezetők elektromos áram általi melegítésén alapul. tokos kemencék, elektromos ív(felfedezte V. V. Petrov orosz mérnök (1761-1834)), érintkező elektromos hegesztés, háztartási elektromos fűtőberendezések stb.

A Joule-Lenz-törvény képlete. röviden

Nina hideg

A Joule Lenz-törvény határozza meg a hőmennyiséget, amely egy elektromos áramkör azon szakaszában szabadul fel, amelynek véges ellenállása van, amikor áram halad át rajta. Kötelező feltétel az a tény, hogy a lánc ezen szakaszában nem szabad kémiai átalakulásoknak lennie. Vegyünk egy vezetőt, amelynek végeire feszültség van kapcsolva. Ezért áram folyik rajta. Így az elektrosztatikus mező és a külső erők úgy működnek, hogy az elektromos töltést a vezető egyik végéből a másikba mozgatják.
Ha a vezető mozdulatlan marad és nem történik benne kémiai átalakulás. Ennyi munka telt el külső erők elektrosztatikus mező, növeli a vezető belső energiáját. Vagyis felmelegíteni.

A 19. században egymástól függetlenül az angol J. Joule és az orosz E. H. Lenz vizsgálta a vezetők elektromos árammal történő melegítését, és kísérletileg felállított egy mintát: az áramvezetőben felszabaduló hőmennyiség egyenesen arányos az áram négyzetével, a vezető ellenállásával és az áram áthaladásához szükséges idővel.
Később kiderült, hogy ez az állítás minden vezetőre igaz: szilárd, folyékony, gáznemű. Ezért a nyitott mintát ún Joule-Lenz törvény:

Az ábrán egy beépítési rajz látható, amellyel megteheti kísérletileg ellenőrizni a Joule-Lenz törvényt. Az áramerősséget a feszültséggel osztva az ellenállást az R=U/I képlet alapján számítjuk ki. A hőmérő a víz hőmérsékletének emelkedését méri. Képletekkel Q=I2RtÉs Q=cmDt° Számítsa ki azokat a hőmennyiségeket, amelyeknek a kísérlet eredményei szerint egybe kell esniük.
Akit mélyebben érdekel a fizika, annak külön megjegyezzük, hogy a Joule-Lenz-törvény nem csak kísérletileg, hanem elméletileg is levezethető. Csináljuk.


A kapott képlet A=I2Rt hasonló a Joule-Lenz törvény képletéhez, de a bal oldalon az áram munkája, és nem a hőmennyiség. Mi ad jogot arra, hogy ezeket a mennyiségeket egyenlőnek tekintsük? Írjuk fel termodinamika első főtétele(lásd a 6-h §-t), és fejezze ki belőle a művet:
DU = Q + A, tehát A =DU-Q.
Emlékezzünk arra DU- ez az áram által fűtött vezető belső energiájának változása; K- a vezető által leadott hőmennyiség (ezt a „-” jel jelzi); A- a karmesteren végzett munka. Nézzük meg, milyen munka ez.
Maga a vezető mozdulatlan, de az elektronok mozognak benne, folyamatosan ütközve ionokkal kristályrácsés átadja nekik az övé egy részét kinetikus energia. Annak érdekében, hogy az elektronok áramlása ne gyengüljön, az elektromosság forrása által létrehozott elektromos mező erői folyamatosan dolgoznak rajtuk. Ezért A az elektromos térerők által végzett munka, amely az elektronokat a vezető belsejében mozgatja.
Most beszéljük meg a mennyiséget DU(belső energia változása) olyan vezetőre alkalmazzuk, amelyben áram kezd folyni.
A vezető fokozatosan felmelegszik, ami azt jelenti a belső energia növekedni fog. Ahogy felmelegszik, a vezető hőmérséklete közötti különbség és környezet. Newton törvénye szerint (lásd 6-k §) a vezető hőátadó teljesítménye megnő. Ez egy idő után a vezető hőmérsékletének növekedését leállítja. Mostantól a vezető belső energiája megszűnik változni, vagyis az érték DU egyenlő lesz nullával.
Ekkor a termodinamika első törvénye erre az állapotra a következő lesz: A = -Q. Azaz Ha a vezető belső energiája nem változik, akkor az áram által végzett munka teljesen hővé alakul. Ezt a következtetést felhasználva mindhárom képletet más formában írjuk le az áram munkájának kiszámításához:

Egyelőre ezeket a képleteket egyenlőnek tekintjük. A későbbiekben arról lesz szó, hogy a helyes képlet mindig érvényes (ezért hívják törvénynek), a két bal pedig csak bizonyos feltételek mellett igaz, amit a középiskolai fizikát tanulva fogunk megfogalmazni.

A Joule–Lenz-törvény a fizika törvénye, amely meghatározza az elektromos áram termikus hatásának mennyiségi mértékét. Ezt a törvényt 1841-ben D. Joule angol tudós, 1842-ben pedig tőle teljesen különállóan a híres orosz fizikus, E. Lenz fogalmazta meg. Ezért kapta kettős nevét - a Joule-Lenz törvényt.

A törvény meghatározása és képlete

A verbális megfogalmazás a következő: a vezetőben átáramló hőteljesítmény arányos az elektromos térsűrűség értékének és az intenzitásértéknek a szorzatával.

Matematikailag a Joule-Lenz törvény a következőképpen fejeződik ki:

ω = j E = ϭ E²,

ahol ω a felszabaduló hő mennyisége egységekben. hangerő;

E és j az elektromos mezők intenzitása és sűrűsége;

σ a közeg vezetőképessége.

A Joule–Lenz törvény fizikai jelentése

A törvény a következőképpen magyarázható: a vezetőn átfolyó áram az elektromos töltés hatás alatti mozgását jelenti. Így az elektromos tér némileg működik. Ezt a munkát a vezető melegítésére fordítják.

Más szóval, az energia átalakul egy másik minőséggé - hővé.

De nem szabad megengedni az áramvezetők és az elektromos berendezések túlzott melegítését, mivel ez károsodáshoz vezethet. A vezetékek súlyos túlmelegedése veszélyes, ha meglehetősen nagy áramok folyhatnak át a vezetékeken.

Integrált formában vékony vezetékekhez Joule–Lenz törvényígy hangzik: az egységnyi idő alatt felszabaduló hőmennyiséget az áramkör vizsgált szakaszában az áramerősség és a szakasz ellenállásának négyzetének szorzataként határozzuk meg.

Matematikailag ez a megfogalmazás a következőképpen fejeződik ki:

Q = ∫ k I² R t,

ebben az esetben Q a felszabaduló hő mennyisége;

I – aktuális érték;

R - a vezetők aktív ellenállása;

t – expozíciós idő.

A k paraméter értékét általában a munka termikus megfelelőjének nevezik. Ennek a paraméternek az értéke azon egységek bitmélységétől függően kerül meghatározásra, amelyekben a képletben használt értékeket mérik.

A Joule-Lenz törvény meglehetősen általános jellegű, mivel nem függ az áramot létrehozó erők természetétől.

A gyakorlatból kijelenthető, hogy elektrolitokra és vezetőkre és félvezetőkre egyaránt érvényes.

Alkalmazási terület

A Joule Lenz-törvénynek a mindennapi életben számos alkalmazási területe van. Például egy wolfram izzószál egy izzólámpában, egy ív az elektromos hegesztésben, egy fűtőszál egy elektromos fűtőberendezésben és még sokan mások. stb. Ez a legszélesebb körben elfogadott fizikai törvény Mindennapi élet.

Helló. Nem valószínű, hogy valaha is szüksége lesz a Joule-Lenz törvényre, de ez benne van az elektrotechnika alapszakában, ezért most erről a törvényről fogok beszélni.

A Joule-Lenz törvényt két nagy tudós fedezte fel egymástól függetlenül: 1841-ben James Prescott Joule angol tudós, aki nagyban hozzájárult a termodinamika fejlődéséhez. 1842-ben pedig Emilius Christianovich Lenz német származású orosz tudós, aki nagyban hozzájárult az elektrotechnikához. Mivel mindkét tudós felfedezése szinte egyidejűleg és egymástól függetlenül történt, úgy döntöttek, hogy a törvényt kettős névnek, vagy inkább vezetékneveknek nevezik.

Ne feledje, mikor és nem csak azt mondtam, hogy az elektromos áram felmelegíti azokat a vezetőket, amelyeken keresztül áramlik. Joule és Lenz meghatároztak egy képletet, amellyel kiszámítható a felszabaduló hőmennyiség.

Tehát kezdetben a képlet így nézett ki:

A képlet szerinti mértékegység a kalória volt, és ezért a k együttható volt a felelős, amely 0,24, vagyis a kalóriában kifejezett adatok megszerzésének képlete így néz ki:

De mivel az SI mérési rendszerben a mért mennyiségek nagy számára való tekintettel és a félreértések elkerülése végett a joule jelölést alkalmazták, a képlet némileg megváltozott. k egyenlő lett eggyel, ezért az együtthatót már nem írták be a képletbe, és így kezdett kinézni:

Itt: Q a termelt hőmennyiség, Joule-ban mérve (SI szimbólum - J);

I – áram, Amperben mérve, A;

R – ellenállás, Ohmban, Ohmban mérve;

t – másodpercben mért idő, s;

és U – feszültség voltban mérve, V.

Nézze meg figyelmesen, ennek a képletnek egy része nem emlékeztet semmire? És konkrétabban? De ez a hatalom, vagy inkább az Ohm-törvény teljesítményképlete. És hogy őszinte legyek, még soha nem láttam a Joule-Lenz törvény ilyen ábrázolását az interneten:

Most felidézzük a mnemonikus táblázatot, és megkapjuk a Joule-Lenz-törvény legalább három képletkifejezését, attól függően, hogy milyen mennyiségeket ismerünk:

Úgy tűnik, hogy minden nagyon egyszerű, de nekünk csak akkor tűnik annak, ha már ismerjük ezt a törvényt, és akkor mindkét nagy tudós nem elméletileg, hanem kísérleti úton fedezte fel, majd elméletileg alá is tudta támasztani.

Hol jöhet jól ez a Joule-Lenz törvény?

Az elektrotechnikában létezik a folyamatosság fogalma megengedett áramerősségátfolyik a vezetékeken. Ez egy olyan áram, amelyet a vezeték hosszú ideig (vagyis korlátlanul) képes ellenállni anélkül, hogy tönkretenné a vezetéket (és a szigetelést, ha van, mert a vezeték szigetelés nélkül is lehet). Természetesen most már átveheti az adatokat a PUE-ból (Elektromos telepítési szabályok), de ezeket az adatokat kizárólag a Joule-Lenz törvény alapján kapta meg.

Az elektrotechnikában biztosítékokat is használnak. Fő minőségük a megbízhatóság. Ehhez egy bizonyos keresztmetszetű vezetőt használnak. Az ilyen vezető olvadáspontjának ismeretében kiszámíthatja azt a hőmennyiséget, amely szükséges ahhoz, hogy a vezető megolvadjon az átáramlásból nagy értékekáram, és az áram kiszámításával kiszámíthatja, hogy egy ilyen vezetőnek mekkora ellenállással kell rendelkeznie. Általában, amint már megérti, a Joule-Lenz törvény segítségével kiszámíthatja a biztosíték vezetékének keresztmetszetét vagy ellenállását (az értékek egymástól függenek).

És ne feledd, beszéltünk is róla. Ott egy villanykörte példáján elmondtam azt a paradoxont, hogy inkább erős lámpa Soros csatlakozásnál gyengébb a fény. És valószínűleg emlékszel, miért: minél kisebb az ellenállás, annál nagyobb a feszültségesés az ellenálláson. És mivel a teljesítmény , és a feszültség nagyon leesik, kiderül, hogy egy nagy ellenállás nagy mennyiségű hőt termel, vagyis az áramnak keményebben kell dolgoznia a nagy ellenállás leküzdéséhez. Az áram által leadott hőmennyiség pedig a Joule-Lenz törvény segítségével számítható ki. Ha az ellenállások soros kapcsolatát vesszük, akkor használjuk jobb kifejezés az áram négyzetén keresztül, vagyis a képlet eredeti alakján:

És azért párhuzamos kapcsolat ellenállás, mivel a párhuzamos ágak áramerőssége az ellenállástól függ, míg a feszültség minden párhuzamos ágon azonos, a képlet a legjobban feszültségben ábrázolható:

Mindannyian példákat használnak a Joule-Lenz törvényre a mindennapi életben - először is, ezek mindenféle fűtőberendezés. Általános szabály, hogy használják nikróm huzal mind a vezeték vastagságát (keresztmetszetét), mind hosszát úgy választják meg, hogy a hosszan tartó hőhatás ne okozza a vezeték gyors tönkremenetelét. Pontosan ugyanígy világít egy wolframszál izzólámpában. Ugyanez a törvény szinte minden elektromos és elektronikus eszköz lehetséges melegítési fokát határozza meg.

Általánosságban elmondható, hogy látszólagos egyszerűsége ellenére a Joule-Lenz törvény nagyon fontos szerepet játszik életünkben. Ez a törvény nagy lendületet adott az elméleti számításoknak: áramok általi hőtermelés, az ív, a vezető és bármely más elektromosan vezető anyag fajlagos hőmérsékletének kiszámítása, veszteségek elektromos erő termikus egyenértékben stb.

Megkérdezheti, hogyan lehet átváltani a Joule-t wattba, és ez elég gyakran Ismételt kérdés az interneten. Bár a kérdés kissé félrevezető, ha tovább olvasod, megérted, miért. A válasz nagyon egyszerű: 1 J = 0,000278 Watt*óra, míg 1 Watt*óra = 3600 Joule. Hadd emlékeztesselek arra, hogy a pillanatnyi energiafogyasztást wattban mérik, vagyis közvetlenül használják, amíg az áramkör be van kapcsolva. A Joule pedig meghatározza az elektromos áram működését, vagyis az áramerősséget egy bizonyos időtartam alatt. Ne feledje, Ohm törvényében egy allegorikus helyzetet adtam meg. Az áram pénz, a feszültség egy raktár, az ellenállás az arányérzék és a pénz, a teljesítmény az a termékek mennyisége, amelyeket egyszerre elvihetsz (elvihetsz), de meddig, milyen gyorsan és hányszor viheted el. távol van a munka. Vagyis a munkát és a teljesítményt nem lehet összehasonlítani, de kifejezhető számunkra érthetőbb mértékegységekben: Wattban és órákban.

Úgy gondolom, hogy most nem lesz nehéz Önnek a Joule-Lenz törvényt a gyakorlatban és az elméletben alkalmazni, ha szükséges, és akár átváltani a Joule-t wattra, és fordítva. És hála annak megértésének, hogy a Joule-Lenz törvény az elektromos teljesítmény és az idő szorzata, könnyebben emlékezhet rá, és még ha hirtelen elfelejtette is az alapképletet, csak az Ohm-törvényre emlékezve újra megkaphatja a Joule-Lenz törvényt. törvény. És ezzel búcsúzom tőled.

Nézzük a Joule-Lenz törvényt és annak alkalmazását.

Amikor az elektromos áram áthalad egy vezetőn, az felmelegszik. Ez azért történik, mert a fémekben lévő szabad elektronok és az elektrolitoldatokban az elektromos tér hatására mozgó ionok ütköznek a vezetők molekuláival vagy atomjaival, és energiájukat adják át nekik. Így amikor a munkát árammal végzik a vezető belső energiája nő , bizonyos mennyiségű hőt bocsát ki, egyenlő a munkávaláram, és a vezető felmelegszik: Q = A vagy Q = IUt .

Tekintve, hogy U = IR , ennek eredményeként a következő képletet kapjuk:

Q = I 2 Rt, Ahol

K - felszabaduló hőmennyiség (joule-ban)
én - áramerősség (amperben)
R - a vezető ellenállása (ohmban)
t - utazási idő (másodpercben)

Joule–Lenz törvény : az áramvezető által termelt hőmennyiség egyenlő az áramerősség, a vezető ellenállása és az áram haladási idejének négyzetének szorzatával.

Hol érvényes a Joule-Lenz törvény?

1. Például in izzólámpák és be elektromos fűtőberendezések a Joule-Lenz törvény érvényes. Fűtőelemet használnak, amely nagy ellenállású vezető. Ennek az elemnek köszönhetően egy adott területen lokális hőleadás érhető el. A hőtermelés növekvő ellenállással, a vezető hosszának növelésével vagy egy adott ötvözet kiválasztásával jelenik meg.

2. A Joule-Lenz törvény egyik alkalmazási területe az energiaveszteségek csökkentése . Az áram hőhatása energiaveszteséghez vezet. Villamosenergia továbbításakor az átvitt teljesítmény lineárisan függ a feszültségtől és az áramerősségtől, a fűtési teljesítmény pedig az áramerősségtől négyzetesen, így ha az áramellátás előtt növeli a feszültséget, miközben csökkenti az áramerősséget, akkor jövedelmezőbb lesz. De a feszültség növekedése az elektromos biztonság csökkenéséhez vezet. Az elektromos biztonság szintjének növelése érdekében a terhelési ellenállást a hálózat feszültségnövekedésének megfelelően növelik.

3. A Joule-Lenz törvény is hatással van az áramkörök vezetékeinek kiválasztása . Mert ha a vezetékeket nem megfelelően választják ki, a vezető nagyon felforrósodhat és meggyulladhat. Ez akkor fordul elő, ha az áram meghaladja a maximumot érvényes értékekés túl sok energia szabadul fel.