Undang-undang Joule-Lenz(dinamakan sempena ahli fizik Inggeris James Joule dan ahli fizik Rusia Emilius Lenz, yang secara serentak tetapi secara bebas menemuinya pada tahun 1840) - undang-undang yang memberikan penilaian kuantitatif kesan haba arus elektrik.

Apabila arus mengalir melalui konduktor, penjelmaan berlaku tenaga elektrik menjadi haba, dan jumlah haba yang dibebaskan akan sama dengan kerja daya elektrik:

Hukum Joule-Lenz: jumlah haba yang dijana dalam konduktor adalah berkadar terus dengan kuasa dua arus, rintangan konduktor dan masa laluannya.

Kepentingan praktikal

Mengurangkan kehilangan tenaga

Apabila menghantar elektrik, kesan haba arus adalah tidak diingini, kerana ia membawa kepada kehilangan tenaga. Oleh kerana kuasa yang dihantar bergantung secara linear pada kedua-dua voltan dan arus, dan kuasa pemanasan bergantung secara kuadratik pada arus, adalah berfaedah untuk meningkatkan voltan sebelum menghantar elektrik, dengan itu mengurangkan arus. Meningkatkan voltan mengurangkan keselamatan elektrik talian kuasa. Jika voltan tinggi digunakan dalam litar, untuk mengekalkan kuasa pengguna yang sama, rintangan pengguna perlu ditingkatkan (pergantungan kuadratik. 10V, 1 Ohm = 20V, 4 Ohm). Wayar bekalan dan pengguna disambung secara bersiri. Rintangan wayar ( R w) malar. Tetapi rintangan pengguna ( R c) meningkat apabila memilih voltan yang lebih tinggi dalam rangkaian. Nisbah rintangan pengguna kepada rintangan wayar juga meningkat. Apabila perintang disambung secara bersiri (wayar - pengguna - wayar), pengagihan kuasa yang dilepaskan ( Q) adalah berkadar dengan rintangan perintang yang disambungkan. ; ; ; Arus dalam rangkaian adalah malar untuk semua rintangan. Oleh itu kita mempunyai hubungan Q c / Q w = R c / R w ; Q c Dan R w ini adalah pemalar (untuk setiap tugas tertentu). Mari kita tentukan itu. Akibatnya, kuasa yang dikeluarkan pada wayar adalah berkadar songsang dengan rintangan pengguna, iaitu, ia berkurangan dengan peningkatan voltan. kerana . (Q c- malar); Mari kita gabungkan dua formula terakhir dan simpulkan bahawa; untuk setiap tugas tertentu ia adalah tetap. Akibatnya, haba yang dijana pada wayar adalah berkadar songsang dengan kuasa dua voltan pada pengguna.Arus mengalir sama rata.

Memilih wayar untuk litar

Haba yang dihasilkan oleh konduktor pembawa arus dibebaskan ke satu darjah atau yang lain ke dalam persekitaran. Jika kekuatan semasa dalam konduktor yang dipilih melebihi nilai maksimum yang dibenarkan tertentu, pemanasan yang kuat sedemikian mungkin sehingga konduktor boleh menyebabkan kebakaran pada objek berhampirannya atau mencairkan dirinya sendiri. Sebagai peraturan, apabila memasang litar elektrik, sudah cukup untuk mengikuti yang diterima dokumen peraturan, yang mengawal selia, khususnya, pilihan keratan rentas konduktor.

Peranti pemanasan elektrik

Jika kekuatan semasa adalah sama sepanjang keseluruhan litar elektrik, maka dalam mana-mana bahagian yang dipilih semakin banyak haba akan dijana, semakin tinggi rintangan bahagian ini.

Dengan sengaja meningkatkan rintangan bahagian litar, penjanaan haba setempat boleh dicapai dalam bahagian itu. Mereka bekerja berdasarkan prinsip ini elektro alat pemanas . Mereka guna elemen pemanas - konduktor dengan rintangan yang tinggi. Meningkatkan rintangan dicapai (bersama atau berasingan) dengan memilih aloi dengan kerintangan tinggi (contohnya, nichrome, constantan), meningkatkan panjang konduktor dan mengurangkan keratan rentasnya. Wayar plumbum mempunyai rintangan umumnya rendah dan oleh itu pemanasannya biasanya tidak dapat dilihat.

Fius

Untuk melindungi litar elektrik daripada aliran arus yang terlalu tinggi, sekeping konduktor dengan ciri khas digunakan. Ini adalah konduktor dengan keratan rentas yang agak kecil dan diperbuat daripada aloi sedemikian yang, pada arus yang dibenarkan, memanaskan konduktor tidak terlalu panas, tetapi pada arus yang terlalu tinggi, terlalu panas konduktor adalah sangat ketara sehingga konduktor cair dan membuka litar.

Undang-undang Joule-Lenz

Emilius Christianovich Lenz (1804 - 1865) - ahli fizik terkenal Rusia. Beliau adalah salah seorang pengasas elektromekanik. Namanya dikaitkan dengan penemuan hukum yang menentukan arah arus aruhan, dan hukum yang menentukan medan elektrik dalam konduktor pembawa arus.

Di samping itu, Emilius Lenz dan ahli fizik Inggeris Joule, mengkaji secara eksperimen kesan haba arus, secara bebas menemui undang-undang mengikut mana jumlah haba yang dibebaskan dalam konduktor akan berkadar terus dengan kuasa dua arus elektrik yang melalui konduktor. , rintangannya dan masa semasa arus elektrik dikekalkan malar dalam konduktor.

Undang-undang ini dipanggil undang-undang Joule-Lenz; formulanya dinyatakan seperti berikut:

di mana Q ialah jumlah haba yang dibebaskan, l ialah arus, R ialah rintangan konduktor, t ialah masa; kuantiti k dipanggil setara terma kerja. Nilai berangka kuantiti ini bergantung pada pilihan unit di mana baki kuantiti yang termasuk dalam formula diukur.

Jika jumlah haba disukat dalam kalori, arus dalam ampere, rintangan dalam Ohm, dan masa dalam saat, maka k secara berangka sama dengan 0.24. Ini bermakna arus 1A dibebaskan dalam konduktor yang mempunyai rintangan 1 Ohm, dalam satu saat, sejumlah haba yang bersamaan dengan 0.24 kcal. Berdasarkan ini, jumlah haba dalam kalori yang dikeluarkan dalam konduktor boleh dikira menggunakan formula:

Dalam sistem unit SI, tenaga, haba dan kerja diukur dalam unit - joule. Oleh itu, pekali perkadaran dalam undang-undang Joule-Lenz adalah sama dengan satu. Dalam sistem ini, formula Joule-Lenz kelihatan seperti:

Undang-undang Joule–Lenz boleh disahkan secara eksperimen. Arus dialirkan melalui lingkaran dawai yang direndam dalam cecair yang dituangkan ke dalam kalorimeter untuk beberapa lama. Kemudian jumlah haba yang dibebaskan dalam kalorimeter dikira. Rintangan gegelung diketahui terlebih dahulu, arus diukur dengan ammeter dan masa dengan jam randik. Dengan menukar arus dalam litar dan menggunakan gegelung yang berbeza, anda boleh menyemak undang-undang Joule-Lenz.

Berdasarkan hukum Ohm

Menggantikan nilai semasa ke dalam formula (2), kami memperoleh ungkapan baharu untuk hukum Joule-Lenz:

Formula Q = l²Rt mudah digunakan apabila mengira jumlah haba yang dibebaskan semasa sambungan bersiri, kerana dalam kes ini arus elektrik dalam semua konduktor adalah sama. Oleh itu, apabila beberapa konduktor disambung secara bersiri, setiap daripadanya akan membebaskan sejumlah haba yang berkadar dengan rintangan konduktor. Jika, sebagai contoh, tiga wayar dengan saiz yang sama disambungkan secara bersiri - tembaga, besi dan nikel, maka nombor terhebat haba akan dibebaskan daripada logam nikel, kerana kerintangan yang paling hebat, ia lebih kuat dan panas.

Jika konduktor disambung secara selari, maka arus elektrik di dalamnya akan berbeza, tetapi voltan di hujung konduktor tersebut akan sama. Adalah lebih baik untuk mengira jumlah haba yang akan dibebaskan semasa sambungan sedemikian menggunakan formula Q = (U²/R)t.

Formula ini menunjukkan bahawa apabila disambung secara selari, setiap konduktor akan membebaskan sejumlah haba yang akan berkadar songsang dengan kekonduksiannya.

Jika anda menyambungkan tiga wayar dengan ketebalan yang sama - tembaga, besi dan nikel - selari antara satu sama lain dan mengalirkan arus melaluinya, maka jumlah haba terbesar akan dilepaskan dalam wayar tembaga, dan ia akan menjadi lebih panas daripada yang lain.

Mengambil undang-undang Joule-Lenz sebagai asas, pengiraan dibuat untuk pelbagai pemasangan lampu elektrik, pemanasan dan peralatan elektrik pemanasan. Penukaran tenaga elektrik kepada tenaga haba juga digunakan secara meluas.

Undang-undang Joule-Lenz

Mari kita pertimbangkan konduktor homogen, ke hujungnya voltan U digunakan . Semasa dt masa, cas dq = Idt dipindahkan melalui keratan rentas konduktor . Oleh kerana arus mewakili pergerakan cas dq di bawah pengaruh medan elektrik, kemudian, mengikut formula (84.6), kerja semasa

(99.1)

Jika rintangan konduktor R , kemudian, dengan menggunakan hukum Ohm (98.1), kita perolehi

(99.2)

Daripada (99.1) dan (99.2) ia berikutan bahawa kuasa semasa

(99.3)

Jika arus dinyatakan dalam ampere, voltan dalam volt, rintangan dalam ohm, maka kerja yang dilakukan oleh arus dinyatakan dalam joule, dan kuasa dalam watt. Dalam amalan, unit bukan sistem kerja semasa juga digunakan: watt-jam (Wh) dan kilowatt-hour (kWj). 1 Wh - operasi semasa dengan kuasa 1 W selama 1 jam; 1 Wh = 3600 W-s = 3.6-103 J; 1 kWj=103 Wh=3.6-106 J.

Jumlah haba yang dibebaskan setiap unit masa per unit isipadu dipanggil kuasa haba tertentu arus. Ia adalah sama

(99.6)

Menggunakan bentuk pembezaan hukum Ohm (j = gE) dan hubungan r = 1/g , kita mendapatkan

(99.7)

Formula (99.6) dan (99.7) ialah ungkapan umum undang-undang Joule-Lenz dalam bentuk pembezaan, sesuai untuk sebarang konduktor.

Kesan terma penemuan semasa aplikasi yang luas dalam teknologi, yang bermula dengan penemuan pada tahun 1873 oleh jurutera Rusia A. N. Lodygin (1847-1923) lampu pijar. Tindakan arus elektrik adalah berdasarkan pemanasan konduktor oleh arus elektrik. relau meredam, arka elektrik(ditemui oleh jurutera Rusia V.V. Petrov (1761-1834)), hubungi kimpalan elektrik, peranti pemanasan elektrik rumah, dsb.

Formula untuk undang-undang Joule-Lenz. secara ringkas

Nina sejuk

Hukum Joule Lenz menentukan jumlah haba yang dibebaskan dalam bahagian litar elektrik yang mempunyai rintangan terhingga apabila arus melaluinya. Syarat yang diperlukan adalah hakikat bahawa tidak sepatutnya berlaku perubahan kimia dalam bahagian rantai ini. Mari kita ambil konduktor dengan voltan dikenakan pada hujungnya. Oleh itu, arus mengalir melaluinya. Oleh itu, medan elektrostatik dan daya luaran berfungsi untuk menggerakkan cas elektrik dari satu hujung konduktor ke hujung yang lain.
Jika konduktor kekal tidak bergerak dan tiada perubahan kimia berlaku di dalamnya. Itu sahaja kerja yang dibelanjakan kuasa luar medan elektrostatik, pergi untuk meningkatkan tenaga dalaman konduktor. Iaitu, untuk memanaskannya.

Pada abad ke-19, secara bebas antara satu sama lain, orang Inggeris J. Joule dan Rusia E. H. Lenz mengkaji pemanasan konduktor oleh arus elektrik dan secara eksperimen membentuk corak: jumlah haba yang dibebaskan dalam konduktor pembawa arus adalah berkadar terus dengan kuasa dua arus, rintangan konduktor dan masa yang diambil untuk arus mengalir.
Kemudian didapati bahawa pernyataan ini adalah benar untuk mana-mana konduktor: pepejal, cecair, gas. Oleh itu, corak terbuka dipanggil Hukum Joule-Lenz:

Rajah menunjukkan gambar rajah pemasangan yang anda boleh gunakan mengesahkan undang-undang Joule-Lenz secara eksperimen. Dengan membahagikan arus dengan voltan, rintangan dikira menggunakan formula R=U/I. Termometer mengukur peningkatan suhu air. Dengan formula Q=I2Rt Dan Q=cmDt° hitung jumlah haba yang, menurut keputusan eksperimen, sepatutnya bertepatan.
Bagi mereka yang lebih berminat dalam fizik, kami perhatikan secara khusus bahawa undang-undang Joule-Lenz boleh diperolehi bukan sahaja secara eksperimen, tetapi juga diperoleh secara teori. Mari lakukannya.


Formula yang terhasil A=I2Rt adalah serupa dengan formula undang-undang Joule-Lenz, tetapi di sebelah kiri ia adalah kerja arus, dan bukan jumlah haba. Apakah yang memberi kita hak untuk menganggap kuantiti ini sama? Mari kita tuliskannya hukum pertama termodinamik(lihat § 6-h) dan nyatakan kerja daripadanya:
DU = Q + A, oleh itu A =DU-Q.
Mari kita ingat itu DU- ini adalah perubahan dalam tenaga dalaman konduktor yang dipanaskan oleh arus; Q- jumlah haba yang dikeluarkan oleh konduktor (ini ditunjukkan oleh tanda "-" di hadapan); A- kerja yang dilakukan pada konduktor. Mari kita ketahui jenis kerja apa ini.
Konduktor itu sendiri tidak bergerak, tetapi elektron bergerak di dalamnya, sentiasa berlanggar dengan ion kekisi kristal dan memberikan mereka sebahagian daripada miliknya tenaga kinetik. Untuk mengelakkan aliran elektron daripada lemah, kerja sentiasa dilakukan ke atasnya oleh daya medan elektrik yang dicipta oleh sumber elektrik. Oleh itu, A ialah kerja yang dilakukan oleh kuasa medan elektrik untuk menggerakkan elektron di dalam konduktor.
Mari kita bincangkan kuantiti DU(perubahan dalam tenaga dalaman) digunakan pada konduktor di mana arus mula mengalir.
Konduktor akan menjadi panas secara beransur-ansur, yang bermaksud ia tenaga dalaman akan meningkat. Apabila ia menjadi panas, perbezaan antara suhu konduktor dan persekitaran. Mengikut undang-undang Newton (lihat § 6-k), kuasa pemindahan haba konduktor akan meningkat. Selepas beberapa lama, ini akan menyebabkan suhu konduktor berhenti meningkat. Bermula dari sekarang tenaga dalaman konduktor akan berhenti berubah, iaitu nilai DU akan menjadi sama dengan sifar.
Maka hukum pertama termodinamik untuk keadaan ini ialah: A = -Q. Itu dia Jika tenaga dalaman konduktor tidak berubah, maka kerja yang dilakukan oleh arus sepenuhnya ditukar kepada haba. Dengan menggunakan kesimpulan ini, kami menulis ketiga-tiga formula untuk mengira kerja arus dalam bentuk yang berbeza:

Buat masa ini kami akan menganggap formula ini sama. Nanti kita akan bincangkan bahawa formula yang betul adalah sentiasa sah (sebab itulah ia dipanggil undang-undang), dan dua yang kiri adalah benar hanya dalam keadaan tertentu, yang akan kita rumuskan ketika belajar fizik di sekolah menengah.

Undang-undang Joule-Lenz ialah undang-undang fizik yang mentakrifkan ukuran kuantitatif kesan haba arus elektrik. Undang-undang ini telah dirumuskan pada tahun 1841 oleh saintis Inggeris D. Joule dan secara berasingan daripadanya pada tahun 1842 oleh ahli fizik terkenal Rusia E. Lenz. Oleh itu, ia menerima nama ganda - undang-undang Joule-Lenz.

Definisi dan formula undang-undang

Rumusan lisan mempunyai bentuk berikut: kuasa haba yang dijana dalam konduktor apabila mengalir melaluinya adalah berkadar dengan produk nilai ketumpatan medan elektrik dan nilai keamatan.

Secara matematik, hukum Joule-Lenz dinyatakan seperti berikut:

ω = j E = ϭ E²,

di mana ω ialah jumlah haba yang dibebaskan dalam unit. isipadu;

E dan j ialah keamatan dan ketumpatan, masing-masing, bagi medan elektrik;

σ ialah kekonduksian medium.

Makna fizikal undang-undang Joule-Lenz

Hukumnya boleh dijelaskan seperti berikut: arus yang mengalir melalui konduktor mewakili pergerakan cas elektrik di bawah pengaruh. Oleh itu, medan elektrik melakukan beberapa kerja. Kerja ini dibelanjakan untuk memanaskan konduktor.

Dengan kata lain, tenaga berubah menjadi kualiti lain - haba.

Tetapi pemanasan berlebihan konduktor pembawa arus dan peralatan elektrik tidak boleh dibenarkan, kerana ini boleh menyebabkan kerosakan. Kepanasan melampau wayar adalah berbahaya apabila arus yang agak besar boleh mengalir melalui konduktor.

Dalam bentuk integral untuk konduktor nipis Undang-undang Joule-Lenz bunyi seperti ini: jumlah haba yang dibebaskan setiap unit masa dalam bahagian litar yang sedang dipertimbangkan ditakrifkan sebagai hasil darab kuasa dua arus dan rintangan bahagian.

Secara matematik, rumusan ini dinyatakan seperti berikut:

Q = ∫ k I² R t,

dalam kes ini Q ialah jumlah haba yang dibebaskan;

I – nilai semasa;

R - rintangan aktif konduktor;

t – masa pendedahan.

Nilai parameter k biasanya dipanggil setara terma kerja. Nilai parameter ini ditentukan bergantung pada kedalaman bit unit di mana nilai yang digunakan dalam formula diukur.

Undang-undang Joule-Lenz bersifat agak umum, kerana ia tidak bergantung pada sifat daya yang menjana arus.

Dari amalan, boleh dikatakan bahawa ia sah untuk kedua-dua elektrolit dan konduktor dan semikonduktor.

Kawasan permohonan

Terdapat sejumlah besar bidang penerapan hukum Joule Lenz dalam kehidupan seharian. Contohnya, filamen tungsten dalam lampu pijar, arka dalam kimpalan elektrik, filamen pemanasan dalam pemanas elektrik, dan lain-lain lagi. dan lain-lain. Ini adalah undang-undang fizikal yang paling banyak diterima dalam Kehidupan seharian.

Hello. Tidak mungkin anda memerlukan undang-undang Joule-Lenz, tetapi ia termasuk dalam kursus asas kejuruteraan elektrik, dan oleh itu sekarang saya akan memberitahu anda tentang undang-undang ini.

Undang-undang Joule-Lenz ditemui oleh dua saintis hebat secara bebas antara satu sama lain: pada tahun 1841, James Prescott Joule, seorang saintis Inggeris yang memberi sumbangan besar kepada pembangunan termodinamik. dan pada tahun 1842 Emilius Christianovich Lenz, seorang saintis Rusia yang berasal dari Jerman, yang memberikan sumbangan besar kepada kejuruteraan elektrik. Oleh kerana penemuan kedua-dua saintis berlaku hampir serentak dan bebas antara satu sama lain, ia telah memutuskan untuk memanggil undang-undang sebagai nama ganda, atau lebih tepat, nama keluarga.

Ingat bila, dan bukan itu sahaja, saya berkata bahawa arus elektrik memanaskan konduktor yang mengalir. Joule dan Lenz menentukan formula yang boleh digunakan untuk mengira jumlah haba yang dibebaskan.

Jadi, pada mulanya, formula kelihatan seperti ini:

Unit ukuran mengikut formula ini adalah kalori dan pekali k bertanggungjawab untuk ini, yang sama dengan 0.24, iaitu formula untuk mendapatkan data dalam kalori kelihatan seperti ini:

Tetapi oleh kerana dalam sistem pengukuran SI, memandangkan bilangan kuantiti yang diukur yang besar dan untuk mengelakkan kekeliruan, notasi joule telah diterima pakai, formulanya berubah sedikit. k menjadi sama dengan satu, dan oleh itu pekali tidak lagi ditulis dalam formula dan ia mula kelihatan seperti ini:

Di sini: Q ialah jumlah haba yang dijana, diukur dalam Joule (simbol SI - J);

I – arus, diukur dalam Amperes, A;

R – rintangan, diukur dalam Ohm, Ohm;

t – masa diukur dalam saat, s;

dan U – voltan, diukur dalam volt, V.

Lihat dengan teliti, tidakkah satu bahagian formula ini mengingatkan anda tentang apa-apa? Dan lebih khusus lagi? Tetapi ini adalah kuasa, atau sebaliknya formula kuasa daripada undang-undang Ohm. Dan sejujurnya, saya tidak pernah melihat perwakilan seperti undang-undang Joule-Lenz di Internet:

Sekarang kita ingat jadual mnemonik dan dapatkan sekurang-kurangnya tiga ungkapan formula hukum Joule-Lenz, bergantung pada kuantiti yang kita tahu:

Nampaknya segala-galanya sangat mudah, tetapi nampaknya begitu kepada kita hanya apabila kita sudah mengetahui undang-undang ini, dan kemudian kedua-dua saintis hebat menemuinya bukan secara teori, tetapi secara eksperimen dan kemudian dapat membuktikannya secara teori.

Di manakah undang-undang Joule-Lenz ini berguna?

Dalam kejuruteraan elektrik terdapat konsep berterusan arus yang dibenarkan mengalir melalui wayar. Ini adalah arus yang wayar boleh tahan untuk masa yang lama (iaitu, selama-lamanya), tanpa memusnahkan wayar (dan penebat, jika ada, kerana wayar boleh tanpa penebat). Sudah tentu, anda kini boleh mengambil data daripada PUE (Peraturan Pemasangan Elektrik), tetapi anda menerima data ini semata-mata berdasarkan undang-undang Joule-Lenz.

Dalam kejuruteraan elektrik, fius juga digunakan. Kualiti utama mereka adalah kebolehpercayaan. Untuk ini, konduktor keratan rentas tertentu digunakan. Mengetahui takat lebur konduktor sedemikian, anda boleh mengira jumlah haba yang diperlukan untuk konduktor mencair daripada mengalir melaluinya nilai yang besar semasa, dan dengan mengira arus, anda boleh mengira rintangan yang sepatutnya ada pada konduktor tersebut. Secara umum, seperti yang anda sudah faham, menggunakan undang-undang Joule-Lenz anda boleh mengira keratan rentas atau rintangan (nilainya saling bergantung) konduktor untuk fius.

Dan juga, ingat, kita bercakap tentang. Di sana, menggunakan contoh mentol lampu, saya memberitahu paradoks itu lebih banyak lagi lampu berkuasa Dalam sambungan siri cahaya lebih lemah. Dan anda mungkin ingat mengapa: semakin rendah rintangan, semakin besar penurunan voltan merentasi rintangan. Dan kerana kuasa adalah , dan voltan jatuh sangat banyak, ternyata rintangan yang besar akan menghasilkan sejumlah besar haba, iaitu, arus perlu bekerja lebih keras untuk mengatasi rintangan yang besar. Dan jumlah haba yang akan dikeluarkan oleh arus boleh dikira menggunakan hukum Joule-Lenz. Jika kita mengambil sambungan siri rintangan, kemudian gunakan ekspresi yang lebih baik melalui kuasa dua arus, iaitu bentuk asal formula:

Dan untuk sambungan selari rintangan, kerana arus dalam cawangan selari bergantung pada rintangan, manakala voltan pada setiap cawangan selari adalah sama, formula terbaik diwakili dari segi voltan:

Anda semua menggunakan contoh undang-undang Joule-Lenz dalam kehidupan seharian - pertama sekali, ini adalah semua jenis peranti pemanas. Sebagai peraturan, mereka menggunakan wayar nichrome kedua-dua ketebalan (keratan rentas) dan panjang konduktor dipilih dengan mengambil kira bahawa pendedahan haba yang berpanjangan tidak membawa kepada pemusnahan pesat wayar. Dengan cara yang sama, filamen tungsten menyala dalam lampu pijar. Undang-undang yang sama menentukan tahap kemungkinan pemanasan hampir mana-mana peranti elektrik dan elektronik.

Secara umum, walaupun nampak sederhana, undang-undang Joule-Lenz memainkan peranan yang sangat penting dalam kehidupan kita. Undang-undang ini memberikan dorongan besar kepada pengiraan teori: penjanaan haba oleh arus, pengiraan suhu khusus arka, konduktor dan sebarang bahan konduktif elektrik lain, kerugian kuasa elektrik dalam setara terma, dsb.

Anda mungkin bertanya bagaimana untuk menukar Joule kepada Watts dan itu cukup soalan lazim dalam internet. Walaupun soalan itu agak mengelirukan, apabila anda membacanya, anda akan faham mengapa. Jawapannya agak mudah: 1 J = 0.000278 Watt*jam, manakala 1 Watt*jam = 3600 Joule. Biar saya ingatkan anda bahawa penggunaan kuasa serta-merta diukur dalam Watt, iaitu, digunakan secara langsung semasa litar dihidupkan. Dan Joule menentukan kerja arus elektrik, iaitu, kuasa semasa dalam tempoh masa. Ingat, dalam hukum Ohm saya memberikan situasi kiasan. Arus adalah wang, voltan adalah kedai, rintangan adalah rasa perkadaran dan wang, kuasa ialah jumlah produk yang boleh anda bawa (bawa pergi) pada satu masa, tetapi berapa jauh, berapa cepat dan berapa kali anda boleh membawanya pergi adalah kerja. Iaitu, adalah mustahil untuk membandingkan kerja dan kuasa, tetapi ia boleh dinyatakan dalam unit yang lebih mudah difahami oleh kita: Watt dan jam.

Saya fikir sekarang tidak sukar untuk anda menggunakan undang-undang Joule-Lenz dalam amalan dan teori, jika perlu, malah menukar Joule kepada Watt dan sebaliknya. Dan terima kasih kepada pemahaman bahawa undang-undang Joule-Lenz adalah hasil daripada kuasa dan masa elektrik, anda boleh mengingatinya dengan lebih mudah, dan walaupun anda tiba-tiba terlupa formula asas, kemudian mengingati hanya undang-undang Ohm anda boleh mendapatkan Joule-Lenz sekali lagi. undang-undang. Dan dengan ini saya mengucapkan selamat tinggal kepada anda.

Mari kita lihat Undang-undang Joule-Lenz dan aplikasinya.

Apabila arus elektrik melalui konduktor, ia menjadi panas. Ini berlaku kerana elektron bebas dalam logam dan ion dalam larutan elektrolit yang bergerak di bawah pengaruh medan elektrik berlanggar dengan molekul atau atom konduktor dan memindahkan tenaganya kepada mereka. Oleh itu, apabila kerja dilakukan oleh arus tenaga dalaman konduktor bertambah , ia membebaskan sejumlah haba, sama dengan kerja arus, dan konduktor menjadi panas: Q = A atau Q = IUt .

Mempertimbangkan itu U = IR , sebagai hasilnya kita mendapat formula:

Q = I 2 Rt, di mana

Q - jumlah haba yang dibebaskan (dalam Joule)
saya - kekuatan semasa (dalam Amperes)
R - rintangan konduktor (dalam Ohm)
t — masa perjalanan (dalam saat)

Undang-undang Joule-Lenz : jumlah haba yang dijana oleh konduktor pembawa arus adalah sama dengan hasil darab kuasa dua arus, rintangan konduktor dan masa arus bergerak.

Di manakah undang-undang Joule-Lenz digunakan?

1. Contohnya, dalam lampu pijar dan dalam peranti pemanasan elektrik undang-undang Joule-Lenz terpakai. Mereka menggunakan elemen pemanasan, yang merupakan konduktor rintangan tinggi. Disebabkan oleh unsur ini, adalah mungkin untuk mencapai pelepasan haba setempat di kawasan tertentu. Penjanaan haba akan muncul dengan peningkatan rintangan, meningkatkan panjang konduktor, atau memilih aloi tertentu.

2. Salah satu bidang penggunaan undang-undang Joule-Lenz ialah pengurangan kehilangan tenaga . Kesan haba arus membawa kepada kehilangan tenaga. Apabila menghantar elektrik, kuasa yang dihantar bergantung secara linear pada voltan dan arus, dan kuasa pemanasan bergantung pada arus secara kuadratik, jadi jika anda meningkatkan voltan sambil menurunkan arus sebelum membekalkan elektrik, ia akan menjadi lebih menguntungkan. Tetapi peningkatan voltan membawa kepada penurunan keselamatan elektrik. Untuk meningkatkan tahap keselamatan elektrik, rintangan beban ditingkatkan mengikut peningkatan voltan dalam rangkaian.

3. Juga, undang-undang Joule-Lenz memberi kesan pemilihan wayar untuk litar . Kerana jika wayar dipilih secara salah, konduktor mungkin menjadi sangat panas dan boleh terbakar. Ini berlaku apabila arus melebihi maksimum nilai yang sah dan terlalu banyak tenaga dilepaskan.