Prawo Joule-Lenza: jego sformułowanie i zastosowanie
Sformułowanie
W prawdziwym przewodniku, gdy przepływa przez niego prąd, praca jest wykonywana przeciw siłom tarcia. Elektrony poruszają się przez drut i zderzają się z innymi elektronami, atomami i innymi cząsteczkami. W rezultacie wytwarzane jest ciepło. Prawo Joule-Lenza opisuje ilość ciepła uwalnianego, gdy prąd przepływa przez przewodnik. Jest to wprost proporcjonalne do aktualnej siły, oporu i czasu przepływu.
W formie integralnej prawo Joule-Lenza wygląda następująco:
Bieżąca siła jest oznaczona literą I i jest wyrażona w amperach, rezystancji - R w omach i czasie t - w sekundach. Jednostka miary ciepła Q - Joule, aby przeliczyć na kalorie, należy pomnożyć wynik przez 0,24. W tym przypadku 1 kaloria jest równa ilości ciepła, którą należy doprowadzić do czystej wody, aby zwiększyć jej temperaturę o 1 stopień.
Taki zapis formuły dotyczy odcinka obwodu z szeregowym połączeniem przewodów, gdy przepływa w nich jeden prąd, ale różne spadki napięcia na końcach. Iloczyn prądu podniesionego do kwadratu przez opór jest równy mocy. Jednocześnie moc jest wprost proporcjonalna do kwadratu napięcia i odwrotnie proporcjonalna do rezystancji. Następnie w przypadku obwodu elektrycznego z połączeniem równoległym prawo Joule-Lenza można zapisać jako:
W formie różnicowej wygląda to tak:
Gdzie j jest gęstością prądu A / cm2, E to siła pola elektrycznego, sigma to specyficzna rezystancja przewodnika.
Należy zauważyć, że dla jednorodnej sekcji obwodu rezystancja elementów będzie taka sama. Jeśli w obwodzie występują przewodniki o różnej rezystancji, powstaje sytuacja, gdy maksymalna ilość ciepła jest uwalniana na tym, który ma największą rezystancję, co można stwierdzić, analizując wzór prawa Joule-Lenza.
FAQ
Jak znaleźć czas? Odnosi się to do okresu przepływu prądu przez przewodnik, to znaczy, gdy obwód jest zamknięty.
Jak znaleźć rezystancję przewodnika? Aby określić opór za pomocą wzoru, który jest często nazywany „szyną”, to znaczy:
W tym przypadku litera „Po” oznacza rezystywność, jest mierzona w Ohm * m / cm2, l i S to długość i pole przekroju. W obliczeniach zmniejszono liczbę metrów kwadratowych i centymetrów, a wartości omowe pozostały.
Rezystywność jest wartością tabelaryczną i jest różna dla każdego metalu. Miedź jest o rząd wielkości mniejsza niż w przypadku stopów o wysokiej odporności, takich jak wolfram lub nichrom. Do tego, co jest stosowane, rozważymy poniżej.
Przejdźmy do ćwiczeń
Prawo Joule-Lenza ma ogromne znaczenie dla obliczeń elektrotechnicznych. Przede wszystkim można go zastosować przy obliczaniu urządzeń grzewczych. Przewód jest najczęściej używany jako element grzewczy, ale nie prosty (taki jak miedź), ale o wysokiej rezystancji. Najczęściej jest nichrom lub kantal, fechral.
Mają dużą rezystywność. Możesz użyć miedzi, ale wtedy wydasz dużo kabla (sarkazm, miedź nie jest używana do tego celu). Aby obliczyć moc cieplną urządzenia grzewczego, musisz określić, który korpus i w jakich objętościach należy ogrzać, wziąć pod uwagę wymaganą ilość ciepła i czas, przez jaki musi on być przenoszony do ciała. Po obliczeniach i przekształceniach otrzymasz rezystancję i siłę prądu w tym obwodzie. Na podstawie danych dotyczących rezystywności wybierz materiał przewodnika, jego przekrój i długość.
Prawo Joule-Lenza dotyczące przesyłania energii elektrycznej na odległość
W przenoszenie mocy na duże odległości pojawia się istotny problem - straty na liniach przesyłowych (liniach przesyłowych). Prawo Joule-Lenza opisuje ilość ciepła uwalnianego przez przewodnik podczas przepływu prądu. Linie energetyczne zasilają całe przedsiębiorstwa i miasta, a do tego potrzeba dużo energii, w wyniku czego duży prąd. Ponieważ ilość ciepła zależy od rezystancji przewodu i prądu, aby kabel się nie nagrzewał, musisz zmniejszyć ilość ciepła. Ponieważ nie zawsze jest możliwe zwiększenie przekroju drutów jest to kosztowne pod względem kosztu samej miedzi i ciężaru kabla, co pociąga za sobą wzrost kosztu konstrukcji wsporczej. Linie elektroenergetyczne wysokiego napięcia pokazano poniżej. Są to masywne metalowe konstrukcje zaprojektowane w celu podniesienia kabla na bezpieczną wysokość nad ziemią, aby uniknąć porażenia prądem.
Dlatego konieczne jest zmniejszenie prądu, aby to zrobić, zwiększają napięcie. Między miastami linie energetyczne mają zwykle napięcie 220 lub 110 kV, au odbiorcy spada do pożądanej wartości za pomocą podstacji transformatorowych (KTP) lub szeregu KTP stopniowo obniżających się do bezpieczniejszych wartości dla transmisji, na przykład 6 kV.
Zatem przy takim samym zużyciu energii przy napięciu 380/220 V prąd spadnie setki i tysiące razy mniej. I zgodnie z prawem Joule-Lenza ilość ciepła w tym przypadku zależy od mocy, która jest tracona na kablu.
Bezpieczniki i bezpieczniki
Prawo Joule-Lenza dotyczy bezpieczników. Są to elementy chroniące urządzenie elektryczne lub elektroniczne przed nadmiernymi prądami, które mogą wystąpić w wyniku skoków napięcia zasilania, zwarcie na płytce drukowanej lub uzwojeniach (w przypadku silników) w celu ochrony przed dalszym zniszczeniem całego układu elektrycznego i pożarem. Składają się z obudowy, izolatora i cienkiego drutu. Drut jest wybierany w takiej sekcji, że przepływa przez niego prąd znamionowy, a gdy zostanie przekroczony, ilość wytwarzanego ciepła spala go.
W związku z powyższym dochodzimy do wniosku, że ustawa Joule-Lenza znalazła szerokie zastosowanie i jest bardzo ważna dla elektrotechniki. Dzięki informacjom o ilości ciepła dostarczonym przez obliczenia zgodnie ze wskazanymi powyżej wzorami możemy dowiedzieć się o trybach pracy urządzeń, wybrać niezbędne materiały i przekrój, aby zwiększyć bezpieczeństwo, niezawodność i trwałość urządzenia lub obwodu jako całości.
Tam kończymy nasz artykuł. Mamy nadzieję, że podane informacje były dla Ciebie przydatne i interesujące. Na koniec zalecamy obejrzenie filmu, na którym omawiany jest ten problem bardziej szczegółowo:
Na pewno nie wiesz:
Ładowanie...
