Joule-Lenz yasası: formül, pratikte uygulama, sonuç

1841 ve 1842'de, birbirinden bağımsız olarak, İngiliz ve Rus fizikçiler, ısı miktarının bir iletkendeki akım akışına bağımlılığını belirlediler. Bu bağımlılığa "Joule-Lenz Yasası" adı verildi. İngiliz, bağımlılığı Ruslardan bir yıl önce kurdu, ancak yasa adını her iki bilim insanının adından aldı, çünkü araştırmaları bağımsızdı. Hukuk teorik değildir, ancak büyük pratik öneme sahiptir. Ve böylece Joule-Lenz yasasının tanımını ve nerede uygulandığını kısaca ve net bir şekilde öğrenelim.

Üslup

Gerçek bir iletkende, içinden akım geçtiğinde sürtünme kuvvetlerine karşı iş yapılır. Elektronlar tel boyunca hareket eder ve diğer elektronlar, atomlar ve diğer parçacıklarla çarpışır. Sonuç olarak, ısı üretilir. Joule-Lenz Yasası, bir iletkenden akım geçtiğinde üretilen ısı miktarını tanımlar. Akım gücü, direnç ve akış süresi ile doğru orantılıdır.

Joule-Lenz Yasası integral formda şöyle görünür:

Akım I harfi ile gösterilir ve Amper cinsinden ifade edilir, Direnç Ohm cinsinden R ve t süresi saniye cinsindendir. Isı Q ölçüm birimi Joule'dür; kaloriye dönüştürmek için sonucu 0,24 ile çarpmanız gerekir. Bu durumda 1 kalori, sıcaklığını 1 derece artırmak için temiz suya verilmesi gereken ısı miktarına eşittir.

Formülün bu yazımı, iletkenler seri olarak bağlandığında, içlerinden bir akım değeri geçtiğinde, ancak uçlarında farklı bir voltaj düştüğünde devrenin bir bölümü için geçerlidir. Direnç ile akımın karesinin çarpımı güce eşittir. Aynı zamanda güç, voltajın karesiyle doğru orantılı ve dirençle ters orantılıdır. Daha sonra paralel bağlantılı bir elektrik devresi için Joule-Lenz yasası şu şekilde yazılabilir:

Diferansiyel formda, şöyle görünür:

j, mevcut yoğunluk A / cm'dir², E elektrik alan şiddeti, sigma iletkenin özdirencidir.

Devrenin homojen bir bölümü için elemanların direncinin aynı olacağına dikkat edilmelidir. Devre farklı dirençlere sahip iletkenler içeriyorsa, maksimum ısı miktarı olduğunda bir durum ortaya çıkar. Kanunun formülünü analiz ederek sonuçlanabilecek en büyük dirence sahip olan üzerinde öne çıkıyor. Joule-Lenz.

SSS

Zamanı nasıl bulurum? Bu, iletkenden geçen akımın, yani devrenin kapalı olduğu periyodu ifade eder.

Bir iletkenin direnci nasıl bulunur? Direnci belirlemek için, genellikle "ray" olarak adlandırılan bir formül kullanılır, yani:

Burada "Ro" harfi direnci gösterir, Ohm * m / cm2 cinsinden ölçülür, l ve S uzunluk ve kesit alanıdır. Hesaplarken metrekare ve santimetre küçülür ve ohm kalır.

Direnç bir tablo değeridir ve her metalin kendine ait bir değeri vardır. Bakır, tungsten veya nikrom gibi yüksek dirençli alaşımlardan daha az büyüklük sırasına sahiptir. Ne kullanıldığı için aşağıda ele alacağız.

Hadi uygulamaya geçelim

Joule-Lenz yasası elektriksel hesaplamalar için büyük önem taşımaktadır. Öncelikle ısıtma cihazlarını hesaplarken uygulayabilirsiniz. Bir iletken çoğunlukla bir ısıtma elemanı olarak kullanılır, ancak basit (bakır gibi) değil, yüksek dirençlidir. Çoğu zaman nikrom veya kanthal, fechraldir.

Yüksek dirence sahiptirler. Bakır kullanabilirsiniz, ancak o zaman çok fazla kablo harcarsınız (alaycılık, bakır bu amaçla kullanılmaz). Bir ısıtma cihazının ısı gücünü hesaplamak için hangi cismin içinde olduğunu belirlemeniz gerekir. hangi hacimleri ısıtmanız gerekiyor, gerekli ısı miktarını ve ne kadar süre iletilmesi gerektiğini hesaba katın vücut. Hesaplamalar ve dönüşümlerden sonra bu devredeki direnç ve akım gücünü alacaksınız. Dirençten elde edilen verilere dayanarak, iletkenin malzemesini, kesitini ve uzunluğunu seçin.

Elektriğin belirli bir mesafeden iletilmesi için Joule-Lenz yasası

NS elektriğin uzak mesafelere iletilmesi önemli bir sorun ortaya çıkıyor - iletim hatlarında (elektrik hatları) kayıplar. Joule-Lenz yasası, bir iletken tarafından akım akarken üretilen ısı miktarını tanımlar. Enerji nakil hatları, tüm işletmeleri ve şehirleri besler ve bu, büyük bir akımın bir sonucu olarak çok fazla güç gerektirir. Isı miktarı iletkenin direncine ve akıma bağlı olduğundan, kabloların ısınmaması için ısı miktarını azaltmanız gerekir. Tellerin kesitini artırmak her zaman mümkün değildir, çünkü bu, bakırın maliyeti ve destekleyici yapının maliyetinde bir artışa neden olan kablonun ağırlığı açısından maliyetlidir. Yüksek gerilim güç hatları aşağıda gösterilmiştir. Bunlar, elektrik çarpmasını önlemek için kabloları yerden güvenli bir yüksekliğe çıkarmak için tasarlanmış büyük metal yapılardır.

Bu nedenle, bunu yapmak için akımı azaltmanız, voltajı artırmanız gerekir. Şehirler arasında, elektrik hatları genellikle 220 veya 110 kV'luk bir voltaja sahiptir ve tüketicide gerekli değere düşürülür. trafo trafo merkezleri (KTP) veya iletim için daha güvenli değerlere kademeli olarak düşüren bir dizi KTP kullanarak, örneğin 6 kV.

Böylece, 380/220 V'luk bir voltajda aynı güç tüketimi ile akım yüzlerce ve binlerce kat daha düşük olacaktır. Ve Joule-Lenz yasasına göre, bu durumdaki ısı miktarı kabloda kaybolan güç tarafından belirlenir.

Sigortalar ve sigortalar

Joule-Lenz Yasası sigorta boyutları için geçerlidir. Elektrikli veya elektronik bir cihazı, besleme voltajındaki bir dalgalanma sonucu ortaya çıkabilecek aşırı akımlardan koruyan unsurlardır, kısa devre Bir bütün olarak elektrik sistemine ve yangına daha fazla zarar gelmesini önlemek için pano veya sargılar (motorlarda) üzerinde. Bir gövde, bir yalıtkan ve ince bir telden oluşurlar. Tel, böyle bir kesitle seçilir, böylece anma akımı içinden geçer ve aşıldığında, üretilen ısı miktarı onu yakar.

Yukarıdakilerin bir sonucu olarak, Joule-Lenz Yasasının en geniş uygulamayı bulduğu ve elektrik mühendisliği için çok önemli olduğu sonucuna varıyoruz. Yukarıda belirtilen formüllere göre hesaplamaların performansını veren ısı miktarı bilgisi sayesinde modları öğrenebiliriz. cihazın veya devrenin emniyetini, güvenilirliğini ve dayanıklılığını artırmak için gerekli malzemeleri ve kesiti seçin. bütün.

Bu makalemizi sonlandırıyor. Sağlanan bilgilerin sizin için yararlı ve ilginç olduğunu umuyoruz. Son olarak, bu konuyu daha ayrıntılı olarak ele alan videoyu izlemenizi öneririz:

Muhtemelen bilmiyorsunuz:

• İletkenin direncinin sıcaklığa bağımlılığı
• Basit kelimelerle gimlet kuralı
• dielektrik kaybı nedir
• Sıfırdan bir elektrikçi nasıl olunur