1841 und 1842 stellten englische und russische Physiker unabhängig voneinander die Abhängigkeit der Wärmemenge vom Stromfluss in einem Leiter fest. Diese Abhängigkeit wurde als "Joule-Lenz-Gesetz" bezeichnet. Der Engländer stellte die Abhängigkeit ein Jahr früher fest als der Russe, aber das Gesetz erhielt seinen Namen von den Namen der beiden Wissenschaftler, weil ihre Forschung unabhängig war. Das Gesetz ist nicht theoretisch, aber von großer praktischer Bedeutung. Lassen Sie uns also kurz und klar die Definition des Joule-Lenz-Gesetzes und seine Anwendung herausfinden.
Inhalt:
- Der Wortlaut
- FAQ
- Kommen wir zum Üben
- Joule-Lenz-Gesetz für die Übertragung von Elektrizität über eine Entfernung
- Sicherungen und Sicherungen
Der Wortlaut
In einem realen Leiter wird beim Durchfließen von Strom Arbeit gegen Reibungskräfte verrichtet. Elektronen bewegen sich durch den Draht und kollidieren mit anderen Elektronen, Atomen und anderen Teilchen. Als Ergebnis wird Wärme erzeugt. Das Joule-Lenz-Gesetz beschreibt die Wärmemenge, die entsteht, wenn Strom durch einen Leiter fließt. Sie ist direkt proportional zur Stromstärke, zum Widerstand und zur Durchflusszeit.
In integraler Form sieht das Joule-Lenz-Gesetz wie folgt aus:
Der Strom wird durch den Buchstaben I angezeigt und in Ampere ausgedrückt, der Widerstand ist R in Ohm und die Zeit t in Sekunden. Die Maßeinheit für Wärme Q ist Joule; um in Kalorien umzurechnen, müssen Sie das Ergebnis mit 0,24 multiplizieren. In diesem Fall entspricht 1 Kalorie der Wärmemenge, die sauberem Wasser zugeführt werden muss, um seine Temperatur um 1 Grad zu erhöhen.
Diese Formel gilt für einen Abschnitt eines Stromkreises, wenn die Leiter in Reihe geschaltet sind, wenn ein Stromwert in ihnen fließt, aber an den Enden eine andere Spannung abfällt. Das Produkt aus Strom im Quadrat zum Widerstand ist gleich der Leistung. Gleichzeitig ist die Leistung direkt proportional zum Quadrat der Spannung und umgekehrt proportional zum Widerstand. Für einen Stromkreis mit Parallelschaltung lässt sich das Joule-Lenz-Gesetz dann in der Form schreiben:
In Differentialform sieht das so aus:
Wobei j die Stromdichte A / cm. ist2, E ist die elektrische Feldstärke, Sigma ist der spezifische Widerstand des Leiters.
Es ist erwähnenswert, dass für einen homogenen Abschnitt der Schaltung der Widerstand der Elemente gleich ist. Wenn der Stromkreis Leiter mit unterschiedlichen Widerständen enthält, entsteht eine Situation, in der die maximale Wärmemenge zeichnet sich durch diejenige aus, die den größten Widerstand hat, was durch die Analyse der Formel des Gesetzes geschlossen werden kann Joule-Lenz.
FAQ
Wie finde ich die Zeit? Dies bezieht sich auf die Dauer des Stromflusses durch den Leiter, dh wenn der Stromkreis geschlossen ist.
Wie findet man den Widerstand eines Leiters? Um den Widerstand zu bestimmen, wird eine Formel verwendet, die oft als "Schiene" bezeichnet wird, dh:
Hier bezeichnet der Buchstabe „Ro“ den spezifischen Widerstand, er wird in Ohm * m/cm2 gemessen, l und S sind die Länge und die Querschnittsfläche. Beim Rechnen werden Quadratmeter und Zentimeter reduziert und Ohm bleiben.
Der spezifische Widerstand ist ein Tabellenwert und hat für jedes Metall seinen eigenen. Kupfer hat um Größenordnungen weniger als hochohmige Legierungen wie Wolfram oder Nichrom. Für was es verwendet wird, werden wir unten betrachten.
Kommen wir zum Üben
Für elektrische Berechnungen ist das Joule-Lenz-Gesetz von großer Bedeutung. Zunächst können Sie es bei der Berechnung von Heizgeräten anwenden. Als Heizelement wird meistens ein Leiter verwendet, jedoch kein einfacher (wie Kupfer), sondern mit einem hohen Widerstand. Meistens ist es Nichrom oder Kanthal, Fechral.
Sie haben einen hohen spezifischen Widerstand. Sie können Kupfer verwenden, aber dann werden Sie viel Kabel verschwenden (Sarkasmus, Kupfer wird dafür nicht verwendet). Um die Wärmeleistung für ein Heizgerät zu berechnen, müssen Sie feststellen, welcher Körper sich befindet Welche Mengen müssen Sie erwärmen, berücksichtigen Sie die benötigte Wärmemenge und wie lange sie übertragen werden muss Karosserie. Nach Berechnungen und Transformationen erhalten Sie den Widerstand und die Stromstärke in dieser Schaltung. Wählen Sie auf der Grundlage der erhaltenen Daten zum spezifischen Widerstand das Material des Leiters, seinen Querschnitt und seine Länge aus.
Joule-Lenz-Gesetz für die Übertragung von Elektrizität über eine Entfernung
Bei Übertragung von Strom über Entfernungen ein erhebliches Problem entsteht - Verluste auf Übertragungsleitungen (Stromleitungen). Das Joule-Lenz-Gesetz beschreibt die Wärmemenge, die ein Leiter beim Fließen eines Stroms erzeugt. Stromübertragungsleitungen versorgen ganze Unternehmen und Städte mit Strom, und dies erfordert aufgrund eines großen Stroms viel Strom. Da die Wärmemenge vom Widerstand des Leiters und vom Strom abhängt, damit sich die Kabel nicht erwärmen, müssen Sie die Wärmemenge reduzieren. Es ist nicht immer möglich, den Querschnitt der Drähte zu erhöhen, weil dies ist im Hinblick auf die Kosten des Kupfers selbst und das Gewicht des Kabels kostspielig, was eine Erhöhung der Kosten der Tragstruktur mit sich bringt. Hochspannungsleitungen sind unten dargestellt. Dies sind massive Metallkonstruktionen, die dazu dienen, Kabel in eine sichere Höhe über dem Boden zu bringen, um einen Stromschlag zu vermeiden.
Daher müssen Sie den Strom reduzieren, um dies zu tun, die Spannung erhöhen. Zwischen Städten haben Stromleitungen in der Regel eine Spannung von 220 oder 110 kV und beim Verbraucher wird sie mit auf den erforderlichen Wert reduziert Verwendung von Umspannwerken (KTP) oder einer Reihe von KTP, die schrittweise auf Werte gesenkt werden, die für die Übertragung sicherer sind, zum Beispiel 6 kV.
Somit sinkt bei gleicher Leistungsaufnahme bei einer Spannung von 380/220 V der Strom hundert- und tausendfach geringer. Und nach dem Joule-Lenz-Gesetz wird die Wärmemenge in diesem Fall durch die Verlustleistung des Kabels bestimmt.
Sicherungen und Sicherungen
Für Sicherungsgrößen gilt das Joule-Lenz-Gesetz. Dies sind Elemente, die ein elektrisches oder elektronisches Gerät vor zu hohen Strömen schützen, die durch einen Spannungsstoß in der Versorgungsspannung entstehen können. Kurzschluss auf der Platine oder Wicklungen (bei Motoren) zum Schutz vor weiteren Schäden an der gesamten Elektrik und Feuer. Sie bestehen aus einem Körper, einem Isolator und einem dünnen Draht. Der Draht wird mit einem solchen Querschnitt ausgewählt, dass der Nennstrom durch ihn fließt und bei dessen Überschreitung die erzeugte Wärmemenge ihn verbrennt.
Daraus schließen wir, dass das Joule-Lenz-Gesetz die breiteste Anwendung gefunden hat und für die Elektrotechnik von großer Bedeutung ist. Dank der Informationen über die Wärmemenge, die die Berechnungen nach den oben angegebenen Formeln ermöglicht, können wir die Modi kennenlernen Betrieb von Geräten, wählen Sie die erforderlichen Materialien und den Querschnitt, um die Sicherheit, Zuverlässigkeit und Lebensdauer des Geräts oder der Schaltung zu erhöhen das Ganze.
Damit ist unser Artikel abgeschlossen. Wir hoffen, dass die bereitgestellten Informationen für Sie nützlich und interessant waren. Abschließend empfehlen wir Ihnen, sich das Video anzusehen, in dem dieses Thema ausführlicher behandelt wird:
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