En 1841 y 1842, independientemente unos de otros, físicos ingleses y rusos establecieron la dependencia de la cantidad de calor del flujo de corriente en un conductor. Esta dependencia se denominó "Ley de Joule-Lenz". El inglés estableció la dependencia un año antes que el ruso, pero la ley obtuvo su nombre de los nombres de ambos científicos, porque su investigación era independiente. La ley no es teórica, pero tiene una gran importancia práctica. Entonces, descubramos breve y claramente la definición de la ley de Joule-Lenz y dónde se aplica.
Contenido:
- La redacción
- Preguntas más frecuentes
- Pasemos a la práctica
- Ley de Joule-Lenz para la transmisión de electricidad a distancia
- Fusibles y fusibles
La redacción
En un conductor real, cuando la corriente fluye a través de él, se trabaja contra las fuerzas de fricción. Los electrones se mueven a través del cable y chocan con otros electrones, átomos y otras partículas. Como resultado, se genera calor. La ley de Joule-Lenz describe la cantidad de calor que se genera cuando la corriente fluye a través de un conductor. Es directamente proporcional a la intensidad actual, la resistencia y el tiempo de flujo.
En forma integral, la ley de Joule-Lenz se ve así:
La corriente se indica con la letra I y se expresa en amperios, la resistencia es R en ohmios y el tiempo t en segundos. La unidad de medida del calor Q es Joule; para convertir a calorías, debes multiplicar el resultado por 0,24. En este caso, 1 caloría es igual a la cantidad de calor que se necesita suministrar al agua limpia para aumentar su temperatura en 1 grado.
Esta escritura de la fórmula es válida para una sección de un circuito cuando los conductores están conectados en serie, cuando un valor de corriente fluye a través de ellos, pero un voltaje diferente cae en los extremos. El producto de la corriente al cuadrado por la resistencia es igual a la potencia. Al mismo tiempo, la potencia es directamente proporcional al cuadrado del voltaje e inversamente proporcional a la resistencia. Entonces, para un circuito eléctrico con conexión en paralelo, la ley de Joule-Lenz se puede escribir en la forma:
En forma diferencial, se ve así:
Donde j es la densidad de corriente A / cm2, E es la intensidad del campo eléctrico, sigma es la resistividad del conductor.
Cabe señalar que para una sección homogénea del circuito, la resistencia de los elementos será la misma. Si el circuito contiene conductores con diferentes resistencias, surge una situación en la que la cantidad máxima de calor destaca sobre la que tiene mayor resistencia, la cual se puede concluir analizando la fórmula de la Ley Joule-Lenz.
Preguntas más frecuentes
¿Cómo encuentro el tiempo? Esto se refiere al período de flujo de corriente a través del conductor, es decir, cuando el circuito está cerrado.
¿Cómo encontrar la resistencia de un conductor? Para determinar la resistencia, se utiliza una fórmula, que a menudo se denomina "carril", es decir:
Aquí la letra "Ro" denota la resistividad, se mide en Ohm * m / cm2, ly S son la longitud y el área de la sección transversal. Al calcular, los metros cuadrados y centímetros se reducen y quedan ohmios.
La resistividad es un valor tabular y para cada metal tiene el suyo. El cobre tiene órdenes de magnitud menos que las aleaciones de alta resistencia como el tungsteno o el nicromo. Para qué se usa, lo consideraremos a continuación.
Pasemos a la práctica
La ley de Joule-Lenz es de gran importancia para los cálculos eléctricos. En primer lugar, puede aplicarlo al calcular los dispositivos de calefacción. Un conductor se usa con mayor frecuencia como elemento calefactor, pero no uno simple (como el cobre), pero con una alta resistencia. La mayoría de las veces es nicromo o kanthal, fechral.
Tienen alta resistividad. Puede usar cobre, pero luego desperdiciará mucho cable (sarcasmo, el cobre no se usa para este propósito). Para calcular la potencia del calor para un dispositivo de calefacción, debe determinar qué cuerpo está en qué volúmenes necesita calentar, tenga en cuenta la cantidad de calor requerido y cuánto tiempo necesita ser transferido cuerpo. Después de los cálculos y transformaciones, recibirá la resistencia y la intensidad de la corriente en este circuito. Con base en los datos obtenidos sobre la resistividad, seleccione el material del conductor, su sección transversal y longitud.
Ley de Joule-Lenz para la transmisión de electricidad a distancia
A transmisión de electricidad a distancias surge un problema importante: pérdidas en las líneas de transmisión (líneas eléctricas). La ley de Joule-Lenz describe la cantidad de calor generado por un conductor a medida que fluye una corriente. Las líneas de transmisión de energía alimentan a empresas y ciudades enteras, y esto requiere mucha energía, como resultado de una gran corriente. Dado que la cantidad de calor depende de la resistencia del conductor y la corriente, para que los cables no se calienten, es necesario reducir la cantidad de calor. No siempre es posible aumentar la sección transversal de los cables, porque esto es costoso en términos del costo del cobre en sí y del peso del cable, lo que implica un aumento en el costo de la estructura de soporte. Las líneas eléctricas de alto voltaje se muestran a continuación. Se trata de enormes estructuras metálicas diseñadas para elevar los cables a una altura segura sobre el suelo para evitar descargas eléctricas.
Por lo tanto, debe reducir la corriente para hacer esto, aumentar el voltaje. Entre ciudades, las líneas eléctricas suelen tener un voltaje de 220 o 110 kV, y al consumidor se reduce al valor requerido con utilizando subestaciones transformadoras (KTP) o una serie de KTP que disminuyen gradualmente a valores que son más seguros para la transmisión, por ejemplo 6 kV.
Por lo tanto, con el mismo consumo de energía a un voltaje de 380/220 V, la corriente disminuirá cientos y miles de veces. Y de acuerdo con la ley de Joule-Lenz, la cantidad de calor en este caso está determinada por la potencia que se pierde en el cable.
Fusibles y fusibles
La ley de Joule-Lenz se aplica a los tamaños de fusibles. Son elementos que protegen un dispositivo eléctrico o electrónico de corrientes excesivas para el mismo, que pueden surgir como consecuencia de una sobretensión en la tensión de alimentación, cortocircuito en el tablero o devanados (en el caso de motores) para proteger contra daños mayores al sistema eléctrico en su conjunto y fuego. Consisten en una carcasa, un aislante y un cable delgado. El cable se selecciona con tal sección transversal para que la corriente nominal fluya a través de él y, cuando se exceda, la cantidad de calor generado lo quemará.
Como resultado de lo anterior, concluimos que la Ley de Joule-Lenz ha encontrado la aplicación más amplia y es muy importante para la ingeniería eléctrica. Gracias a la información sobre la cantidad de calor, que da la realización de cálculos según las fórmulas indicadas anteriormente, podemos conocer los modos operación de dispositivos, seleccione los materiales necesarios y la sección transversal para aumentar la seguridad, confiabilidad y durabilidad del dispositivo o circuito en El conjunto.
Con esto concluye nuestro artículo. Esperamos que la información proporcionada haya sido útil e interesante para usted. Finalmente, recomendamos ver el video, que trata este tema con más detalle:
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