En 1841 et 1842, indépendamment les uns des autres, des physiciens anglais et russes ont établi la dépendance de la quantité de chaleur sur le flux de courant dans un conducteur. Cette dépendance s'appelait la « loi Joule-Lenz ». L'Anglais a établi la dépendance un an plus tôt que le Russe, mais la loi tire son nom des noms des deux scientifiques, car leurs recherches étaient indépendantes. La loi n'est pas théorique, mais elle est d'une grande importance pratique. Et donc découvrons brièvement et clairement la définition de la loi Joule-Lenz et où elle est appliquée.
Teneur:
- Le libellé
- FAQ
- Passons à la pratique
- Loi Joule-Lenz pour le transport d'électricité à distance
- Fusibles et fusibles
Le libellé
Dans un vrai conducteur, lorsque le courant le traverse, le travail est effectué contre les forces de frottement. Les électrons se déplacent à travers le fil et entrent en collision avec d'autres électrons, atomes et autres particules. En conséquence, de la chaleur est générée. La loi de Joule-Lenz décrit la quantité de chaleur générée lorsque le courant circule dans un conducteur. Il est directement proportionnel à l'intensité du courant, à la résistance et au temps d'écoulement.
Sous forme intégrale, la loi Joule-Lenz ressemble à ceci :
Le courant est indiqué par la lettre I et est exprimé en Ampères, la Résistance est R en Ohms, et le temps t est en secondes. L'unité de mesure de la chaleur Q est le Joule; pour convertir en calories, vous devez multiplier le résultat par 0,24. Dans ce cas, 1 calorie est égale à la quantité de chaleur qui doit être fournie à l'eau propre afin d'augmenter sa température de 1 degré.
Cette écriture de la formule est valable pour une section d'un circuit lorsque les conducteurs sont connectés en série, lorsqu'une valeur de courant y circule, mais une tension différente chute aux extrémités. Le produit du courant au carré par la résistance est égal à la puissance. En même temps, la puissance est directement proportionnelle au carré de la tension et inversement proportionnelle à la résistance. Alors, pour un circuit électrique avec mise en parallèle, la loi de Joule-Lenz peut s'écrire sous la forme :
Sous forme différentielle, cela ressemble à ceci :
Où j est la densité de courant A / cm2, E est l'intensité du champ électrique, sigma est la résistivité du conducteur.
Il est à noter que pour une section homogène du circuit, la résistance des éléments sera la même. Si le circuit contient des conducteurs avec des résistances différentes, une situation se produit lorsque la quantité maximale de chaleur se distingue sur celui qui a la plus grande résistance, ce qui peut être conclu en analysant la formule de la Loi Joule-Lenz.
FAQ
Comment trouver le temps? Il s'agit de la période de circulation du courant dans le conducteur, c'est-à-dire lorsque le circuit est fermé.
Comment trouver la résistance d'un conducteur? Pour déterminer la résistance, une formule est utilisée, qui est souvent appelée « rail », à savoir :
Ici la lettre "Ro" désigne la résistivité, elle se mesure en Ohm*m/cm2, l et S sont la longueur et la section transversale. Lors du calcul, les mètres carrés et les centimètres sont réduits et les Ohms restent.
La résistivité est une valeur tabulaire et pour chaque métal, elle a la sienne. Le cuivre a des ordres de grandeur inférieurs à ceux des alliages à haute résistance tels que le tungstène ou le nichrome. Pour ce qu'il est utilisé, nous examinerons ci-dessous.
Passons à la pratique
La loi de Joule-Lenz est d'une grande importance pour les calculs électriques. Tout d'abord, vous pouvez l'appliquer lors du calcul des appareils de chauffage. Un conducteur est le plus souvent utilisé comme élément chauffant, mais pas simple (comme le cuivre), mais avec une résistance élevée. Le plus souvent, il s'agit de nichrome ou de kanthal, féchral.
Ils ont une résistivité élevée. Vous pouvez utiliser du cuivre, mais vous gaspillerez alors beaucoup de câble (sarcasme, le cuivre n'est pas utilisé à cet effet). Pour calculer la puissance calorifique d'un appareil de chauffage, vous devez déterminer quel corps se trouve quels volumes devez-vous chauffer, tenez compte de la quantité de chaleur requise et de la durée de son transfert corps. Après calculs et transformations, vous recevrez la résistance et l'intensité du courant dans ce circuit. Sur la base des données obtenues sur la résistivité, sélectionnez le matériau du conducteur, sa section et sa longueur.
Loi Joule-Lenz pour le transport d'électricité à distance
À transport d'électricité sur des distances un problème important se pose - les pertes sur les lignes de transmission (lignes électriques). La loi de Joule-Lenz décrit la quantité de chaleur générée par un conducteur lorsqu'un courant circule. Les lignes de transport d'électricité alimentent des entreprises et des villes entières, ce qui nécessite beaucoup d'énergie en raison d'un courant important. Étant donné que la quantité de chaleur dépend de la résistance du conducteur et du courant, afin que les câbles ne chauffent pas, vous devez réduire la quantité de chaleur. Il n'est pas toujours possible d'augmenter la section des fils, car ceci est coûteux en termes de coût du cuivre lui-même et de poids du câble, ce qui entraîne une augmentation du coût de la structure porteuse. Les lignes électriques à haute tension sont illustrées ci-dessous. Ce sont des structures métalliques massives conçues pour élever les câbles à une hauteur sûre au-dessus du sol afin d'éviter les chocs électriques.
Par conséquent, vous devez réduire le courant pour ce faire, augmenter la tension. Entre les villes, les lignes électriques ont généralement une tension de 220 ou 110 kV, et chez le consommateur, elle est réduite à la valeur requise avec utilisant des postes de transformation (KTP) ou un certain nombre de KTP abaissant progressivement à des valeurs plus sûres pour le transport, par exemple 6 kV.
Ainsi, avec la même consommation électrique à une tension de 380/220 V, le courant diminuera des centaines et des milliers de fois plus bas. Et selon la loi de Joule-Lenz, la quantité de chaleur dans ce cas est déterminée par la puissance perdue sur le câble.
Fusibles et fusibles
La loi Joule-Lenz s'applique aux tailles de fusible. Ce sont des éléments qui protègent un appareil électrique ou électronique des courants excessifs pour lui, qui peuvent survenir à la suite d'une surtension de la tension d'alimentation, court-circuit sur la carte ou les enroulements (dans le cas des moteurs) pour protéger contre d'autres dommages au système électrique dans son ensemble et contre l'incendie. Ils se composent d'un corps, d'un isolant et d'un fil fin. Le fil est sélectionné avec une section transversale telle que le courant nominal le traverse et, lorsqu'il est dépassé, la quantité de chaleur générée le brûle.
En conséquence de ce qui précède, nous concluons que la loi Joule-Lenz a trouvé l'application la plus large et est très importante pour l'électrotechnique. Grâce aux informations sur la quantité de chaleur, qui donne la performance des calculs selon les formules indiquées ci-dessus, on peut se renseigner sur les modes fonctionnement des appareils, sélectionner les matériaux et la section nécessaires pour augmenter la sécurité, la fiabilité et la durabilité de l'appareil ou du circuit dans la totalité.
Ceci conclut notre article. Nous espérons que les informations fournies ont été utiles et intéressantes pour vous. Enfin, nous vous recommandons de regarder la vidéo, qui traite de cette question plus en détail :
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