Joule-Lenz törvény: képlet, gyakorlati alkalmazás, következtetés

1841-ben és 1842-ben egymástól függetlenül angol és orosz fizikusok megállapították a hőmennyiség függését a vezetőben lévő áram áramlásától. Ezt a függőséget "Joule-Lenz törvénynek" nevezték. Az angol egy évvel korábban állapította meg a függőséget, mint az orosz, de a törvény mindkét tudós nevéről kapta a nevét, mert kutatásaik függetlenek voltak. A törvény nem elméleti, de nagy gyakorlati jelentőséggel bír. Tehát röviden és világosan megtudjuk a Joule-Lenz törvény definícióját és alkalmazási helyét.

A megfogalmazás

Valódi vezetőben, amikor áram folyik rajta, a súrlódási erők ellen dolgozik. Az elektronok áthaladnak a vezetéken, és ütköznek más elektronokkal, atomokkal és más részecskékkel. Ennek eredményeként hő keletkezik. A Joule-Lenz törvény azt a hőmennyiséget írja le, amely akkor keletkezik, amikor áram folyik át egy vezetőn. Ez egyenesen arányos az áramerősséggel, az ellenállással és az áramlási idővel.

Integrált formában a Joule-Lenz törvény így néz ki:

Az áramerősséget az I betű jelzi, és amperben van kifejezve, az ellenállás R ohmban, a t idő pedig másodpercben van megadva. A Q hő mértékegysége a Joule; a kalóriákra való átváltáshoz az eredményt meg kell szorozni 0,24-gyel. Ebben az esetben 1 kalória egyenlő azzal a hőmennyiséggel, amelyet a tiszta vízhez kell juttatni ahhoz, hogy a hőmérséklet 1 fokkal növekedjen.

Ez a képletírás az áramkör azon szakaszára érvényes, amikor a vezetők sorba vannak kötve, amikor egy áramérték folyik át rajtuk, de a végein más feszültség esik le. Az áramerősség és az ellenállás négyzetének szorzata egyenlő a teljesítménnyel. Ugyanakkor a teljesítmény egyenesen arányos a feszültség négyzetével és fordítottan arányos az ellenállással. Ezután párhuzamos csatlakozású elektromos áramkör esetén a Joule-Lenz törvény a következő formában írható fel:

Differenciál formában ez így néz ki:

Ahol j az A/cm áramsűrűség², E az elektromos térerősség, a szigma pedig a vezető ellenállása.

Meg kell jegyezni, hogy az áramkör homogén szakaszánál az elemek ellenállása azonos lesz. Ha az áramkör különböző ellenállású vezetőket tartalmaz, akkor olyan helyzet áll elő, amikor a maximális hőmennyiség a legnagyobb ellenállású közül kiemelkedik, amire a Törvény képletének elemzésével lehet következtetni Joule-Lenz.

GYIK

Hogyan találok rá időt? Ez arra az időszakra vonatkozik, amikor az áram átfolyik a vezetőn, vagyis amikor az áramkör zárva van.

Hogyan lehet megtalálni a vezető ellenállását? Az ellenállás meghatározásához egy képletet használnak, amelyet gyakran "sínnek" neveznek, azaz:

Itt a "Ro" betű az ellenállást jelöli, Ohm * m / cm2-ben mérik, l és S a hossz és a keresztmetszeti terület. A számítás során a négyzetméterek és centiméterek csökkennek, és az ohmok maradnak.

Az ellenállás egy táblázatos érték, és minden fémnek megvan a sajátja. A réz nagyságrendekkel kisebb, mint a nagy ellenállású ötvözetek, például a volfrám vagy a nikróm. Az alábbiakban megvizsgáljuk, hogy mire használják.

Térjünk át a gyakorlásra

A Joule-Lenz törvénynek nagy jelentősége van az elektromos számításoknál. Először is alkalmazhatja a fűtőberendezések kiszámításakor. Fűtőelemként leggyakrabban egy vezetőt használnak, de nem egyszerű (például réz), hanem nagy ellenállással. Leggyakrabban nikróm vagy kanthal, fechral.

Nagy ellenállásuk van. Használhat rezet, de akkor sok kábelt fog pazarolni (szarkazmus, a rezet nem használják erre a célra). A fűtőberendezés hőteljesítményének kiszámításához meg kell határoznia, hogy melyik testben van milyen mennyiségben kell fűteni, vegye figyelembe a szükséges hőmennyiséget és azt, hogy mennyi ideig kell átadni test. Számítások és átalakítások után megkapja az ellenállást és az áramerősséget ebben az áramkörben. Az ellenálláson kapott adatok alapján válassza ki a vezető anyagát, keresztmetszetét és hosszát.

Joule-Lenz törvény az elektromosság távolsági átvitelére

Nál nél villamos energia távolsági átvitele jelentős probléma merül fel - veszteségek a távvezetékeken (távvezetékeken). A Joule-Lenz-törvény leírja, hogy egy vezető mekkora hőt termel áram közben. Az elektromos távvezetékek egész vállalkozásokat és városokat látnak el energiával, és ez nagy áramerősség következtében sok energiát igényel. Mivel a hőmennyiség a vezető ellenállásától és az áramerősségtől függ, így a kábelek ne melegedjenek fel, csökkenteni kell a hőmennyiséget. A vezetékek keresztmetszetét nem mindig lehet növelni, mert ez költséges magának a réznek és a kábel súlyának a szempontjából, ami a tartószerkezet költségének növekedésével jár. A nagyfeszültségű vezetékek az alábbiakban láthatók. Ezek masszív fémszerkezetek, amelyeket arra terveztek, hogy a kábeleket biztonságos magasságba emeljék a talaj felett az áramütés elkerülése érdekében.

Ezért ennek érdekében csökkentenie kell az áramerősséget, növelnie kell a feszültséget. A városok között a villamos vezetékek feszültsége általában 220 vagy 110 kV, a fogyasztónál pedig a szükséges értékre csökken. transzformátor alállomások (KTP) vagy számos KTP használata, amelyek fokozatosan csökkennek az átvitel szempontjából biztonságosabb értékekre, például 6 kV.

Így azonos energiafogyasztás mellett 380/220 V feszültség mellett az áram százszorosára és ezerszeresére csökken. A Joule-Lenz törvény szerint pedig a hőmennyiséget ebben az esetben a kábelen elvesző teljesítmény határozza meg.

Biztosítékok és biztosítékok

A Joule-Lenz törvény a biztosítékok méretére vonatkozik. Ezek olyan elemek, amelyek megvédik az elektromos vagy elektronikus eszközt a túlfeszültségtől, amely a tápfeszültség túlfeszültsége következtében keletkezhet, rövidzárlat a táblán vagy a tekercseken (motorok esetén), hogy megvédje az elektromos rendszer egészét érintő további károsodásokat és a tűzet. Egy testből, egy szigetelőből és egy vékony vezetékből állnak. A vezetéket olyan keresztmetszetűvel választják ki, hogy a névleges áram átfolyjon rajta, és ennek túllépése esetén a keletkező hőmennyiség kiégeti.

A fentiek eredményeképpen arra a következtetésre jutottunk, hogy a Joule-Lenz törvény a legszélesebb körben alkalmazható, és nagyon fontos az elektrotechnika számára. A hőmennyiségre vonatkozó információknak köszönhetően, amelyek a fenti képletek szerinti számítások elvégzését adják, megismerhetjük az üzemmódokat az eszközök üzemeltetése, válassza ki a szükséges anyagokat és keresztmetszetet, hogy növelje az eszköz vagy áramkör biztonságát, megbízhatóságát és tartósságát. az egész.

Ezzel zárjuk cikkünket. Reméljük, hogy a közölt információk hasznosak és érdekesek voltak az Ön számára. Végül javasoljuk, hogy nézze meg a videót, amely részletesebben tárgyalja ezt a kérdést:

Valószínűleg nem tudod:

• A vezető ellenállásának a hőmérséklettől való függése
• A gimlet szabálya egyszerű szavakkal
• Mi az a dielektromos veszteség
• Hogyan legyél villanyszerelő a semmiből