Pada tahun 1841 dan 1842, secara independen satu sama lain, fisikawan Inggris dan Rusia menetapkan ketergantungan jumlah panas pada aliran arus dalam konduktor. Ketergantungan ini disebut "Hukum Joule-Lenz". Orang Inggris menetapkan ketergantungan setahun lebih awal dari Rusia, tetapi hukum mendapatkan namanya dari nama kedua ilmuwan, karena penelitian mereka independen. Hukum tidak teoretis, tetapi sangat penting secara praktis. Jadi mari kita cari tahu secara singkat dan jelas definisi hukum Joule-Lenz dan di mana penerapannya.
Isi:
- Kata-katanya
- FAQ
- Mari kita lanjutkan untuk berlatih
- Hukum Joule-Lenz untuk transmisi listrik jarak jauh
- Sekering dan sekering
Kata-katanya
Dalam konduktor nyata, ketika arus mengalir melaluinya, pekerjaan dilakukan melawan gaya gesekan. Elektron bergerak melalui kawat dan bertabrakan dengan elektron lain, atom, dan partikel lain. Akibatnya, panas dihasilkan. Hukum Joule-Lenz menjelaskan jumlah panas yang dihasilkan ketika arus mengalir melalui konduktor. Ini berbanding lurus dengan kekuatan arus, hambatan dan waktu aliran.
Dalam bentuk integral, Hukum Joule-Lenz terlihat seperti ini:
Arus ditunjukkan oleh huruf I dan dinyatakan dalam Ampere, Resistansinya adalah R dalam Ohm, dan waktu t dalam detik. Satuan pengukuran untuk kalor Q adalah Joule; untuk mengubahnya menjadi kalori, Anda perlu mengalikan hasilnya dengan 0,24. Dalam hal ini, 1 kalori sama dengan jumlah panas yang perlu disuplai ke air bersih untuk meningkatkan suhunya sebesar 1 derajat.
Penulisan rumus ini berlaku untuk bagian rangkaian ketika konduktor dihubungkan secara seri, ketika satu nilai arus mengalir melaluinya, tetapi tegangan yang berbeda turun di ujungnya. Produk dari kuadrat arus dengan resistansi sama dengan daya. Pada saat yang sama, daya berbanding lurus dengan kuadrat tegangan dan berbanding terbalik dengan resistansi. Kemudian, untuk rangkaian listrik dengan sambungan paralel, hukum Joule-Lenz dapat ditulis dalam bentuk:
Dalam bentuk diferensial, terlihat seperti ini:
Dimana j adalah rapat arus A / cm2, E adalah kuat medan listrik, sigma adalah resistivitas konduktor.
Perlu dicatat bahwa untuk bagian rangkaian yang homogen, resistansi elemen akan sama. Jika rangkaian berisi konduktor dengan resistansi yang berbeda, situasi muncul ketika jumlah panas maksimum menonjol pada yang memiliki resistensi terbesar, yang dapat disimpulkan dengan menganalisis rumus Hukum Joule-Lenz.
FAQ
Bagaimana cara menemukan waktu? Ini mengacu pada periode aliran arus melalui konduktor, yaitu, ketika sirkuit ditutup.
Bagaimana cara mencari hambatan konduktor? Untuk menentukan hambatan digunakan suatu rumus yang sering disebut dengan “rel”, yaitu:
Di sini huruf "Ro" menunjukkan resistivitas, diukur dalam Ohm * m / cm2, l dan S adalah panjang dan luas penampang. Saat menghitung, meter persegi dan sentimeter berkurang dan ohm tetap ada.
Resistivitas adalah nilai tabular dan untuk setiap logam memiliki nilai sendiri. Tembaga memiliki orde besarnya kurang dari paduan resistansi tinggi seperti tungsten atau nichrome. Untuk apa itu digunakan, kami akan mempertimbangkan di bawah ini.
Mari kita lanjutkan untuk berlatih
Hukum Joule-Lenz sangat penting untuk perhitungan listrik. Pertama-tama, Anda dapat menerapkannya saat menghitung perangkat pemanas. Konduktor paling sering digunakan sebagai elemen pemanas, tetapi tidak sederhana (seperti tembaga), tetapi dengan resistansi tinggi. Paling sering itu adalah nichrome atau kanthal, fechral.
Mereka memiliki resistivitas tinggi. Anda dapat menggunakan tembaga, tetapi kemudian Anda akan membuang banyak kabel (sarkasme, tembaga tidak digunakan untuk tujuan ini). Untuk menghitung daya panas untuk perangkat pemanas, Anda perlu menentukan tubuh mana yang masuk berapa volume yang perlu Anda panaskan, perhitungkan jumlah panas yang dibutuhkan dan berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk dipindahkan tubuh. Setelah perhitungan dan transformasi, Anda akan menerima resistansi dan kekuatan arus di sirkuit ini. Berdasarkan data yang diperoleh pada resistivitas, pilih bahan konduktor, penampang dan panjangnya.
Hukum Joule-Lenz untuk transmisi listrik jarak jauh
Pada transmisi listrik jarak jauh masalah signifikan muncul - kerugian pada saluran transmisi (saluran listrik). Hukum Joule-Lenz menggambarkan jumlah panas yang dihasilkan oleh konduktor sebagai arus yang mengalir. Saluran transmisi listrik memberi daya pada seluruh perusahaan dan kota, dan ini membutuhkan banyak daya, sebagai akibat dari arus yang besar. Karena jumlah panas tergantung pada hambatan konduktor dan arus, agar kabel tidak memanas, Anda perlu mengurangi jumlah panas. Tidak selalu mungkin untuk menambah penampang kabel, karena ini mahal dalam hal biaya tembaga itu sendiri dan berat kabel, yang memerlukan peningkatan biaya struktur pendukung. Saluran listrik tegangan tinggi ditunjukkan di bawah ini. Ini adalah struktur logam besar yang dirancang untuk menaikkan kabel ke ketinggian yang aman di atas tanah untuk menghindari sengatan listrik.
Karena itu, Anda perlu mengurangi arus untuk melakukan ini, meningkatkan tegangan. Antara kota, saluran listrik biasanya memiliki tegangan 220 atau 110 kV, dan pada konsumen diturunkan ke nilai yang diperlukan dengan menggunakan gardu trafo (KTP) atau sejumlah KTP secara bertahap diturunkan ke nilai yang lebih aman untuk transmisi, misalnya 6kV.
Jadi, dengan konsumsi daya yang sama pada tegangan 380/220 V, arus akan berkurang ratusan dan ribuan kali lebih rendah. Dan menurut hukum Joule-Lenz, jumlah panas dalam hal ini ditentukan oleh daya yang hilang pada kabel.
Sekering dan sekering
Hukum Joule-Lenz berlaku untuk ukuran sekering. Ini adalah elemen yang melindungi perangkat listrik atau elektronik dari arus berlebih untuknya, yang mungkin timbul sebagai akibat dari lonjakan tegangan suplai, sirkuit pendek pada papan atau belitan (dalam hal motor) untuk melindungi dari kerusakan lebih lanjut pada sistem kelistrikan secara keseluruhan dan kebakaran. Mereka terdiri dari tubuh, isolator dan kawat tipis. Kawat dipilih dengan penampang sedemikian rupa sehingga arus pengenal mengalir melaluinya, dan ketika terlampaui, jumlah panas yang dihasilkan akan membakarnya.
Sebagai hasil dari hal di atas, kami menyimpulkan bahwa Hukum Joule-Lenz telah menemukan aplikasi terluas dan sangat penting untuk teknik elektro. Berkat informasi tentang jumlah panas, yang memberikan kinerja perhitungan sesuai dengan rumus yang ditunjukkan di atas, kita dapat mempelajari tentang mode pengoperasian perangkat, pilih bahan dan penampang yang diperlukan untuk meningkatkan keamanan, keandalan, dan daya tahan perangkat atau sirkuit di keseluruhan.
Ini menyimpulkan artikel kami. Semoga informasi yang kami berikan bermanfaat dan menarik untuk Anda. Akhirnya, kami sarankan menonton video, yang membahas masalah ini secara lebih rinci:
Anda mungkin tidak tahu:
- Ketergantungan resistansi konduktor pada suhu
- Aturan gimlet dengan kata-kata sederhana
- Apa itu kerugian dielektrik
- Bagaimana menjadi tukang listrik dari awal
