1841. un 1842. gadā neatkarīgi viens no otra angļu un krievu fiziķi noteica siltuma daudzuma atkarību no strāvas plūsmas vadītājā. Šo atkarību sauca par "Džoula-Lenca likumu". Anglis atkarību nodibināja gadu agrāk nekā krievs, taču likums savu nosaukumu ieguvis no abu zinātnieku vārdiem, jo viņu pētījumi bija neatkarīgi. Likums nav teorētisks, bet tam ir liela praktiska nozīme. Un tāpēc īsi un skaidri noskaidrosim Džoula-Lenca likuma definīciju un to, kur tas tiek piemērots.
Saturs:
- Formulējums
- FAQ
- Pāriesim pie prakses
- Džoula-Lenca likums elektroenerģijas pārvadei no attāluma
- Drošinātāji un drošinātāji
Formulējums
Reālā vadītājā, kad caur to plūst strāva, tiek veikts darbs pret berzes spēkiem. Elektroni pārvietojas pa vadu un saduras ar citiem elektroniem, atomiem un citām daļiņām. Tā rezultātā rodas siltums. Džoula-Lenca likums apraksta siltuma daudzumu, kas rodas, strāvai plūstot caur vadītāju. Tas ir tieši proporcionāls strāvas stiprumam, pretestībai un plūsmas laikam.
Neatņemamā formā Džoula-Lenca likums izskatās šādi:
Strāvu norāda ar burtu I un izsaka ampēros, pretestība ir R omi, un laiks t ir sekundēs. Siltuma Q mērvienība ir džouls; lai pārvērstu kalorijās, rezultāts jāreizina ar 0,24. Šajā gadījumā 1 kalorija ir vienāda ar siltuma daudzumu, kas jāpiegādā tīram ūdenim, lai paaugstinātu tā temperatūru par 1 grādu.
Šis formulas uzraksts ir spēkā ķēdes posmam, kad vadītāji ir savienoti virknē, kad caur tiem plūst viena strāvas vērtība, bet galos krītas cits spriegums. Strāvas reizinājums ar pretestību ir vienāds ar jaudu. Tajā pašā laikā jauda ir tieši proporcionāla sprieguma kvadrātam un apgriezti proporcionāla pretestībai. Tad elektriskajai ķēdei ar paralēlu savienojumu Džoula-Lenca likumu var uzrakstīt šādā formā:
Diferenciālā formā tas izskatās šādi:
Kur j ir strāvas blīvums A / cm2, E ir elektriskā lauka stiprums, sigma ir vadītāja pretestība.
Jāņem vērā, ka viendabīgai ķēdes posmam elementu pretestība būs vienāda. Ja ķēdē ir vadītāji ar dažādu pretestību, rodas situācija, kad maksimālais siltuma daudzums izceļas ar vislielāko pretestību, ko var secināt, analizējot likuma formulu Džouls-Lencs.
FAQ
Kā es varu atrast laiku? Tas attiecas uz strāvas plūsmas periodu caur vadītāju, tas ir, kad ķēde ir aizvērta.
Kā atrast vadītāja pretestību? Lai noteiktu pretestību, tiek izmantota formula, ko bieži sauc par "sliežu ceļu", tas ir:
Šeit burts "Ro" apzīmē pretestību, to mēra omi * m / cm2, l un S ir garums un šķērsgriezuma laukums. Aprēķinot, tiek samazināti kvadrātmetri un centimetri, un omi paliek.
Pretestība ir tabulas vērtība, un katram metālam tai ir sava. Vara ir daudz mazāka nekā augstas pretestības sakausējumiem, piemēram, volframam vai nihromam. Kādam nolūkam tas tiek izmantots, mēs apsvērsim tālāk.
Pāriesim pie prakses
Džoula-Lenca likumam ir liela nozīme elektriskajos aprēķinos. Pirmkārt, jūs varat to piemērot, aprēķinot apkures ierīces. Kā sildelements visbiežāk tiek izmantots vadītājs, bet ne vienkāršs (piemēram, varš), bet ar augstu pretestību. Visbiežāk tas ir nihroms vai kantāls, fekrāls.
Viņiem ir augsta pretestība. Var izmantot varu, bet tad izniekosi daudz kabeļa (sarkasms, varu šim nolūkam neizmanto). Lai aprēķinātu apkures ierīces siltuma jaudu, jums jānosaka, kurā korpusā atrodas kādi apjomi ir jāuzsilda, jāņem vērā nepieciešamā siltuma daudzums un cik ilgi tas jāpārved ķermeni. Pēc aprēķiniem un pārveidojumiem jūs saņemsiet pretestību un strāvas stiprumu šajā ķēdē. Pamatojoties uz iegūtajiem datiem par pretestību, izvēlieties vadītāja materiālu, tā šķērsgriezumu un garumu.
Džoula-Lenca likums elektroenerģijas pārvadei no attāluma
Plkst elektroenerģijas pārvade attālumos rodas būtiska problēma - zudumi pārvades līnijās (elektrības līnijās). Džoula-Lenca likums apraksta siltuma daudzumu, ko vadītājs rada strāvas plūsmas laikā. Elektrības pārvades līnijas apgādā veselus uzņēmumus un pilsētas, un tas prasa lielu jaudu lielas strāvas rezultātā. Tā kā siltuma daudzums ir atkarīgs no vadītāja pretestības un strāvas, lai kabeļi nesasiltu, jums ir jāsamazina siltuma daudzums. Ne vienmēr ir iespējams palielināt vadu šķērsgriezumu, jo tas ir dārgi, ņemot vērā paša vara izmaksas un kabeļa svaru, kas izraisa atbalsta konstrukcijas izmaksu pieaugumu. Augstsprieguma elektropārvades līnijas ir parādītas zemāk. Tās ir masīvas metāla konstrukcijas, kas paredzētas kabeļu pacelšanai drošā augstumā virs zemes, lai izvairītos no elektriskās strāvas trieciena.
Tāpēc, lai to izdarītu, ir jāsamazina strāva, jāpalielina spriegums. Starp pilsētām elektropārvades līnijām parasti ir 220 vai 110 kV spriegums, un pie patērētāja tas tiek samazināts līdz vajadzīgajai vērtībai ar izmantojot transformatoru apakšstacijas (KTP) vai vairākas KTP, kas pakāpeniski pazeminās līdz vērtībām, kas ir drošākas pārraidei, piemēram, 6 kV.
Tādējādi ar tādu pašu enerģijas patēriņu pie sprieguma 380/220 V strāva samazināsies simtiem un tūkstošiem reižu zemāka. Un saskaņā ar Džoula-Lenca likumu siltuma daudzumu šajā gadījumā nosaka jauda, kas tiek zaudēta kabelī.
Drošinātāji un drošinātāji
Uz drošinātāju izmēriem attiecas Džoula-Lenca likums. Tie ir elementi, kas aizsargā elektrisko vai elektronisko ierīci no tai pārmērīgām strāvām, kas var rasties barošanas sprieguma pārsprieguma rezultātā, īssavienojums uz dēļa vai tinumiem (motoru gadījumā), lai pasargātu no turpmākiem elektriskās sistēmas bojājumiem kopumā un ugunsgrēka. Tie sastāv no korpusa, izolatora un plānas stieples. Vads ir izvēlēts ar tādu šķērsgriezumu, lai caur to plūstu nominālā strāva, un, to pārsniedzot, radītais siltuma daudzums to izdegs.
Iepriekš minētā rezultātā secinām, ka Džoula-Lenca likums ir atradis visplašāko pielietojumu un ir ļoti svarīgs elektrotehnikā. Pateicoties informācijai par siltuma daudzumu, kas nodrošina aprēķinu veikšanu pēc iepriekš norādītajām formulām, mēs varam uzzināt par režīmiem ierīču darbību, izvēlieties nepieciešamos materiālus un šķērsgriezumu, lai palielinātu ierīces vai ķēdes drošību, uzticamību un izturību. viss.
Tas noslēdz mūsu rakstu. Mēs ceram, ka sniegtā informācija jums bija noderīga un interesanta. Visbeidzot, mēs iesakām noskatīties videoklipu, kurā šis jautājums tiek apspriests sīkāk:
Jūs droši vien nezināt:
- Vadītāja pretestības atkarība no temperatūras
- Ķermeņa noteikums vienkāršos vārdos
- Kas ir dielektriskie zudumi
- Kā kļūt par elektriķi no nulles
