Joule-Lenz lov: formel, anvendelse i praksis, konklusjon

I 1841 og 1842, uavhengig av hverandre, etablerte engelske og russiske fysikere avhengigheten av mengden varme på strømmen i en leder. Denne avhengigheten ble kalt "Joule-Lenz-loven". Engelskmannen etablerte avhengigheten et år tidligere enn russeren, men loven fikk navnet sitt fra navnene til begge forskerne, fordi forskningen deres var uavhengig. Loven er ikke teoretisk, men den har stor praktisk betydning. Og så la oss kort og tydelig finne ut definisjonen av Joule-Lenz-loven og hvor den brukes.

Ordlyden

I en ekte leder, når strømmen flyter gjennom den, utføres arbeid mot friksjonskrefter. Elektroner beveger seg gjennom ledningen og kolliderer med andre elektroner, atomer og andre partikler. Som et resultat genereres varme. Joule-Lenz-loven beskriver mengden varme som genereres når strømmen flyter gjennom en leder. Den er direkte proporsjonal med strømstyrken, motstanden og strømningstiden.

I integrert form ser Joule-Lenz-loven slik ut:

Strømmen er indikert med bokstaven I og uttrykkes i ampere, motstanden er R i ohm, og tiden t er i sekunder. Måleenheten for varme Q er Joule; for å konvertere til kalorier må du gange resultatet med 0,24. I dette tilfellet er 1 kalori lik mengden varme som må tilføres rent vann for å øke temperaturen med 1 grad.

Denne skrivingen av formelen er gyldig for en del av en krets når lederne er koblet i serie, når en strømverdi flyter gjennom dem, men en annen spenning faller i endene. Produktet av strømmen opphøyd i annen med motstanden er lik kraften. Samtidig er kraften direkte proporsjonal med kvadratet av spenningen og omvendt proporsjonal med motstanden. Deretter, for en elektrisk krets med parallellkobling, kan Joule-Lenz-loven skrives i formen:

I differensialform ser det slik ut:

Hvor j er strømtettheten A/cm², E er den elektriske feltstyrken, sigma er resistiviteten til lederen.

Det skal bemerkes at for en homogen del av kretsen vil motstanden til elementene være den samme. Hvis kretsen inneholder ledere med forskjellige motstander, oppstår en situasjon når den maksimale varmemengden skiller seg ut på den som har størst motstand, noe som kan konkluderes ved å analysere lovens formel Joule-Lenz.

FAQ

Hvordan finner jeg tiden? Dette refererer til perioden med strømflyt gjennom lederen, det vil si når kretsen er lukket.

Hvordan finne motstanden til en leder? For å bestemme motstanden brukes en formel, som ofte kalles "skinne", det vil si:

Her betegner bokstaven "Ro" resistiviteten, den måles i Ohm * m / cm2, l og S er lengden og tverrsnittsarealet. Ved beregning reduseres kvadratmeter og centimeter og ohm gjenstår.

Resistivitet er en tabellverdi og for hvert metall har den sin egen. Kobber har størrelsesordener mindre enn høymotstandslegeringer som wolfram eller nikrom. For hva det brukes, vil vi vurdere nedenfor.

La oss gå videre til praksis

Joule-Lenz-loven er av stor betydning for elektriske beregninger. Først av alt kan du bruke det når du beregner varmeenheter. En leder brukes oftest som varmeelement, men ikke en enkel (som kobber), men med høy motstand. Oftest er det nichrome eller kanthal, fechral.

De har høy resistivitet. Du kan bruke kobber, men da vil du kaste bort mye kabel (sarkasme, kobber brukes ikke til dette formålet). For å beregne kraften til varme for en varmeenhet, må du bestemme hvilken kropp som er i hvilke volumer trenger du for å varme opp, ta hensyn til mengden nødvendig varme og hvor lenge den må overføres kropp. Etter beregninger og transformasjoner vil du motta motstanden og strømstyrken i denne kretsen. Basert på dataene som er oppnådd på resistiviteten, velg materialet til lederen, dens tverrsnitt og lengde.

Joule-Lenz lov for overføring av elektrisitet over en avstand

På overføring av elektrisitet over avstander et betydelig problem oppstår - tap på overføringslinjer (kraftlinjer). Joule-Lenz-loven beskriver mengden varme som genereres av en leder når en strøm flyter. Kraftoverføringslinjer driver hele bedrifter og byer, og dette krever mye strøm, som følge av stor strøm. Siden varmemengden avhenger av lederens motstand og strømmen, slik at kablene ikke varmes opp, må du redusere varmemengden. Det er ikke alltid mulig å øke tverrsnittet til ledningene, fordi dette er kostbart med tanke på kostnadene for selve kobberet og vekten av kabelen, noe som medfører en økning i kostnadene for bærekonstruksjonen. Høyspentledninger er vist nedenfor. Dette er massive metallkonstruksjoner designet for å heve kabler til en sikker høyde over bakken for å unngå elektrisk støt.

Derfor må du redusere strømmen for å gjøre dette, øke spenningen. Mellom byer har kraftledninger vanligvis en spenning på 220 eller 110 kV, og hos forbrukeren reduseres den til ønsket verdi med ved bruk av transformatorstasjoner (KTP) eller et antall KTP som gradvis senkes til verdier som er sikrere for overføring, for eksempel 6 kV.

Dermed, med samme strømforbruk ved en spenning på 380/220 V, vil strømmen reduseres hundrevis og tusenvis av ganger lavere. Og i henhold til Joule-Lenz-loven bestemmes mengden varme i dette tilfellet av kraften som går tapt på kabelen.

Sikringer og sikringer

Joule-Lenz-loven gjelder for sikringsstørrelser. Dette er elementer som beskytter en elektrisk eller elektronisk enhet mot overdreven strøm for den, som kan oppstå som et resultat av en økning i forsyningsspenningen, kortslutning på brettet eller viklinger (når det gjelder motorer) for å beskytte mot ytterligere skade på det elektriske systemet som helhet og brann. De består av et hus, en isolator og en tynn ledning. Ledningen velges med et slikt tverrsnitt slik at merkestrømmen strømmer gjennom den, og når den overskrides, vil mengden varme som genereres brenne den ut.

Som et resultat av ovenstående konkluderer vi med at Joule-Lenz-loven har funnet den bredeste anvendelsen og er svært viktig for elektroteknikk. Takket være informasjonen om mengden varme, som gir ytelsen til beregninger i henhold til formlene angitt ovenfor, kan vi lære om modusene drift av enheter, velg nødvendige materialer og tverrsnitt for å øke sikkerheten, påliteligheten og holdbarheten til enheten eller kretsen i hele.

Dette avslutter artikkelen vår. Vi håper informasjonen som ble gitt var nyttig og interessant for deg. Til slutt anbefaler vi å se videoen, som diskuterer dette problemet mer detaljert:

Du vet sannsynligvis ikke:

• Avhengigheten av motstanden til lederen på temperaturen
• Gimlets regel i enkle ord
• Hva er dielektrisk tap
• Hvordan bli elektriker fra bunnen av