Leta 1841 in 1842 so angleški in ruski fiziki neodvisno drug od drugega ugotovili odvisnost količine toplote od toka toka v prevodniku. Ta odvisnost se je imenovala "Joule-Lenzov zakon". Anglež je odvisnost ugotovil leto prej kot Rus, a je zakon dobil ime po imeni obeh znanstvenikov, ker so bile njune raziskave neodvisne. Zakon ni teoretičen, je pa velikega praktičnega pomena. In tako na kratko in jasno ugotovimo definicijo Joule-Lenzovega zakona in kje se uporablja.
Vsebina:
- Besedilo
- Pogosta vprašanja
- Pojdimo na prakso
- Joule-Lenzov zakon za prenos električne energije na razdaljo
- Varovalke in varovalke
Besedilo
V resničnem prevodniku, ko skozenj teče tok, poteka delo proti silam trenja. Elektroni se premikajo skozi žico in trčijo z drugimi elektroni, atomi in drugimi delci. Posledično nastane toplota. Joule-Lenzov zakon opisuje količino toplote, ki nastane, ko tok teče skozi prevodnik. Je neposredno sorazmeren s trenutno močjo, uporom in časom pretoka.
V integralni obliki Joule-Lenzov zakon izgleda takole:
Tok je označen s črko I in je izražen v amperih, upor je R v ohmih, čas t pa v sekundah. Merska enota za toploto Q je Joule; za pretvorbo v kalorije morate rezultat pomnožiti z 0,24. V tem primeru je 1 kalorija enaka količini toplote, ki jo je treba dati čisti vodi, da se njena temperatura poveča za 1 stopinjo.
Ta zapis formule velja za odsek vezja, ko so vodniki povezani zaporedno, ko v njih teče ena vrednost toka, na koncih pa pade druga napetost. Zmnožek toka na kvadrat z uporom je enak moči. Hkrati je moč neposredno sorazmerna s kvadratom napetosti in obratno sorazmerna z uporom. Nato lahko za električni tokokrog z vzporedno povezavo Joule-Lenzov zakon zapišemo v obliki:
V diferencialni obliki izgleda takole:
Kjer je j gostota toka A / cm2, E je jakost električnega polja, sigma je upornost prevodnika.
Omeniti velja, da bo za homogen odsek vezja upor elementov enak. Če vezje vsebuje prevodnike z različnimi upori, nastane situacija, ko je največja količina toplote izstopa na tistem, ki ima največji odpor, kar lahko sklepamo z analizo formule zakona Joule-Lenz.
Pogosta vprašanja
Kako najdem čas? To se nanaša na obdobje pretoka toka skozi prevodnik, to je, ko je vezje zaprto.
Kako najti upor prevodnika? Za določitev upora se uporablja formula, ki se pogosto imenuje "tirnica", to je:
Tukaj črka "Ro" označuje upornost, meri se v Ohm * m / cm2, l in S sta dolžina in površina preseka. Pri izračunu se kvadratni metri in centimetri zmanjšajo, ohmi pa ostanejo.
Upornost je tabelarična vrednost in za vsako kovino ima svojo. Baker ima red velikosti manj kot zlitine z visoko odpornostjo, kot sta volfram ali nikrom. Za kaj se uporablja, bomo razmislili spodaj.
Pojdimo na prakso
Joule-Lenzov zakon je zelo pomemben za električne izračune. Najprej ga lahko uporabite pri izračunu ogrevalnih naprav. Kot grelni element se najpogosteje uporablja prevodnik, vendar ne preprost (kot je baker), ampak z visoko odpornostjo. Najpogosteje je nichrome ali kanthal, fechral.
Imajo visoko upornost. Lahko uporabite baker, potem pa boste zapravili veliko kabla (sarkazem, baker se v ta namen ne uporablja). Če želite izračunati toplotno moč za grelno napravo, morate določiti, v katerem telesu je kakšne količine morate ogreti, upoštevajte potrebno količino toplote in kako dolgo jo je treba prenesti telo. Po izračunih in transformacijah boste prejeli upornost in jakost toka v tem vezju. Na podlagi pridobljenih podatkov o specifični upornosti izberite material prevodnika, njegov presek in dolžino.
Joule-Lenzov zakon za prenos električne energije na razdaljo
Pri prenos električne energije na daljavo pojavi se pomemben problem - izgube na daljnovodih (daljnovodih). Joule-Lenzov zakon opisuje količino toplote, ki jo ustvari prevodnik, ko teče tok. Daljnovodi napajajo celotna podjetja in mesta, kar zahteva veliko energije zaradi velikega toka. Ker je količina toplote odvisna od upora prevodnika in toka, da se kabli ne segrejejo, morate zmanjšati količino toplote. Ni vedno mogoče povečati preseka žic, ker to je drago glede na stroške samega bakra in težo kabla, kar pomeni povečanje stroškov nosilne konstrukcije. Visokonapetostni daljnovodi so prikazani spodaj. To so masivne kovinske konstrukcije, namenjene dvigovanju kablov na varno višino nad tlemi, da bi se izognili električnemu udaru.
Zato morate zmanjšati tok, da to storite, povečate napetost. Med mesti imajo daljnovodi običajno napetost 220 ali 110 kV, pri potrošniku pa se zmanjša na zahtevano vrednost z z uporabo transformatorskih postaj (KTP) ali številnih KTP, ki se postopoma znižujejo na vrednosti, ki so varnejše za prenos, na primer 6 kV.
Tako se bo pri enaki porabi energije pri napetosti 380/220 V tok zmanjšal na stotine in tisočkrat nižje. In v skladu z Joule-Lenzovim zakonom je količina toplote v tem primeru določena z močjo, ki se izgubi na kablu.
Varovalke in varovalke
Za velikosti varovalk velja Joule-Lenzov zakon. To so elementi, ki ščitijo električno ali elektronsko napravo pred prevelikimi tokovi zanjo, ki lahko nastanejo kot posledica prenapetosti napajalne napetosti, kratek stik na plošči ali navitjih (v primeru motorjev) za zaščito pred nadaljnjo poškodbo električnega sistema kot celote in požarom. Sestavljeni so iz telesa, izolatorja in tanke žice. Žica je izbrana s takšnim prerezom, da skozenj teče nazivni tok, in ko je presežen, jo bo količina proizvedene toplote izgorela.
Na podlagi navedenega sklepamo, da je Joule-Lenzov zakon našel najširšo uporabo in je zelo pomemben za elektrotehniko. Zahvaljujoč informacijam o količini toplote, ki dajejo izvedbo izračunov po zgoraj navedenih formulah, se lahko naučimo o načinih delovanje naprav, izberite potrebne materiale in prerez za povečanje varnosti, zanesljivosti in trajnosti naprave ali vezja v celota.
S tem zaključujemo naš članek. Upamo, da so bile posredovane informacije koristne in zanimive za vas. Na koncu priporočamo ogled videoposnetka, ki podrobneje obravnava to vprašanje:
Verjetno ne veste:
- Odvisnost upora prevodnika od temperature
- Gimletovo pravilo s preprostimi besedami
- Kaj je dielektrična izguba
- Kako postati električar iz nič
