W wyniku eksperymentów stwierdzono, że ilość ciepła wytworzonego przez prąd przepływający przez przewodnik zależy od rezystancji samego przewodnika, prądu i czasu jego przejścia.
To prawo fizyczne zostało po raz pierwszy ustanowione w 1841 r. przez angielskiego fizyka Joule'a, a nieco później (w 1844 r.) niezależnie przez rosyjskiego akademika Emila Christianovicha Lenza (1804 - 1865).
Zależności ilościowe, które zachodzą, gdy przewodnik jest ogrzewany przez prąd, nazywane są prawem Joule'a-Lenza.
Zostało to ustawione powyżej:
Ponieważ 1 cal = 0,472 kgm, to
W ten sposób,
1 J = 0,24 cal.
Energia prąd elektryczny określa wzór
A = i 2× r × T J.
Ponieważ energia prądu zamienia się w ciepło, ilość ciepła wytwarzanego przez prąd w przewodzie wynosi:
Q= 0,24× i 2× r × T cal.
Ten wzór, wyrażający prawo Joule'a-Lenza, pokazuje i definiuje prawo, że ilość ciepła w kaloriach generowanych przez prąd przepływający przez przewodnik jest równa współczynnikowi 0,24 kwadratu prądu w amperach, rezystancji w omach i czasu w sekundy.
Wideo - "Prawo Joule'a-Lenza, fizyka klasa 8":
Przykład 1 Określ, ile ciepła uwolni prąd o natężeniu 6 A, przechodząc przez przewodnik o rezystancji 2 omów przez 3 minuty.
Q= 0,24× i 2× r × T= 0,24 x 36 x 2 x 180 = 3110.4 cal.
Wzór na prawo Joule-Lenza można zapisać w następujący sposób:
Q= 0,24× i × i × r × T ,
i ponieważ i × r = U, wtedy możesz napisać:
Q= 0,24× i × U× T cal.
Przykład 2 Kuchenka elektryczna jest podłączona do sieci o napięciu 120 V. Prąd płynący przez spiralę pieca wynosi 5 A. Należy określić, ile ciepła uwolni prąd w ciągu 2 godzin.
Q= 0,24× i × U× T\u003d 0,24 × 5 × 120 × 7200 \u003d 1036 800 kalorii \u003d 1036,8 kcal.
Wideo - „Przewody grzejne z prądem elektrycznym”:
E.H. Lenz podsumował eksperymenty Indukcja elektromagnetyczna, przedstawiając to uogólnienie w postaci „reguły Lenza”. W swoich pracach nad teorią maszyn elektrycznych Lenz badał zjawisko „reakcji twornika” w maszynach prądu stałego i udowodnił zasadę odwracalności maszyn elektrycznych. Lenz, współpracując z Jacobim, badał siłę przyciągania elektromagnesów, ustalił zależność momentu magnetycznego od siły magnesującej.
12 lutego (24), 1804 - 29 stycznia (10 lutego), 1865 (w wieku 60 lat)
Lenz był członkiem Petersburskiej Akademii Nauk i rektorem Uniwersytetu w Petersburgu.
Rozważmy jednorodny przewodnik, do którego końców przyłożone jest napięcie U. W czasie dt ładunek dq = Idt jest przenoszony przez odcinek przewodnika. Ponieważ prąd to ruch ładunku dq pod działaniem pole elektryczne, zatem bieżąca praca jest równa
dA=Udq=jm dt (13.28)
Jeśli opór przewodnika wynosi R, to korzystając z prawa Ohma otrzymujemy
Aktualna moc
(13.30)
Jeśli prąd przepływa przez stały metalowy przewodnik, cała praca prądu idzie na jego ogrzanie i zgodnie z prawem zachowania energii,
(13.31)
Tak więc używając wyrażenia (13.28) i (13.31) otrzymujemy
(13.32)
Wyrażenie to Prawo Joule'a-Lenza , eksperymentalnie ustalone niezależnie przez Joule'a i Lenza.
§ 13.7 Prawa Ohma i Joule-Lenza w postaci różniczkowej.
Zastępując wyrażenie oznaczające opór w prawie Ohma, otrzymujemy
(13.33)
gdzie wartość 
, odwrotność rezystywności, nazywa się przewodnictwo elektryczne
materiały przewodzące. Jego jednostką jest siemens na metr (S/m).
Jeśli się uwzględni 
- natężenie pola elektrycznego w przewodzie, 
- gęstość prądu, wzór można zapisać jako
j = γE (13.34)
Prawo Joule'a-Lenza w postaci różniczkowej
Wyróżnijmy w przewodniku elementarną cylindryczną objętość dV = dSdℓ (oś cylindra pokrywa się z kierunkiem prądu (ryc. 13.9)), której opór 
. Zgodnie z prawem Joule'a-Lenza ciepło w tej objętości będzie uwalniane z czasem
(13.35)
Nazywa się ilość ciepła uwalnianego w jednostce czasu na jednostkę objętości właściwa moc cieplna prądu . Ona jest równa
ω= ρ∙j 2 (13.36)
Korzystając z postaci różniczkowej prawa Ohma (j = γE) i zależności , otrzymujemy ω= j∙E=γ∙E 2 (13.37)
Przykłady rozwiązywania problemów
Przykład. Prąd w przewodzie wzrasta równomiernie odi 0 =0 doi maks =3A dla czasu τ=6s. Określ opłatęQprzechodząc przez dyrygent.
Dany: ja 0=0; I max \u003d 3A; τ=6s .
Znajdować: Q.
Rozwiązanie. Ładunek dQ przechodzący przez przekrój przewodu w czasie dt,
W zależności od stanu problemu siła prądu rośnie równomiernie, tj. I=kt , gdzie współczynnik proporcjonalności
.
Wtedy można pisać
Całkując (1) i zastępując wyrażenie za k, znajdujemy pożądany ładunek, który przeszedł przez przewodnik:
Odpowiedź : Q=9C .
Przykład. Na żelaznym przewodzie (ρ = 7,87 g/cm 3 , М=56∙10 -3 kg/mol) sekcjaS=0,5 mm 2 prąd płyniei\u003d 0,1 A. określić średnią prędkość uporządkowanego (kierowanego) ruchu elektronów, zakładając, że liczba wolnych elektronów na jednostkę objętości przewodnika jest równa liczbie atomówn" na jednostkę objętości przewodnika
Dany: ρ \u003d 7,87 g / cm 3, \u003d 7,87 ∙ 10 3 kg / m 3; М=56∙10 -3 kg/mol; I=0,1A; S \u003d 0,5 mm 2 \u003d 0,5 10 -6 m 2.
Znajdować:
.
Rozwiązanie . Gęstość prądu w przewodniku
j=ne 
,
gdzie 
- średnia prędkość uporządkowanego ruchu elektronów w przewodniku n - koncentracja elektronów (liczba elektronów na jednostkę objętości); e=1,6∙10 -19 C to ładunek elektronu.
W zależności od stanu problemu,
(2)
(miej świadomość, że 
, gdzie jest masa przewodnika; M to jego masa molowa; N A \u003d 6,02 ∙ 10 23 mol -1 - stała Avogadro; 
jest gęstość żelaza).
Biorąc pod uwagę wzór (2) oraz fakt, że gęstość prądu 
, wyrażenie (1) można zapisać jako
,
Skąd pożądana prędkość uporządkowanego ruchu elektronów
Odpowiedź:
=14,8 µm/s.
Przykład. Jednorodna rezystancja drutur\u003d 36 omów. Określ, na ile równych segmentów został pocięty przewód, jeśli po ich równoległym połączeniu opór okazał się równyr 1 \u003d 1 om.
Dany r\u003d 36 omów;r 1 =1 om.
Znajdować: N.
Rozwiązanie. Nieprzecięty przewód można przedstawić jako rezystory N połączone szeregowo. Następnie
gdzie r jest oporem każdego segmentu.
W przypadku połączenia równoległego odcinków przewodu N
lub 
(2)
Z wyrażeń (1) i (2) znajdujemy pożądaną liczbę segmentów
Odpowiedź: N=6
Przykład. Wyznacz gęstość prądu w przewodzie miedzianym o długości ℓ=100 m, jeżeli różnica potencjałów na jego końcach wynosi φ 1 -φ 2 =10V. Rezystywność miedzi ρ =17 nOhm∙m.
Dany ℓ=100 m; φ. 1 -φ 2 =10V; ρ =17 nOhm∙m=1,7∙10 -8 Ohm∙m.
Znajdować: J.
Rozwiązanie. Zgodnie z prawem Ohma w postaci różniczkowej,
gdzie 
- właściwa przewodność elektryczna przewodnika; 
- natężenie pola elektrycznego wewnątrz jednorodnego przewodnika, wyrażone poprzez różnicę potencjałów na końcach przewodnika i jego długość.
Podstawiając zapisane formuły do wyrażenia (1), znajdujemy pożądaną gęstość prądu
Odpowiedź: j=5,88 mA/m2.
Przykład. Prąd płynie przez żarówkęi\u003d 1A, Temperatura żarnika wolframowego o średnicyD 1 \u003d 0,2 mm to 2000ºС. Prąd dostarczany jest przewodami miedzianymi o przekrojuS 2 =5mm 2 . Określ siłę pola elektrostatycznego: 1) w wolframie; 2) w miedzi. Specyficzna odporność wolframu w 0ºС ρ 0 \u003d 55 nOhm ∙ m, jego współczynnik temperaturowy oporu α 1 \u003d 0,0045 stopnia -1 , rezystywność miedzi ρ 2 \u003d 17 nOhm ∙ m.
Dany: i= 1A;D 1 =0,2mm=2∙10 -4 m; T= 2000ºС;S 2 =5mm 2 =5∙10 -6 m 2 ; ρ 0 \u003d 55 nOhm ∙ m \u003d 5,5 10 -8 Ohm∙m: α 1 \u003d 0,0045ºС -1 ; ρ 2 \u003d 17 nOhm ∙ m \u003d 1,7 ∙ 10 -8 Ohm∙m.
Znajdować: E1; E 2 .
Rozwiązanie. Zgodnie z prawem Ohma w postaci różniczkowej gęstość prądu
(1)
gdzie 
- właściwa przewodność elektryczna przewodnika; E to siła pola elektrycznego.
Rezystywność wolframu zmienia się wraz z temperaturą zgodnie z zasadą liniową:
ρ=ρ 0 (1+αt). (2)
Gęstość prądu w wolframie
(3)
Podstawiając wyrażenie (2) i (3) do wzoru (1), znajdujemy pożądaną siłę pola elektrostatycznego w wolframie
.
Natężenie pola elektrostatycznego w miedzi
(miej świadomość, że 
).
Odpowiedź: 1) E 1 \u003d 17,5 V / m; 2) E 2 \u003d 3,4 mV / m.
Przykład. Przez opór przewodnikar\u003d Płynie prąd 10 Ohm, prąd wzrasta liniowo. Ilość ciepłaQ, uwolniony w przewodniku w czasie τ \u003d 10 s, jest równy 300 J. Określ ładunekQ, przekazywane w tym czasie wzdłuż dyrygenta, jeśli w inicjalemmoment czasu, prąd w przewodniku wynosi zero.
Dany: r=10 omów; τ=10s;Q=300J;i 0 =0.
Znajdować: Q.
Rozwiązanie.
Z warunku równomierności narastania prądu (przy I 0 =0) wynika, że I=kt, gdzie k jest współczynnikiem proporcjonalności. Jeśli się uwzględni 
, możemy pisać
dq=Idt=ktdt. (jeden)
Całkujemy wyrażenie (1), wtedy
(2)
Aby znaleźć współczynnik k, piszemy prawo Joule'a-Lenza dla nieskończenie małego przedziału czasu dt:
Całkując to wyrażenie od 0 do, otrzymujemy ilość ciepła określoną w warunku problemu:
,
Gdzie możemy znaleźć k:
.
(3)
Podstawiając wzór (3) do wyrażenia (2), określamy pożądany ładunek
Odpowiedź: q=15 C .
Przykład. Wyznacz gęstość prądu elektrycznego w przewodzie miedzianym (rezystywność ρ=17nOhm∙m), jeżeli właściwa moc cieplna prądu ω=1,7J/(m 3 s)..
Dany: ρ=17nOhm∙m=17∙10 -9 Ohm∙m; ω=1,7J/(m 3 s).
Znajdować: J.
Rozwiązanie. Zgodnie z prawami Joule-Lenza i Ohma w postaci różniczkowej,
(1)
,
(2)
gdzie γ i ρ są odpowiednio specyficzną i rezystancją przewodnika. Z prawa (2) otrzymujemy, że Е = ρj. Podstawiając to wyrażenie do (1), znajdujemy pożądaną gęstość prądu:
.
Odpowiedź : j=10 kA/m3.
Przykład. Określ rezystancję wewnętrzną źródła prądu, jeśli w obwodzie zewnętrznym przy natężeniu prądui 1 \u003d 4A rozwija moc P 1 \u003d 10 W i przy obecnej silei 2 \u003d 6A - moc P 2 \u003d 12 W.
Dany: i 1 =4A; r 1 =10 W;i 2 =6A; r 2 \u003d 12 W.
Znajdować: r.
Rozwiązanie. Moc rozwijana przez prąd
oraz 
(1)
gdzie R 1 i R 2 to rezystancje obwodu zewnętrznego.
Zgodnie z prawem Ohma dla obwodu zamkniętego,
;
,
gdzie ε jest polem elektromagnetycznym źródła. Rozwiązując te dwa równania dla r, otrzymujemy
(2)
Odpowiedź : r=0,25 oma.
Przykład . W obwodzie składającym się ze źródła emf i rezystora o rezystancjir\u003d 10 omów, włącz woltomierz, najpierw równolegle, a następnie szeregowo z rezystorem, a odczyty woltomierza są takie same. Określ opór wewnętrznyrŹródło EMF, jeśli rezystancja woltomierzar V =500 omów.
Dany: r=10 omów;r V =500 omów;U 1 = U 2 .
Znajdować: r.
r 
rozwiązanie.
W zależności od stanu problemu woltomierz jest podłączony równolegle do rezystora (ryc. a), drugi - szeregowo (ryc. b), a jego odczyty są takie same.
Matematycznie można to wyrazić w postaci:
gdzie w- moc wydzielania ciepła na jednostkę objętości, - gęstość prądu elektrycznego, - natężenie pola elektrycznego, σ - przewodność medium.
Prawo można również sformułować w postaci integralnej dla przypadku przepływu prądu w cienkich przewodach:
W postaci matematycznej to prawo ma postać
gdzie dQ- ilość ciepła uwolnionego w czasie dt, i- aktualna siła, r- opór, Q to całkowita ilość ciepła uwolnionego w przedziale czasu od t1 zanim t2. W przypadku prądu stałego i rezystancji:
Wartość praktyczna
Redukcja strat energii
Podczas przesyłania energii elektrycznej efekt cieplny prądu jest niepożądany, ponieważ prowadzi do strat energii. Ponieważ przesyłana moc zależy liniowo zarówno od natężenia napięcia, jak i prądu, a moc grzewcza zależy kwadratowo od natężenia prądu, korzystne jest zwiększenie napięcia przed przesłaniem energii elektrycznej, co w rezultacie zmniejsza natężenie prądu. Jednak zwiększenie napięcia zmniejsza bezpieczeństwo elektryczne linii energetycznych.
Aby zapewnić wysokie napięcie w obwodzie, aby utrzymać taką samą moc ładunku, konieczne jest zwiększenie rezystancji obciążenia. Przewody doprowadzające i obciążenie są połączone szeregowo. Rezystancję drutu () można uznać za stałą. Ale rezystancja obciążenia () wzrasta, gdy w sieci zostanie wybrane wyższe napięcie. Wzrasta również stosunek rezystancji obciążenia do rezystancji drutu. Gdy rezystancje są połączone szeregowo (drut - obciążenie - przewód), rozkład uwalnianej mocy () jest proporcjonalny do rezystancji połączonych rezystancji.
Prąd w sieci dla wszystkich rezystancji jest stały. Dlatego relacja
A w każdym konkretnym przypadku są stałe. Dlatego moc uwalniana na przewodach jest odwrotnie proporcjonalna do rezystancji obciążenia, to znaczy maleje wraz ze wzrostem napięcia, ponieważ 
. Stąd wynika, że . W każdym przypadku wartość jest stała, dlatego ciepło wytwarzane na drucie jest odwrotnie proporcjonalne do kwadratu napięcia u konsumenta.
Dobór przewodów do obwodów
Ciepło wytwarzane przez przewodnik przewodzący prąd jest w takim czy innym stopniu uwalniane w środowisko. Jeśli natężenie prądu w wybranym przewodniku przekracza określony limit dopuszczalna wartość, możliwe jest tak silne ogrzewanie, że przewodnik może wywołać pożar w pobliskich obiektach lub stopić się. Z reguły przy montażu obwodów elektrycznych wystarczy przestrzegać przyjętych dokumentów regulacyjnych, które regulują w szczególności dobór przekroju przewodów.
Grzejniki elektryczne
Jeśli prąd jest taki sam przez cały czas obwód elektryczny, wtedy w dowolnie wybranym obszarze będzie wydzielać ciepło, tym więcej, im wyższy opór tego obszaru.
Poprzez celowe zwiększenie rezystancji odcinka obwodu można uzyskać zlokalizowane wytwarzanie ciepła w tym odcinku. Ta zasada działa grzejniki elektryczne. Oni używają element grzejny- przewodnik o dużej rezystancji. Wzrost rezystancji uzyskuje się (łącznie lub oddzielnie) wybierając stop o wysokiej rezystywności (np. nichrom, konstantan), zwiększając długość przewodnika, a zmniejszając jego przekrój. Przewody ołowiane mają zwykle niską rezystancję, dlatego ich nagrzewanie jest zwykle niezauważalne.
Bezpieczniki
Aby chronić obwody elektryczne przed przepływem zbyt dużych prądów, stosuje się kawałek przewodnika o specjalnych właściwościach. Jest to przewodnik o stosunkowo małym przekroju i wykonany z takiego stopu, że przy dopuszczalnych prądach nagrzewanie przewodnika nie powoduje jego przegrzania, a przy zbyt dużym przegrzaniu przewodnika jest tak duże, że przewodnik topi się i otwiera obwód.
Zobacz też
Uwagi
Spinki do mankietów
- Efektywna fizyka. Kopia prawa Joule-Lenz z archiwum internetowego
- http://elib.ispu.ru/library/physics/tom2/2_3.html Prawo Joule'a-Lenza
- http://eltok.edunet.uz/dglens.htm Przepisy dotyczące prądu stałego. Prawo Joule'a-Lenza
- http://slovari.yandex.ru/dict/bse/article/00023/23600.htm TSB. Prawo Joule'a-Lenza
- http://e-science.ru/physics/theory/?t=27 Prawo Joule-Lenza
Fundacja Wikimedia. 2010 .
Zobacz, co „Prawo Joule-Lenza” znajduje się w innych słownikach:
- (nazwane na cześć angielskiego fizyka Jamesa Joule'a i rosyjskiego fizyka Emila Lenza, którzy jednocześnie, ale niezależnie od siebie, odkryli je w 1840 r.) prawo, które daje ujęcie ilościowe efekt cieplny prądu elektrycznego. Kiedy prąd przepływa przez ... ... Wikipedia
PRAWO JOUL-LETZA- prawo określające efekt cieplny prądu elektrycznego; zgodnie z tym prawem ilość ciepła Q uwolnionego w przewodniku, gdy przepływa przez niego bezpośredni prąd elektryczny, jest równa iloczynowi kwadratu natężenia prądu I, rezystancji ... ... Wielka Encyklopedia Politechniczna
Prawo Joule'a-Lenza- — [Ja.N. Ługiński, MS Fezi Zhilinskaya, Yu.S. Kabirov. Angielsko-rosyjski słownik elektrotechniki i energetyki, Moskwa, 1999] Tematy w elektrotechnice, podstawowe pojęcia EN Prawo Joule'a LenzaPrawo Joule'a ... Podręcznik tłumacza technicznego
Prawo Joule'a-Lenza
Prawo Joule'a-Lenza- Joule o dėsnis statusas T sritis automatika atitikmenys: engl. Prawo Joule'a vok. Joulesches Gesetz, n rus. Prawo Joule'a Lenza, m pranc. loi de Joule, ryšiai: sinonimas – Džaulio dėsnis … Automatyka terminów žodynas
Prawo Joule'a- Džaulio dėsnis statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. Prawo Joule'a vok. Joule Lentzsches Gesetz, n; Joulesches Gesetz, n rus. Prawo Joule'a, m; Prawo Joule'a Lenza, m pranc. loi de Joule, f … Fizikos terminų žodynas
Prawo Joule'a-Lenza- ilość ciepła Q uwolnionego w jednostce czasu w odcinku obwodu elektrycznego o rezystancji R, gdy przepływa przez niego prąd stały I, jest równa Q = RI2. Prawo zostało ustanowione w 1841 r. przez J.P. Joule'a (1818-1889) i potwierdzone w 1842 r. przez dokładne ... ... Koncepcje współczesnych nauk przyrodniczych. Słowniczek podstawowych pojęć
Określa ilość ciepła Q uwolnionego w przewodzie o rezystancji L w czasie t, gdy przepływa przez niego prąd I: Q=aI2Rt. Współcz. proporcjonalność a zależy od wyboru jednostek. pomiary: jeśli jestem mierzony w amperach, R w omach, t w sekundach, to ... ... Encyklopedia fizyczna
Dzień dobry. Prawo Joule-Lenza jest mało prawdopodobne, gdy jest potrzebne, ale jest zawarte w kurs podstawowy elektrotechnika, dlatego teraz opowiem Ci o tym prawie.
Prawo Joule'a-Lenza zostało odkryte przez dwóch wielkich naukowców niezależnie od siebie: w 1841 roku James Prescott Joule, angielski naukowiec, który wniósł wielki wkład w rozwój termodynamiki 
aw 1842 Emil Khristianovich Lenz, rosyjski naukowiec niemieckiego pochodzenia, który już wniósł wielki wkład w elektrotechnikę. Ponieważ odkrycie obu naukowców nastąpiło niemal jednocześnie i niezależnie od siebie, postanowiono nazwać prawo podwójnym imieniem, a raczej nazwiskami. 
Pamiętaj, kiedy i nie tylko on powiedziałem, że prąd elektryczny ogrzewa przewodniki, przez które przepływa. Joule i Lenz opracowali wzór, za pomocą którego można obliczyć ilość wytworzonego ciepła.
Tak więc początkowo formuła wyglądała tak:
Jednostką miary według tego wzoru były kalorie, a „odpowiedzialny” za to był współczynnik k równy 0,24, czyli wzór na uzyskanie danych w kaloriach wygląda tak: 
Ale ponieważ w systemie pomiarowym SI, ze względu na dużą liczbę mierzonych wielkości i aby uniknąć nieporozumień, przyjęto oznaczenie dżul, wzór nieco się zmienił. k stało się równe jeden, a zatem współczynnik nie był już zapisywany we wzorze i zaczął wyglądać tak:
Tutaj: Q to ilość uwolnionego ciepła, mierzona w dżulach (oznaczenie SI - J);
I - prąd, mierzony w amperach, A;
R - rezystancja mierzona w omach, omach;
t to czas mierzony w sekundach, s;
a U to napięcie mierzone w woltach, V.
Przyjrzyj się uważnie, czy jedna część tej formuły coś Ci przypomina? A dokładniej? Ale to jest moc, a raczej formuła mocy z prawa Ohma. I powiem szczerze, że nie widziałem jeszcze takiej reprezentacji prawa Joule-Lenza w Internecie:
Teraz przywołujemy tablicę mnemoniczną i otrzymujemy co najmniej trzy wyrażenia formułowe prawa Joule-Lenza, w zależności od znanych nam wielkości: 
Wydawałoby się, że wszystko jest bardzo proste, ale wydaje się nam to dopiero wtedy, gdy już znamy to prawo, a potem obaj wielcy naukowcy odkryli je nie teoretycznie, ale eksperymentalnie i potem byli w stanie uzasadnić je teoretycznie.
Gdzie może się przydać to prawo Joule-Lenza?
W elektrotechnice istnieje koncepcja długotrwałego dopuszczalnego prądu przepływającego przez przewody. To jest prąd, który może wytrzymać drut. długi czas(czyli w nieskończoność), bez niszczenia przewodu (i ewentualnej izolacji, bo przewód może być bez izolacji). Oczywiście możesz teraz pobrać dane z PUE (Electrical Installation Rules), ale otrzymałeś te dane wyłącznie na podstawie prawa Joule-Lenza.
W elektrotechnice stosuje się również bezpieczniki. Ich główną cechą jest niezawodność. W tym celu używany jest przewodnik o określonej sekcji. Znając temperaturę topnienia takiego przewodnika, można obliczyć ilość ciepła potrzebnego do stopienia przewodnika z przepłynięcia przez niego. duże wartości prąd, a obliczając prąd, możesz obliczyć opór, jaki powinien mieć taki przewodnik. Ogólnie rzecz biorąc, jak już zrozumiałeś, korzystając z prawa Joule-Lenza, możesz obliczyć przekrój lub rezystancję (wartości współzależne) przewodnika dla bezpiecznika.
Pamiętajcie też, o czym rozmawialiśmy. Tam na przykładzie żarówki opowiedziałem paradoks, że mocniejsza lampa w połączeniu szeregowym świeci słabiej. I pewnie pamiętasz dlaczego: spadek napięcia na rezystancji jest tym silniejszy, im niższy rezystancja. A skoro moc jest, a napięcie bardzo spada, to okazuje się, że wyemituje duży opór duża liczba ciepło, czyli prąd będzie musiał ciężej pracować, aby pokonać duży opór. A ilość ciepła, którą prąd uwolni w tym przypadku, można obliczyć za pomocą prawa Joule'a-Lenza. Jeśli weźmiemy szeregowe połączenie oporów, lepiej użyć wyrażenia w postaci kwadratu prądu, czyli pierwotnej postaci wzoru:
A dla równoległego połączenia rezystancji, ponieważ prąd w równoległych gałęziach zależy od rezystancji, podczas gdy napięcie na każdej równoległej gałęzi jest takie samo, wzór najlepiej przedstawia się w postaci napięcia:
Wszyscy używacie przykładów pracy prawa Joule-Lenza w: Życie codzienne- Przede wszystkim są to wszelkiego rodzaju urządzenia grzewcze. Z reguły używają drutu nichromowego, a grubość (przekrój) i długość przewodu dobiera się tak, aby długotrwałe narażenie termiczne nie prowadziło do szybkiego zniszczenia drutu. Dokładnie w ten sam sposób żarnik wolframowy świeci w lampie żarowej. Zgodnie z tym samym prawem określa się stopień możliwego nagrzania prawie każdego urządzenia elektrycznego i elektronicznego.
Ogólnie rzecz biorąc, mimo pozornej prostoty, prawo Joule-Lenza odgrywa bardzo ważną rolę w naszym życiu. Prawo to dało duży impuls do obliczeń teoretycznych: wytwarzanie ciepła przez prądy, obliczanie określonej temperatury łuku, przewodnika i dowolnego innego materiału przewodzącego elektryczność, strata mocy elektrycznej w ekwiwalencie cieplnym itp.
Możesz zapytać, jak przekonwertować dżule na waty i to jest ładne często zadawane pytanie w Internecie. Chociaż pytanie jest nieco błędne, czytając dalej, zrozumiesz dlaczego. Odpowiedź jest dość prosta: 1 j = 0,000278 wat*godzina, a 1 wat*godzina = 3600 dżuli. Przypomnę, że pobierana moc chwilowa jest mierzona w watach, czyli bezpośrednio używany obwód, gdy obwód jest włączony. A dżul określa pracę prądu elektrycznego, czyli moc prądu w czasie. Pamiętajcie, w prawie Ohma podałem alegoryczną sytuację. Prąd to pieniądze, napięcie to zapas, opór to poczucie proporcji i pieniędzy, moc to ilość produktów, które możesz nosić (zabrać) na sobie na raz, ale jak daleko, jak szybko i ile razy możesz zabranie ich to praca. Oznacza to, że nie ma możliwości porównania pracy i mocy, ale można to wyrazić w jednostkach, które są dla nas bardziej zrozumiałe: waty i godziny.
Myślę, że teraz nie będzie ci trudno zastosować w praktyce i teorii, jeśli to konieczne, prawo Joule-Lenza, a nawet przekonwertować dżule na waty i odwrotnie. A dzięki zrozumieniu, że prawo Joule'a-Lenza jest iloczynem mocy elektrycznej i czasu, łatwiej je zapamiętasz, a nawet jeśli nagle zapomnisz o podstawowym wzorze, to pamiętając tylko prawo Ohma, możesz ponownie uzyskać Joule- Prawo Lenza. I w tej sprawie żegnam się z tobą.
Przeniesienie elektryczności podczas ruchu prądu w inną energię następuje na poziomie molekularnym. Podczas takiego procesu temperatura przewodnika wzrasta o pewną wartość. opisuje ten fenomen oddziaływanie atomów i jonów przewodnika prądu z elektronami prądu. 
Właściwości energii elektrycznej
Przemieszczając się wzdłuż metalowego przewodnika, elektrony zderzają się z wieloma losowo ulokowanymi obcymi cząstkami. Okresowo w wyniku kontaktu z obojętnej cząsteczki uwalniane są nowe elektrony. Z cząsteczki powstaje jon dodatni, który znika w elektronie energia kinetyczna. Czasami istnieje druga opcja - tworzenie cząsteczki neutralnego typu w wyniku połączenia jonu dodatniego i elektronu.
Wszystkim tym procesom towarzyszy wydatkowanie określonej ilości energii, która następnie zamienia się w ciepło. Pokonywanie oporu w toku wszystkich tych ruchów determinuje wydatek energii i przemianę potrzebnej do tego pracy w ciepło.
Parametry R są identyczne z parametrami rezystancji standardowej. Do pewnego stopnia pewna ilość energii jest przekształcana w ciepło, gdy prąd przepływa przez dowolny przewodnik. To właśnie ta transformacja jest rozważana przez prawo Joule-Lenza.
Formuła i jej składniki
Przejście do energii wewnętrznej przewodnika wyników pracy prądu zostało potwierdzone licznymi eksperymentami. Po nagromadzeniu objętości krytycznej nadmiar energii jest przekazywany do otaczających ciał z ogrzewaniem przewodnika.
Klasyczny wzór obliczeniowy dla tego zjawiska to:
Bierzemy Q, aby oznaczyć ilość uwolnionego ciepła i zastępujemy go A. Teraz, w otrzymanym wyrażeniu Q \u003d U * I * t, zastępujemy U \u003d IR i wyprowadzamy klasyczną formułę Joule-Lenza: 
W obwodach z połączeniem szeregowym do obliczeń zastosowanie tego podstawowego wzoru będzie najwygodniejszą metodą. W takim przypadku siła prądu zawsze pozostaje taka sama we wszystkich przewodnikach. Ilość uwolnionego ciepła jest proporcjonalna do rezystancji każdego z dostępnych przewodników.
Ale przy połączeniu równoległym napięcie na końcach będzie takie samo, a nominalna wartość prądu elektrycznego w każdym elemencie znacznie się różni. Można argumentować, że istnieje odwrotna proporcjonalność między ilością ciepła a przewodnością pojedynczego przewodnika. Tutaj formuła staje się bardziej odpowiednia:
Q = (U2/R)t
Praktyczne przykłady zjawiska termicznego działania prądu
Wielu badaczy i naukowców badało cechy przepływu energii elektrycznej. Ale najbardziej imponujące wyniki uzyskali rosyjski naukowiec Emil Khristianovich Lenz i Anglik James Joule. Niezależnie od siebie sformułowano prawo, za pomocą którego dokonano oceny działania energii elektrycznej uzyskanej w procesie na przewodnik cieplny. Otrzymane wyrażenie nosi imię jego autorów.
Kilka przykładów może posłużyć do zrozumienia natury i cech charakterystycznych efekt termiczny obecny.
Urządzenia grzewcze
Funkcję grzewczą w projektowaniu takich urządzeń wykonuje metalowa spirala. W przypadku konieczności podgrzewania wody ważne jest zachowanie równowagi pomiędzy parametrami energii sieciowej i wymiany ciepła. Instalacja spirali odbywa się w izolacji.
Problemy minimalizacji strat energii rozwiązywane są na różne sposoby. Jedną z opcji jest zwiększenie napięcia, ale wiąże się to ze spadkiem poziomu bezpieczeństwa pracy linii.
Stosowany jest również sposób doboru przewodów, których straty ciepła zależą od właściwości różne metale i stopy. Produkcja spiral odbywa się z materiałów przeznaczonych do pracy z dużymi obciążeniami.
żarówka
Odkrycie prawa Joule-Lenza przyczyniło się do szybkiego postępu elektrotechniki. Przykład jego zastosowania do elementów oświetleniowych pozostaje szczególnie orientacyjny.
Wewnątrz takiej żarówki ciągnie się żarnik wolframowy. Cały proces opiera się na wysokiej oporność i ogniotrwałość tego metalu.
Zamiana energii w ciepło powoduje efekt nagrzewania się i żarzenia spirali. Minusem jest zawsze wydatkowanie głównej ilości energii na ogrzewanie, a samo żarzenie odbywa się ze względu na jego niewielką część.
Dla dokładniejszego zrozumienia tego procesu wprowadza się takie pojęcie jak współczynnik przydatne działanie, który określa wydajność przepływu pracy.
Łuk elektryczny
W tym przypadku mówimy o potężnym źródle światła i metodzie spawania konstrukcji metalowych.
Zasadą takiego procesu jest podłączenie do pary prętów węglowych źródła prądu o dużej mocy i minimalnym napięciu, a następnie kontakt tych elementów.
Bezpieczniki domowe
Podczas korzystania z obwodów elektrycznych używane są specjalne urządzenia. Głównym elementem takich bezpieczników będzie drut topliwy. Jest wkręcany w porcelanową kasetkę, którą wkłada się do wkładu.
Będąc częścią wspólnego obwodu, taki przewodnik, z gwałtownym wzrostem wydzielania ciepła, topi się i otwiera sieć.
Fizyka klasa 8: Prawo Joule'a-Lenza
Szczegółowe badanie przejścia prądu elektrycznego przez przewodnik i wynikającego z tego nagrzewania przedstawiono w program nauczania. Praktyczne przykłady pokazują wszystkie niuanse, które wpływają na wielkość efektu cieplnego prądu.
Plan przeprowadzenia sesji szkoleniowej jest zwykle budowany według następującego schematu:
- Niezbędne, aby wykazać zależność objętości ciepła od oporu i natężenia prądu, eksperymenty.
- Szczegółowe studium prawa Joule'a-Lenza, jego podstawowej formuły i znaczenia wszystkich jego składników.
- Fakty historyczne wykluczające możliwość plagiatu obu autorów.
- Podsumowując lekcję.
- Praktyczna aplikacja do wykonywania obliczeń.
- Rozwiązywanie problemów na podstawie otrzymanych informacji.
Materiał jest mocowany podczas prac domowych, aby ocenić ilość ciepła wytworzonego podczas przepływu prądu przez przewodnik o wskazanych parametrach.
