În urma experimentelor, s-a constatat că cantitatea de căldură generată de curent la trecerea printr-un conductor depinde de rezistența conductorului în sine, de curent și de timpul trecerii acestuia.
Această lege fizică a fost stabilită pentru prima dată în 1841 de către fizicianul englez Joule, iar ceva mai târziu (în 1844) independent de către academicianul rus Emil Christianovich Lenz (1804 - 1865).
Relațiile cantitative care apar atunci când un conductor este încălzit de curent se numesc legea Joule-Lenz.
S-a afirmat mai sus:
Deoarece 1 cal = 0,472 kgm, atunci
Prin urmare,
1 J = 0,24 cal.
Energie curent electric determinat de formula
A = eu 2× r × t J.
Deoarece energia curentă este utilizată pentru încălzire, cantitatea de căldură generată de curentul din conductor este egală cu:
Q= 0,24 × eu 2× r × t cal.
Această formulă, care exprimă legea Joule-Lenz, arată și definește legea că cantitatea de căldură în calorii generată de un curent care trece printr-un conductor este egală cu un factor de 0,24 înmulțit cu pătratul curentului în amperi, rezistența în ohmi și timpul în secunde.
Video - „Legea Joule-Lenz, fizica clasa a VIII-a”:
Exemplul 1. Determinați câtă căldură va genera un curent de 6 A la trecerea printr-un conductor cu o rezistență de 2 ohmi timp de 3 minute.
Q= 0,24 × eu 2× r × t= 0,24 × 36 × 2 × 180 = 3110,4 cal.
Formula pentru legea Joule-Lenz poate fi scrisă după cum urmează:
Q= 0,24 × eu × eu × r × t ,
iar din moment ce eu × r = U, atunci poți scrie:
Q= 0,24 × eu × U× t cal.
Exemplul 2. Soba electrică este conectată la o rețea de 120 V Curentul care curge prin spirala sobei este de 5 A. Este necesar să se determine câtă căldură va elibera curentul în 2 ore.
Q= 0,24 × eu × U× t= 0,24 × 5 × 120 × 7200 = 1.036.800 cal = 1036,8 kcal.
Video - „Conductori de încălzire cu curent electric”:
E. H. Lenz a generalizat experimentele inductie electromagnetica, prezentând această generalizare sub forma „regula Lenz”. În lucrările sale despre teoria mașinilor electrice, Lenz a studiat fenomenul de „reacție a armăturii” la mașinile cu curent continuu și a demonstrat principiul reversibilității mașinilor electrice. Lenz, lucrând cu Jacobi, a studiat forța de atracție a electromagneților și a stabilit dependența momentului magnetic de forța de magnetizare.
12 februarie (24), 1804 - 29 ianuarie (10 februarie), 1865 (60 de ani)
Lenz a fost membru al Academiei de Științe din Sankt Petersburg și rector al Universității din Sankt Petersburg.
Să considerăm un conductor omogen, la capetele căruia se aplică o tensiune U În timpul dt, o sarcină dq = Idt este transferată prin secțiunea transversală a conductorului. Întrucât curentul reprezintă mișcarea sarcinii dq sub influență câmp electric, atunci lucrul curentului este egal cu
dA=Udq =IU dt (13,28)
Dacă rezistența conductorului este R, atunci, folosind legea lui Ohm, obținem
Puterea curentă
(13.30)
Dacă un curent trece printr-un conductor de metal staționar, atunci toată munca efectuată de curent merge pentru a-l încălzi și, conform legii conservării energiei,
(13.31)
Astfel, folosind expresiile (13.28) și (13.31), obținem
(13.32)
Expresia reprezintă Legea Joule-Lenz , stabilit experimental independent unul de celălalt de Joule și Lenz.
§ 13.7 Legile lui Ohm și Joule-Lenz în formă diferențială.
Înlocuind expresia pentru rezistență în legea lui Ohm, obținem
(13.33)
unde este valoarea 
, reciproca rezistivității, se numește conductivitate electrică
substanțe conductoare. Unitatea sa este siemens pe metru (S/m).
Având în vedere că 
- intensitatea câmpului electric în conductor, 
- densitatea de curent, formula poate fi scrisă ca
j = γE (13,34)
Legea Joule-Lenz în formă diferențială
Să selectăm un volum cilindric elementar dV=dSdℓ în conductor (axa cilindrului coincide cu direcția curentului (Fig. 13.9)), a cărui rezistență 
. Conform legii Joule-Lenz, căldura va fi eliberată în acest volum în timp
(13.35)
Se numește cantitatea de căldură eliberată pe unitatea de timp într-o unitate de volum puterea curentului termic specific . Este egal
ω= ρ∙j 2 (13,36)
Folosind forma diferențială a legii lui Ohm (j = γE) și relația, obținem ω= j∙E=γ∙E 2 (13.37)
Exemple de rezolvare a problemelor
Exemplu. Puterea curentului în conductor crește uniform de laeu 0 =0 laeu max =3A pentru timpul τ=6s. Determinați taxaQ, a trecut de-a lungul conductorului.
Dat: I 0 =0; I max = 3A; τ=6s .
Găsi: Q.
Soluţie. Sarcina dQ care trece prin secțiunea transversală a conductorului în timp dt,
În funcție de condițiile problemei, puterea curentului crește uniform, adică I=kt, unde coeficient de proporționalitate
.
Atunci putem scrie
Prin integrarea (1) și substituind expresia pentru k, găsim sarcina necesară care trece prin conductor:
Răspuns : Q=9 CI .
Exemplu. Prin conductor de fier (ρ = 7,87 g/cm 3 , M=56∙10 -3 kg/mol) secțiune transversalăS= 0,5 mm 2 curentul curgeeu=0,1 A. determinați viteza medie a mișcării ordonate (direcționale) a electronilor, presupunând că numărul de electroni liberi pe unitatea de volum a conductorului este egal cu numărul de atomin"per unitate de volum de conductor
Dat: ρ=7,87 g/cm3,= 7,87∙10 3 kg/m3; M=56∙10 -3 kg/mol; I = 0,1 A; S=0,5 mm2 =0,5 10 -6 m2.
Găsi:
.
Soluţie . Densitatea curentului în conductor
j=ne 
,
Unde 
- viteza medie de mișcare ordonată a electronilor într-un conductor n - concentrația de electroni (număr de electroni pe unitate de volum); e=1,6∙10 -19 C – sarcina electronilor.
În funcție de condițiile de problemă,
(2)
(ține cont că 
, unde este masa conductorului; M – masa sa molară N A = 6,02∙10 23 mol -1 – constanta lui Avogadro; 
- densitatea fierului).
Ținând cont de formula (2) și de faptul că densitatea de curent 
, expresia (1) poate fi scrisă ca
,
De unde vine viteza dorită a mișcării ordonate a electronilor?
Răspuns:
=14,8 um/s.
Exemplu. Rezistență omogenă a firuluiR= 36 ohmi. Determinați în câte secțiuni egale a fost tăiat firul dacă, după conectarea lor în paralel, rezistența s-a dovedit a fi egalăR 1 = 1 Ohm.
Dat R=36 ohmi;R 1 = 1 Ohm.
Găsi: N.
Soluţie. Un fir netăiat poate fi reprezentat ca N rezistențe conectate în serie. Apoi
unde r este rezistența fiecărui segment.
În cazul conexiunii în paralel a N secțiuni de fire
sau 
(2)
Din expresiile (1) și (2) găsim numărul necesar de segmente
Răspuns: N=6
Exemplu. Determinați densitatea de curent într-un fir de cupru cu lungimea ℓ=100 m dacă diferența de potențial la capete este φ 1 -φ 2 =10V. Rezistivitatea cuprului ρ =17 nOhm∙m.
Dat ℓ=100 m; φ 1 -φ 2 =10V; ρ =17 nOhm∙m=1,7∙10 -8 Ohm∙m.
Găsi: j.
Soluţie. Conform legii lui Ohm în formă diferențială,
Unde 
- conductivitatea electrică specifică a conductorului; 
- intensitatea câmpului electric în interiorul unui conductor omogen, exprimată prin diferența de potențial de la capetele conductorului și lungimea acestuia.
Înlocuind formulele scrise în expresia (1), găsim densitatea de curent dorită
Răspuns: j=5,88 MA/m2.
Exemplu. Curentul trece printr-o lampă cu incandescențăeu=1A, temperatura diametrului filamentului de wolframd 1 =0,2 mm este egal cu 2000ºС. Curentul este furnizat de fire de cupru cu secțiune transversalăS 2 = 5 mm 2 . Determinați intensitatea câmpului electrostatic: 1) în wolfram; 2) în cupru. Rezistivitatea tungstenului la 0ºС ρ 0 =55 nOhm∙ m, coeficientul său de temperatură al rezistenței α 1 =0,0045 grade -1 , rezistivitatea cuprului ρ 2 =17nOhm∙m.
Dat: eu=1A;d 1 =0,2 mm=2∙10 -4 m; T= 2000ºС;S 2 = 5 mm 2 =5∙10 -6 m 2 ; ρ 0 =55 nOhm∙m= 5,5∙10 -8 Ohm∙m: α 1 =0,0045ºС -1 ; ρ 2 =17nOhm∙m=1,7∙10 -8 Ohm∙m.
Găsi: E 1; E 2.
Soluţie. Conform legii lui Ohm în formă diferenţială, densitatea curentului
(1)
Unde 
- conductivitatea electrică specifică a conductorului; E – intensitatea câmpului electric.
Rezistivitatea wolframului se modifică cu temperatura conform unei legi liniare:
ρ=ρ 0 (1+αt). (2)
Densitatea curentului în wolfram
(3)
Înlocuind expresiile (2) și (3) în formula (1), găsim intensitatea câmpului electrostatic dorit în wolfram
.
Intensitatea câmpului electrostatic în cupru
(ține cont că 
).
Răspuns: 1) E1 =17,5 V/m; 2) E2 = 3,4 mV/m.
Exemplu. Printr-un conductor cu rezistențăR= 10 Ohm curge curent, curentul crește liniar. Cantitatea de căldurăQ, eliberat în conductor în timpul τ = 10 s, este egal cu 300 J. Determinați sarcinaq, a trecut prin conductor în acest timp, dacă la inițialămmoment în timp curentul în conductor este zero.
Dat: R=10 Ohm; τ=10s;Q=300J;eu 0 =0.
Găsi: q.
Soluţie.
Din condiția creșterii uniforme a intensității curentului (la I 0 =0) rezultă că I=kt, unde k este coeficientul de proporționalitate. Având în vedere că 
, putem scrie
dq=Idt=ktdt. (1)
Să integrăm expresia (1), atunci
(2)
Pentru a găsi coeficientul k, scriem legea Joule-Lenz pentru o perioadă infinit de timp dt:
Prin integrarea acestei expresii de la 0 la, obținem cantitatea de căldură specificată în enunțul problemei:
,
Unde găsim k:
.
(3)
Înlocuind formula (3) în expresia (2), determinăm sarcina necesară
Răspuns: q=15 CI .
Exemplu. Determinați densitatea curentului electric într-un fir de cupru (rezistența specifică ρ=17 nOhm∙m), dacă puterea termică specifică a curentului ω=1,7 J/(m 3 ∙s)..
Dat: ρ=17nOhm∙m=17∙10 -9 Ohm∙m; ω=1,7J/(m 3 ∙s).
Găsi: j.
Soluţie. Conform legilor Joule-Lenz și Ohm în formă diferențială,
(1)
,
(2)
unde γ și ρ sunt specificul și respectiv rezistența conductorului. Din legea (2) se obține că E = ρj. Înlocuind această expresie în (1), găsim densitatea de curent necesară:
.
Răspuns : j=10 kA/m3.
Exemplu. Determinați rezistența internă a sursei de curent dacă curentul din circuitul extern esteeu 1 =4A se dezvoltă puterea P 1 =10 W și la puterea curentuluieu 2 =6A – putere P 2 = 12 W.
Dat: eu 1 =4A; R 1 =10 W;eu 2 =6A; R 2 = 12 W.
Găsi: r.
Soluţie. Puterea dezvoltată de curent este
Și 
(1)
unde R 1 și R 2 sunt rezistențele circuitului extern.
Conform legii lui Ohm pentru un circuit închis,
;
,
unde ε este fem-ul sursei. Rezolvând aceste două ecuații pentru r, obținem
(2)
Răspuns : r=0,25 Ohm.
Exemplu . Într-un circuit format dintr-o sursă EMF și un rezistor cu o rezistențăR=10 Ohm, porniți voltmetrul, mai întâi în paralel și apoi în serie cu rezistența, iar citirile voltmetrului sunt aceleași. Determinați rezistența internărSursa EMF, dacă rezistența voltmetruluiR V = 500 ohmi.
Dat: R=10 Ohm;R V =500 Ohm;U 1 = U 2 .
Găsi: r.
R 
decizie.
În funcție de condițiile problemei, voltmetrul este conectat la rezistor o dată în paralel (Fig. a), a doua oară în serie (Fig. b), iar citirile sale sunt aceleași.
Matematic poate fi exprimat sub următoarea formă:
Unde w- puterea de generare a căldurii pe unitatea de volum, - densitatea curentului electric, - puterea câmpului electric, σ - conductivitatea mediului.
Legea poate fi formulată și în formă integrală pentru cazul curgerii curentului în fire subțiri:
În formă matematică, această lege are forma
Unde dQ- cantitatea de căldură degajată într-o perioadă de timp dt, eu- puterea curentului, R- rezistenta, Q- cantitatea totală de căldură degajată în perioada de timp de la t 1 inainte de t 2. În cazul curentului și rezistenței constante:
Semnificație practică
Pierderi reduse de energie
La transmiterea energiei electrice, efectul termic al curentului este nedorit, deoarece duce la pierderi de energie. Deoarece puterea transmisă depinde liniar atât de tensiune, cât și de curent, iar puterea de încălzire depinde în mod pătratic de curent, este avantajos să crești tensiunea înainte de a transmite energie electrică, reducând astfel curentul. Cu toate acestea, creșterea tensiunii reduce siguranța electrică a liniilor electrice.
Pentru a aplica tensiune înaltă în circuit pentru a menține aceeași putere la sarcina utilă, rezistența de sarcină trebuie mărită. Firele de alimentare și sarcina sunt conectate în serie. Rezistența firului () poate fi considerată constantă. Dar rezistența de sarcină () crește atunci când alegeți o tensiune mai mare în rețea. De asemenea, crește raportul dintre rezistența la sarcină și rezistența firului. Când rezistențele sunt conectate în serie (sârmă - sarcină - fir), distribuția puterii eliberate () este proporțională cu rezistența rezistențelor conectate.
Curentul din rețea este constant pentru toate rezistențele. Prin urmare, relația
Și căci în fiecare caz specific sunt constante. În consecință, puterea eliberată pe fire este invers proporțională cu rezistența de sarcină, adică scade cu creșterea tensiunii, deoarece 
. De unde rezultă că . În fiecare caz specific, valoarea este o constantă, prin urmare, căldura generată pe fir este invers proporțională cu pătratul tensiunii la consumator.
Alegerea firelor pentru circuite
Căldura generată de un conductor care poartă curent este eliberată în grade diferite în mediu inconjurator. Dacă puterea curentului în conductorul selectat depășește o anumită limită valoare admisibilă, este posibilă o încălzire atât de intensă încât conductorul să provoace incendii în obiectele din apropiere sau să se topească. De regulă, la asamblarea circuitelor electrice, este suficient să urmați documentele de reglementare acceptate, care reglementează, în special, alegerea secțiunii transversale a conductorului.
Dispozitive electrice de încălzire
Dacă puterea curentului este aceeași pe tot parcursul circuit electric, atunci în orice zonă selectată cu cât se va genera mai multă căldură, cu atât rezistența acestei zone este mai mare.
Prin creșterea deliberată a rezistenței unei secțiuni a unui circuit, se poate obține generarea de căldură localizată în acea secțiune. Ei lucrează pe acest principiu dispozitive electrice de încălzire. Ei folosesc un element de încălzire- conductor cu rezistenta mare. Creșterea rezistenței se realizează (în comun sau separat) prin alegerea unui aliaj cu rezistivitate mare (de exemplu, nicrom, constantan), mărirea lungimii conductorului și reducerea secțiunii sale transversale. Firele de plumb au o rezistență în general scăzută și, prin urmare, încălzirea lor este de obicei neobservată.
Siguranțe
Pentru a proteja circuitele electrice de curgerea curenților excesiv de mari, se folosește o bucată de conductor cu caracteristici speciale. Acesta este un conductor cu o secțiune transversală relativ mică și realizat dintr-un aliaj astfel încât, la curenții admisibili, încălzirea conductorului nu îl supraîncălzi, dar la curenți excesiv de mari, supraîncălzirea conductorului este atât de semnificativă încât conductorul se topește și deschide circuitul.
Vezi si
Note
Legături
- Fizica eficientă. Copie a legii Joule-Lenz din arhiva web
- http://elib.ispu.ru/library/physics/tom2/2_3.html Legea Joule-Lenz
- http://eltok.edunet.uz/dglens.htm Legile curentului continuu. Legea Joule-Lenz
- http://slovari.yandex.ru/dict/bse/article/00023/23600.htm TSB. Legea Joule-Lenz
- http://e-science.ru/physics/theory/?t=27 Legea Joule-Lenz
Fundația Wikimedia. 2010.
Vedeți ce este „Legea Joule-Lenz” în alte dicționare:
- (numit după fizicianul englez James Joule și fizicianul rus Emilius Lenz, care l-au descoperit simultan, dar independent, în 1840) legea care dă evaluare cantitativă efectul termic al curentului electric. Când curentul trece prin... ... Wikipedia
LEGEA JOULE-LENZ- legea care determină efectul termic al curentului electric; Conform acestei legi, cantitatea de căldură Q eliberată într-un conductor atunci când trece un curent electric continuu prin el este egală cu produsul pătratului puterii curentului I, rezistența... ... Marea Enciclopedie Politehnică
Legea Joule-Lenz- - [Ya.N.Luginsky, M.S.Fezi Zhilinskaya, Yu.S.Kabirov. Dicționar englez-rus de inginerie electrică și inginerie energetică, Moscova, 1999] Subiecte de inginerie electrică, concepte de bază EN Legea lui Joule Lenz Legea lui Joule ... Ghidul tehnic al traducătorului
Legea Joule-Lenz
Legea Joule-Lenz- Joule o dėsnis statusas T sritis automatika atitikmenys: engl. Legea lui Joule vok. Joulesches Gesetz, n rus. Legea lui Joule Lenz, m pranc. loi de Joule, f ryšiai: sinonimas – Džaulio dėsnis … Automatikos terminų žodynas
legea lui Joule- Džaulio dėsnis statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. Legea Joule vok. Joule Lentzsches Gesetz, n; Joulesches Gesetz, n rus. legea lui Joule, m; Legea lui Joule Lenz, m pranc. loi de Joule, f … Fizikos terminų žodynas
Legea Joule-Lenz- cantitatea de căldură Q degajată pe unitatea de timp într-o secțiune a unui circuit electric cu rezistență R atunci când trece curentul continuu I este egală cu Q = RI2. Legea a fost stabilită în 1841 de J. P. Joule (1818 1889) și confirmată în 1842 prin exact... ... Concepte ale științelor naturale moderne. Glosar de termeni de bază
Determină cantitatea de căldură Q degajată într-un conductor cu rezistență A în timpul t când curentul I trece prin acesta: Q=aI2Rt. Coeff. proporţionalitatea a depinde de alegerea unităţilor. măsurători: dacă I se măsoară în amperi, R în ohmi, t în secunde, atunci... ... Enciclopedie fizică
Buna ziua. Este puțin probabil să aveți nevoie vreodată de legea Joule-Lenz, dar este inclusă în curs de bază inginerie electrică și, prin urmare, acum vă voi vorbi despre această lege.
Legea Joule-Lenz a fost descoperită de doi mari oameni de știință, independent unul de celălalt: în 1841, James Prescott Joule, un om de știință englez care a adus o contribuție majoră la dezvoltarea termodinamicii. 
iar în 1842 Emilius Christianovich Lenz, un om de știință rus de origine germană, care a adus o mare contribuție la inginerie electrică. Deoarece descoperirea ambilor oameni de știință a avut loc aproape simultan și independent unul de celălalt, s-a decis să se numească lege un nume dublu, sau mai bine zis, nume de familie. 
Amintește-ți când, și nu numai atât, am spus că curentul electric încălzește conductorii prin care circulă. Joule și Lenz au determinat o formulă care poate fi utilizată pentru a calcula cantitatea de căldură eliberată.
Deci, inițial, formula arăta astfel:
Unitatea de măsură conform acestei formule a fost caloriile, iar coeficientul k a fost responsabil pentru aceasta, care este egal cu 0,24, adică formula pentru obținerea datelor în calorii arată astfel: 
Dar întrucât în sistemul de măsurare SI, având în vedere numărul mare de mărimi măsurate și pentru a evita confuziile, a fost adoptată notația joule, formula s-a schimbat oarecum. k a devenit egal cu unu și, prin urmare, coeficientul nu a mai fost scris în formulă și a început să arate astfel:
Aici: Q este cantitatea de căldură generată, măsurată în Jouli (simbol SI - J);
I – curent, măsurat în Amperi, A;
R – rezistența, măsurată în Ohmi, Ohm;
t – timpul măsurat în secunde, s;
și U – tensiune, măsurată în volți, V.
Uită-te cu atenție, o parte din această formulă nu îți amintește de nimic? Și mai precis? Dar aceasta este puterea, sau mai degrabă formula puterii din legea lui Ohm. Și să fiu sincer, nu am văzut niciodată o asemenea reprezentare a legii Joule-Lenz pe Internet:
Acum amintim tabelul mnemonic și obținem cel puțin trei expresii formule ale legii Joule-Lenz, în funcție de mărimile pe care le cunoaștem: 
S-ar părea că totul este foarte simplu, dar așa ni se pare doar atunci când cunoaștem deja această lege, iar atunci ambii mari oameni de știință au descoperit-o nu teoretic, ci experimental și apoi au putut să o fundamenteze teoretic.
Unde poate fi utilă această lege Joule-Lenz?
În inginerie electrică există conceptul de curent admisibil pe termen lung care curge prin fire. Acesta este curentul pe care îl poate rezista firul perioadă lungă de timp(adică la nesfârșit), fără a distruge firul (și izolația, dacă există, deoarece firul poate fi fără izolație). Desigur, acum puteți prelua datele din PUE (Reguli de instalare electrică), dar ați primit aceste date numai pe baza legii Joule-Lenz.
În electrotehnică se folosesc și siguranțe. Principala lor calitate este fiabilitatea. Pentru aceasta, se folosește un conductor cu o anumită secțiune transversală. Cunoscând punctul de topire al unui astfel de conductor, puteți calcula cantitatea de căldură necesară pentru ca conductorul să se topească din curgerea acestuia. valori mari curent, iar prin calcularea curentului, puteți calcula rezistența pe care ar trebui să o aibă un astfel de conductor. În general, după cum înțelegeți deja, folosind legea Joule-Lenz puteți calcula secțiunea transversală sau rezistența (valorile sunt interdependente) a conductorului pentru siguranță.
Și, de asemenea, amintiți-vă, am vorbit despre. Acolo, folosind exemplul unui bec, am spus paradoxul că o lampă mai puternică într-o conexiune în serie strălucește mai slab. Și probabil vă amintiți de ce: cu cât rezistența este mai mică, cu atât este mai mare căderea de tensiune pe rezistență. Și deoarece puterea este , iar tensiunea scade foarte puternic, se dovedește că o rezistență mare va fi eliberată un numar mare de căldura, adică curentul va trebui să lucreze mai mult pentru a depăși o rezistență mai mare. Iar cantitatea de căldură pe care o va elibera curentul poate fi calculată folosind legea Joule-Lenz. Dacă luăm o conexiune în serie de rezistențe, atunci este mai bine să folosim o expresie în termeni de pătratul curentului, adică forma originală a formulei:
Și pentru o conexiune paralelă a rezistențelor, deoarece curentul în ramurile paralele depinde de rezistență, în timp ce tensiunea pe fiecare ramură paralelă este aceeași, formula este cel mai bine reprezentată în termeni de tensiune:
Cu toții folosiți exemple ale legii Joule-Lenz în Viata de zi cu zi– în primul rând, acestea sunt tot felul de dispozitive de încălzire. De regulă, folosesc sârmă de nicrom, iar grosimea (secțiunea transversală) și lungimea conductorului sunt selectate ținând cont de faptul că expunerea termică prelungită nu duce la distrugerea rapidă a firului. Exact în același mod, un filament de wolfram strălucește într-o lampă incandescentă. Aceeași lege determină gradul de încălzire posibilă a aproape oricărui dispozitiv electric și electronic.
În general, în ciuda aparentei sale simplități, legea Joule-Lenz joacă un rol foarte important în viața noastră. Această lege a dat un mare impuls calculelor teoretice: generarea de căldură prin curenți, calculul temperaturii specifice arcului, conductorului și oricărui alt material conductiv electric, pierderea puterii electrice în echivalent termic etc.
S-ar putea să întrebați cum să convertiți Joule în Watt și asta este destul de intrebari frecventeîn internet. Deși întrebarea este oarecum înșelătoare, pe măsură ce veți citi mai departe, veți înțelege de ce. Răspunsul este destul de simplu: 1 J = 0,000278 Watt*oră, în timp ce 1 Watt*oră = 3600 Jouli. Permiteți-mi să vă reamintesc că consumul de energie instantaneu se măsoară în wați, adică este utilizat direct în timp ce circuitul este pornit. Și Joule determină munca unui curent electric, adică puterea curentului într-o perioadă de timp. Amintiți-vă, în legea lui Ohm am dat o situație alegorică. Curentul este bani, tensiunea este un magazin, rezistența este un simț al proporției și al banilor, puterea este cantitatea de produse pe care le poți transporta (le poți lua) la un moment dat, dar cât de departe, cât de repede și de câte ori le poți duce departe este munca. Adică, este imposibil să comparăm munca și puterea, dar poate fi exprimată în unități care ne sunt mai înțelese: wați și ore.
Cred că acum nu vă va fi greu să aplicați legea Joule-Lenz în practică și teorie, dacă este necesar, și chiar să convertiți Joule în Wați și invers. Și datorită înțelegerii faptului că legea Joule-Lenz este produsul puterii electrice și timpului, vă puteți aminti mai ușor și chiar dacă ați uitat brusc formula de bază, atunci amintindu-vă doar legea lui Ohm, puteți obține din nou Joule-Lenz. lege. Și cu asta îmi iau rămas bun de la tine.
Transferul de electricitate în timpul mișcării curentului în altă energie are loc la nivel molecular. În timpul unui astfel de proces, temperatura conductorului crește cu o anumită cantitate. descrie acest fenomen interacțiunile atomilor și ionilor unui conductor cu electronii de curent. 
Proprietățile energiei electrice
În timp ce se deplasează de-a lungul unui conductor metalic, electronii se ciocnesc cu multe particule străine situate aleatoriu. Periodic, ca urmare a contactului, noi electroni sunt eliberați dintr-o moleculă neutră. Din moleculă se formează un ion pozitiv și dispare în electron energie kinetică. Uneori există o a doua opțiune - formarea unei molecule neutre datorită combinației dintre un ion pozitiv și un electron.
Toate aceste procese sunt însoțite de cheltuirea unei anumite cantități de energie, care este apoi transformată în căldură. Depășirea rezistenței în timpul tuturor acestor mișcări determină consumul de energie și conversia muncii necesare pentru aceasta în căldură.
Parametrii R sunt identici cu cei ai rezistenței standard. Într-un grad sau altul, o anumită cantitate de energie este convertită în căldură atunci când curentul trece prin orice conductor. Această transformare este considerată de legea Joule-Lenz.
Formula și componentele sale
Trecerea rezultatelor muncii curente în energia internă a unui conductor a fost confirmată de numeroase experimente. După acumularea unui volum critic, excesul de energie este eliberat către corpurile înconjurătoare odată cu încălzirea conductorului.
Formula clasică de calcul pentru acest fenomen este:
Luăm Q pentru a desemna cantitatea de căldură eliberată și o înlocuim în loc de A. Acum, în expresia rezultată Q= U*I*t înlocuim U=IR și derivăm formula clasică Joule-Lenz: 
În circuitele în serie pentru calcule, utilizarea acestei formule de bază va fi cea mai convenabilă metodă. În acest caz, puterea curentului rămâne întotdeauna aceeași în toți conductorii. Cantitatea de căldură degajată este proporțională cu rezistența fiecăruia dintre conductorii existenți.
Dar cu o conexiune paralelă, tensiunea la capete va fi aceeași, dar valoarea nominală a curentului electric din fiecare element este semnificativ diferită. Se poate argumenta că există proporţionalitate inversăîntre cantitatea de căldură și conductivitatea unui singur conductor. Aici formula devine mai potrivită:
Q = (U2/R)t
Exemple practice ale fenomenului de acţiune termică a curentului
Mulți cercetători și oameni de știință au studiat caracteristicile fluxului de electricitate. Dar cele mai impresionante rezultate au fost obținute de omul de știință rus Emilius Christianovich Lenz și de englezul James Joule. Independent unul de celălalt, s-a formulat o lege cu ajutorul căreia s-a evaluat căldura generată în timpul acțiunii electricității asupra unui conductor. Expresia finală este numită după autorii săi.
Folosind mai multe exemple, puteți înțelege natura și caracteristicile efecte termice actual
Dispozitive de încălzire
Funcția de încălzire în proiectarea unor astfel de dispozitive este realizată de o spirală metalică. Dacă este necesară încălzirea apei, este important să se mențină un echilibru între parametrii energiei rețelei și schimbul de căldură. Instalarea spiralei se realizează izolat.
Problemele de minimizare a pierderilor de energie sunt rezolvate în diferite moduri. O opțiune este creșterea tensiunii, dar aceasta poate reduce nivelul de siguranță operațională a liniilor.
Se folosește și o tehnică de selectare a firelor, pierderea de căldură în care depinde de proprietăți diverse metale si aliaje. Fabricarea spiralelor este realizată din materiale concepute pentru a lucra cu sarcini mari.
Lampa incandescentă
Descoperirea legii Joule-Lenz a contribuit la progresul rapid al ingineriei electrice. Deosebit de indicativ este exemplul utilizării sale pentru elementele de iluminat.
Un filament de wolfram este întins în interiorul unui astfel de bec. Întregul proces se bazează pe mare rezistivitateși refractaritatea acestui metal.
Transformarea energiei în căldură determină efectul de încălzire și strălucire a spiralei. Dezavantajul este întotdeauna cheltuirea cantității principale de energie pentru încălzire, iar strălucirea în sine este realizată în detrimentul unei mici părți din ea.
Pentru o înțelegere mai precisă a acestui proces, este introdus un concept precum coeficient acțiune utilă, care este folosit pentru a determina eficiența procesului de lucru.
Arc electric
În acest caz, vorbim despre o sursă de lumină puternică și o metodă de sudare a structurilor metalice.
Principiul unui astfel de proces este de a conecta o sursă de curent de mare putere și o tensiune minimă la o pereche de tije de carbon, urmată de contactul acestor elemente.
Siguranțe de uz casnic
Când se utilizează circuite electrice, se folosesc dispozitive speciale. Elementul principal în astfel de siguranțe va fi sârma cu topire scăzută. Este înșurubat într-o carcasă de porțelan, care este introdusă în priză.
Făcând parte dintr-un circuit comun, un astfel de conductor se topește cu o creștere bruscă a generării de căldură și deschide rețeaua.
Fizica clasa a VIII-a: legea Joule-Lenz
Un studiu detaliat al trecerii energiei electrice printr-un conductor și încălzirea rezultată este prezentat în curiculumul scolar. Exemplele practice arată toate nuanțele care afectează magnitudinea efectului termic al curentului.
Planul lecției de formare este de obicei structurat după următoarea schemă:
- Experimente necesare pentru a demonstra dependența volumului de căldură de rezistență și puterea curentului.
- Un studiu detaliat al legii Joule-Lenz, al formulei sale de bază și al semnificației tuturor componentelor sale.
- Fapte istorice care exclud posibilitatea plagiatului din partea ambilor autori.
- Rezumând rezultatele generale ale lecției.
- Aplicație practică pentru efectuarea calculelor.
- Rezolvarea problemelor pe baza informațiilor primite.
Materialul este consolidat în timp ce faceți temele pentru a estima cantitatea de căldură generată în timpul fluxului de curent printr-un conductor cu parametrii indicați.
