Výsledkom experimentov bolo zistené, že množstvo tepla generovaného prúdom pri prechode vodičom závisí od odporu samotného vodiča, prúdu a času jeho prechodu.
Tento fyzikálny zákon prvýkrát stanovil v roku 1841 anglický fyzik Joule a o niečo neskôr (v roku 1844) nezávisle ruský akademik Emil Christianovič Lenz (1804 - 1865).
Kvantitatívne vzťahy, ktoré sa vyskytujú pri zahrievaní vodiča prúdom, sa nazývajú Joule-Lenzov zákon.
Vyššie uvedené bolo stanovené:
Pretože 1 kal = 0,472 kgm, potom
teda
1 J = 0,24 kal.
energie elektrický prúd sa určuje podľa vzorca
A = ja 2 × r × t J.
Pretože energia prúdu prechádza na ohrev, množstvo tepla uvoľneného prúdom vo vodiči sa rovná:
Q= 0,24 x ja 2 × r × t kal.
Tento vzorec, ktorý vyjadruje Jouleov-Lenzov zákon, ukazuje a definuje zákon, že množstvo tepla v kalóriách generované prúdom pri prechode vodičom sa rovná koeficientu 0,24-násobku štvorca prúdu v ampéroch, odporu v ohmoch. a čas v sekundách.
Video – „Joule-Lenzov zákon, 8. ročník fyziky“:
Príklad 1 Určte, koľko tepla uvoľní prúd 6 A prechodom cez vodič s odporom 2 ohmy počas 3 minút.
Q= 0,24 x ja 2 × r × t= 0,24 x 36 x 2 x 180 = 3110,4 kal.
Vzorec pre Joule-Lenzov zákon možno napísať takto:
Q= 0,24 x ja × ja × r × t ,
a odvtedy ja × r = U, potom môžete napísať:
Q= 0,24 x ja × U× t kal.
Príklad 2 Elektrická platnička je napojená na sieť 120 V. Prúd tečúci po špirále kachlí je 5A. Je potrebné určiť, koľko tepla uvoľní prúd za 2 hodiny.
Q= 0,24 x ja × U× t= 0,24 × 5 × 120 × 7 200 = 1 036 800 kalórií = 1 036,8 kcal.
Video - "Vyhrievanie vodičov elektrickým prúdom":
E. H. Lenz zhrnul experimenty elektromagnetická indukcia, pričom toto zovšeobecnenie vykladá vo forme „Lenzovho pravidla“. Lenz vo svojich prácach o teórii elektrických strojov študoval fenomén „reakcie kotvy“ v strojoch na jednosmerný prúd, dokázal princíp reverzibility elektrických strojov. Lenz v spolupráci s Jacobim skúmal silu príťažlivosti elektromagnetov a stanovil závislosť magnetického momentu od magnetizačnej sily.
12 (24) február 1804 - 29. január (10. február) 1865 (60 rokov)
Lenz bol členom Petrohradskej akadémie vied a rektorom Petrohradskej univerzity.
Uvažujme homogénny vodič, na ktorého konce je privedené napätie U. Za čas dt sa prierezom vodiča prenesie náboj dq = Idt. Pretože prúd je pohyb náboja dq pod pôsobením elektrické pole, teda dielo prúdu je
dA = Udq = IU dt (13,28)
Ak je odpor vodiča R, potom pomocou Ohmovho zákona dostaneme
Silový prúd
(13.30)
Ak prúd prechádza pevným kovovým vodičom, všetka práca prúdu ide na jeho zahrievanie a podľa zákona o zachovaní energie,
(13.31)
Použitím výrazu (13.28) a (13.31) teda dostaneme
(13.32)
Výraz je Joule-Lenzov zákon experimentálne nezávisle na sebe založili Joule a Lenz.
§ 13.7 Ohmov a Joule-Lenzov zákon v diferenciálnej forme.
Nahradením výrazu pre odpor do Ohmovho zákona dostaneme
(13.33)
kde je hodnota 
, prevrátená hodnota merného odporu, sa nazýva špecifická elektrická vodivosť
hmota vodiča. Jeho jednotka je siemens na meter (S / m).
Zvažujem to 
- sila elektrického poľa vo vodiči, 
je aktuálna hustota, vzorec možno zapísať ako
j = γE (13,34)
Joule-Lenzov zákon v diferenciálnej forme
Vo vodiči volíme elementárny valcový objem dV = dSdℓ (os valca sa zhoduje so smerom prúdu (obrázok 13.9)), ktorého odpor je 
... Podľa zákona Joule-Lenz sa v tomto objeme počas času uvoľní teplo
(13.35)
Množstvo tepla uvoľneného za jednotku času v jednotke objemu sa nazýva merný tepelný výkon prúdu ... Je rovnocenná
ω = ρ ∙ j 2 (13,36)
Pomocou diferenciálneho tvaru Ohmovho zákona (j = γE) a pomeru dostaneme ω = j ∙ E = γ ∙ E 2 (13.37)
Príklady riešenia problémov
Príklad. Prúd vo vodiči sa rovnomerne zvyšuje odja 0 = 0 ažja max = 3A pre čas τ = 6s. Určte poplatokQprešiel cez vodič.
Vzhľadom na to: Io = 0; Imax = 3A; τ = 6 s .
Nájsť: Q.
Riešenie. Náboj dQ prechádzajúci prierezom vodiča v čase dt,
Podľa stavu problému sa prúd zvyšuje rovnomerne, t.j. I = kt, kde koeficient proporcionality
.
Potom môžeme písať
Integráciou (1) a dosadením výrazu za k nájdeme požadovaný náboj, ktorý prešiel vodičom:
Odpoveď : Q = 9 Cl .
Príklad. Na železnom vodítku (ρ = 7,87 g/cm 3 , М = 56 ∙ 10 -3 kg / mol) s prierezomS= 0,5 mm 2 prúd tečieja= 0,1 A. Určte priemernú rýchlosť usporiadaného (usmerneného) pohybu elektrónov za predpokladu, že počet voľných elektrónov na jednotku objemu vodiča sa rovná počtu atómovn"na jednotku objemu vodiča
Vzhľadom na to: ρ = 7,87 g / cm3, = 7,87 ∙ 103 kg / m3; M = 56 ∙ 10-3 kg/mol; I = 0,1 A; S = 0,5 mm2 = 0,510-6 m2.
Nájsť:
.
Riešenie ... Hustota prúdu vodiča
j = nie 
,
kde 
je priemerná rýchlosť usporiadaného pohybu elektrónov vo vodiči n je koncentrácia elektrónov (počet elektrónov na jednotku objemu); e = 1,6 ∙ 10 -19 C je náboj elektrónu.
Podľa stavu problému
(2)
(berte to do úvahy 
, kde je hmotnosť vodiča; M je jeho molárna hmotnosť, NA = 6,02 ∙ 10 23 mol -1 - Avogadrova konštanta; 
- hustota železa).
Berúc do úvahy vzorec (2) a skutočnosť, že prúdová hustota 
, výraz (1) možno písať ako
,
Odkiaľ pochádza hľadaná rýchlosť usporiadaného pohybu elektrónov
odpoveď:
= 14,8 μm/s.
Príklad. Odolnosť homogénneho drôtuR= 36 ohmov. Určte, na koľko rovnakých segmentov bol drôt rozrezaný, ak sa po ich paralelnom pripojení ukázal odporR 1 = 1 Ohm.
Dané R= 36 Ohm;R 1 = 1 ohm.
Nájsť: N.
Riešenie. Neprerezaný drôt si možno predstaviť ako N sériovo zapojené odpory. Potom
kde r je odpor každého segmentu.
V prípade paralelného zapojenia N dĺžok vodičov
alebo 
(2)
Z výrazov (1) a (2) nájdeme požadovaný počet segmentov
odpoveď: N = 6
Príklad. Určte hustotu prúdu v medenom drôte s dĺžkou ℓ = 100 m, ak je potenciálny rozdiel na jeho koncoch φ 1 -φ 2 = 10V. Odpor medi ρ = 17 nOhm ∙ m.
Dané ℓ = 100 m; φ 1 -φ 2 = 10V; ρ = 17 nΩ ∙ m = 1,7 ∙ 10 -8 Ohm ∙ m.
Nájsť: j.
Riešenie. Podľa Ohmovho zákona v diferenciálnej forme
kde 
- merná elektrická vodivosť vodiča; 
- sila elektrického poľa vo vnútri homogénneho vodiča vyjadrená rozdielom potenciálov na koncoch vodiča a jeho dĺžkou.
Dosadením zapísaných vzorcov do výrazu (1) nájdeme požadovanú prúdovú hustotu
odpoveď: j = 5,88 MA/m2.
Príklad. Cez žiarovku preteká prúdja= 1A, Teplota priemeru volfrámového vláknad 1 = 0,2 mm sa rovná 2000 ° C. Prúd je dodávaný medenými drôtmi s prierezomS 2 = 5 mm 2 ... Určite silu elektrostatického poľa: 1) vo volfráme; 2) v medi. Odpor volfrámu pri 0 ° С ρ 0 = 55 nΩ ∙ m, jeho teplotný koeficient odporu α 1 = 0,0045 krupobitie -1 , rezistivita medi ρ 2 = 17 nOhm ∙ m.
Vzhľadom na to: ja= 1A;d 1 = 0,2 mm = 2 ∙ 10 -4 m; T = 2000 °C;S 2 = 5 mm 2 =5∙10 -6 m 2 ; ρ 0 = 55 nOhm ∙ m = 5,5 ∙ 10 -8 Ohm ∙ m: α 1 = 0,0045 °C -1 ; ρ 2 = 17 nOhm ∙ m = 1,7 ∙ 10 -8 Ohm ∙ m.
Nájsť: E1; E 2.
Riešenie. Podľa Ohmovho zákona v diferenciálnej forme prúdová hustota
(1)
kde 
- merná elektrická vodivosť vodiča; E je sila elektrického poľa.
Odpor volfrámu sa mení lineárne s teplotou:
ρ = ρ 0 (1 + αt). (2)
Hustota prúdu vo volfráme
(3)
Dosadením výrazu (2) a (3) do vzorca (1) zistíme požadovanú silu elektrostatického poľa vo volfráme
.
Intenzita elektrostatického poľa v medi
(berte to do úvahy 
).
odpoveď: 1) Ei = 17,5 V/m; 2) E2 = 3,4 mV/m.
Príklad. Cez odpor vodičaR= 10 Ohm tečie prúd, prúd rastie lineárne. Množstvo teplaQuvoľnený vo vodiči počas τ = 10 s sa rovná 300 J. Určte nábojq, prešiel počas tejto doby pozdĺž vodiča, ak je v iniciálmV okamihu, keď je prúd vo vodiči nulový.
Vzhľadom na to: R= 10 Ohm; τ = 10 s;Q= 300 J;ja 0 =0.
Nájsť: q.
Riešenie.
Z podmienky rovnomernosti nárastu sily prúdu (pri I 0 = 0) vyplýva, že I = kt, kde k je koeficient úmernosti. Zvažujem to 
, môžeme písať
dq = Idt = ktdt. (1)
Potom integrujeme výraz (1).
(2)
Aby sme našli koeficient k, zapíšeme Jouleov-Lenzov zákon pre nekonečne malý časový interval dt:
Integráciou tohto výrazu od 0 do dostaneme množstvo tepla špecifikované v podmienke problému:
,
Kde nájdeme k:
.
(3)
Dosadením vzorca (3) do výrazu (2) určíme požadovaný náboj
odpoveď: q = 15 Cl .
Príklad. Určte hustotu elektrického prúdu v medenom drôte (merný odpor ρ = 17nOhm ∙ m), ak je merný tepelný výkon prúdu ω = 1,7 J / (m 3 ∙ s) ..
Vzhľadom na to: ρ = 17 nOhm ∙ m = 17 ∙ 10 -9 Ohm ∙ m; ω = 1,7 J/ (m 3 ∙ s).
Nájsť: j.
Riešenie. Podľa Joule-Lenzových a Ohmových zákonov v diferenciálnej forme,
(1)
,
(2)
kde γ a ρ sú špecifické hodnoty a odpor vodiča. Zo zákona (2) dostaneme, že E = ρj. Nahradením tohto výrazu v (1) nájdeme požadovanú prúdovú hustotu:
.
Odpoveď : j = 10 kA/m3.
Príklad. Určte vnútorný odpor zdroja prúdu, ak je vo vonkajšom obvode pri prúdeja 1 = 4A, vyvíja sa výkon P 1 = 10 W a pri prúdeja 2 = 6A - výkon P 2 = 12 W.
Vzhľadom na to: ja 1 = 4A; R 1 = 10 W;ja 2 = 6A; R 2 = 12 W.
Nájsť: r.
Riešenie. Sila vyvinutá prúdom
a 
(1)
kde R1 a R2 sú odpory vonkajšieho obvodu.
Podľa Ohmovho zákona pre uzavretý okruh,
;
,
kde ε je EMF zdroja. Vyriešením týchto dvoch rovníc pre r dostaneme
(2)
Odpoveď : r = 0,25 ohm.
Príklad ... Do obvodu pozostávajúceho zo zdroja EMF a rezistora sR= 10 Ohm, zapnite voltmeter, najskôr paralelne a potom sériovo s odporom, a hodnoty voltmetra sú rovnaké. Stanovte vnútorný odporrZdroj EMF, ak je odpor voltmetraR V = 500 ohmov.
Vzhľadom na to: R= 10 Ohm;R V = 500 Ohm;U 1 = U 2 .
Nájsť: r.
R 
Riešenie.
Podľa stavu problému je voltmeter zapojený jedenkrát paralelne k rezistoru (obr. A), druhý sériovo (obr. B) a jeho hodnoty sú rovnaké.
Matematicky sa dá vyjadriť v nasledujúcej forme:
kde w- výkon uvoľneného tepla na jednotku objemu, - hustota elektrického prúdu, - sila elektrického poľa, σ - vodivosť média.
Zákon môže byť formulovaný aj v integrálnej forme pre prípad prúdov tečúcich v tenkých drôtoch:
V matematickej forme má tento zákon podobu
kde dQ- množstvo tepla uvoľneného za určitý čas dt, ja- sila prúdu, R- odpor, Q- celkové množstvo tepla uvoľneného za určité časové obdobie od t 1 predtým t 2... V prípade konštantného prúdu a odporu:
Praktická hodnota
Znížené energetické straty
Pri prenose elektriny je tepelný účinok prúdu nežiaduci, pretože vedie k energetickým stratám. Pretože prenášaný výkon je lineárne závislý od napätia aj prúdu a vykurovací výkon je kvadraticky závislý od prúdu, je výhodné pred prenosom elektriny zvýšiť napätie, čím sa zníži prúd. Zvýšenie napätia však znižuje elektrickú bezpečnosť elektrického vedenia.
Ak chcete použiť vysoké napätie v obvode, odpor záťaže sa musí zvýšiť, aby sa zachoval rovnaký výkon pri užitočnom zaťažení. Olovené vodiče a záťaž sú zapojené do série. Odpor drôtu () možno považovať za konštantný. Ale odpor záťaže () rastie pri výbere vyššieho napätia v sieti. Zvyšuje sa aj pomer záťažového odporu a odporu drôtu. Keď sú odpory zapojené do série (drôt - záťaž - vodič), rozdelenie prideleného výkonu () je úmerné odporu spojených odporov.
Prúd v sieti je konštantný pre všetky odpory. Preto ten vzťah
A v každom prípade sú konštanty. Preto je výkon uvoľnený na drôtoch nepriamo úmerný odporu záťaže, to znamená, že klesá so zvyšujúcim sa napätím, pretože 
... Odkiaľ z toho vyplýva. V každom konkrétnom prípade je hodnota konštantná, takže teplo generované na drôte je nepriamo úmerné druhej mocnine napätia na spotrebiči.
Výber vodičov pre obvody
Teplo generované vodičom s prúdom sa v tej či onej miere uvoľňuje dovnútra životné prostredie... V prípade, že sila prúdu vo vybranom vodiči prekročí určitú hranicu prípustnú hodnotu, je možné také silné zahrievanie, že vodič môže vyvolať požiar v blízkych objektoch alebo sa roztaviť. Pri montáži elektrických obvodov sa spravidla stačí riadiť prijatými normatívnymi dokumentmi, ktoré upravujú najmä výber prierezu vodičov.
Elektrické vykurovacie zariadenia
Ak je sila prúdu rovnaká v celom rozsahu elektrický obvod, potom v ľubovoľnej zvolenej oblasti, čím viac tepla sa bude generovať, tým vyšší bude odpor tejto oblasti.
Zámerným zvýšením odporu časti obvodu je možné dosiahnuť lokalizované uvoľnenie tepla v tejto časti. Tento princíp sa dodržiava elektrické ohrievače... Oni používajú vykurovacie teleso- vodič s vysokým odporom. Zvýšenie odporu sa dosiahne (spoločne alebo oddelene) výberom zliatiny s vysokým odporom (napríklad nichróm, konštantán), zväčšením dĺžky vodiča a zmenšením jeho prierezu. Olovené drôty majú normálne nízky odpor, a preto je zahrievanie zvyčajne nepostrehnuteľné.
Poistky
Na ochranu elektrických obvodov pred tokom nadmerne vysokých prúdov sa používa kus vodiča so špeciálnymi vlastnosťami. Ide o vodič relatívne malého prierezu a vyrobený z takej zliatiny, že pri prípustných prúdoch nedochádza k jeho prehriatiu a pri príliš veľkom prehriatí vodiča je také výrazné, že sa vodič roztaví a otvorí obvod.
pozri tiež
Poznámky (upraviť)
Odkazy
- Efektívna fyzika. Kópia webového archívu zákona Joule-Lenz
- http://elib.ispu.ru/library/physics/tom2/2_3.html Joule-Lenzov zákon
- http://eltok.edunet.uz/dglens.htm Zákony DC. Joule-Lenzov zákon
- http://slovari.yandex.ru/dict/bse/article/00023/23600.htm TSB. Joule-Lenzov zákon
- http://e-science.ru/physics/theory/?t=27 Zákon Joule-Lenz
Nadácia Wikimedia. 2010.
Pozrite sa, čo je „zákon Joule-Lenz“ v iných slovníkoch:
- (pomenovaný po anglickom fyzikovi Jamesovi Jouleovi a ruskej fyzičke Emilii Lenzovej, ktorí ho súčasne, ale nezávisle od seba objavili v roku 1840) zákon dávajúci kvantifikácia tepelné pôsobenie elektrického prúdu. Keď prúd preteká ... ... Wikipedia
JOLE-LENTZOV ZÁKON- zákon, ktorý určuje tepelný účinok elektrického prúdu; podľa tohto zákona sa množstvo tepla Q uvoľneného vo vodiči, keď ním prechádza jednosmerný elektrický prúd, rovná súčinu druhej mocniny prúdu I, odporu ... ... Veľká polytechnická encyklopédia
Joule-Lenzov zákon- - [Ya.N. Luginsky, M.S.Fezi Zhilinskaya, Y.S.Kabirov. Anglický ruský slovník elektrotechniky a elektroenergetiky, Moskva, 1999] Predmety elektrotechniky, základné pojmy EN Zákon Joule LenzaJoulov zákon ... Technická príručka prekladateľa
Joule-Lenzov zákon
Joule-Lenzov zákon- Joule o dėsnis statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. Joulov zákon vok. Joulesches Gesetz, n rus. Joule Lenzov zákon, m pranc. loi de Joule, ryšiai: sinonimas - Džaulio dėsnis… Automatikos terminų žodynas
joulov zákon- Džaulio dėsnis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. Jouleov zákon vok. Joule Lentzsches Gesetz, n; Joulesches Gesetz, n rus. Jouleov zákon, m; Joule Lenzov zákon, m pranc. loi de Joule, f ... Fizikos terminų žodynas
Joule-Lenzov zákon- množstvo tepla Q uvoľneného za jednotku času v úseku elektrického obvodu s odporom R, keď ním preteká jednosmerný prúd I, sa rovná Q = RI2. Zákon založil v roku 1841 J.P. Joule (1818 1889) a potvrdil ho v roku 1842 presným ... ... Pojmy moderných prírodných vied. Slovník základných pojmov
Určuje množstvo tepla Q uvoľneného vo vodiči s odporom L za čas t, keď ním prechádza prúd I: Q = aI2Rt. Coeff. proporcionality a závisí od výberu jednotky. merania: ak sa I meria v ampéroch, R v ohmoch, t v sekundách, potom ... ... Fyzická encyklopédia
Ahoj. Zákon Joule-Lenz je nepravdepodobný, keď ho potrebujete, ale je súčasťou základný kurz elektrotechnika, a preto vám teraz poviem o tomto zákone.
Joule-Lenzov zákon objavili dvaja veľkí vedci nezávisle od seba: v roku 1841 James Prescot Joule, anglický vedec, ktorý výrazne prispel k rozvoju termodynamiky. 
a v roku 1842 Emilij Khristianovič Lenz, ruský vedec nemeckého pôvodu, ktorý výrazne prispel k elektrotechnike. Keďže k objavu oboch vedcov došlo takmer súčasne a nezávisle od seba, rozhodlo sa nazvať zákon dvojitým menom, či skôr priezviskami. 
Spomeňte si, keď som, a nielen on, povedal, že elektrický prúd ohrieva vodiče, ktorými preteká. Joule a Lenz našli vzorec, ktorý sa dá použiť na výpočet množstva vytvoreného tepla.
Takže na začiatku vzorec vyzeral takto:
Jednotkou merania pre tento vzorec boli kalórie a za to bol „zodpovedný“ koeficient k, ktorý sa rovná 0,24, to znamená, že vzorec na získanie údajov v kalóriách vyzerá takto: 
Ale keďže v systéme merania SI sa vzhľadom na veľký počet meraných veličín a zabránenie zámene prijalo označenie joule, vzorec sa trochu zmenil. k sa rovnalo jednej, a preto sa koeficient už nezapísal do vzorca a začal vyzerať takto:
Tu: Q - množstvo vytvoreného tepla, merané v jouloch (označenie v sústave SI - J);
I je prúd meraný v ampéroch, A;
R - odpor, meraný v Ohmoch, Ohmoch;
t je čas meraný v sekundách, s;
a U je napätie merané vo voltoch, V.
Pozorne sa pozrite, či vám jedna časť tohto vzorca niečo nepripomína? A konkrétnejšie? Ale toto je sila, alebo skôr mocninný vzorec z Ohmovho zákona. A aby som bol úprimný, nikdy som nevidel takéto znázornenie zákona Joule-Lenz na internete:
Teraz si spomenieme na mnemotechnickú tabuľku a získame aspoň tri vzorcové výrazy Joule-Lenzovho zákona v závislosti od toho, aké množstvá poznáme: 
Zdalo by sa, že všetko je veľmi jednoduché, ale nám sa to zdá, až keď tento zákon už poznáme, a potom ho obaja veľkí vedci objavili nie teoreticky, ale experimentálne a potom ho dokázali teoreticky podložiť.
Kde sa tento zákon Joule-Lenz môže hodiť?
V elektrotechnike existuje koncept dlhodobého prípustného prúdu pretekajúceho vodičmi. Toto je prúd, ktorý je drôt schopný odolať dlho(teda nekonečne dlhý), bez zničenia drôtu (a prípadnej izolácie, pretože drôt môže byť bez izolácie). Samozrejme, teraz môžete prevziať údaje z PUE (Pravidlá elektrickej inštalácie), ale tieto údaje ste dostali výlučne na základe zákona Joule-Lenz.
V elektrotechnike sa používajú aj poistky. Ich hlavnou kvalitou je spoľahlivosť ovládania. Na tento účel sa používa vodič určitého prierezu. Keď poznáte teplotu topenia takéhoto vodiča, môžete vypočítať množstvo tepla, ktoré je potrebné na to, aby sa vodič roztavil, keď ním preteká. veľké hodnoty prúd a výpočtom prúdu môžete vypočítať odpor, ktorý musí mať takýto vodič. Vo všeobecnosti, ako ste už pochopili, pomocou zákona Joule-Lenz môžete vypočítať prierez alebo odpor (hodnoty sú vzájomne závislé) vodiča pre poistku.
Pamätajte tiež, že sme o tom hovorili. Tam som na príklade žiarovky povedal paradox, že výkonnejšia lampa v sériovom zapojení slabšie svieti. A pravdepodobne si pamätajte prečo: úbytok napätia na odpore je tým silnejší, čím je odpor nižší. A keďže je napájanie a napätie veľmi klesá, ukazuje sa, že vyžaruje veľký odpor veľké množstvo teplo, to znamená, že prúd bude musieť viac pracovať, aby prekonal veľký odpor. A množstvo tepla, ktoré prúd v tomto prípade uvoľní, možno vypočítať pomocou zákona Joule-Lenz. Ak vezmeme sériové zapojenie odporov, potom je lepšie použiť výraz cez druhú mocninu prúdu, teda pôvodnú formu vzorca:
A pre paralelné pripojenie odporov, pretože prúd v paralelných vetvách závisí od odporu, zatiaľ čo napätie na každej paralelnej vetve je rovnaké, potom je vzorec najlepšie znázornený z hľadiska napätia:
Všetci používate príklady zákona Joule-Lenz v Každodenný život- v prvom rade ide o všetky druhy vykurovacích zariadení. Spravidla používajú nichrómový drôt a hrúbka (prierez) a dĺžka vodiča sa vyberajú s prihliadnutím na to, že predĺžená tepelná expozícia nevedie k rýchlemu zničeniu drôtu. Presne rovnakým spôsobom dosahujú žiaru volfrámového vlákna v žiarovke. Rovnaký zákon určuje stupeň možného ohrevu takmer akéhokoľvek elektrického a elektronického zariadenia.
Vo všeobecnosti, napriek zjavnej jednoduchosti, Joule-Lenzov zákon hrá v našom živote obrovskú úlohu. Tento zákon dal veľký impulz pre teoretické výpočty: uvoľňovanie tepla prúdmi, výpočet špecifickej teploty oblúka, vodiča a akéhokoľvek iného elektricky vodivého materiálu, straty elektrického výkonu v tepelnom ekvivalente atď.
Môžete sa opýtať, ako previesť jouly na watty, a to je pekné častá otázka na internete. Hoci je otázka do istej miery nesprávna, pri čítaní ďalej pochopíte prečo. Odpoveď je celkom jednoduchá: 1 J = 0,000278 Watt * hodina, zatiaľ čo 1 Watt * hodina = 3600 Joulov. Dovoľte mi pripomenúť, že okamžitá spotreba energie sa meria vo wattoch, to znamená, že sa priamo používa, keď je obvod zapnutý. A Joule určuje prácu elektrického prúdu, to znamená silu prúdu za určité časové obdobie. Pamätajte, že v Ohmovom zákone som uviedol alegorickú situáciu. Prúd sú peniaze, napätie je zásoba, odpor je zmysel pre proporcie a peniaze, sila je množstvo produktov, ktoré môžete odniesť (odniesť) naraz, ale ako ďaleko, ako rýchlo a koľkokrát ich môžete vziať preč je práca... To znamená, že nie je možné porovnávať prácu a výkon, ale možno ich vyjadriť v jednotkách, ktoré sú pre nás zrozumiteľnejšie: watty a hodiny.
Myslím si, že teraz už nebude pre vás ťažké v prípade potreby aplikovať Joule-Lenzov zákon v praxi a teórii a dokonca vykonať konverziu Joulov na Watty a naopak. A vďaka pochopeniu, že Joule-Lenzov zákon je súčinom elektrickej energie a času, si ho ľahšie zapamätáte a aj keď zrazu zabudnete základný vzorec, potom si zapamätaním iba Ohmovho zákona opäť získate Joule-Lenzov zákon. zákona. A týmto sa s vami lúčim.
Prenos elektriny počas pohybu prúdu na inú energiu nastáva na molekulárnej úrovni. Počas tohto procesu sa teplota vodiča o určitú hodnotu zvýši. opisuje tento jav interakcia atómov a iónov prúdového vodiča s prúdovými elektrónmi. 
Vlastnosti elektriny
Pri pohybe po kovovom vodiči sa elektróny zrážajú s množstvom náhodne umiestnených cudzích častíc. V dôsledku kontaktu sa pravidelne uvoľňujú nové elektróny z neutrálnej molekuly. Z molekuly sa vytvorí kladný ión a zmizne v elektróne Kinetická energia... Niekedy existuje druhá možnosť - vytvorenie molekuly neutrálneho typu v dôsledku kombinácie kladného iónu a elektrónu.
Všetky tieto procesy sú sprevádzané výdajom určitého množstva energie, ktorá sa ďalej premieňa na teplo. Prekonávanie odporu pri všetkých týchto pohyboch podmieňuje výdaj energie a premenu na to potrebnej práce na teplo.
Parametre R sú totožné s parametrami štandardného odporu. Do jedného alebo druhého stupňa sa určité množstvo energie premení na teplo, keď prúd prechádza ktorýmkoľvek vodičom. Práve túto transformáciu zvažuje Joule-Lenzov zákon.
Vzorec a jeho zložky
Prechod výsledkov práce prúdu na vnútornú energiu vodiča potvrdzujú početné experimenty. Po nahromadení kritického objemu sa prebytočná energia vracia do okolitých telies zahriatím vodiča.
Klasický vzorec výpočtu pre tento jav:
Zoberieme Q na označenie množstva uvoľneného tepla a dosadíme ho za A. Teraz vo výslednom výraze Q = U * I * t nahradíme U = IR a odvodíme klasický Joule-Lenzov vzorec: 
V reťazových diagramoch bude tento základný vzorec najpohodlnejšou metódou pre výpočty. V tomto prípade vo všetkých vodičoch zostáva sila prúdu vždy rovnaká. Množstvo uvoľneného tepla je úmerné odporu každého z dostupných vodičov.
Ale pri paralelnom pripojení bude napätie na koncoch rovnaké a menovitá hodnota elektrického prúdu v každom prvku je výrazne odlišná. Dá sa tvrdiť, že existuje obrátenej úmernosti medzi množstvom tepla a vodivosťou jedného vodiča. Tu sa vzorec stáva vhodnejším:
Q = (U2/R) t
Praktické ukážky fenoménu tepelného pôsobenia prúdu
Mnoho výskumníkov a vedcov študovalo charakteristiky toku elektriny. Najpôsobivejšie výsledky však dosiahli ruský vedec Emilij Khristianovič Lenz a Angličan James Joule. Nezávisle od seba bol formulovaný zákon, pomocou ktorého sa posudzovalo teplo získané v procese pôsobenia elektriny na vodič. Finálny výraz bol pomenovaný podľa jeho autorov.
Niekoľko príkladov vám môže pomôcť pochopiť povahu a vlastnosti vystavenie teplu prúd.
Vykurovacie zariadenia
Funkciu vykurovania pri konštrukcii takýchto zariadení vykonáva kovová špirála. Ak je potrebné ohrievať vodu, je dôležité zachovať rovnováhu medzi parametrami sieťovej energie a výmeny tepla. Inštalácia špirály sa vykonáva izolovane.
Úlohy minimalizácie energetických strát sa riešia rôznymi spôsobmi. Jednou z možností je zvýšenie napätia, čo je však spojené so znížením úrovne bezpečnosti prevádzky vedení.
Používa sa aj spôsob výberu drôtov, ktorých tepelné straty závisia od vlastností rôzne kovy a zliatin. Výroba špirál sa vykonáva z materiálov určených na prácu s vysokým zaťažením.
Žiarovka
Objav Joule-Lenzovho zákona prispel k rýchlemu pokroku elektrotechniky. Príklad jeho použitia pre osvetľovacie prvky zostáva obzvlášť orientačný.
Vo vnútri takejto žiarovky je nakreslený volfrámový závit. Celý proces je založený na vysokej odpor a žiaruvzdornosť tohto kovu.
Premena energie na teplo spôsobuje efekt zahrievania a žeravenia špirály. Nevýhodou je vždy spotreba hlavného objemu energie na vykurovanie a samotná žiara sa vykonáva kvôli jeho malej časti.
Pre presnejšie pochopenie tohto procesu je zavedený pojem ako koeficient užitočná akcia, ktorým sa určuje efektívnosť pracovného postupu.
Elektrický oblúk
V tomto prípade hovoríme o výkonnom zdroji svetla a spôsobe zvárania kovových konštrukcií.
Princípom takéhoto procesu je pripojenie k páru uhoľných tyčí zdroja prúdu vysokého výkonu a minimálneho napätia, po ktorom nasleduje kontakt týchto prvkov.
Poistky pre domácnosť
Pri použití elektrických obvodov sa používajú špeciálne zariadenia. Hlavným prvkom takýchto poistiek bude drôt s nízkou teplotou topenia. Je zaskrutkovaný do porcelánového púzdra, ktoré pasuje do skľučovadla.
Ako súčasť spoločného obvodu sa takýto vodič roztaví a otvorí sieť s prudkým zvýšením uvoľňovania tepla.
8. ročník fyziky: Joule-Lenzov zákon
Podrobná štúdia prechodu elektriny vodičom a zahrievania, ku ktorému dochádza, je uvedená v školské osnovy... Praktické príklady ukazujú všetky nuansy, ktoré ovplyvňujú veľkosť tepelného účinku prúdu.
Plán na vedenie tréningu je zvyčajne štruktúrovaný takto:
- Potrebné experimenty na preukázanie závislosti objemu tepla od odporu a sily prúdu.
- Podrobná štúdia Joule-Lenzovho zákona, jeho základného vzorca a významu všetkých jeho zložiek.
- Historické fakty, s vylúčením pravdepodobnosti plagiátorstva zo strany oboch autorov.
- Zhrnutie všeobecných výsledkov lekcie.
- Praktická aplikácia na vykonávanie výpočtov.
- Riešenie problémov na základe prijatých informácií.
Materiál je fixovaný počas domácej úlohy, aby sa posúdilo množstvo tepla generovaného počas toku prúdu cez vodič s uvedenými parametrami.
