จากผลการทดลองพบว่าปริมาณความร้อนที่เกิดจากกระแสเมื่อผ่านตัวนำนั้นขึ้นอยู่กับความต้านทานของตัวนำเอง กระแส และเวลาที่ผ่าน
กฎทางกายภาพนี้ก่อตั้งขึ้นครั้งแรกในปี 1841 โดยนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ Joule และหลังจากนั้นไม่นาน (ในปี 1844) โดยนักวิชาการชาวรัสเซีย Emil Khristianovich Lenz (1804 - 1865)
ความสัมพันธ์เชิงปริมาณที่เกิดขึ้นเมื่อตัวนำได้รับความร้อนจากกระแสไฟฟ้าเรียกว่ากฎจูล-เลนซ์
มันถูกตั้งค่าไว้ด้านบน:
เนื่องจาก 1 แคล = 0.472 กก. ดังนั้น
ดังนั้น,
1 J = 0.24 แคล
พลังงาน กระแสไฟฟ้าถูกกำหนดโดยสูตร
ก = ฉัน 2× ร × ทีเจ
เนื่องจากพลังงานของกระแสไปสู่ความร้อน ปริมาณความร้อนที่เกิดจากกระแสในตัวนำคือ:
ถาม= 0.24× ฉัน 2× ร × ทีแคล
สูตรนี้ซึ่งแสดงกฎของ Joule-Lenz แสดงและกำหนดกฎว่าปริมาณความร้อนในหน่วยแคลอรีที่เกิดจากกระแสที่ไหลผ่านตัวนำมีค่าเท่ากับ 0.24 เท่าของกำลังสองของกระแสในหน่วยแอมแปร์ ความต้านทานในหน่วยโอห์มและเวลา ในไม่กี่วินาที
วิดีโอ - "กฎ Joule-Lenz ฟิสิกส์เกรด 8":
ตัวอย่างที่ 1กำหนดว่ากระแส 6 A จะปล่อยความร้อนเท่าใดผ่านตัวนำที่มีความต้านทาน 2 โอห์มเป็นเวลา 3 นาที
ถาม= 0.24× ฉัน 2× ร × ที= 0.24 x 36 x 2 x 180 = 3110.4 แคล
สูตรสำหรับกฎหมาย Joule-Lenz สามารถเขียนได้ดังนี้:
ถาม= 0.24× ฉัน × ฉัน × ร × ที ,
และตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา ฉัน × ร = ยูจากนั้นคุณสามารถเขียน:
ถาม= 0.24× ฉัน × ยู× ทีแคล
ตัวอย่างที่ 2เตาไฟฟ้าเชื่อมต่อกับเครือข่ายที่มีแรงดันไฟฟ้า 120 V กระแสที่ไหลผ่านเกลียวของเตาคือ 5 A จำเป็นต้องกำหนดปริมาณความร้อนที่กระแสไฟฟ้าจะปล่อยออกมาใน 2 ชั่วโมง
ถาม= 0.24× ฉัน × ยู× ที\u003d 0.24 × 5 × 120 × 7200 \u003d 1,036,800 แคลอรี่ \u003d 1036.8 กิโลแคลอรี
วิดีโอ - "ตัวนำความร้อนด้วยกระแสไฟฟ้า":
E. H. Lenz สรุปการทดลอง การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้านำเสนอลักษณะทั่วไปนี้ในรูปแบบของ "กฎของเลนซ์" ในงานของเขาเกี่ยวกับทฤษฎีของเครื่องจักรไฟฟ้า Lenz ได้ศึกษาปรากฏการณ์ของ "ปฏิกิริยากระดอง" ในเครื่องจักรไฟฟ้ากระแสตรงและพิสูจน์หลักการของการย้อนกลับของเครื่องจักรไฟฟ้า Lenz ทำงานร่วมกับ Jacobi สำรวจแรงดึงดูดของแม่เหล็กไฟฟ้า สร้างการพึ่งพาอาศัยกันของโมเมนต์แม่เหล็กบนแรงแม่เหล็ก
12 (24) กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2347 - 29 มกราคม (10 กุมภาพันธ์) พ.ศ. 2408 (อายุ 60 ปี)
Lenz เป็นสมาชิกของ St. Petersburg Academy of Sciences และอธิการบดีแห่งมหาวิทยาลัยเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก
พิจารณาตัวนำที่เป็นเนื้อเดียวกันที่ปลายซึ่งใช้แรงดันไฟฟ้า U ในช่วงเวลา dt ประจุ dq = Idt จะถูกถ่ายโอนผ่านส่วนตัวนำ เนื่องจากกระแสคือการเคลื่อนที่ของประจุ dq ภายใต้การกระทำ สนามไฟฟ้าแล้วงานปัจจุบันเท่ากับ
dA=Udq=IU dt (13.28)
หากความต้านทานของตัวนำคือ R เราจะได้กฎของโอห์ม
กระแสไฟ
(13.30)
หากกระแสผ่านตัวนำโลหะคงที่ งานทั้งหมดของกระแสจะทำให้มันร้อน และตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน
(13.31)
ดังนั้น เมื่อใช้นิพจน์ (13.28) และ (13.31) เราได้
(13.32)
การแสดงออกคือ กฎของจูล-เลนซ์ สร้างขึ้นจากการทดลองโดย Joule และ Lenz
§ 13.7 กฎของโอห์มและจูล-เลนซ์ในรูปแบบดิฟเฟอเรนเชียล
เราได้รับแทนนิพจน์สำหรับการต่อต้านกฎของโอห์ม
(13.33)
โดยที่ค่า 
เรียกว่าส่วนกลับของความต้านทาน การนำไฟฟ้า
วัสดุตัวนำ มีหน่วยเป็นซีเมนส์ต่อเมตร (S/m)
กำหนดว่า 
- ความแรงของสนามไฟฟ้าในตัวนำ 
- ความหนาแน่นกระแส เขียนสูตรได้เป็น
j = γE (13.34)
กฎของจูล-เลนซ์ในรูปแบบดิฟเฟอเรนเชียล
ให้เราแยกปริมาตรทรงกระบอกเบื้องต้นออกจากตัวนำ dV = dSdℓ (แกนของทรงกระบอกตรงกับทิศทางของกระแส (รูปที่ 13.9)) ความต้านทานซึ่ง 
. ตามกฎของ Joule-Lenz ความร้อนจะถูกปล่อยออกมาในปริมาณนี้เมื่อเวลาผ่านไป
(13.35)
ปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาต่อหน่วยเวลาต่อหน่วยปริมาตรเรียกว่า พลังงานความร้อนจำเพาะ . เธอมีค่าเท่ากัน
ω= ρ∙j 2 (13.36)
การใช้รูปแบบดิฟเฟอเรนเชียลของกฎของโอห์ม (j = γE) และความสัมพันธ์ เราได้รับ ω= j∙E=γ∙E 2 (13.37)
ตัวอย่างการแก้ปัญหา
ตัวอย่าง. กระแสในตัวนำเพิ่มขึ้นอย่างสม่ำเสมอจากฉัน 0 =0 ถึงฉัน สูงสุด =3A สำหรับเวลา τ=6s กำหนดค่าใช้จ่ายถามผ่านตัวนำ.
ที่ให้ไว้: ฉัน 0 = 0; ฉันสูงสุด \u003d 3A; τ=6 วินาที .
หา: ถาม.
สารละลาย. ค่าใช้จ่าย dQ ผ่านส่วนตัดขวางของตัวนำในเวลา dt
ตามเงื่อนไขของปัญหา ความแรงในปัจจุบันเพิ่มขึ้นอย่างสม่ำเสมอนั่นคือ I=kt โดยที่ปัจจัยสัดส่วน
.
จากนั้นก็เขียนได้
การรวม (1) และการแทนที่นิพจน์สำหรับ k เราพบประจุที่ต้องการที่ผ่านตัวนำ:
คำตอบ : Q=9 ค .
ตัวอย่าง. บนตัวนำเหล็ก (ρ =7.87 ก./ซม 3 , เอ็ม=56∙10 -3 กก./โมล) ส่วนส=0.5 มม 2 กระแสฉัน\u003d 0.1 A. กำหนดความเร็วเฉลี่ยของการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนที่สั่ง (กำกับ) โดยสมมติว่าจำนวนอิเล็กตรอนอิสระต่อหน่วยปริมาตรของตัวนำเท่ากับจำนวนอะตอมน" ต่อหน่วยปริมาตรของตัวนำ
ที่ให้ไว้: ρ \u003d 7.87 g / cm 3, \u003d 7.87 ∙ 10 3 kg / m 3; М=56∙10 -3 กก./โมล; ฉัน=0.1A; S \u003d 0.5 มม. 2 \u003d 0.5 10 -6 ม. 2
หา:
.
สารละลาย . ความหนาแน่นกระแสในตัวนำ
เจ=เน่ 
,
ที่ไหน 
- ความเร็วเฉลี่ยของการเคลื่อนที่ตามคำสั่งของอิเล็กตรอนในตัวนำ n - ความเข้มข้นของอิเล็กตรอน (จำนวนอิเล็กตรอนต่อหน่วยปริมาตร) e=1.6∙10 -19 C คือประจุอิเล็กตรอน
ตามสภาพของปัญหา
(2)
(พึงทราบว่า 
มวลของตัวนำอยู่ที่ไหน M คือมวลโมลาร์ N A \u003d 6.02 ∙ 10 23 mol -1 - ค่าคงที่ของ Avogadro; 
คือความหนาแน่นของเหล็ก)
โดยคำนึงถึงสูตร (2) และข้อเท็จจริงที่ว่าความหนาแน่นกระแส 
นิพจน์ (1) สามารถเขียนเป็น
,
ความเร็วที่ต้องการของการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนตามคำสั่ง
คำตอบ:
=14.8 µm/s
ตัวอย่าง. ความต้านทานของลวดที่เป็นเนื้อเดียวกันร\u003d 36 โอห์ม กำหนดจำนวนส่วนที่เท่ากันของลวดที่ถูกตัดออกหากหลังจากเชื่อมต่อแบบขนานแล้วความต้านทานก็เท่ากันร 1 \u003d 1 โอห์ม
ที่ให้ไว้ ร\u003d 36 โอห์ม;ร 1 =1 โอห์ม.
หา: เอ็น
สารละลาย. ลวดเจียระไนสามารถแสดงเป็นตัวต้านทาน N ที่ต่อเป็นอนุกรมได้ แล้ว
โดยที่ r คือความต้านทานของแต่ละส่วน
ในกรณีของการเชื่อมต่อแบบขนานของส่วนลวด N
หรือ 
(2)
จากนิพจน์ (1) และ (2) เราพบจำนวนกลุ่มที่ต้องการ
คำตอบ: ยังไม่มีข้อความ=6
ตัวอย่าง. กำหนดความหนาแน่นกระแสในลวดทองแดงที่มีความยาว ℓ=100 ม. หากความต่างศักย์ที่ปลายเป็น φ 1 -φ 2 =10V. ความต้านทานของทองแดง ρ =17 nOhm∙m
ที่ให้ไว้ ℓ=100 ม. φ 1 -φ 2 =10V; ρ =17 nOhm∙m=1.7∙10 -8 โอห์ม∙m.
หา: เจ
สารละลาย. ตามกฎของโอห์มในรูปแบบดิฟเฟอเรนเชียล
ที่ไหน 
- ค่าการนำไฟฟ้าเฉพาะของตัวนำ 
- ความแรงของสนามไฟฟ้าภายในตัวนำที่เป็นเนื้อเดียวกัน แสดงผ่านความต่างศักย์ที่ปลายตัวนำและความยาว
การแทนที่สูตรที่เขียนเป็นนิพจน์ (1) เราจะพบความหนาแน่นกระแสที่ต้องการ
คำตอบ: j=5.88 MA/ตร.ม.
ตัวอย่าง. กระแสไหลผ่านหลอดไส้ฉัน\u003d 1A อุณหภูมิของเส้นใยทังสเตนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางง 1 \u003d 0.2 มม. เท่ากับ 2,000ºС กระแสไฟฟ้ามาจากสายทองแดงที่มีหน้าตัดส 2 =5มม 2 . กำหนดความแรงของสนามไฟฟ้าสถิต: 1) ในทังสเตน; 2) ในทองแดง ความต้านทานเฉพาะของทังสเตนที่ 0ºС ρ 0 \u003d 55 nOhm ∙ m ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทาน α 1 \u003d 0.0045 องศา -1 , ความต้านทานของทองแดง ρ 2 \u003d 17nโอห์ม ∙ ม.
ที่ให้ไว้: ฉัน=1A;ง 1 =0.2 มม.=2∙10 -4 เมตร; T= 2000ºС;ส 2 =5มม 2 =5∙10 -6 ม 2 ; ρ 0 \u003d 55 nOhm ∙ m \u003d 5.5 10 -8 โอห์ม∙m: α 1 \u003d 0.0045ºС -1 ; ρ 2 \u003d 17nโอห์ม ∙ ม. \u003d 1.7 ∙ 10 -8 โอห์ม∙m.
หา: จ 1 ; อี 2 .
สารละลาย. ตามกฎของโอห์มในรูปแบบดิฟเฟอเรนเชียล ความหนาแน่นกระแส
(1)
ที่ไหน 
- ค่าการนำไฟฟ้าเฉพาะของตัวนำ E คือความแรงของสนามไฟฟ้า
ความต้านทานของทังสเตนแปรผันตามอุณหภูมิตามกฎเชิงเส้น:
ρ=ρ 0 (1+αt) (2)
ความหนาแน่นกระแสในทังสเตน
(3)
แทนที่นิพจน์ (2) และ (3) ในสูตร (1) เราพบกำลังที่ต้องการของสนามไฟฟ้าสถิตในทังสเตน
.
ความแรงของสนามไฟฟ้าสถิตในทองแดง
(พึงทราบว่า 
).
คำตอบ: 1) E 1 \u003d 17.5 V / m; 2) E 2 \u003d 3.4 mV / ม.
ตัวอย่าง. โดยความต้านทานตัวนำร\u003d กระแส 10 โอห์ม กระแสเพิ่มขึ้นเชิงเส้น ปริมาณความร้อนถาม, ปล่อยในตัวนำในช่วงเวลา τ \u003d 10 วินาที, เท่ากับ 300 J. กำหนดประจุถาม, ผ่านในช่วงเวลานี้ไปตามตัวนำ, ถ้าอยู่ในจุดเริ่มต้นมชั่วขณะ กระแสในตัวนำเป็นศูนย์
ที่ให้ไว้: ร=10 โอห์ม; τ=10 วินาที;ถาม=300J;ฉัน 0 =0.
หา: ถาม
สารละลาย.
จากเงื่อนไขของความสม่ำเสมอของการเพิ่มขึ้นในปัจจุบัน (ที่ I 0 =0) จะได้ว่า I=kt โดยที่ k คือตัวประกอบสัดส่วน กำหนดว่า 
เราสามารถเขียน
dq=Idt=ktdt. (1)
เรารวมนิพจน์ (1) แล้ว
(2)
ในการหาค่าสัมประสิทธิ์ k เราเขียนกฎของ Joule-Lenz สำหรับช่วงเวลาเล็ก ๆ น้อย ๆ dt:
การรวมนิพจน์นี้ตั้งแต่ 0 ถึง เราได้รับปริมาณความร้อนที่ระบุในเงื่อนไขของปัญหา:
,
เราจะหา k ได้ที่ไหน:
.
(3)
แทนสูตร (3) เป็นนิพจน์ (2) กำหนดค่าใช้จ่ายที่ต้องการ
คำตอบ: คิว=15 ค .
ตัวอย่าง. กำหนดความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้าในลวดทองแดง (ความต้านทาน ρ=17nOhm∙m) ถ้ากระแสไฟฟ้าความร้อนจำเพาะ ω=1.7J/(m 3 ∙ส)..
ที่ให้ไว้: ρ=17nOhm∙m=17∙10 -9 โอห์ม∙m; ω=1.7J/(ม 3 ∙s).
หา: เจ
สารละลาย. ตามกฎของจูล-เลนซ์และโอห์มในรูปแบบดิฟเฟอเรนเชียล
(1)
,
(2)
โดยที่ γ และ ρ คือค่าจำเพาะและความต้านทานของตัวนำตามลำดับ จากกฎหมาย (2) เราได้ว่า Е = ρj แทนที่นิพจน์นี้เป็น (1) เราจะพบความหนาแน่นกระแสที่ต้องการ:
.
คำตอบ : j=10 kA/m 3 .
ตัวอย่าง. กำหนดความต้านทานภายในของแหล่งกระแส ถ้าอยู่ในวงจรภายนอกที่ความแรงของกระแสฉัน 1 \u003d 4A พัฒนากำลัง P 1 \u003d 10 W และด้วยความแรงของกระแสฉัน 2 \u003d 6A - พลังงาน P 2 \u003d 12 ว.
ที่ให้ไว้: ฉัน 1 =4A; ร 1 =10 วัตต์;ฉัน 2 =6A; ร 2 \u003d 12 ว.
หา: ร.
สารละลาย. พลังที่พัฒนาขึ้นตามกระแส
และ 
(1)
โดยที่ R 1 และ R 2 คือความต้านทานของวงจรภายนอก
ตามกฎของโอห์มสำหรับวงจรปิด
;
,
โดยที่ ε คือ EMF ของแหล่งที่มา การแก้สมการทั้งสองนี้สำหรับ r เราจะได้
(2)
คำตอบ : r=0.25 โอห์ม
ตัวอย่าง . ในวงจรประกอบด้วยแหล่งกำเนิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าและตัวต้านทานที่มีความต้านทานร\u003d 10 โอห์ม เปิดโวลต์มิเตอร์โดยขนานก่อนแล้วจึงต่ออนุกรมกับตัวต้านทานและการอ่านโวลต์มิเตอร์จะเหมือนกัน กำหนดความต้านทานภายในรแหล่ง EMF ถ้าความต้านทานของโวลต์มิเตอร์ร วี =500 โอห์ม
ที่ให้ไว้: ร=10 โอห์ม;ร วี =500 โอห์ม;ยู 1 = ยู 2 .
หา: ร.
ร 
สารละลาย.
ตามเงื่อนไขของปัญหา โวลต์มิเตอร์เชื่อมต่อหนึ่งครั้งกับตัวต้านทานแบบขนาน (รูปที่ a) ตัวที่สอง - ในอนุกรม (รูปที่ b) และการอ่านจะเหมือนกัน
ในทางคณิตศาสตร์สามารถแสดงในรูปแบบต่อไปนี้:
ที่ไหน ว- พลังของการปล่อยความร้อนต่อหน่วยปริมาตร - ความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้า - ความแรงของสนามไฟฟ้า σ - การนำไฟฟ้าของตัวกลาง
กฎหมายยังสามารถกำหนดในรูปแบบที่สมบูรณ์สำหรับกรณีของกระแสในสายเส้นเล็ก:
ในรูปแบบทางคณิตศาสตร์กฎหมายนี้มีรูปแบบ
ที่ไหน ดีคิว- ปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาในช่วงเวลาหนึ่ง ด.ต, ฉัน- ความแรงในปัจจุบัน ร- ความต้านทาน, ถามคือปริมาณความร้อนทั้งหมดที่ปล่อยออกมาในช่วงเวลาตั้งแต่ t1ก่อน t2. ในกรณีกระแสคงที่และความต้านทาน:
ค่าจริง
ลดการสูญเสียพลังงาน
เมื่อส่งกระแสไฟฟ้า ผลกระทบทางความร้อนของกระแสไฟฟ้าเป็นสิ่งที่ไม่พึงปรารถนา เนื่องจากจะนำไปสู่การสูญเสียพลังงาน เนื่องจากกำลังส่งขึ้นอยู่กับความแรงของแรงดันและกระแสเป็นเส้นตรง และกำลังความร้อนขึ้นอยู่กับกำลังสองของกระแส จึงเป็นข้อได้เปรียบที่จะเพิ่มแรงดันก่อนที่จะส่งไฟฟ้า ซึ่งส่งผลให้ความแรงของกระแสลดลงตามไปด้วย อย่างไรก็ตาม การเพิ่มแรงดันไฟฟ้าจะลดความปลอดภัยทางไฟฟ้าของสายไฟ
ในการใช้ไฟฟ้าแรงสูงในวงจรเพื่อรักษาพลังงานเท่าเดิมบนเพย์โหลด จำเป็นต้องเพิ่มความต้านทานโหลด สายตะกั่วและโหลดเชื่อมต่อเป็นอนุกรม ความต้านทานของลวด () สามารถพิจารณาได้ว่าคงที่ แต่ความต้านทานโหลด () จะเพิ่มขึ้นเมื่อเลือกแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นในเครือข่าย อัตราส่วนของความต้านทานโหลดต่อความต้านทานของลวดก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน เมื่อตัวต้านทานเชื่อมต่อแบบอนุกรม (สาย - โหลด - สาย) การกระจายกำลังไฟฟ้าที่ปล่อยออกมา () จะเป็นสัดส่วนกับความต้านทานของตัวต้านทานที่เชื่อมต่อ
กระแสในเครือข่ายสำหรับความต้านทานทั้งหมดนั้นคงที่ ดังนั้นความสัมพันธ์
และในแต่ละกรณีมีค่าคงที่ ดังนั้นกำลังที่ปล่อยออกมาจากสายไฟจึงแปรผกผันกับความต้านทานโหลด นั่นคือจะลดลงเมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นเนื่องจาก 
. ไหนว่าตามนั้น. ในแต่ละกรณี ค่าจะเป็นค่าคงที่ ดังนั้น ความร้อนที่เกิดขึ้นบนเส้นลวดจะแปรผกผันกับกำลังสองของแรงดันไฟฟ้าที่ผู้บริโภค
การเลือกสายไฟสำหรับวงจร
ความร้อนที่เกิดจากตัวนำกระแสไฟฟ้าจะถูกปล่อยออกมาในระดับหนึ่งหรืออีกระดับหนึ่ง สิ่งแวดล้อม. หากความแรงของกระแสในตัวนำที่เลือกเกินขีดจำกัดที่กำหนด ค่าที่อนุญาตความร้อนสูงเช่นนี้เป็นไปได้ว่าตัวนำอาจก่อให้เกิดไฟในวัตถุที่อยู่ใกล้หรือละลายได้ ตามกฎแล้วเมื่อประกอบวงจรไฟฟ้าก็เพียงพอที่จะปฏิบัติตามเอกสารข้อบังคับที่ยอมรับซึ่งควบคุมโดยเฉพาะอย่างยิ่งการเลือกส่วนตัดขวางของตัวนำ
เครื่องทำความร้อนไฟฟ้า
ถ้ากระแสเท่ากันตลอด วงจรไฟฟ้าจากนั้นในบริเวณที่เลือกไว้จะปล่อยความร้อนออกมามาก ความต้านทานของบริเวณนี้ก็จะยิ่งสูงขึ้น
การเพิ่มความต้านทานของส่วนวงจรโดยเจตนา ทำให้เกิดความร้อนเฉพาะที่ในส่วนนี้ หลักการนี้ได้ผล เครื่องทำความร้อนไฟฟ้า. พวกเขาใช้ องค์ประกอบความร้อน- ตัวนำที่มีความต้านทานสูง การเพิ่มความต้านทานทำได้ (ร่วมกันหรือแยกกัน) โดยการเลือกโลหะผสมที่มีความต้านทานสูง (เช่น นิโครม ค่าคงที่) เพิ่มความยาวของตัวนำ และลดส่วนตัดขวาง ลวดตะกั่วมักจะมีความต้านทานต่ำ ดังนั้นความร้อนจึงมองไม่เห็น
ฟิวส์
เพื่อป้องกันวงจรไฟฟ้าจากการไหลของกระแสไฟฟ้าที่มากเกินไป จะใช้ชิ้นส่วนของตัวนำที่มีลักษณะพิเศษ นี่คือตัวนำที่มีหน้าตัดค่อนข้างเล็กและทำจากโลหะผสมดังกล่าวที่กระแสที่อนุญาต การให้ความร้อนแก่ตัวนำจะไม่ร้อนมากเกินไป และที่ความร้อนสูงเกินไปของตัวนำนั้นสำคัญมากจนทำให้ตัวนำละลายและเปิดวงจร
ดูสิ่งนี้ด้วย
หมายเหตุ
ลิงค์
- ฟิสิกส์ที่มีประสิทธิภาพ สำเนากฎหมาย Joule-Lenz จากเว็บเก็บถาวร
- http://elib.ispu.ru/library/physics/tom2/2_3.html กฎของ Joule-Lenz
- http://eltok.edunet.uz/dglens.htm กฎหมายกระแสตรง กฎของจูล-เลนซ์
- http://slovari.yandex.ru/dict/bse/article/00023/23600.htm TSB กฎของจูล-เลนซ์
- http://e-science.ru/physics/theory/?t=27 กฎของ Joule-Lenz
มูลนิธิวิกิมีเดีย 2553 .
ดูว่า "กฎหมาย Joule-Lenz" คืออะไรในพจนานุกรมอื่น ๆ :
- (ตั้งชื่อตามนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ James Joule และนักฟิสิกส์ชาวรัสเซีย Emil Lenz ซึ่งค้นพบพร้อมกันในปี 1840 แต่เป็นอิสระจากกัน) กฎหมายที่ให้ ปริมาณผลกระทบทางความร้อนของกระแสไฟฟ้า เมื่อกระแสไหลผ่าน ... ... Wikipedia
กฎหมายจูล-เลตซ์- กฎหมายที่กำหนดผลกระทบทางความร้อนของกระแสไฟฟ้า ตามกฎหมายนี้ปริมาณความร้อน Q ที่ปล่อยออกมาในตัวนำเมื่อกระแสไฟฟ้าตรงผ่านจะเท่ากับผลคูณของกำลังสองของกำลังกระแส I ความต้านทาน ... ... สารานุกรมมหาโปลีเทคนิค
กฎของจูล-เลนซ์- — [Ya.N. Luginsky, M.S. Fezi Zhilinskaya, Yu.S. คาบิรอฟ พจนานุกรมภาษาอังกฤษภาษารัสเซียของวิศวกรรมไฟฟ้าและอุตสาหกรรมพลังงาน, มอสโก, 1999] หัวข้อในวิศวกรรมไฟฟ้า, แนวคิดพื้นฐาน กฎหมายของ Joule Lenz กฎหมายของ Joule ... คู่มือนักแปลทางเทคนิค
กฎของจูล-เลนซ์
กฎของจูล-เลนซ์- Joule o dėsnis สถานะเป็น T sritis automatika atitikmenys: engl. กฎของจูล vk. Joulesches Gesetz, n rus. กฎของจูล เลนซ์, m pranc. loi de Joule, f ryšiai: sinonimas – Džaulio dėsnis … Automatikos terminų žodynas
กฎของจูล- Džaulio dėsnis สถานะ T sritis fizika atitikmenys: engl. กฎหมายจูล Joule Lentzsches Gesetz, n; Joulesches Gesetz, n rus. กฎของจูล m; กฎของจูล เลนซ์, m pranc. loi de Joule, f … Fizikos terminų žodynas
กฎของจูล-เลนซ์- ปริมาณความร้อน Q ที่ปล่อยออกมาต่อหน่วยเวลาในส่วนของวงจรไฟฟ้าที่มีความต้านทาน R เมื่อกระแสตรง I ไหลผ่านเท่ากับ Q = RI2 กฎหมายนี้ตั้งขึ้นในปี 1841 โดย J.P. Joule (1818 1889) และได้รับการยืนยันในปี 1842 โดยแน่นอน ... ... แนวคิดของวิทยาศาสตร์ธรรมชาติสมัยใหม่ คำศัพท์พื้นฐาน
กำหนดปริมาณความร้อน Q ที่ปล่อยออกมาในตัวนำที่มีความต้านทาน L ในช่วงเวลา t เมื่อกระแส I ผ่าน: Q=aI2Rt คอฟ. สัดส่วน a ขึ้นอยู่กับการเลือกหน่วย การวัด: ถ้าฉันวัดเป็นแอมแปร์, R เป็นโอห์ม, t เป็นวินาที จากนั้น ... ... สารานุกรมกายภาพ
สวัสดี กฎหมาย Joule-Lenz ไม่น่าเป็นไปได้เมื่อคุณต้องการ แต่รวมอยู่ใน หลักสูตรพื้นฐานวิศวกรรมไฟฟ้า ดังนั้นตอนนี้ฉันจะบอกคุณเกี่ยวกับกฎหมายนี้
กฎของจูล-เลนซ์ถูกค้นพบโดยนักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่สองคนโดยอิสระจากกันและกัน: ในปี 1841 เจมส์ เพรสคอตต์ จูล นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษผู้มีส่วนสนับสนุนอย่างมากในการพัฒนาอุณหพลศาสตร์ 
และในปี พ.ศ. 2385 เอมิล คริสเตียโนวิช เลนซ์ นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียที่มีเชื้อสายเยอรมัน ซึ่งเป็นผู้มีส่วนสนับสนุนอย่างมากในด้านวิศวกรรมไฟฟ้า เนื่องจากการค้นพบของนักวิทยาศาสตร์ทั้งสองเกิดขึ้นเกือบพร้อมกันและเป็นอิสระจากกัน จึงมีการตัดสินใจเรียกกฎหมายนี้ว่าชื่อซ้ำหรือใช้นามสกุลแทน 
จำไว้ว่าเมื่อไหร่ ไม่ใช่แค่เขา ฉันบอกว่ากระแสไฟฟ้าให้ความร้อนแก่ตัวนำที่มันไหลผ่าน Joule และ Lenz ได้คิดค้นสูตรที่สามารถคำนวณปริมาณความร้อนที่เกิดขึ้นได้
ในตอนแรกสูตรมีลักษณะดังนี้:
หน่วยการวัดตามสูตรนี้คือแคลอรี่และค่าสัมประสิทธิ์ k ซึ่งเท่ากับ 0.24 คือ "รับผิดชอบ" สำหรับสิ่งนี้ นั่นคือสูตรสำหรับการรับข้อมูลเป็นแคลอรี่มีลักษณะดังนี้: 
แต่เนื่องจากในระบบการวัด SI ในมุมมองของปริมาณที่วัดได้จำนวนมากและเพื่อหลีกเลี่ยงความสับสน จึงใช้การกำหนดจูล สูตรจึงเปลี่ยนไปบ้าง k เท่ากับหนึ่ง ดังนั้นค่าสัมประสิทธิ์จึงไม่ได้เขียนไว้ในสูตรอีกต่อไป และมันเริ่มมีลักษณะดังนี้:
ที่นี่: Q คือปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมา วัดเป็นจูล (การกำหนด SI - J);
I - กระแส, วัดเป็นแอมแปร์, A;
R - ความต้านทาน, วัดเป็นโอห์ม, โอห์ม;
t คือเวลาหน่วยเป็นวินาที s;
และ U คือแรงดันไฟฟ้า วัดเป็นโวลต์ V.
ดูให้ดี ส่วนหนึ่งของสูตรนี้ทำให้คุณนึกถึงอะไรไหม และโดยเฉพาะอย่างยิ่ง? แต่นี่คือกำลังหรือมากกว่าสูตรกำลังจากกฎของโอห์ม และตามจริงแล้วฉันยังไม่เคยเห็นการเป็นตัวแทนของกฎหมาย Joule-Lenz บนอินเทอร์เน็ต:
ตอนนี้เราจำตารางช่วยจำและได้สูตรอย่างน้อยสามสูตรของกฎจูล-เลนซ์ ขึ้นอยู่กับปริมาณที่เรารู้: 
ดูเหมือนว่าทุกอย่างจะง่ายมาก แต่สำหรับเราแล้วดูเหมือนว่าเมื่อเรารู้กฎนี้แล้วนักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่ทั้งสองก็ค้นพบมันไม่ได้ในทางทฤษฎี แต่เป็นการทดลองและสามารถพิสูจน์ได้ในทางทฤษฎี
กฎหมาย Joule-Lenz นี้มีประโยชน์ที่ไหน?
ในวิศวกรรมไฟฟ้า มีแนวคิดเกี่ยวกับกระแสที่อนุญาตในระยะยาวที่ไหลผ่านสายไฟ นี่คือกระแสที่ลวดสามารถจัดการได้ เวลานาน(นั่นคือไม่มีกำหนด) โดยไม่ทำลายลวด (และฉนวน ถ้ามี เพราะลวดสามารถไม่มีฉนวน) แน่นอน ตอนนี้คุณสามารถใช้ข้อมูลจาก PUE (กฎการติดตั้งระบบไฟฟ้า) ได้ แต่คุณได้รับข้อมูลนี้บนพื้นฐานของกฎหมาย Joule-Lenz เท่านั้น
ในงานวิศวกรรมไฟฟ้า ฟิวส์ยังใช้ คุณภาพหลักของพวกเขาคือความน่าเชื่อถือ สำหรับสิ่งนี้จะใช้ตัวนำของบางส่วน เมื่อทราบอุณหภูมิหลอมละลายของตัวนำดังกล่าว จะสามารถคำนวณปริมาณความร้อนที่จำเป็นสำหรับตัวนำในการหลอมละลายจากการไหลผ่านได้ ค่ามากปัจจุบันและโดยการคำนวณกระแสคุณสามารถคำนวณความต้านทานที่ตัวนำดังกล่าวควรมี โดยทั่วไปตามที่คุณเข้าใจแล้วโดยใช้กฎหมาย Joule-Lenz คุณสามารถคำนวณส่วนตัดขวางหรือความต้านทาน (ค่าของการพึ่งพาซึ่งกันและกัน) ของตัวนำสำหรับฟิวส์
และอย่าลืมว่าเราพูดถึง ที่นั่น โดยใช้ตัวอย่างหลอดไฟ ฉันบอกความขัดแย้งว่าหลอดไฟที่ทรงพลังกว่าในการเชื่อมต่อแบบอนุกรมจะส่องไฟอ่อนกว่า และคุณคงจำได้ว่าทำไม: แรงดันตกคร่อมความต้านทานยิ่งแรง ความต้านทานยิ่งต่ำ และเนื่องจากกำลังไฟและแรงดันไฟฟ้าลดลงอย่างมาก ปรากฎว่าจะมีการปล่อยความต้านทานขนาดใหญ่ออกมา จำนวนมากความร้อน นั่นคือกระแสจะต้องทำงานหนักขึ้นเพื่อเอาชนะความต้านทานขนาดใหญ่ และปริมาณความร้อนที่กระแสจะปล่อยออกมาในกรณีนี้สามารถคำนวณได้โดยใช้กฎหมาย Joule-Lenz หากเราใช้การเชื่อมต่อแบบอนุกรมของความต้านทาน จะเป็นการดีกว่าถ้าใช้นิพจน์ในรูปของกำลังสองของกระแส ซึ่งก็คือรูปแบบดั้งเดิมของสูตร:
และสำหรับการเชื่อมต่อแบบขนานของความต้านทานเนื่องจากกระแสในสาขาขนานขึ้นอยู่กับความต้านทานในขณะที่แรงดันไฟฟ้าในแต่ละสาขาขนานจะเท่ากัน ดังนั้นสูตรจึงแสดงได้ดีที่สุดในแง่ของแรงดันไฟฟ้า:
คุณทุกคนใช้ตัวอย่างการทำงานของกฎหมาย Joule-Lenz ใน ชีวิตประจำวัน- อย่างแรกคืออุปกรณ์ทำความร้อนทุกชนิด ตามกฎแล้ว พวกเขาใช้ลวดนิโครมและเลือกความหนา (หน้าตัด) และความยาวของตัวนำ เพื่อให้การเปิดรับความร้อนเป็นเวลานานไม่นำไปสู่การทำลายลวดอย่างรวดเร็ว ในทำนองเดียวกัน ไส้หลอดทังสเตนจะเรืองแสงในหลอดไส้ ตามกฎหมายเดียวกันกำหนดระดับความร้อนที่เป็นไปได้ของอุปกรณ์ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์เกือบทุกชนิด
โดยทั่วไปแล้ว แม้จะมีความเรียบง่ายที่ชัดเจน แต่กฎของ Joule-Lenz ก็มีบทบาทสำคัญมากในชีวิตของเรา กฎข้อนี้ให้แรงผลักดันอย่างมากต่อการคำนวณทางทฤษฎี: การเกิดความร้อนโดยกระแส การคำนวณอุณหภูมิเฉพาะของส่วนโค้ง ตัวนำและวัสดุที่นำไฟฟ้าอื่นๆ การสูญเสียพลังงานไฟฟ้าในปริมาณเทียบเท่าความร้อน เป็นต้น
คุณอาจถามวิธีแปลง Joules เป็น Watts และนั่นก็ค่อนข้างดี คำถามที่ถูกถามบ่อยในอินเตอร์เน็ต. แม้ว่าคำถามจะค่อนข้างผิด แต่อ่านต่อไป คุณจะเข้าใจว่าทำไม คำตอบนั้นง่ายมาก: 1 j = 0.000278 วัตต์*ชั่วโมง ในขณะที่ 1 วัตต์*ชั่วโมง = 3600 จูล ฉันขอเตือนคุณว่าพลังงานทันทีที่ใช้วัดเป็นวัตต์ นั่นคือวงจรที่ใช้โดยตรงในขณะที่วงจรเปิดอยู่ และจูลกำหนดการทำงานของกระแสไฟฟ้า นั่นคือ กำลังของกระแสในช่วงเวลาหนึ่ง โปรดจำไว้ว่าในกฎของโอห์ม ฉันให้สถานการณ์เชิงเปรียบเทียบ กระแสคือเงิน แรงดันคือร้านค้า ความต้านทานคือความรู้สึกของสัดส่วนและเงิน พลังงานคือปริมาณของสินค้าที่คุณสามารถพกพา (เอาไป) กับตัวคุณเองในแต่ละครั้ง แต่จะไปได้ไกลแค่ไหน เร็วแค่ไหน และกี่ครั้งก็ได้ พาพวกเขาออกไปคือการทำงาน นั่นคือไม่มีวิธีเปรียบเทียบงานและพลังงาน แต่สามารถแสดงเป็นหน่วยที่เราเข้าใจได้มากกว่า: วัตต์และชั่วโมง
ฉันคิดว่าตอนนี้การใช้กฎ Joule-Lenz ในทางปฏิบัติและทฤษฎีจะไม่ใช่เรื่องยากหากจำเป็น และแม้แต่แปลง Joules เป็น Watts และในทางกลับกัน และด้วยความเข้าใจว่ากฎของจูล-เลนซ์เป็นผลมาจากพลังงานไฟฟ้าและเวลา คุณจึงสามารถจำกฎนี้ได้ง่ายขึ้น และแม้ว่าคุณจะลืมสูตรพื้นฐานโดยกะทันหัน จากนั้นจำกฎของโอห์มได้ คุณก็สามารถรับจูล- กฎหมายเลนซ์ และฉันบอกลาคุณในเรื่องนี้
การถ่ายโอนไฟฟ้าระหว่างการเคลื่อนที่ของกระแสไปสู่พลังงานอื่นเกิดขึ้นที่ระดับโมเลกุล ในระหว่างกระบวนการดังกล่าว อุณหภูมิของตัวนำจะเพิ่มขึ้นตามปริมาณที่กำหนด อธิบาย ปรากฏการณ์นี้ปฏิสัมพันธ์ของอะตอมและไอออนของตัวนำปัจจุบันกับอิเล็กตรอนปัจจุบัน 
คุณสมบัติของไฟฟ้า
ขณะที่เคลื่อนที่ไปตามตัวนำโลหะ อิเล็กตรอนจะชนกับอนุภาคแปลกปลอมจำนวนมากที่อยู่อย่างสุ่ม อิเล็กตรอนใหม่จะถูกปล่อยออกมาเป็นระยะ ๆ จากโมเลกุลที่เป็นกลาง ไอออนบวกเกิดจากโมเลกุลและหายไปในอิเล็กตรอน พลังงานจลน์. บางครั้งมีตัวเลือกที่สอง - การก่อตัวของโมเลกุลที่เป็นกลางเนื่องจากการรวมกันของไอออนบวกและอิเล็กตรอน
กระบวนการทั้งหมดเหล่านี้มาพร้อมกับการใช้พลังงานจำนวนหนึ่งซึ่งจะกลายเป็นความร้อน การเอาชนะแรงต้านในการเคลื่อนไหวทั้งหมดนี้จะเป็นตัวกำหนดการใช้พลังงานและการเปลี่ยนแปลงของงานที่จำเป็นสำหรับสิ่งนี้ให้เป็นความร้อน
พารามิเตอร์ R เหมือนกับค่าความต้านทานมาตรฐาน ในระดับหนึ่ง พลังงานจำนวนหนึ่งจะถูกแปลงเป็นความร้อนเมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านตัวนำใดๆ การเปลี่ยนแปลงนี้ได้รับการพิจารณาโดยกฎหมาย Joule-Lenz
สูตรและส่วนประกอบ
การเปลี่ยนแปลงไปสู่พลังงานภายในของตัวนำของผลงานในปัจจุบันได้รับการยืนยันจากการทดลองมากมาย หลังจากการสะสมของปริมาตรวิกฤต พลังงานส่วนเกินจะถูกถ่ายโอนไปยังร่างกายโดยรอบด้วยความร้อนของตัวนำ
สูตรการคำนวณแบบคลาสสิกสำหรับปรากฏการณ์นี้คือ:
เราใช้ Q เพื่อระบุปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาและแทนที่ด้วย A ตอนนี้ในนิพจน์ที่เป็นผลลัพธ์ Q \u003d U * I * t เราแทนที่ U \u003d IR และได้รับสูตร Joule-Lenz แบบคลาสสิก: 
ในวงจรที่มีการต่อแบบอนุกรมเพื่อการคำนวณ การใช้สูตรพื้นฐานนี้จะเป็นวิธีที่สะดวกที่สุด ในกรณีนี้ ความแรงของกระแสจะยังคงเท่าเดิมในตัวนำทั้งหมด ปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาจะแปรผันตามความต้านทานของตัวนำที่มีอยู่แต่ละตัว
แต่ด้วยการเชื่อมต่อแบบขนาน แรงดันไฟฟ้าที่ปลายจะเท่ากัน และค่าเล็กน้อยของกระแสไฟฟ้าในแต่ละองค์ประกอบจะแตกต่างกันอย่างมาก สามารถโต้แย้งได้ว่ามี สัดส่วนผกผันระหว่างปริมาณความร้อนและการนำไฟฟ้าของตัวนำตัวเดียว ที่นี่สูตรจะเหมาะสมกว่า:
Q = (U2/R)เสื้อ
ตัวอย่างการปฏิบัติของปรากฏการณ์ความร้อนของกระแส
นักวิจัยและนักวิทยาศาสตร์หลายคนได้ศึกษาคุณสมบัติของกระแสไฟฟ้า แต่นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย Emil Khristianovich Lenz และ James Joule ชาวอังกฤษได้รับผลลัพธ์ที่น่าประทับใจที่สุด มีการกำหนดกฎหมายขึ้นโดยอิสระจากกันโดยใช้การประเมินจากการกระทำของไฟฟ้าที่ได้รับในกระบวนการบนตัวนำความร้อน นิพจน์ผลลัพธ์ได้รับการตั้งชื่อตามผู้เขียน
ตัวอย่างบางส่วนสามารถใช้เพื่อทำความเข้าใจธรรมชาติและลักษณะเฉพาะ ผลความร้อนปัจจุบัน.
เครื่องทำความร้อน
ฟังก์ชั่นการทำความร้อนในการออกแบบอุปกรณ์ดังกล่าวดำเนินการโดยเกลียวโลหะ หากจำเป็นต้องให้ความร้อนกับน้ำ สิ่งสำคัญคือต้องสร้างสมดุลระหว่างพารามิเตอร์ของพลังงานเครือข่ายและการแลกเปลี่ยนความร้อน การติดตั้งเกลียวจะดำเนินการแยก
ปัญหาการลดการสูญเสียพลังงานสามารถแก้ไขได้หลายวิธี ทางเลือกหนึ่งคือการเพิ่มแรงดันไฟฟ้า แต่เต็มไปด้วยการลดระดับความปลอดภัยในการปฏิบัติงานของสาย
นอกจากนี้ยังใช้วิธีการเลือกสายไฟการสูญเสียความร้อนซึ่งขึ้นอยู่กับคุณสมบัติ โลหะต่างๆและโลหะผสม การผลิตเกลียวนั้นทำจากวัสดุที่มีไว้สำหรับงานที่มีน้ำหนักมาก
หลอดไฟฟ้า
การค้นพบกฎจูล-เลนซ์มีส่วนทำให้วิศวกรรมไฟฟ้าก้าวหน้าอย่างรวดเร็ว ตัวอย่างของการใช้องค์ประกอบแสงยังคงเป็นตัวบ่งชี้โดยเฉพาะ
ภายในหลอดไฟจะมีการดึงไส้หลอดทังสเตน กระบวนการทั้งหมดขึ้นอยู่กับระดับสูง ความต้านทานและความหักเหของโลหะนี้
การเปลี่ยนพลังงานเป็นความร้อนทำให้เกิดผลกระทบจากความร้อนและการเรืองแสงของเกลียว ข้อเสียคือการใช้พลังงานจำนวนมากเพื่อให้ความร้อนเสมอและการเรืองแสงนั้นเกิดขึ้นเนื่องจากส่วนเล็ก ๆ
เพื่อความเข้าใจที่ถูกต้องยิ่งขึ้นเกี่ยวกับกระบวนการนี้ แนวคิดเช่นค่าสัมประสิทธิ์จะถูกนำมาใช้ การกระทำที่เป็นประโยชน์ซึ่งกำหนดประสิทธิภาพของเวิร์กโฟลว์
อาร์คไฟฟ้า
ในกรณีนี้ เรากำลังพูดถึงแหล่งกำเนิดแสงที่ทรงพลังและวิธีการเชื่อมโครงสร้างโลหะ
หลักการของกระบวนการดังกล่าวคือการเชื่อมต่อกับแท่งคาร์บอนคู่ของแหล่งพลังงานสูงและแรงดันไฟฟ้าขั้นต่ำในปัจจุบันตามด้วยการสัมผัสขององค์ประกอบเหล่านี้
ฟิวส์ในครัวเรือน
เมื่อใช้วงจรไฟฟ้าจะใช้อุปกรณ์พิเศษ องค์ประกอบหลักในฟิวส์ดังกล่าวจะเป็นลวดหลอม มันถูกขันเข้ากับเคสพอร์ซเลนซึ่งใส่เข้าไปในคาร์ทริดจ์
การเป็นส่วนหนึ่งของวงจรทั่วไปเช่นตัวนำที่มีการปลดปล่อยความร้อนเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วจะละลายและเปิดเครือข่าย
ฟิสิกส์เกรด 8: กฎของจูล-เลนซ์
มีการศึกษารายละเอียดเกี่ยวกับการผ่านของไฟฟ้าผ่านตัวนำและความร้อนที่เกิดขึ้น หลักสูตรของโรงเรียน. ตัวอย่างที่ใช้ได้จริงแสดงความแตกต่างทั้งหมดที่ส่งผลต่อขนาดของเอฟเฟกต์ความร้อนของกระแส
แผนสำหรับการฝึกอบรมมักจะสร้างขึ้นตามรูปแบบต่อไปนี้:
- จำเป็น เพื่อแสดงให้เห็นถึงการพึ่งพาปริมาณความร้อนต่อความต้านทานและความแรงของกระแส การทดลอง
- การศึกษารายละเอียดของกฎจูล-เลนซ์ สูตรพื้นฐาน และความหมายของส่วนประกอบทั้งหมด
- ข้อเท็จจริงทางประวัติศาสตร์ที่ไม่รวมความเป็นไปได้ของการลอกเลียนแบบโดยผู้เขียนทั้งสอง
- สรุปบทเรียน
- แอปพลิเคชั่นที่ใช้งานได้จริงสำหรับการคำนวณ
- แก้ไขปัญหาตามข้อมูลที่ได้รับ
วัสดุได้รับการแก้ไขในระหว่างการทำการบ้านเพื่อประเมินปริมาณความร้อนที่เกิดขึ้นระหว่างการไหลของกระแสผ่านตัวนำด้วยพารามิเตอร์ที่ระบุ
