Joule Lenz yasası bir ifade olarak yazılabilir. Joule-Lenz yasası. Tanım, formül, fiziksel anlam

Deneyler sonucunda, akımın iletkenden geçerken ürettiği ısı miktarının iletkenin direncine, akıma ve geçiş süresine bağlı olduğu bulunmuştur.

Bu fiziksel yasa ilk olarak 1841'de İngiliz fizikçi Joule tarafından ve bir süre sonra (1844'te) bağımsız olarak Rus akademisyen Emil Christianovich Lenz (1804 - 1865) tarafından kuruldu.

Bir iletken akım tarafından ısıtıldığında meydana gelen nicel ilişkilere Joule-Lenz yasası denir.

Yukarıdakiler kurulmuştur:

1 cal = 0.472 kgm olduğundan, o zaman

Böylece,

1 J = 0.24 kal.

Enerji elektrik akımı formül tarafından belirlenir

A = ben 2 × r × T J.

Akımın enerjisi ısınmaya gittiğinden, iletkendeki akımın açığa çıkardığı ısı miktarı şuna eşittir:

Q= 0.24 × ben 2 × r × T kal.

Joule-Lenz yasasını ifade eden bu formül, akımın bir iletkenden geçerken açığa çıkardığı kalori cinsinden ısı miktarının amper cinsinden akımın karesinin 0,24 katı, ohm cinsinden direncin katsayısına eşit olduğu yasasını gösterir ve tanımlar. ve saniye cinsinden süre.

Video - "Joule-Lenz Yasası, Fizik 8. Sınıf":

Örnek 1. 6 A'lık bir akımın 2 ohm dirençli bir iletkenden 3 dakika boyunca ne kadar ısı vereceğini belirleyin.

Q= 0.24 × ben 2 × r × T= 0.24 x 36 x 2 x 180 = 3110.4 kal.

Joule-Lenz yasasının formülü aşağıdaki gibi yazılabilir:

Q= 0.24 × ben × ben × r × T ,

dan beri ben × r = sen, sonra şunu yazabilirsiniz:

Q= 0.24 × ben × sen× T kal.

Örnek 2. Elektrikli ocak 120V'luk bir şebekeye bağlıdır.Karonun spirali boyunca akan akım 5A'dir.Akımın 2 saatte ne kadar ısı vereceğini belirlemek gerekir.

Q= 0.24 × ben × sen× T= 0.24 × 5 × 120 × 7200 = 1.036.800 kalori = 1036.8 kcal.

Video - "İletkenlerin elektrik akımı ile ısıtılması":

E. H. Lenz deneyleri özetledi elektromanyetik indüksiyon, bu genellemeyi "Lenz kuralı" şeklinde açıklıyor. Elektrik makineleri teorisi üzerine yaptığı çalışmalarda Lenz, DC makinelerinde "armatür reaksiyonu" olgusunu inceledi ve elektrikli makinelerin tersine çevrilebilirliği ilkesini kanıtladı. Jacobi ile birlikte çalışan Lenz, elektromıknatısların çekim kuvvetini araştırdı ve manyetik momentin mıknatıslama kuvvetine bağımlılığını belirledi.

12 (24) Şubat 1804 - 29 Ocak (10 Şubat) 1865 (60 yaşında)

Lenz, St. Petersburg Bilimler Akademisi üyesi ve St. Petersburg Üniversitesi rektörüydü.

Uçlarına U gerilimi uygulanan homojen bir iletken düşünün dt süresi boyunca, iletken kesiti boyunca bir dq = Idt yükü aktarılır. Akım, eylem altındaki dq yükünün hareketi olduğundan Elektrik alanı, o zaman, akımın işi eşittir

dA = Udq = IU dt (13,28)

İletkenin direnci R ise, Ohm yasasını kullanarak

Güç akımı

(13.30)

Akım sabit bir metal iletkenden geçerse, akımın tüm işi onu ısıtmaya gider ve enerjinin korunumu yasasına göre,

(13.31)

Böylece, (13.28) ve (13.31) ifadelerini kullanarak,

(13.32)

ifade Joule-Lenz yasası deneysel olarak Joule ve Lenz tarafından bağımsız olarak kurulmuştur.

§ 13.7 Ohm ve Joule-Lenz yasaları diferansiyel formda.

Direnç ifadesini Ohm yasasına koyarsak,

(13.33)

değer nerede özdirencin tersi denir özel elektriksel iletkenlik iletkenin maddesi. Birimi metre başına siemens (S/m) dir.

Hesaba katıldığında
- iletkendeki elektrik alanın gücü,
akım yoğunluğu ise formül şu şekilde yazılabilir:

j = γE (13.34)

Diferansiyel formda Joule-Lenz yasası

İletkende, direncinin
... Joule-Lenz yasasına göre, zaman içinde bu hacimde ısı açığa çıkacaktır.

(13.35)

Birim hacimde birim zamanda açığa çıkan ısı miktarına denir. akımın özgül termal gücü ... o eşittir

ω = ρ ∙ j 2 (13,36)

Ohm yasasının diferansiyel formunu (j = γE) ve oranı kullanarak, ω = j ∙ E = γ ∙ E 2 elde ederiz. (13.37)

Problem çözme örnekleri

Örnek. İletkendeki akım eşit olarak artarben 0 = 0 ilaben maksimum τ = 6s süresi için = 3A. Ücreti belirleQiletkenden geçti.

Verilen: ben 0 = 0; ben maks = 3A; τ = 6s .

Bulmak: Q.

Çözüm. dt zamanında iletkenin kesitinden geçen dQ yükü,

Sorunun durumuna göre akım eşit olarak artar, yani. I = kt, burada orantı katsayısı

.

O zaman yazabiliriz

(1)'i entegre ederek ve k ifadesini değiştirerek, iletkenden geçen gerekli yükü buluruz:

Cevap : Q = 9 Cl .

Örnek. Bir demir iletken üzerinde (ρ = 7,87 gr / cm 3 , М = 56 ∙ 10 -3 kg / mol) kesitliS= 0,5 mm 2 Mevcut akışlarben= 0.1 A. İletkenin birim hacmi başına serbest elektron sayısının atom sayısına eşit olduğunu varsayarak, elektronların sıralı (yönlendirilmiş) hareketinin ortalama hızını belirleyin.n"iletkenin birim hacmi başına

Verilen: ρ = 7,87 g/cm3, = 7,87 ∙ 10 3 kg/m3; M = 56 ∙ 10 -3 kg / mol; ben = 0.1A; S = 0,5 mm 2 = 0,5 10 -6 m 2.

Bulmak: .

Çözüm ... Bir iletkendeki akım yoğunluğu

j = ne ,

nerede bir iletkendeki elektronların sıralı hareketinin ortalama hızıdır, n elektron konsantrasyonudur (birim hacim başına elektron sayısı); e = 1,6 ∙ 10 -19 C elektron yüküdür.

Sorunun durumuna göre,

(2)

(bunu dikkate alın
, iletkenin kütlesi nerede; M, molar kütlesidir, NA = 6.02 ∙ 10 23 mol -1 - Avogadro sabiti;
- demir yoğunluğu).

Formül (2) ve akım yoğunluğunun dikkate alınması
, ifade (1) şu şekilde yazılabilir:

,

Elektronların düzenli hareketinin aranan hızı nereden geliyor?

Cevap: = 14,8 μm / s.

Örnek. Homojen tel direncir= 36 ohm. Paralel bağlantılarından sonra direnç ortaya çıktıysa, telin kaç eşit parçaya kesildiğini belirleyin.r 1 = 1 Ohm.

verilen r= 36 Ohm;r 1 = 1 ohm.

Bulmak: N.

Çözüm. Kesilmemiş bir tel, N serisi bağlı dirençler olarak düşünülebilir. Sonra

burada r, her segmentin direncidir.

N uzunluktaki tellerin paralel bağlanması durumunda

veya
(2)

(1) ve (2) ifadelerinden gerekli sayıda segmenti buluyoruz

Cevap: N = 6

Örnek. Uçlarındaki potansiyel fark φ ise, uzunluğu ℓ = 100 m olan bir bakır teldeki akım yoğunluğunu belirleyin. 1 -φ 2 = 10V. Bakır özdirenci ρ = ​​17 nOhm ∙ m.

verilen ℓ = 100 m; φ 1 -φ 2 = 10V; ρ = 17 nΩ ∙ m = 1,7 ∙ 10 -8 Ohm ∙ m.

Bulmak: J.

Çözüm. Ohm yasasına göre diferansiyel formda,

nerede
- iletkenin spesifik elektriksel iletkenliği;
- homojen bir iletken içindeki elektrik alanın gücü, iletkenin uçlarındaki potansiyel fark ve uzunluğu ile ifade edilir.

Yazılı formülleri (1) ifadesine koyarak, gerekli akım yoğunluğunu buluyoruz.

Cevap: j = 5,88 MA/m2.

Örnek. Akkor lambadan akım geçerben= 1A, tungsten filament çapının sıcaklığıNS 1 = 0,2 mm 2000 ° C'ye eşittir. Akım, kesitli bakır tellerle sağlanır.S 2 = 5 mm 2 ... Elektrostatik alanın gücünü belirleyin: 1) tungstende; 2) bakırda. 0 ° С ρ'da tungstenin direnci 0 = 55 nOhm ∙ m, direnç sıcaklık katsayısı α 1 = 0.0045 dolu -1 , bakırın özdirenci ρ 2 = 17nOhm ∙ m.

Verilen: ben= 1A;NS 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 = 17nOhm ∙ m = 1,7 ∙ 10 -8 Ohm ∙ m.

Bulmak: E1; 2.

Çözüm. Ohm'un diferansiyel formdaki yasasına göre, akım yoğunluğu

(1)

nerede
- iletkenin spesifik elektriksel iletkenliği; E, elektrik alanın gücüdür.

Tungstenin direnci sıcaklıkla doğrusal olarak değişir:

ρ = ρ 0 (1 + αt). (2)

Tungstende akım yoğunluğu

(3)

(2) ve (3) ifadesini formül (1) ile değiştirerek, tungstende elektrostatik alanın gerekli gücünü buluruz.

.

Bakırda elektrostatik alan gücü

(bunu dikkate alın
).

Cevap: 1) E1 = 17.5 V/m; 2) E2 = 3.4 mV/m.

Örnek. İletken direnci sayesinder= 10 Ohm, bir akım akar, akım lineer olarak artar. ısı miktarıQτ = 10 s sırasında iletkende serbest bırakılan 300 J'ye eşittir. Yükü belirleyinQ, bu süre zarfında iletken boyunca geçti, eğer başlangıçtamİletkendeki akım gücünün sıfır olduğu an.

Verilen: r= 10 Ohm; τ = 10s;Q= 300J;ben 0 =0.

Bulmak: Q.

Çözüm. Akım gücündeki artışın tekdüzelik koşulundan (I 0 = 0'da) I = kt çıkar, burada k orantı katsayısıdır. Hesaba katıldığında
, yazabiliriz

dq = Idt = ktdt. (1)

(1) ifadesini entegre ediyoruz, sonra

(2)

k katsayısını bulmak için, sonsuz küçük bir dt zaman aralığı için Joule-Lenz yasasını yazıyoruz:

Bu ifadeyi 0'dan 0'a entegre ederek, problem ifadesinde belirtilen ısı miktarını elde ederiz:

,

k'yi nerede buluruz:

. (3)

Formül (3)'ü (2) ifadesine koyarak, gerekli yükü belirleriz

Cevap: q = 15 Cl .

Örnek. Akımın özgül termal gücü ω = 1.7J / (m) ise, bakır teldeki elektrik akımının yoğunluğunu belirleyin (özgül direnç ρ = 17nOhm ∙ m). 3 ∙ s) ..

Verilen: ρ = 17nOhm ∙ m = 17 ∙ 10 -9 Ohm ∙m; ω = 1.7J / (m 3 ∙ s).

Bulmak: J.

Çözüm. Diferansiyel formdaki Joule-Lenz ve Ohm yasalarına göre,

(1)

, (2)

burada γ ve ρ, sırasıyla iletkenin özgül ve direncidir. Yasa (2)'den E = ρj olduğunu elde ederiz. Bu ifadeyi (1)'de değiştirerek gerekli akım yoğunluğunu buluruz:

.

Cevap : j = 10 kA/m3.

Örnek. Amperde harici devrede ise, akım kaynağının iç direncini belirleyinben 1 = 4A, güç P geliştirir 1 = 10 W ve amperdeben 2 = 6A - güç P 2 = 12 W

Verilen: ben 1 = 4A; r 1 = 10W;ben 2 = 6A; r 2 = 12 W

Bulmak: r.

Çözüm. Akım tarafından geliştirilen güç

ve
(1)

burada R 1 ve R 2 harici devrenin dirençleridir.

Ohm'un kapalı devre yasasına göre,

;
,

burada ε kaynağın EMF'sidir. r için bu iki denklemi çözersek,

(2)

Cevap : r = 0.25 ohm.

Örnek ... Bir EMF kaynağından ve bir dirençten oluşan bir devreyer= 10 Ohm, voltmetreyi önce paralel, sonra dirençle seri olarak açın ve voltmetre okumaları aynıdır. İç Direnci BelirleyinrEMF kaynağı, voltmetrenin direnci iser V = 500 ohm.

Verilen: r= 10 Ohm;r V = 500 Ohm;sen 1 = sen 2 .

Bulmak: r.

r çözüm. Problemin durumuna göre voltmetre dirence bir kez paralel bağlanır (Şekil A), ikincisi seri bağlanır (Şekil B) ve okumaları aynıdır.

Matematiksel olarak, aşağıdaki biçimde ifade edilebilir:

nerede w- birim hacim başına ısı yayma gücü, - elektrik akımının yoğunluğu, - elektrik alanının gücü, σ - ortamın iletkenliği.

Kanun, ince tellerde akan akımlar için de integral formda formüle edilebilir:

Matematiksel biçimde, bu yasa şu şekle sahiptir:

nerede dQ- bir süre boyunca açığa çıkan ısı miktarı dt, ben- mevcut güç, r- direnç, Q- belirli bir süre boyunca açığa çıkan toplam ısı miktarı 1önce 2... Sabit amper ve direnç durumunda:

pratik değer

Azaltılmış enerji kayıpları

Elektrik iletirken, enerji kayıplarına yol açtığı için akımın termal etkisi istenmez. İletilen güç lineer olarak hem voltaja hem de ampere bağlı olduğundan ve ısıtma gücü kuadratik olarak ampere bağlı olduğundan, elektriği aktarmadan önce voltajı artırmak, böylece amperi düşürmek avantajlıdır. Bununla birlikte, voltajdaki bir artış, güç hatlarının elektrik güvenliğini azaltır.

Devreye yüksek voltaj uygulamak için, yükte aynı gücü korumak için yük direnci arttırılmalıdır. Kurşun teller ve yük seri olarak bağlanır. Tel direnci () sabit kabul edilebilir. Ancak ağda daha yüksek bir voltaj seçildiğinde yük direnci () artar. Yük direnci ve tel direnci oranı da artar. Dirençler seri olarak bağlandığında (kablo - yük - tel), tahsis edilen gücün () dağılımı, bağlanan dirençlerin direnci ile orantılıdır.

Ağdaki akım tüm dirençler için sabittir. Sonuç olarak, aşağıdaki bağıntı geçerlidir:

Ve her durumda sabitler için. Bu nedenle, tellerde açığa çıkan güç, yük direnci ile ters orantılıdır, yani artan voltajla azalır, çünkü ... Bunu nereden takip ediyor. Her özel durumda, değer sabittir, bu nedenle tel üzerinde salınan ısı, tüketicideki voltajın karesiyle ters orantılıdır.

Devreler için tel seçimi

İletken tarafından akımla üretilen ısı, bir dereceye kadar serbest bırakılır. Çevre... Seçilen iletkendeki akımın belirli bir limiti aşması durumunda izin verilen değer, o kadar güçlü bir ısınma mümkündür ki, iletken yakındaki nesnelerde yangına neden olabilir veya kendini eritebilir. Kural olarak, elektrik devrelerini monte ederken, özellikle iletken kesitinin seçimini düzenleyen kabul edilen düzenleyici belgeleri takip etmek yeterlidir.

Elektrikli ısıtma cihazları

Mevcut güç baştan sona aynıysa elektrik devresi, daha sonra seçilen herhangi bir alanda ne kadar fazla ısı üretilirse, bu alanın direnci o kadar yüksek olur.

Devrenin bir bölümünün direncini kasıtlı olarak artırarak, bu bölümde yerel bir ısı salınımı elde etmek mümkündür. Bu ilke tarafından kullanılır elektrikli ısıtıcılar... Onlar kullanırlar bir ısıtma elemanı- yüksek dirençli bir iletken. Dirençte bir artış (birlikte veya ayrı ayrı), yüksek dirençli (örneğin, nikrom, konstantan) bir alaşım seçerek, iletkenin uzunluğunu artırarak ve kesitini azaltarak elde edilir. Kurşun teller normal bir düşük dirence sahiptir ve bu nedenle ısıtma genellikle algılanamaz.

Sigortalar

Elektrik devrelerini aşırı yüksek akımların akışından korumak için özel özelliklere sahip bir iletken parçası kullanılır. Bu, nispeten küçük kesitli bir iletkendir ve izin verilen akımlarda iletkenin ısınmasının aşırı ısınmaması ve aşırı büyük iletken aşırı ısınması ile iletkenin erir ve devreyi açması o kadar önemlidir ki, böyle bir alaşımdan yapılmıştır.

Ayrıca bakınız

Notlar (düzenle)

Bağlantılar

• Etkili fizik. Web arşivinden Joule-Lenz kanunu kopyası
• http://elib.ispu.ru/library/physics/tom2/2_3.html Joule-Lenz Yasası
• http://eltok.edunet.uz/dglens.htm DC Kanunları. Joule-Lenz yasası
• http://slovari.yandex.ru/dict/bse/article/00023/23600.htm TSB. Joule-Lenz yasası
• http://e-science.ru/physics/theory/?t=27 Joule-Lenz Yasası

Wikimedia Vakfı. 2010.

"Joule-Lenz Yasası" nın diğer sözlüklerde neler olduğunu görün:

- (adını aynı anda ancak birbirinden bağımsız olarak 1840'ta keşfeden İngiliz fizikçi James Joule ve Rus fizikçi Emilia Lenz'den almıştır) niceleme elektrik akımının termal etkisi. Akım geçtiğinde ... ... Wikipedia

JOULE-LENTZ YASASI- bir elektrik akımının termal etkisini belirleyen yasa; bu yasaya göre, içinden bir elektrik akımı geçtiğinde bir iletkende açığa çıkan ısı Q miktarı, akımın I, direncin karesinin ürününe eşittir ... ... Büyük Politeknik Ansiklopedisi

Joule-Lenz yasası- - [Ya.N. Luginsky, M.S. Fezi Zhilinskaya, Y.S.Kabirov. İngilizce Rusça Elektrik Mühendisliği ve Güç Mühendisliği Sözlüğü, Moskova, 1999] Elektrik mühendisliği konuları, temel kavramlar EN Joule Lenz yasası Joule yasası ... Teknik çevirmen kılavuzu

Joule-Lenz yasası

Joule-Lenz yasası- Joule o dėsnis statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. Joule kanunu vok. Joulesches Gesetz, n rusya. Joule Lenz yasası, m prac. loi de Joule, f ryšiai: sinonimas - Džaulio dėsnis… Automatikos terminų žodynas

joule yasası- Džaulio dėsnis durumları T sritis fizika atitikmenys: angl. Joule yasası vok. Joule Lentzsches Gesetz, n; Joulesches Gesetz, n rusya. Joule yasası, m; Joule Lenz yasası, m prank. loi de Joule, f ... Fizikos terminų žodynas

Joule-Lenz yasası- içinden bir doğru akım geçtiğinde R dirençli bir elektrik devresinin bir bölümünde birim zamanda salınan ısı Q miktarı Q = RI2'ye eşittir. Kanun 1841'de J.P. Joule (1818 1889) tarafından kuruldu ve 1842'de kesin olarak onaylandı ... ... Modern doğa bilimi kavramları. Temel terimler sözlüğü

I akımı geçtiğinde t süresi boyunca L dirençli bir iletkende salınan ısı Q miktarını belirler: Q = aI2Rt. Katsayı. orantılılık ve birim seçimine bağlıdır. ölçümler: I amper cinsinden, R ohm cinsinden, t saniye cinsinden ölçülürse, o zaman ... ... Fiziksel ansiklopedi

Merhaba. Joule-Lenz yasası, ihtiyacınız olduğunda pek olası değildir, ancak temel kurs elektrik mühendisliği ve bu nedenle şimdi size bu yasadan bahsedeceğim.

Joule-Lenz yasası birbirinden bağımsız iki büyük bilim adamı tarafından keşfedildi: 1841'de termodinamiğin gelişimine büyük katkı sağlayan İngiliz bilim adamı James Prescot Joule ve 1842'de elektrik mühendisliğine büyük katkı sağlayan Alman kökenli Rus bilim adamı Emiliy Khristianovich Lenz. Her iki bilim insanının keşfi neredeyse aynı anda ve birbirinden bağımsız olarak gerçekleştiğinden, yasaya çift isim veya daha doğrusu soyadı demeye karar verildi.

Sadece onun değil, elektrik akımının içinden geçtiği iletkenleri ısıttığını söylediğimi hatırlayın. Joule ve Lenz, üretilen ısı miktarını hesaplamak için kullanılabilecek bir formül tanımladı.

Yani, başlangıçta formül şöyle görünüyordu:

Bu formülün ölçü birimi kaloriydi ve 0.24'e eşit olan k katsayısı bundan "sorumluydu", yani kalori cinsinden veri elde etme formülü şuna benziyor:

Ancak SI ölçüm sisteminde, çok sayıda ölçülen nicelik ve karışıklığın önlenmesi nedeniyle, joule ataması benimsendiğinden, formül biraz değişti. k bire eşit oldu ve bu nedenle katsayı artık formülde yazılmadı ve şöyle görünmeye başladı:

Burada: Q - Joule cinsinden ölçülen üretilen ısı miktarı (SI sisteminde atama - J);

I, Amper cinsinden ölçülen akımdır, A;

R - Ohm, Ohm cinsinden ölçülen direnç;

t saniye cinsinden ölçülen süredir, s;

ve U, volt, V olarak ölçülen voltajdır.

Bu formülün bir parçasının size bir şey hatırlatıp hatırlatmadığını görmek için dikkatlice bakın? Ve daha spesifik olarak? Ama bu güç ya da daha doğrusu Ohm yasasındaki güç formülüdür. Ve dürüst olmak gerekirse, internette Joule-Lenz yasasının böyle bir temsilini hiç görmedim:

Şimdi anımsatıcı tabloyu hatırlıyoruz ve bildiğimiz miktarlara bağlı olarak Joule-Lenz yasasının en az üç formül ifadesini elde ediyoruz:

Görünüşe göre her şey çok basit, ama bize sadece bu yasayı zaten bildiğimizde görünüyor ve sonra her iki büyük bilim adamı da onu teorik olarak değil, deneysel olarak keşfetti ve sonra teorik olarak kanıtlayabildi.

Bu Joule-Lenz yasası nerede işe yarayabilir?

Elektrik mühendisliğinde, tellerden akan uzun süreli izin verilen akım kavramı vardır. Bu, telin dayanabileceği akımdır. uzun zaman(yani, sonsuz uzunlukta), kabloyu (ve varsa yalıtımı, çünkü kablo yalıtımsız olabileceğinden) bozmadan. Elbette, artık verileri PUE'den (Elektrik Tesisatı Kuralları) alabilirsiniz, ancak bu verileri yalnızca Joule-Lenz yasası temelinde aldınız.

Elektrik mühendisliğinde sigortalar da kullanılır. Ana kaliteleri, çalıştırmanın güvenilirliğidir. Bunun için belirli bir kesite sahip bir iletken kullanılır. Böyle bir iletkenin erime noktasını bilerek, iletkenin içinden akması için gerekli olan ısı miktarını hesaplayabilirsiniz. büyük değerler akım ve akımı hesaplayarak, böyle bir iletkenin sahip olması gereken direnci hesaplayabilirsiniz. Genel olarak, zaten anladığınız gibi, Joule-Lenz yasasını kullanarak, bir sigorta için bir iletkenin kesitini veya direncini (değerler birbirine bağlıdır) hesaplayabilirsiniz.

Ayrıca, bahsettiğimizi unutmayın. Orada bir ampul örneğini kullanarak, seri bağlantıda daha güçlü bir lambanın daha zayıf parladığını paradoksu anlattım. Ve muhtemelen nedenini hatırlayın: direnç ne kadar düşükse, direnç boyunca voltaj düşüşü o kadar güçlü olur. Ve güç olduğu ve voltaj çok düştüğü için, büyük bir direncin yayılacağı ortaya çıkıyor. çok sayıdaısı, yani akımın büyük direncin üstesinden gelmek için daha fazla çalışması gerekecek. Ve bu durumda akımın bırakacağı ısı miktarı Joule-Lenz yasası kullanılarak hesaplanabilir. Bir dizi direnç bağlantısı alırsak, akımın karesi, yani formülün orijinal biçimi aracılığıyla bir ifade kullanmak daha iyidir:

Dirençlerin paralel bağlanması için, paralel dallardaki akım dirence bağlı olduğundan, her paralel daldaki voltaj aynı olduğundan, formül en iyi voltaj cinsinden temsil edilir:

Hepiniz Joule-Lenz yasasının örneklerini kullanıyorsunuz. Gündelik Yaşam- her şeyden önce, bunlar her türlü ısıtma cihazıdır. Kural olarak, nikrom tel kullanırlar ve iletkenin kalınlığı (kesiti) ve uzunluğu, uzun süreli termal maruz kalmanın telin hızlı bir şekilde tahrip olmasına yol açmadığı dikkate alınarak seçilir. Tam olarak aynı şekilde, bir akkor lambada bir tungsten filamanının parıltısını elde ederler. Aynı yasa, hemen hemen her elektrikli ve elektronik cihazın olası ısınma derecesini belirler.

Genel olarak, görünen basitliğe rağmen, Joule-Lenz yasası hayatımızda çok önemli bir rol oynamaktadır. Bu yasa, teorik hesaplamalar için büyük bir ivme kazandırdı: ısının akımlarla serbest bırakılması, arkın, iletkenin ve diğer herhangi bir elektriksel olarak iletken malzemenin özel sıcaklığının hesaplanması, termal eşdeğerde elektrik gücünün kaybı, vb.

Joule'u Watt'a nasıl çevireceğinizi sorabilirsiniz ve bu çok güzel sık sorulan soru internette. Soru biraz yanlış olsa da, okudukça nedenini anlayacaksınız. Cevap oldukça basit: 1 J = 0.000278 Watt * saat, 1 Watt * saat = 3600 Joule. Anlık güç tüketiminin Watt olarak ölçüldüğünü yani devre açıkken direkt kullanıldığını hatırlatalım. Ve Joule, bir elektrik akımının işini, yani akımın belirli bir süre içindeki gücünü belirler. Unutma, Ohm Yasasında alegorik bir durum verdim. Akım paradır, voltaj bir depodur, direnç bir orantı ve para duygusudur, güç, bir seferde kendinize taşıyabileceğiniz (alıp götürebileceğiniz) ürün sayısıdır, ancak ne kadar uzağa, ne kadar hızlı ve kaç kez yapabilirsiniz. onları uzaklaştırmak iştir... Yani, iş ve gücü karşılaştırmak imkansızdır, ancak bizim için daha anlaşılır olan birimlerle ifade edilebilir: watt ve saat.

Artık Joule-Lenz yasasını gerekirse pratikte ve teoride uygulamak ve hatta Joule'yi Watt'a çevirmek ve bunun tersini yapmak sizin için zor olmayacağını düşünüyorum. Ve Joule-Lenz yasasının elektrik gücünün ve zamanın ürünü olduğu anlayışı sayesinde, onu daha kolay hatırlayabilirsiniz ve aniden temel formülü unutsanız bile, o zaman sadece Ohm yasasını hatırlayarak tekrar Joule-Lenz'i elde edebilirsiniz. kanun. Ve bu konuda sana veda ediyorum.

Akımın başka bir enerjiye hareketi sırasında elektriğin aktarılması moleküler düzeyde gerçekleşir. Bu işlem sırasında iletkenin sıcaklığı belli bir oranda yükselir. tarif eder bu olgu bir akım iletkeninin atom ve iyonlarının akım elektronları ile etkileşimi.

Elektrik özellikleri

Metal bir iletken boyunca hareket ederken, elektronlar rastgele yerleştirilmiş birçok yabancı parçacıkla çarpışır. Periyodik olarak, temasın bir sonucu olarak, nötr molekülden yeni elektronlar salınır. Bir molekülden pozitif bir iyon oluşur ve bir elektronda kaybolur. kinetik enerji... Bazen ikinci bir seçenek vardır - pozitif iyon ve elektron kombinasyonu nedeniyle nötr tipte bir molekülün oluşumu.

Tüm bu süreçlere, daha sonra ısıya dönüştürülen belirli bir miktarda enerjinin harcanması eşlik eder. Tüm bu hareketler sırasında direncin üstesinden gelinmesi, enerjinin harcanmasını ve bunun için gerekli olan işin ısıya dönüşmesini belirler.

R parametreleri, standart direncinkilerle aynıdır. Bir dereceye kadar, akım herhangi bir iletkenden geçtiğinde belirli bir miktarda enerji ısıya dönüştürülür. Joule-Lenz yasası tarafından ele alınan bu dönüşümdür.

Formül ve bileşenleri

Akımın çalışmasının sonuçlarının iletkenin iç enerjisine geçişi çok sayıda deneyle doğrulanır. Kritik hacmin birikmesinden sonra, fazla enerji iletkenin ısıtılması ile çevredeki cisimlere geri verilir.

Bu fenomen için klasik hesaplama formülü:

Yayılan ısı miktarını belirtmek için Q'yu alıyoruz ve A yerine koyuyoruz. Şimdi, elde edilen Q = U * I * t ifadesinde U = IR'yi değiştiriyoruz ve klasik Joule-Lenz formülünü türetiyoruz:

Hesaplamalar için zincirleme devrelerde bu temel formülü kullanmak en uygun yöntem olacaktır. Bu durumda tüm iletkenlerde akım gücü her zaman aynı kalır. Yayılan ısı miktarı, mevcut iletkenlerin her birinin direnciyle orantılıdır.

Ancak paralel bağlantı ile uçlardaki voltaj aynı olacaktır ve her bir elemandaki elektrik akımının nominal değeri önemli ölçüde farklıdır. var olduğu ileri sürülebilir ters orantıısı miktarı ile tek bir iletkenin iletkenliği arasında. Burada formül daha uygun hale gelir:

Q = (U2 / R) t

Akımın termal etkisi olgusunun pratik örnekleri

Birçok araştırmacı ve bilim adamı, elektrik akışının özelliklerini inceledi. Ancak en etkileyici sonuçlar Rus bilim adamı Emily Christianovich Lenz ve İngiliz James Joule tarafından elde edildi. Birbirinden bağımsız olarak, elektriğin iletken üzerindeki etkisi sürecinde elde edilen ısının bir değerlendirmesinin yapıldığı bir yasa formüle edildi. Son ifade, yazarlarının adını almıştır.

Birkaç örnek, doğasını ve özelliklerini anlamanıza yardımcı olabilir. ısıya maruz kalma akım.

Isıtma cihazları

Bu tür cihazların tasarımında ısıtma işlevi metal bir spiral ile gerçekleştirilir. Suyu ısıtmak gerekirse, şebeke enerjisi ve ısı değişimi parametreleri arasında bir denge sağlamak önemlidir. Spiralin montajı izolasyonda gerçekleştirilir.

Enerji kayıplarını en aza indirme görevleri çeşitli şekillerde çözülür. Seçeneklerden biri voltajı arttırmaktır, ancak bu, hatların operasyonel güvenlik seviyesinde bir azalma ile doludur.

Isı kaybının özelliklerine bağlı olduğu tel seçim yöntemi de kullanılır. çeşitli metaller ve alaşımlar. Spirallerin üretimi, yüksek yüklerle çalışmaya yönelik malzemelerden gerçekleştirilir.

Akkor lamba

Joule-Lenz yasasının keşfi, elektrik mühendisliğinin hızlı ilerlemesine katkıda bulundu. Aydınlatma elemanları için kullanımına ilişkin örnek özellikle gösterge niteliğindedir.

Böyle bir ampulün içine bir tungsten ipliği çekilir. Tüm süreç yüksek dayanmaktadır direnç ve bu metalin refrakterliği.

Enerjinin ısıya dönüşmesi sarmalın ısınma ve parlama etkisine neden olur. Dezavantajı her zaman ısıtma için ana enerji hacminin tüketimidir ve küçük kısmı nedeniyle parıltının kendisi gerçekleştirilir.

Bu sürecin daha doğru anlaşılması için katsayı gibi bir kavram tanıtılır. faydalı eylem iş akışının verimliliğinin belirlendiği .

Elektrik arkı

Bu durumda, güçlü bir ışık kaynağından ve metal yapıların kaynak yönteminden bahsediyoruz.

Böyle bir işlemin prensibi, mevcut bir yüksek güç ve minimum voltaj kaynağının bir çift kömür çubuğuna bağlantı ve ardından bu elemanların temasıdır.

Ev sigortaları

Elektrik devrelerini kullanırken özel cihazlar kullanılır. Bu tür sigortalardaki ana eleman, düşük erime noktalı bir tel olacaktır. Mandrene uyan porselen bir kasaya vidalanır.

Ortak bir devrenin parçası olan böyle bir iletken, ısı salınımında keskin bir artış ile ağı eritir ve açar.

Fizik 8. Sınıf: Joule-Lenz Yasası

Elektriğin bir iletkenden geçişi ve bu sırada meydana gelen ısınma ile ilgili ayrıntılı bir çalışma aşağıda verilmiştir. Okul müfredatı... Pratik örnekler, akımın termal etkisinin büyüklüğünü etkileyen tüm nüansları gösterir.

Bir eğitim oturumu yürütme planı genellikle aşağıdaki gibi yapılandırılmıştır:

1. Isı hacminin dirence ve akım gücüne bağımlılığını göstermek için gerekli deneyler.
2. Joule-Lenz yasasının ayrıntılı bir çalışması, temel formülü ve tüm bileşenlerinin anlamı.
3. Her iki yazarın da intihal olasılığını dışlayan tarihsel gerçekler.
4. Dersin genel sonuçlarını özetlemek.
5. Hesaplamalar yapmak için pratik uygulama.
6. Alınan bilgilere göre sorunları çözmek.

Materyal, belirtilen parametrelerle bir iletkenden geçen akımın akışı sırasında üretilen ısı miktarını değerlendirmek için ödev sırasında sabitlenir.