Joule-Lenzův zákon: jeho formulace a aplikace
Formulace
Ve skutečném vodiči, když jím protéká proud, se pracuje proti třecím silám. Elektrony se pohybují drátem a srazí se s jinými elektrony, atomy a jinými částicemi. V důsledku toho se vytváří teplo. Zákon Joule-Lenz popisuje množství tepla uvolněného, když proud protéká dirigentem. Je přímo úměrná síle proudu, odporu a době toku.
V integrální podobě vypadá zákon Joule-Lenz takto:
Aktuální síla je označena písmenem I a je vyjádřena v ampérech, odporu - R v ohmech a času t - v sekundách. Měrná jednotka tepla Q - Joule, pro převedení na kalorie je třeba výsledek vynásobit 0,24. V tomto případě je 1 kalorie rovna množství tepla, které je třeba přivést do čisté vody, aby se zvýšila její teplota o 1 stupeň.
Takovýto vzorec platí pro část obvodu se sériovým zapojením vodičů, když v nich proudí jeden proud, ale na koncích různé poklesy napětí. Produkt proudu na druhou od odporu se rovná síle. Současně je výkon přímo úměrný čtverci napětí a nepřímo úměrný odporu. Pak pro elektrický obvod s paralelním připojením, Joule-Lenz zákon může být psán jak:
V diferenciální podobě to vypadá takto:
Kde j je aktuální hustota A / cm2, E je síla elektrického pole, sigma je měrný odpor vodiče.
Je třeba poznamenat, že pro homogenní část obvodu bude odpor prvků stejný. Existují-li v obvodu vodiče s odlišným odporem, nastane situace, kdy je uvolněno maximální množství tepla na ten, který má největší odpor, což lze uzavřít analýzou vzorce Joule-Lenzova zákona.
Často kladené otázky
Jak najít čas? To se týká periody toku proudu vodičem, tj. Když je obvod uzavřen.
Jak najít odpor dirigenta? Chcete-li určit odpor pomocí vzorce, který se často nazývá „kolejnice“, je to:
Zde písmeno „Po“ označuje odpor, je měřeno v Ohm * m / cm2, l a S jsou délka a plocha průřezu. Ve výpočtech jsou sníženy čtvereční metry a centimetry a Ohmy zůstávají.
Odolnost je tabulková hodnota a pro každý kov se liší. Měď je řádově menší než u slitin s vysokým odporem, jako je wolfram nebo nichrom. Pro to, co se používá, budeme uvažovat níže.
Pojďme k cvičení
Pro výpočty v elektrotechnice má velký význam zákon Joule-Lenz. Nejprve jej můžete použít při výpočtu topných zařízení. Vodič se nejčastěji používá jako topný článek, ale ne jednoduchý (jako měď), ale s vysokým odporem. Nejčastěji je to nichrom nebo cantal, fechral.
Mají velký odpor. Můžete použít měď, ale pak utratíte spoustu kabelu (sarkazmus, měď se k tomuto účelu nepoužívá). Aby bylo možné vypočítat tepelnou energii topného zařízení, musíte určit, které těleso a v jakých objemech je třeba ohřívat, brát v úvahu množství potřebného tepla a jak dlouho musí být do tělesa přeneseno. Po výpočtech a transformacích získáte odpor a proudovou sílu v tomto obvodu. Na základě údajů o odporu vyberte materiál vodiče, jeho průřez a délku.
Joule-Lenzův zákon pro přenos elektřiny na dálku
V přenos energie na dálku vzniká závažný problém - ztráty na přenosových vedeních (přenosových vedeních). Joule-Lenzův zákon popisuje množství tepla uvolněného dirigentem, když proud teče. Elektrické vedení napájí celé podniky a města, a proto je zapotřebí velká energie, v důsledku toho velký proud. Protože množství tepla závisí na odporu vodiče a proudu, takže kabel se nezahřívá, musíte snížit množství tepla. Průřez vodičů není vždy možné zvětšit, protože to je nákladné, pokud jde o náklady na měď samotnou a hmotnost kabelu, což znamená zvýšení nákladů na nosnou strukturu. Vedení vysokého napětí jsou uvedena níže. Jedná se o masivní kovové konstrukce určené ke zvednutí kabelu do bezpečné výšky nad zemí, aby nedošlo k úrazu elektrickým proudem.
Proto je nutné snížit proud, aby to bylo možné, zvyšuje napětí. Mezi městy mají vedení obvykle napětí 220 nebo 110 kV a u zákazníka klesá na požadovanou hodnotu pomocí transformátorových stanic (KTP) nebo počtu KTP postupně klesajících na hodnoty, které jsou pro přenos bezpečnější, například 6 kV.
Při stejné spotřebě energie při napětí 380/220 V bude proud stokrát a tisícekrát nižší. A podle zákona Joule-Lenz je množství tepla v tomto případě určeno energií, která se ztratí na kabelu.
Pojistky a pojistky
Na pojistky se vztahuje zákon Joule-Lenz. Jedná se o prvky, které chrání elektrické nebo elektronické zařízení před nadměrným proudem, ke kterému může dojít v důsledku přepětí v napájení, zkrat na desce plošných spojů nebo vinutí (v případě motorů), aby se zabránilo dalšímu zničení elektrického systému jako celku a požáru. Skládají se z pouzdra, izolátoru a tenkého drátu. Drát je vybrán v takovém průřezu, že jím protéká jmenovitý proud a při jeho překročení ho spálí množství generovaného tepla.
Na základě výše uvedeného jsme dospěli k závěru, že zákon Joule-Lenz našel široké uplatnění a je velmi důležitý pro elektrotechniku. Díky informacím o množství tepla poskytovaným výpočty podle výše uvedených vzorců se můžeme dozvědět o provozních režimech zařízení, vybrat potřebné materiály a průřez, abychom zvýšili bezpečnost, spolehlivost a trvanlivost zařízení nebo obvodu jako celku.
Zde končí náš článek. Doufáme, že poskytnuté informace byly pro vás užitečné a zajímavé. Nakonec doporučujeme sledovat video, o kterém je tento problém podrobněji diskutován:
Určitě nevíte:
Načítám ...
