Joule-Lenz-Gesetz: Formulierung und Anwendung
Formulierung
In einem realen Leiter wird, wenn Strom durch ihn fließt, gegen Reibungskräfte gearbeitet. Elektronen bewegen sich durch einen Draht und kollidieren mit anderen Elektronen, Atomen und anderen Teilchen. Dadurch wird Wärme erzeugt. Das Joule-Lenz-Gesetz beschreibt die Wärmemenge, die freigesetzt wird, wenn Strom durch einen Leiter fließt. Sie ist direkt proportional zur Stromstärke, zum Widerstand und zur Durchlaufzeit.
In integraler Form sieht das Joule-Lenz-Gesetz folgendermaßen aus:
Die Stromstärke wird mit dem Buchstaben I bezeichnet und in Ampere, Widerstand - R in Ohm und Zeit t - in Sekunden ausgedrückt. Die Maßeinheit der Wärme Q - Joule, um in Kalorien umzuwandeln, müssen Sie das Ergebnis mit 0,24 multiplizieren. In diesem Fall entspricht 1 Kalorie der Wärmemenge, die in reines Wasser gebracht werden muss, um die Temperatur um 1 Grad zu erhöhen.
Ein solcher Formeleintrag gilt für einen Schaltungsabschnitt mit einer Reihenschaltung von Leitern, wenn ein Strom in ihnen fließt, aber an den Enden unterschiedliche Spannungsabfälle auftreten. Das Produkt des durch den Widerstand quadrierten Stroms entspricht der Leistung. Gleichzeitig ist die Leistung direkt proportional zum Quadrat der Spannung und umgekehrt proportional zum Widerstand. Für einen Stromkreis mit Parallelschaltung kann das Joule-Lenz-Gesetz wie folgt geschrieben werden:
In Differentialform sieht es so aus:
Wobei j die Stromdichte A / cm ist2, E ist die elektrische Feldstärke, Sigma ist der spezifische Widerstand des Leiters.
Es ist zu beachten, dass für einen homogenen Abschnitt der Schaltung der Widerstand der Elemente gleich ist. Wenn sich im Stromkreis Leiter mit unterschiedlichem Widerstand befinden, tritt eine Situation auf, in der die maximale Wärmemenge an denjenigen mit dem größten Widerstand abgegeben wird, was durch Analyse der Formel des Joule-Lenz-Gesetzes geschlossen werden kann.
Häufig gestellte Fragen
Wie finde ich die Zeit? Dies bezieht sich auf die Periode des Stromflusses durch den Leiter, dh wenn der Stromkreis geschlossen ist.
Wie finde ich den Widerstand eines Leiters? Um den Widerstand mit der Formel zu bestimmen, die oft als "Schiene" bezeichnet wird, d. H.
Hier bezeichnet der Buchstabe "Po" den spezifischen Widerstand, er wird in Ohm * m / cm² gemessen, l und S sind die Länge und die Querschnittsfläche. Bei Berechnungen werden Quadratmeter und Zentimeter reduziert und Ohm bleiben erhalten.
Der spezifische Widerstand ist ein Tabellenwert und für jedes Metall unterschiedlich. Kupfer ist um Größenordnungen kleiner als das von hochohmigen Legierungen wie Wolfram oder Nichrom. Für was es angewendet wird, werden wir unten betrachten.
Lass uns weiter üben
Das Joule-Lenz-Gesetz ist für elektrotechnische Berechnungen von großer Bedeutung. Zunächst können Sie es bei der Berechnung von Heizgeräten anwenden. Ein Leiter wird am häufigsten als Heizelement verwendet, jedoch nicht als einfaches (wie Kupfer), sondern mit hohem Widerstand. Meistens ist es Nichrom oder Cantal, Fechral.
Sie haben einen großen spezifischen Widerstand. Sie können Kupfer verwenden, aber dann werden Sie viel Kabel ausgeben (Sarkasmus, Kupfer wird für diesen Zweck nicht verwendet). Um die Wärmeleistung für ein Heizgerät zu berechnen, müssen Sie bestimmen, welcher Körper und in welchen Mengen Sie heizen müssen, die benötigte Wärmemenge berücksichtigen und wie lange sie auf den Körper übertragen werden muss. Nach Berechnungen und Transformationen erhalten Sie den Widerstand und die Stromstärke in dieser Schaltung. Wählen Sie anhand der Daten zum spezifischen Widerstand das Material des Leiters, seinen Querschnitt und seine Länge aus.
Joule-Lenz-Gesetz zur Übertragung von Elektrizität über eine Distanz
Bei Kraftübertragung über Entfernungen Es tritt ein erhebliches Problem auf - Verluste auf Übertragungsleitungen (Übertragungsleitungen). Das Joule-Lenz-Gesetz beschreibt die Wärmemenge, die ein Leiter beim Stromfluss abgibt. Stromleitungen versorgen ganze Unternehmen und Städte, und dafür wird viel Strom benötigt, wodurch ein großer Strom entsteht. Da die Wärmemenge vom Widerstand des Leiters und vom Strom abhängt, damit sich das Kabel nicht erwärmt, müssen Sie die Wärmemenge reduzieren. Es ist nicht immer möglich, den Querschnitt von Drähten zu vergrößern, weil Dies ist im Hinblick auf die Kosten für Kupfer selbst und das Gewicht des Kabels kostspielig, was zu einer Erhöhung der Kosten für die tragende Struktur führt. Hochspannungsleitungen sind unten gezeigt. Hierbei handelt es sich um massive Metallstrukturen, mit denen das Kabel auf eine sichere Höhe über dem Boden angehoben werden kann, um einen elektrischen Schlag zu vermeiden.
Daher ist es notwendig, den Strom zu reduzieren, um dies zu tun, erhöhen sie die Spannung. Zwischen Städten haben Stromleitungen normalerweise eine Spannung von 220 oder 110 kV, und beim Verbraucher fällt sie mit Hilfe von Umspannwerken (KTP) oder einer Anzahl von KTP, die allmählich auf sicherere Werte für die Übertragung abfallen, beispielsweise 6 kV, auf den gewünschten Wert ab.
Bei gleichem Stromverbrauch bei einer Spannung von 380/220 V sinkt der Strom also hundert- und tausendfach niedriger. Und nach dem Joule-Lenz-Gesetz wird die Wärmemenge in diesem Fall durch die Leistung bestimmt, die am Kabel verloren geht.
Sicherungen und Sicherungen
Für Sicherungen gilt das Joule-Lenz-Gesetz. Dies sind die Elemente, die das elektrische oder elektronische Gerät vor übermäßigen Strömen schützen, die infolge eines Anstiegs der Versorgungsspannung auftreten können. Kurzschluss auf der Leiterplatte oder den Wicklungen (bei Motoren) zum Schutz vor weiterer Zerstörung des gesamten elektrischen Systems und Feuer. Sie bestehen aus einem Gehäuse, einem Isolator und einem dünnen Draht. Der Draht wird in einem solchen Abschnitt ausgewählt, dass der Nennstrom durch ihn fließt, und wenn er überschritten wird, verbrennt ihn die erzeugte Wärmemenge.
Infolgedessen kommen wir zu dem Schluss, dass das Joule-Lenz-Gesetz breite Anwendung gefunden hat und für die Elektrotechnik von großer Bedeutung ist. Dank der Informationen über die Wärmemenge, die durch die Berechnungen gemäß den oben angegebenen Formeln bereitgestellt werden, können wir die Betriebsmodi der Geräte kennenlernen, die erforderlichen Materialien und den Querschnitt auswählen, um die Sicherheit, Zuverlässigkeit und Haltbarkeit des Geräts oder der Schaltung insgesamt zu erhöhen.
Hier beenden wir unseren Artikel. Wir hoffen, dass die bereitgestellten Informationen für Sie nützlich und interessant waren. Abschließend empfehlen wir, ein Video anzusehen, in dem dieses Problem ausführlicher behandelt wird:
Sicher wissen Sie nicht:
Laden ...
