Ley de Joule-Lenz: su formulación y aplicación
Fraseología
En un conductor real, cuando la corriente fluye a través de él, el trabajo se realiza contra las fuerzas de fricción. Los electrones se mueven a través de un cable y chocan con otros electrones, átomos y otras partículas. Como resultado, se genera calor. La ley de Joule-Lenz describe la cantidad de calor liberado cuando la corriente fluye a través de un conductor. Es directamente proporcional a la fuerza actual, resistencia y tiempo de flujo.
En forma integral, la ley de Joule-Lenz se ve así:
La intensidad actual se indica con la letra I y se expresa en amperios, resistencia - R en ohmios y tiempo t - en segundos. La unidad de medida de calor Q - Joule, para convertir a calorías, necesita multiplicar el resultado por 0.24. En este caso, 1 caloría es igual a la cantidad de calor que debe llevarse al agua pura para aumentar su temperatura en 1 grado.
Tal entrada de fórmula es válida para una sección de un circuito con una conexión en serie de conductores, cuando una corriente fluye en ellos, pero diferentes tensiones caen en los extremos. El producto de la corriente al cuadrado por la resistencia es igual a la potencia. Al mismo tiempo, la potencia es directamente proporcional al cuadrado del voltaje e inversamente proporcional a la resistencia. Luego, para un circuito eléctrico con una conexión en paralelo, la ley de Joule-Lenz se puede escribir como:
En forma diferencial, se ve así:
Donde j es la densidad de corriente A / cm2, E es la intensidad del campo eléctrico, sigma es la resistencia específica del conductor.
Cabe señalar que para una sección homogénea del circuito, la resistencia de los elementos será la misma. Si hay conductores con diferente resistencia en el circuito, surge una situación en la que se libera la cantidad máxima de calor sobre el que tiene la mayor resistencia, lo que se puede concluir analizando la fórmula de la Ley de Joule-Lenz.
Preguntas más frecuentes
¿Cómo encontrar el tiempo? Esto se refiere al período de flujo de corriente a través del conductor, es decir, cuando el circuito está cerrado.
¿Cómo encontrar la resistencia de un conductor? Para determinar la resistencia utilizando la fórmula, que a menudo se denomina "riel", es decir:
Aquí, la letra "Po" denota la resistividad, se mide en Ohm * m / cm2, l y S son la longitud y el área de la sección transversal. En los cálculos, los metros cuadrados y centímetros se reducen y quedan ohmios.
La resistividad es un valor tabular y es diferente para cada metal. El cobre es un orden de magnitud menor que el de las aleaciones de alta resistencia como el tungsteno o el nicromo. Para lo que se aplica, consideraremos a continuación.
Pasemos a practicar
La ley de Joule-Lenz es de gran importancia para los cálculos de ingeniería eléctrica. En primer lugar, puede aplicarlo al calcular dispositivos de calefacción. Un conductor se usa con mayor frecuencia como elemento calefactor, pero no uno simple (como el cobre), pero con una alta resistencia. Muy a menudo es nicrom o cantal, fechral.
Tienen una gran resistividad. Puedes usar cobre, pero luego gastarás mucho cable (sarcasmo, el cobre no se usa para este propósito). Para calcular la potencia calorífica de un dispositivo de calefacción, debe determinar qué cuerpo y en qué volúmenes necesita calentar, tener en cuenta la cantidad de calor requerida y el tiempo que debe transferirse al cuerpo. Después de los cálculos y las transformaciones, obtendrá la resistencia y la intensidad actual en este circuito. En función de los datos sobre la resistividad, seleccione el material del conductor, su sección transversal y su longitud.
Ley de Joule-Lenz para la transmisión de electricidad a distancia
A transmisión de potencia a través de distancias surge un problema importante: pérdidas en las líneas de transmisión (líneas de transmisión). La ley de Joule-Lenz describe la cantidad de calor liberado por un conductor cuando fluye la corriente. Las líneas eléctricas alimentan a empresas y ciudades enteras, y para esto, se necesita mucha energía, como resultado, una gran corriente. Dado que la cantidad de calor depende de la resistencia del conductor y la corriente, para que el cable no se caliente, debe reducir la cantidad de calor. No siempre es posible aumentar la sección transversal de los cables, porque Esto es costoso en términos del costo del cobre y del peso del cable, lo que implica un aumento en el costo de la estructura de soporte. Las líneas de alta tensión se muestran a continuación. Estas son estructuras metálicas masivas diseñadas para elevar el cable a una altura segura sobre el suelo, para evitar descargas eléctricas.
Por lo tanto, es necesario reducir la corriente, para hacer esto aumentan el voltaje. Entre las ciudades, las líneas eléctricas generalmente tienen un voltaje de 220 o 110 kV, y en el consumidor cae al valor deseado usando subestaciones transformadoras (KTP) o una cantidad de KTP que baja gradualmente a valores más seguros para la transmisión, por ejemplo 6 kV.
Por lo tanto, con el mismo consumo de energía a un voltaje de 380/220 V, la corriente disminuirá cientos y miles de veces menos. Y de acuerdo con la ley de Joule-Lenz, la cantidad de calor en este caso está determinada por la potencia que se pierde en el cable.
Fusibles y fusibles
La ley de Joule-Lenz se aplica a los fusibles. Estos son elementos que protegen un dispositivo eléctrico o electrónico de las corrientes excesivas que pueden ocurrir como resultado de un aumento en el suministro de energía, cortocircuito en la placa de circuito o devanados (en el caso de los motores) para proteger contra una mayor destrucción del sistema eléctrico en su conjunto y el fuego. Se componen de una carcasa, un aislante y un cable delgado. El cable se selecciona en una sección tal que la corriente nominal fluya a través de él, y cuando se excede, la cantidad de calor generado lo quema.
Como resultado de lo anterior, concluimos que la Ley Joule-Lenz ha encontrado una amplia aplicación y es muy importante para la ingeniería eléctrica. Gracias a la información sobre la cantidad de calor proporcionada por los cálculos de acuerdo con las fórmulas indicadas anteriormente, podemos aprender sobre los modos de funcionamiento de los dispositivos, seleccionar los materiales necesarios y la sección transversal para aumentar la seguridad, fiabilidad y durabilidad del dispositivo o circuito en su conjunto.
Ahí es donde terminamos nuestro artículo. Esperamos que la información proporcionada sea útil e interesante para usted. Finalmente, recomendamos ver un video en el que este tema se discute con más detalle:
Seguramente no sabes:
Cargando...
