Joule-Lenzov zakon: njegova formulacija i primjena
formuliranje
U stvarnom vodiču, kada struja teče kroz njega, izvodi se rad protiv sila trenja. Elektroni se kreću kroz žicu i sudaraju se s drugim elektronima, atomima i ostalim česticama. Kao rezultat toga nastaje toplina. Joule-Lenz zakon opisuje količinu topline koja se oslobađa kada struja teče kroz vodič. Izravno je proporcionalan trenutnoj jakosti, otpornosti i vremenu protoka.
U cjelovitom obliku zakon Joule-Lenza izgleda ovako:
Snaga struje označena je slovom I i izražena je u Amperama, Otpornosti - R u Ohma, a vrijeme t - u sekundama. Mjerna jedinica topline Q - Joule, da biste pretvorili u kalorije, rezultat morate pomnožiti s 0,24. U ovom je slučaju 1 kalorija jednaka količini topline koju treba dovesti u čistu vodu kako bi se njezina temperatura povećala za 1 stupanj.
Takav unos formule vrijedi za odjeljak kruga sa serijskim spajanjem vodiča, kada u njima teče jedna struja, ali različiti naponi padaju na krajevima. Produkt struje kvadratne na otpor jednak je snazi. Istovremeno je snaga izravno proporcionalna kvadratu napona i obrnuto proporcionalna otporu. Tada se za električni krug s paralelnim spojem, Joule-Lenzov zakon može zapisati kao:
U različitom obliku, izgleda ovako:
Gdje je j gustoća struje A / cm2, E je jakost električnog polja, sigma je specifični otpor vodiča.
Treba napomenuti da će za homogeni dio kruga otpor elemenata biti isti. Ako u krugu postoje provodnici s različitim otporom, nastaje situacija kada se oslobađa maksimalna količina topline na onom koji ima najveći otpor, što se može zaključiti analizom formule Joule-Lenzovog zakona.
Često postavljana pitanja
Kako pronaći vrijeme? To se odnosi na razdoblje struje struje kroz vodič, odnosno kada je krug zatvoren.
Kako pronaći otpor vodiča? Za određivanje otpora pomoću formule koja se često naziva "šina", to jest:
Ovdje slovo "Po" označava otpornost, mjeri se u Ohm * m / cm2, l i S su duljina i površina presjeka. U proračunima se smanjuju kvadratni metri i centimetri, a ostaje Ohm.
Otpornost je tabelarna vrijednost i razlikuje se za svaki metal. Bakar je veličine manjeg reda od legura visoke otpornosti poput volframa ili nikroma. Što ćemo primijeniti razmotrit ćemo u nastavku.
Krenimo na praksu
Zakon Joule-Lenz je od velike važnosti za proračun elektrotehnike. Prije svega, možete ga primijeniti prilikom izračuna grijaćih uređaja. Vodič se najčešće koristi kao grijaći element, ali ne jednostavan (poput bakra), ali s velikim otporom. Najčešće je to nikrom ili kantal, fekral.
Imaju veliki otpor. Možete koristiti bakar, ali tada ćete potrošiti puno kabla (sarkazam, bakar se ne koristi u tu svrhu). Da biste izračunali toplinsku snagu jednog grijaćeg uređaja, morate odrediti koje tijelo i u kojim volumenima trebate zagrijavati, uzeti u obzir potrebnu količinu topline i koliko dugo je potrebno prenijeti na tijelo. Nakon izračuna i transformacija, dobit ćete otpor i jačinu struje u ovom krugu. Na temelju podataka o otpornosti, odaberite materijal vodiča, njegov presjek i duljinu.
Joule-Lenz zakon za prijenos električne energije na daljinu
u prijenos snage na udaljenosti nastaje značajan problem - gubici na dalekovodima (dalekovodi). Joule-Lenz zakon opisuje količinu topline koju oslobađa kondukter tokom struje. Električni vodovi napajaju čitava poduzeća i gradove, a za to je potrebno puno energije, što rezultira velikom strujom. Budući da količina topline ovisi o otpornosti vodiča i struje, tako da se kabel ne zagrijava, morate smanjiti količinu topline. Nije uvijek moguće povećati presjek žica, jer to je skupo s obzirom na cijenu samog bakra i težinu kabela, što povlači za sobom povećanje troškova noseće konstrukcije. Dolje prikazani vodovi visokog napona. To su masivne metalne konstrukcije dizajnirane za podizanje kabela na sigurnu visinu iznad zemlje, kako bi se izbjegao strujni udar.
Stoga je potrebno smanjiti struju, kako bi se to povećalo napon. Između gradova, dalekovodi obično imaju napon od 220 ili 110 kV, a kod potrošača on pada na željenu vrijednost uz pomoć transformatorske podstanice (KTP) ili broja KTP-a koji se postupno spušta na sigurnije vrijednosti za prijenos, na primjer 6 kV.
Tako će se s istom potrošnjom energije na naponu od 380/220 V struja smanjivati stotine i tisuće puta niže. A prema zakonu Joule-Lenz, količina topline u ovom slučaju određena je snagom koja se gubi na kablu.
Osigurači i osigurači
Zakon Joule-Lenz primjenjuje se na osigurače. To su elementi koji štite električni ili elektronički uređaj od prevelike struje koja se može dogoditi kao rezultat porasta napona, kratki spoj na pločici ili namotima (u slučaju motora) radi zaštite od daljnjeg uništavanja električnog sustava u cjelini i požara. Sastoje se od kućišta, izolatora i tanke žice. Žica je odabrana u takvom odjeljku da nazivna struja teče kroz nju, a kad je prekoračimo, količina proizvedene topline gori.
Kao rezultat gore navedenog zaključujemo da je zakon Joule-Lenz našao široku primjenu i vrlo je važan za elektrotehniku. Zahvaljujući informacijama o količini topline dobivene proračunima pomoću gore navedenih formula, možemo naučiti o načinima rada uređaja, odabrati potrebne materijale i presjek kako bismo povećali sigurnost, pouzdanost i trajnost uređaja ili kruga u cjelini.
Tu završavamo naš članak. Nadamo se da su vam navedeni podaci bili korisni i zanimljivi. Na kraju, preporučujemo da pogledate videozapis u kojem se o ovom pitanju detaljnije govori:
Sigurno ne znate:
Učitavanje ...
