Undang-undang Joule-Lenz: perumusan dan penerapannya
Penyataan
Dalam konduktor sebenar, semasa arus mengalir melaluinya, kerja dilakukan terhadap daya geseran. Elektron bergerak melalui wayar dan bertabrakan dengan elektron, atom dan zarah lain. Akibatnya, haba dihasilkan. Undang-undang Joule-Lenz menerangkan jumlah haba yang dilepaskan ketika arus mengalir melalui konduktor. Ini berkadar langsung dengan kekuatan, rintangan dan masa aliran semasa.
Dalam bentuk tidak terpadu, undang-undang Joule-Lenz kelihatan seperti ini:
Kekuatan semasa dilambangkan dengan huruf I dan dinyatakan dalam Amperes, Rintangan - R dalam Ohms, dan waktu t - dalam beberapa saat. Unit ukuran haba Q - Joule, untuk menukar kepada kalori, anda perlu menggandakan hasilnya dengan 0.24. Dalam kes ini, 1 kalori sama dengan jumlah haba yang perlu dibawa ke air tulen untuk meningkatkan suhunya sebanyak 1 darjah.
Kemasukan formula seperti itu berlaku untuk bahagian litar dengan sambungan konduktor siri, apabila satu arus mengalir di dalamnya, tetapi voltan yang berbeza jatuh di hujungnya. Produk arus kuasa dua oleh rintangan sama dengan daya. Pada masa yang sama, daya berkadar terus dengan kuasa dua voltan dan berkadar sebaliknya dengan rintangan. Kemudian untuk litar elektrik dengan sambungan selari, undang-undang Joule-Lenz boleh ditulis sebagai:
Dalam bentuk pembezaan, ia kelihatan seperti ini:
Di mana j ialah ketumpatan arus A / cm2, E adalah kekuatan medan elektrik, sigma adalah rintangan khusus konduktor.
Perlu diperhatikan bahawa untuk bahagian litar yang homogen, rintangan unsur akan sama. Sekiranya terdapat konduktor dengan rintangan yang berlainan di litar, situasi akan timbul apabila jumlah haba maksimum dilepaskan pada yang mempunyai rintangan terbesar, yang dapat disimpulkan dengan menganalisis formula Hukum Joule-Lenz.
Soalan Lazim
Bagaimana mencari masa? Ini merujuk kepada tempoh aliran arus melalui konduktor, iaitu ketika litar ditutup.
Bagaimana mencari rintangan konduktor? Untuk menentukan rintangan menggunakan formula, yang sering disebut "rel", iaitu:
Di sini, huruf "Po" menunjukkan daya tahan, yang diukur dalam Ohm * m / cm2, l dan S adalah luas dan keratan rentas. Dalam pengiraan, meter persegi dan sentimeter dikurangkan dan Ohms kekal.
Ketahanan adalah nilai jadual dan berbeza untuk setiap logam. Tembaga adalah susunan magnitud yang lebih kecil daripada aloi rintangan tinggi seperti tungsten atau nichrome. Untuk apa ia digunakan, kita akan mempertimbangkan di bawah.
Mari terus berlatih
Undang-undang Joule-Lenz sangat penting untuk pengiraan kejuruteraan elektrik. Pertama sekali, anda boleh menggunakannya semasa mengira peranti pemanasan. Konduktor paling sering digunakan sebagai elemen pemanasan, tetapi bukan yang sederhana (seperti tembaga), tetapi dengan rintangan yang tinggi. Selalunya ia adalah nichrome atau cantal, fechral.
Mereka mempunyai daya tahan yang besar. Anda boleh menggunakan tembaga, tetapi kemudian anda akan menghabiskan banyak kabel (sarkasme, tembaga tidak digunakan untuk tujuan ini). Untuk mengira daya haba untuk peranti pemanasan, anda perlu menentukan badan mana dan dalam jumlah yang anda perlukan untuk memanaskan, mengambil kira jumlah haba yang diperlukan dan berapa lama ia perlu dipindahkan ke badan. Selepas pengiraan dan transformasi, anda akan mendapat rintangan dan kekuatan semasa dalam litar ini. Berdasarkan data ketahanan, pilih bahan konduktor, keratan rentas dan panjangnya.
Undang-undang Joule-Lenz untuk penghantaran elektrik dari jarak jauh
Pada penghantaran kuasa dari jarak jauh masalah yang ketara timbul - kerugian pada saluran penghantaran (talian penghantaran). Undang-undang Joule-Lenz menerangkan jumlah haba yang dilepaskan oleh konduktor ketika arus mengalir. Talian kuasa memberi makan seluruh perusahaan dan bandar, dan untuk ini, banyak tenaga diperlukan, akibatnya, arus besar. Oleh kerana jumlah haba bergantung pada rintangan konduktor dan arus, supaya kabel tidak panas, anda perlu mengurangkan jumlah haba. Tidak mustahil untuk meningkatkan rentas wayar, kerana ini mahal dari segi kos tembaga itu sendiri dan berat kabel, yang menyebabkan kenaikan kos struktur sokongan. Garis kuasa voltan tinggi ditunjukkan di bawah. Ini adalah struktur logam besar yang dirancang untuk menaikkan kabel ke ketinggian yang selamat di atas tanah, untuk mengelakkan kejutan elektrik.
Oleh itu, perlu mengurangkan arus, untuk melakukan ini mereka meningkatkan voltan. Di antara bandar, talian kuasa biasanya mempunyai voltan 220 atau 110 kV, dan pada pengguna ia jatuh ke nilai yang diinginkan dengan bantuan pencawang pengubah (KTP) atau sejumlah KTP secara beransur-ansur turun ke nilai yang lebih selamat untuk penghantaran, contohnya 6 kV.
Oleh itu, dengan penggunaan kuasa yang sama pada voltan 380/220 V, arus akan menurun beratus-ratus dan ribuan kali lebih rendah. Dan menurut undang-undang Joule-Lenz, jumlah haba dalam kes ini ditentukan oleh kuasa yang hilang pada kabel.
Fius dan sekering
Undang-undang Joule-Lenz berlaku untuk sekering. Ini adalah unsur-unsur yang melindungi alat elektrik atau elektronik dari arus yang berlebihan kerana ia mungkin berlaku akibat lonjakan bekalan kuasa, litar pintas pada papan litar atau belitan (dalam hal motor) untuk melindungi daripada kerosakan sistem elektrik secara keseluruhan dan kebakaran. Mereka terdiri daripada perumahan, penebat dan wayar nipis. Kawat dipilih di bahagian sedemikian sehingga arus pengenal mengalir melaluinya, dan apabila dilebihi, jumlah haba yang dihasilkan membakarnya.
Hasil daripada perkara di atas, kami menyimpulkan bahawa Undang-undang Joule-Lenz telah mendapat banyak aplikasi dan sangat penting untuk kejuruteraan elektrik. Terima kasih kepada maklumat mengenai jumlah haba yang diberikan oleh pengiraan mengikut formula yang dinyatakan di atas, kita dapat belajar mengenai mod operasi peranti, memilih bahan dan keratan rentas yang diperlukan untuk meningkatkan keselamatan, kebolehpercayaan dan ketahanan peranti atau litar secara keseluruhan.
Di situlah kami mengakhiri artikel kami. Kami berharap maklumat yang diberikan berguna dan menarik untuk anda. Akhirnya, kami mengesyorkan menonton video yang membincangkan isu ini dengan lebih terperinci:
Pasti anda tidak tahu:
Memuat ...
