Joule-Lenzov zákon: jeho formulácia a aplikácia
formulácia
V skutočnom vodiči, keď ním preteká prúd, sa pracuje proti trecím silám. Elektróny sa pohybujú drôtom a zrážajú sa s inými elektrónmi, atómami a inými časticami. V dôsledku toho sa vytvára teplo. Joule-Lenzov zákon opisuje množstvo tepla uvoľneného pri prúdení prúdu cez vodič. Je priamo úmerná aktuálnej sile, odporu a času toku.
V úplnej podobe vyzerá zákon Joule-Lenz takto:
Aktuálna sila je označená písmenom I a je vyjadrená v ampéroch, odpore - R v ohmoch a čase t - v sekundách. Merná jednotka tepla Q - Joule, pre prevod na kalórie je potrebné vynásobiť výsledok 0,24. V tomto prípade sa 1 kalórium rovná množstvu tepla, ktoré je potrebné priviesť do čistej vody, aby sa zvýšila jeho teplota o 1 stupeň.
Takýto vzorec platí pre časť obvodu so sériovým zapojením vodičov, keď v nich prúdi jeden prúd, ale na koncoch rôzne poklesy napätia. Produkt prúdu na druhú stranu odporu sa rovná moci. Súčasne je výkon priamo úmerný druhej mocnine napätia a nepriamo úmerný odporu. Potom pre elektrický obvod s paralelným pripojením môže byť zákon Joule-Lenz napísaný takto:
V diferenciálnej podobe to vyzerá takto:
Kde j je aktuálna hustota A / cm2, E je intenzita elektrického poľa, sigma je špecifický odpor vodiča.
Malo by sa poznamenať, že v homogénnej časti obvodu bude odpor prvkov rovnaký. Ak sú v obvode vodiče s rôznym odporom, nastane situácia, keď sa na ten, ktorý má najväčší odpor, uvoľní maximálne množstvo tepla, čo možno uzavrieť analýzou vzorca podľa zákona Joule-Lenz.
Často kladené otázky
Ako nájsť čas? Toto sa týka periódy prúdenia prúdu cez vodič, to znamená, keď je obvod uzavretý.
Ako nájsť odpor vodiča? Na stanovenie odporu pomocou vzorca, ktorý sa často nazýva „koľajnica“, je:
Tu písmeno „Po“ označuje odpor, je merané v Ohm * m / cm2, la S sú dĺžka a plocha prierezu. Vo výpočtoch sú štvorcové metre a centimetre zmenšené a Ohms zostáva.
Odpor je tabuľková hodnota a pre každý kov sa líši. Meď je rádovo menšia ako u vysoko odolných zliatin, ako sú volfrám alebo nichróm. O tom, na čo sa uplatňuje, sa budeme zaoberať nižšie.
Poďme na prax
Zákon Joule-Lenz má veľký význam pre výpočty elektrotechniky. Najskôr ho môžete použiť pri výpočte vykurovacích zariadení. Vodič sa najčastejšie používa ako vyhrievací článok, nie však jednoduchý (napríklad meď), ale s vysokým odporom. Najčastejšie je to nichrom alebo cantal, fechral.
Majú veľký odpor. Môžete použiť meď, ale potom strávite veľa kábla (sarkazmus, meď sa na tento účel nepoužíva). Na výpočet tepelnej energie vykurovacieho zariadenia musíte určiť, ktoré teleso a v akých objemoch musíte zohriať, berte do úvahy množstvo potrebného tepla a dĺžku jeho prenosu do tela. Po výpočtoch a transformáciách získate odpor a prúdovú silu v tomto obvode. Na základe údajov o odpore vyberte materiál vodiča, jeho prierez a dĺžku.
Joule-Lenzov zákon o prenose elektriny na diaľku
na prenos energie na veľké vzdialenosti vzniká závažný problém - straty na prenosových linkách (prenosových linkách). Joule-Lenzov zákon opisuje množstvo tepla uvoľneného vodičom pri prúdení prúdu. Elektrické vedenia napájajú celé podniky a mestá, a preto je potrebná veľká energia, v dôsledku toho je potrebný veľký prúd. Pretože množstvo tepla závisí od odporu vodiča a prúdu, aby sa kábel nezohrial, musíte znížiť množstvo tepla. Nie je vždy možné zväčšiť prierez vodičov, pretože to je nákladné z hľadiska nákladov na samotnú meď a hmotnosti kábla, čo so sebou prináša zvýšenie nákladov na nosnú konštrukciu. Vedenia vysokého napätia sú uvedené nižšie. Sú to masívne kovové konštrukcie určené na zdvihnutie kábla do bezpečnej výšky nad zemou, aby sa zabránilo úrazu elektrickým prúdom.
Preto je potrebné znížiť prúd, aby sa tak dosiahlo zvýšenie napätia. Medzi mestami majú elektrické vedenia obvykle napätie 220 alebo 110 kV a u spotrebiteľa klesá na požadovanú hodnotu pomocou transformátorových staníc (KTP) alebo počtu KTP, ktoré sa postupne znižujú na bezpečnejšie hodnoty pre prenos, napríklad 6 kV.
Takže pri rovnakej spotrebe energie pri napätí 380/220 V sa prúd stokrát a tisíckrát zníži. A podľa zákona Joule-Lenz je množstvo tepla v tomto prípade určené silou, ktorá sa stratí na kábli.
Poistky a poistky
Na poistky sa vzťahuje zákon Joule-Lenz. Sú to prvky, ktoré chránia elektrické alebo elektronické zariadenie pred nadmerným prúdom, ku ktorému môže dôjsť v dôsledku prudkého zvýšenia napájania, skrat na doske plošných spojov alebo vinutí (v prípade motorov) na ochranu pred ďalším zničením elektrického systému ako celku a požiarom. Pozostávajú z puzdra, izolátora a tenkého drôtu. Drôt je zvolený v takej časti, aby ním pretekal menovitý prúd a pri jeho prekročení ho horí množstvo generovaného tepla.
Na základe vyššie uvedeného sme dospeli k záveru, že zákon Joule-Lenz našiel široké uplatnenie a je veľmi dôležitý pre elektrotechniku. Vďaka informáciám o množstve tepla poskytovanom výpočtami podľa vyššie uvedených vzorcov sa môžeme dozvedieť o prevádzkových režimoch zariadení, vybrať potrebné materiály a prierez, aby sa zvýšila bezpečnosť, spoľahlivosť a trvanlivosť zariadenia alebo obvodu ako celku.
Týmto končí náš článok. Dúfame, že poskytnuté informácie boli pre vás užitočné a zaujímavé. Nakoniec vám odporúčame pozerať video, o ktorom sa podrobnejšie diskutuje tento problém:
Určite nevieš:
Načítava sa ...
