กฎหมาย Joule-Lenz: สูตรและการประยุกต์ใช้
การกำหนด
ในตัวนำจริงเมื่อกระแสไหลผ่านมันจะทำงานกับแรงเสียดทาน อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ผ่านลวดแล้วชนกับอิเล็กตรอนอะตอมและอนุภาคอื่น ๆ เป็นผลให้ความร้อนถูกสร้างขึ้น กฎหมาย Joule-Lenz อธิบายถึงปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาเมื่อกระแสไหลผ่านตัวนำ มันเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความแรงของกระแสต้านทานและเวลาการไหล
ในรูปแบบที่สมบูรณ์กฎหมาย Joule-Lenz มีลักษณะดังนี้:
ความแรงของกระแสไฟฟ้าถูกระบุด้วยตัวอักษร I และแสดงเป็น Amperes, Resistance - R ใน Ohms, และ time t - in seconds หน่วยวัดความร้อน Q - จูลเพื่อเปลี่ยนเป็นแคลอรี่ที่คุณต้องคูณผลลัพธ์ด้วย 0.24 ในกรณีนี้ 1 แคลอรี่เท่ากับปริมาณความร้อนที่ต้องนำไปยังน้ำบริสุทธิ์เพื่อเพิ่มอุณหภูมิ 1 องศา
รายการสูตรดังกล่าวสามารถใช้ได้กับส่วนของวงจรที่มีการเชื่อมต่อแบบตัวนำเมื่อกระแสหนึ่งไหลเข้า แต่แรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกันจะลดลงที่ปลาย ผลคูณของกระแสไฟฟ้ากำลังสองที่ได้จากความต้านทานเท่ากับกำลัง ในเวลาเดียวกันกำลังไฟฟ้าจะแปรผันตรงกับกำลังสองของแรงดันไฟฟ้าและแปรผกผันกับความต้านทาน จากนั้นสำหรับวงจรไฟฟ้าที่มีการเชื่อมต่อแบบขนานกฎหมาย Joule-Lenz สามารถเขียนเป็น:
ในรูปแบบที่แตกต่างกันดูเหมือนว่านี้:
โดยที่ j คือความหนาแน่นกระแส A / cm2, E คือความแรงของสนามไฟฟ้า, ซิกมาเป็นความต้านทานเฉพาะของตัวนำ
ควรสังเกตว่าสำหรับส่วนที่เป็นเนื้อเดียวกันของวงจรความต้านทานขององค์ประกอบจะเหมือนกัน หากมีตัวนำที่มีความต้านทานต่างกันในวงจรสถานการณ์จะเกิดขึ้นเมื่อความร้อนสูงสุดถูกปล่อยออกมาในสภาวะที่มีความต้านทานมากที่สุดซึ่งสามารถสรุปได้โดยการวิเคราะห์สูตรของกฎหมาย Joule-Lenz
คำถามที่พบบ่อย
หาเวลาได้อย่างไร นี่หมายถึงระยะเวลาของการไหลของกระแสไฟฟ้าผ่านตัวนำนั่นคือเมื่อปิดวงจร
จะหาค่าความต้านทานของตัวนำได้อย่างไร? ในการพิจารณาความต้านทานโดยใช้สูตรซึ่งมักเรียกว่า "ราง" นั่นคือ:
ที่นี่ตัวอักษร "Po" หมายถึงความต้านทานมันมีหน่วยวัดเป็นโอห์ม * m / cm2, l และ S คือความยาวและพื้นที่หน้าตัด ในการคำนวณตารางเมตรและเซนติเมตรจะลดลงและยังคงมีโอห์ม
ความต้านทานเป็นค่าแบบตารางและจะแตกต่างกันสำหรับโลหะแต่ละชนิด ทองแดงเป็นคำสั่งที่มีขนาดเล็กกว่าของโลหะผสมที่มีความต้านทานสูงเช่นทังสเตนหรือนิกโครม สำหรับสิ่งที่นำไปใช้เราจะพิจารณาด้านล่าง
เรามาฝึกกันต่อ
กฎหมาย Joule-Lenz มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการคำนวณทางวิศวกรรมไฟฟ้า ก่อนอื่นคุณสามารถใช้มันเมื่อคำนวณอุปกรณ์ทำความร้อน ตัวนำมักใช้เป็นองค์ประกอบความร้อน แต่ไม่ใช่แบบง่าย ๆ (เช่นทองแดง) แต่มีความต้านทานสูง ส่วนใหญ่มักจะเป็น nichrome หรือ cantal, fechral
พวกเขามีความต้านทานขนาดใหญ่ คุณสามารถใช้ทองแดงได้ แต่จากนั้นคุณจะต้องใช้สายเคเบิลจำนวนมาก (การเสียดสีไม่มีการใช้ทองแดงเพื่อจุดประสงค์นี้) ในการคำนวณพลังงานความร้อนสำหรับอุปกรณ์ทำความร้อนคุณจำเป็นต้องกำหนดว่าร่างกายใดและในปริมาณใดที่คุณต้องการให้ความร้อนคำนึงถึงปริมาณความร้อนที่ต้องการและระยะเวลาที่จะต้องถ่ายโอนไปยังร่างกาย หลังจากการคำนวณและการแปลงคุณจะได้รับความต้านทานและความแรงของกระแสในวงจรนี้ ขึ้นอยู่กับข้อมูลเกี่ยวกับความต้านทานเลือกวัสดุของตัวนำส่วนตัดและความยาว
กฎหมาย Joule-Lenz สำหรับการส่งกระแสไฟฟ้าในระยะไกล
ที่ ระบบส่งกำลังไฟฟ้าในระยะทางไกล ปัญหาสำคัญเกิดขึ้น - การสูญเสียในสายส่ง (สายส่ง) กฎหมาย Joule-Lenz อธิบายถึงปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาจากตัวนำเมื่อกระแสไหล สายไฟเลี้ยงทั้งองค์กรและเมืองและด้วยเหตุนี้จึงจำเป็นต้องใช้พลังงานจำนวนมากเป็นผลให้กระแสไฟฟ้ามีขนาดใหญ่ เนื่องจากปริมาณความร้อนขึ้นอยู่กับความต้านทานของตัวนำและกระแสเพื่อให้สายเคเบิลไม่ร้อนขึ้นคุณจำเป็นต้องลดปริมาณความร้อน ไม่สามารถเพิ่มข้ามส่วนของสายได้เสมอ นี่คือค่าใช้จ่ายในแง่ของค่าใช้จ่ายของทองแดงและน้ำหนักของสายเคเบิลซึ่งนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของค่าใช้จ่ายของโครงสร้างสนับสนุน สายไฟฟ้าแรงสูงดังแสดงด้านล่าง นี่คือโครงสร้างโลหะขนาดใหญ่ที่ออกแบบมาเพื่อยกสายเคเบิลให้มีความสูงที่ปลอดภัยเหนือพื้นดินเพื่อหลีกเลี่ยงไฟฟ้าช็อต
ดังนั้นจึงมีความจำเป็นที่จะต้องลดกระแสเพื่อที่จะทำสิ่งเหล่านี้จะเป็นการเพิ่มแรงดันไฟฟ้า ระหว่างเมืองสายไฟฟ้ามักจะมีแรงดันไฟฟ้า 220 หรือ 110 kV และที่ผู้บริโภคจะลดลงตามมูลค่าที่ต้องการด้วยความช่วยเหลือของ substations หม้อแปลง (KTP) หรือจำนวน KTP ค่อยๆลดลงถึงค่าที่ปลอดภัยมากขึ้นสำหรับการส่งเช่น 6 kV
ดังนั้นด้วยการใช้พลังงานเดียวกันที่แรงดันไฟฟ้า 380/220 V กระแสจะลดลงหลายร้อยและหลายพันครั้งต่ำกว่า และตามกฎหมายของ Joule-Lenz ปริมาณความร้อนในกรณีนี้ถูกกำหนดโดยพลังงานที่สูญเสียไปกับสายเคเบิล
ฟิวส์และฟิวส์
กฎหมาย Joule-Lenz ใช้กับฟิวส์ เหล่านี้เป็นองค์ประกอบที่ป้องกันอุปกรณ์ไฟฟ้าหรืออิเล็กทรอนิกส์จากกระแสที่มากเกินไปสำหรับอุปกรณ์ที่อาจเกิดขึ้นจากการกระชากของแหล่งจ่ายไฟ ลัดวงจร บนแผงวงจรหรือขดลวด (ในกรณีของมอเตอร์) เพื่อป้องกันการถูกทำลายของระบบไฟฟ้าโดยรวมและไฟ พวกเขาประกอบด้วยที่อยู่อาศัย, ฉนวนและลวดบาง ลวดจะถูกเลือกในส่วนที่กระแสไฟไหลผ่านและเมื่อเกินปริมาณความร้อนที่เกิดขึ้นจะถูกเผา
จากผลข้างต้นเราสรุปได้ว่ากฎหมาย Joule-Lenz พบการประยุกต์ที่กว้างขวางและมีความสำคัญมากสำหรับวิศวกรรมไฟฟ้า ด้วยข้อมูลปริมาณความร้อนที่ได้จากการคำนวณตามสูตรที่ระบุข้างต้นเราสามารถเรียนรู้เกี่ยวกับโหมดการทำงานของอุปกรณ์เลือกวัสดุที่จำเป็นและหน้าตัดเพื่อเพิ่มความปลอดภัยความน่าเชื่อถือและความทนทานของอุปกรณ์หรือวงจรโดยรวม
นั่นคือสิ่งที่เราสิ้นสุดบทความของเรา เราหวังว่าข้อมูลที่ให้ไว้มีประโยชน์และน่าสนใจสำหรับคุณ สุดท้ายเราขอแนะนำให้ดูวิดีโอที่มีการกล่าวถึงปัญหานี้โดยละเอียดเพิ่มเติม:
แน่นอนคุณไม่ทราบ:
กำลังโหลด ...
