Luật Joule-Lenz: xây dựng và áp dụng
Từ ngữ
Trong một dây dẫn thực, khi dòng điện chạy qua nó, công việc được thực hiện chống lại lực ma sát. Các electron di chuyển qua một dây và va chạm với các electron, nguyên tử và các hạt khác. Kết quả là nhiệt được tạo ra. Định luật Joule-Lenz mô tả lượng nhiệt giải phóng khi dòng điện chạy qua một dây dẫn. Nó tỷ lệ thuận với cường độ, điện trở và thời gian chảy hiện tại.
Ở dạng tích phân, luật Joule-Lenz trông như thế này:
Sức mạnh hiện tại được biểu thị bằng chữ I và được biểu thị bằng Amperes, Kháng - R tính bằng Ohms và thời gian t - tính bằng giây. Đơn vị đo nhiệt lượng Q - Joule, để chuyển đổi thành calo bạn cần nhân kết quả với 0,24. Trong trường hợp này, 1 calo tương đương với lượng nhiệt cần được đưa vào nước tinh khiết để tăng nhiệt độ của nó thêm 1 độ.
Một ký hiệu như vậy của công thức có giá trị cho một phần của mạch khi các dây dẫn được kết nối nối tiếp, khi một dòng điện chạy trong chúng, nhưng điện áp khác nhau giảm ở hai đầu. Tích của bình phương hiện tại bằng điện trở bằng công suất. Đồng thời, công suất tỷ lệ thuận với bình phương điện áp và tỷ lệ nghịch với điện trở. Sau đó, đối với một mạch điện có kết nối song song, định luật Joule-Lenz có thể được viết là:
Ở dạng khác biệt, nó trông như thế này:
Trong đó j là mật độ hiện tại A / cm2, E là cường độ điện trường, sigma là điện trở riêng của dây dẫn.
Cần lưu ý rằng đối với một phần đồng nhất của mạch, điện trở của các phần tử sẽ giống nhau. Nếu có các dây dẫn có điện trở khác nhau trong mạch, một tình huống phát sinh khi lượng nhiệt tối đa được giải phóng trên một dây dẫn có điện trở lớn nhất, có thể kết luận bằng cách phân tích công thức của Định luật Joule-Lenz.
Câu hỏi thường gặp
Làm thế nào để tìm thời gian? Điều này đề cập đến khoảng thời gian của dòng điện qua dây dẫn, nghĩa là khi mạch được đóng lại.
Làm thế nào để tìm điện trở của một dây dẫn? Để xác định điện trở bằng công thức, thường được gọi là "đường ray", đó là:
Ở đây, chữ "Po" biểu thị điện trở suất, nó được đo bằng Ohm * m / cm2, l và S là chiều dài và diện tích mặt cắt ngang. Trong tính toán, mét vuông và centimet được giảm và Ohms vẫn còn.
Điện trở suất là một giá trị bảng và nó khác nhau đối với mỗi kim loại. Đồng là những đơn đặt hàng có cường độ nhỏ hơn so với các hợp kim có điện trở cao như vonfram hoặc nichrom. Đối với những gì nó được áp dụng, chúng tôi sẽ xem xét dưới đây.
Hãy chuyển sang thực hành
Định luật Joule-Lenz có tầm quan trọng lớn đối với các tính toán kỹ thuật điện. Trước hết, bạn có thể áp dụng nó khi tính toán các thiết bị sưởi ấm. Một dây dẫn thường được sử dụng như một bộ phận làm nóng, nhưng không phải là một bộ phận đơn giản (như đồng), nhưng có điện trở cao. Thông thường nó là nichrom hoặc cantal, fechral.
Họ có điện trở suất lớn. Bạn có thể sử dụng đồng, nhưng sau đó bạn sẽ tốn rất nhiều dây cáp (mỉa mai, đồng không được sử dụng cho mục đích này). Để tính toán nhiệt năng cho thiết bị sưởi ấm, bạn cần xác định thân máy nào và khối lượng bạn cần đốt nóng, hãy tính đến lượng nhiệt cần thiết và thời gian cần thiết để truyền vào cơ thể. Sau khi tính toán và biến đổi, bạn sẽ có được điện trở và cường độ dòng điện trong mạch này. Dựa trên dữ liệu về điện trở suất, chọn vật liệu của dây dẫn, tiết diện và chiều dài của nó.
Định luật Joule-Lenz cho việc truyền tải điện từ xa
Tại truyền tải điện qua khoảng cách một vấn đề quan trọng phát sinh - tổn thất trên đường truyền (đường truyền). Định luật Joule-Lenz mô tả lượng nhiệt được giải phóng bởi một dây dẫn khi dòng điện chạy qua. Đường dây điện cung cấp cho toàn bộ doanh nghiệp và thành phố, và vì điều này, cần rất nhiều năng lượng, do đó, một dòng điện lớn. Vì lượng nhiệt phụ thuộc vào điện trở của dây dẫn và dòng điện, do đó cáp không nóng lên, bạn cần giảm lượng nhiệt. Không phải lúc nào cũng có thể tăng tiết diện của dây, bởi vì điều này rất tốn kém về chi phí của đồng và trọng lượng của cáp, dẫn đến sự gia tăng chi phí của cấu trúc hỗ trợ. Đường dây điện cao thế được hiển thị dưới đây. Đây là những cấu trúc kim loại khổng lồ được thiết kế để nâng cáp lên độ cao an toàn trên mặt đất, để tránh bị điện giật.
Do đó, cần phải giảm dòng điện, để làm được điều này họ tăng điện áp. Giữa các thành phố, các đường dây điện thường có điện áp 220 hoặc 110 kV, và tại người tiêu dùng, nó giảm xuống giá trị mong muốn với sự trợ giúp của các trạm biến áp (KTP) hoặc một số KTP giảm dần xuống các giá trị an toàn hơn để truyền tải, ví dụ 6 kV.
Do đó, với cùng mức tiêu thụ điện năng ở điện áp 380/220 V, dòng điện sẽ giảm hàng trăm và hàng nghìn lần thấp hơn. Và theo luật Joule-Lenz, lượng nhiệt trong trường hợp này được xác định bởi năng lượng bị mất trên cáp.
Cầu chì và cầu chì
Luật Joule-Lenz áp dụng cho cầu chì. Đây là những yếu tố bảo vệ thiết bị điện hoặc điện tử khỏi dòng điện quá mức cho nó, có thể xảy ra do sự tăng vọt của điện áp cung cấp, ngắn mạch trên bảng mạch hoặc cuộn dây (trong trường hợp động cơ) để bảo vệ chống lại sự phá hủy toàn bộ hệ thống điện nói chung và cháy. Chúng bao gồm một nhà ở, một chất cách điện và dây mỏng. Dây được chọn trong một phần sao cho dòng điện định mức chạy qua nó và khi vượt quá, lượng nhiệt sinh ra sẽ đốt cháy nó.
Kết quả của những điều trên, chúng tôi kết luận rằng Luật Joule-Lenz đã tìm thấy ứng dụng rộng rãi và rất quan trọng đối với kỹ thuật điện. Nhờ thông tin về lượng nhiệt được cung cấp bởi các tính toán sử dụng các công thức được chỉ ra ở trên, chúng ta có thể tìm hiểu về các chế độ hoạt động của thiết bị, chọn vật liệu cần thiết và mặt cắt ngang để tăng độ an toàn, độ tin cậy và độ bền của thiết bị hoặc toàn bộ mạch.
Đó là nơi chúng tôi kết thúc bài viết của chúng tôi. Chúng tôi hy vọng thông tin được cung cấp là hữu ích và thú vị cho bạn. Cuối cùng, chúng tôi khuyên bạn nên xem video về vấn đề này được thảo luận chi tiết hơn:
Chắc chắn bạn không biết:
Đang tải...
