Dret Joule-Lenz: la seva formulació i aplicació
Redacció
En un conductor real, quan el corrent hi circula, es treballa contra les forces de fregament. Els electrons es mouen per un filferro i xoquen amb altres electrons, àtoms i altres partícules. Com a resultat, es genera calor. La llei Joule-Lenz descriu la quantitat de calor alliberada quan el corrent flueix a través d’un conductor. És directament proporcional a la força, resistència i temps de flux actuals.
De forma integral, la llei Joule-Lenz s’assembla a aquesta:
La força actual s’indica amb la lletra I i s’expressa en Amperes, Resistència - R en Ohms i temps t - en segons. La unitat de mesura de calor Q - Joule, per convertir en calories cal multiplicar el resultat per 0,24. En aquest cas, 1 calor és igual a la quantitat de calor que cal portar a l’aigua pura per augmentar la seva temperatura d’1 grau.
Aquesta entrada de fórmula és vàlida per a una secció d'un circuit amb una connexió en sèrie de conductors, quan hi circula un corrent, però cau diferent voltatge als extrems. El producte del corrent quadrat per la resistència és igual a la potència. Al mateix temps, la potència és directament proporcional al quadrat de la tensió i inversament proporcional a la resistència. Aleshores, per a un circuit elèctric amb connexió paral·lela, la llei Joule-Lenz es pot escriure com:
De forma diferencial, es veu així:
On j és la densitat de corrent A / cm2, E és la força del camp elèctric, sigma és la resistència específica del conductor.
Cal destacar que per a una secció homogènia del circuit, la resistència dels elements serà la mateixa. Si hi ha conductors amb resistència diferent al circuit, es produeix una situació quan s’allibera la quantitat màxima de calor sobre la que té major resistència, cosa que es pot concloure analitzant la fórmula de la llei Joule-Lenz.
Preguntes més freqüents
Com es troba l’hora? Es refereix al període de flux de corrent pel conductor, és a dir, quan es tanca el circuit.
Com es troba la resistència d’un conductor? Per determinar la resistència utilitzant la fórmula, que s'anomena sovint "rail", és a dir:
Aquí, la lletra "Po" denota la resistivitat, es mesura en Ohm * m / cm2, l i S són la longitud i la secció transversal. En els càlculs es redueixen metres quadrats i centímetres i es mantenen Ohms.
La resistència és un valor tabular i és diferent per a cada metall. El coure és ordres de magnitud menor que la dels aliatges d’alta resistència com el tungstè o el nichrom. A continuació, es considerarà el que s'apliqui.
Passem a la pràctica
La llei Joule-Lenz té una gran importància per als càlculs d'enginyeria elèctrica. Primer de tot, podeu aplicar-ho al càlcul de dispositius de calefacció. El conductor s’utilitza més sovint com a element calefactor, però no senzill (com el coure), però amb una alta resistència. La majoria de vegades és nichrom o cantal, fechral.
Tenen una gran resistivitat. Podeu utilitzar coure, però aleshores us passareu molts cables (sarcasme, el coure no s’utilitza amb aquest propòsit). Per calcular la potència de calor d’un dispositiu de calefacció, heu de determinar quin cos i en quins volums cal escalfar, teniu en compte la quantitat de calor necessària i el temps que cal transferir al cos. Després dels càlculs i transformacions, obtindreu la resistència i la força actual en aquest circuit. A partir de les dades sobre la resistivitat, seleccioneu el material del conductor, la seva secció i longitud.
Llei de Joule-Lenz per a la transmissió d’electricitat a distància
At transmissió de potència a distància es presenta un problema important: pèrdues a les línies de transmissió (línies de transmissió). La llei Joule-Lenz descriu la quantitat de calor alliberada per un conductor quan flueix el corrent. Les línies elèctriques alimenten empreses i ciutats senceres i, per això, es necessita molta potència, per tant, un gran corrent. Com que la quantitat de calor depèn de la resistència del conductor i del corrent, de manera que el cable no s’escalfi, cal reduir la quantitat de calor. No sempre és possible augmentar la secció de cables, perquè això és costós quant al cost del coure en si mateix i el pes del cable, cosa que comporta un augment del cost de l'estructura de suport. A continuació, es mostren línies elèctriques d’alta tensió. Es tracta d’estructures massives metàl·liques dissenyades per elevar el cable a una alçada segura sobre el terra, per tal d’evitar descàrregues elèctriques.
Per tant, cal reduir el corrent, per fer-ho augmenten la tensió. Entre les ciutats, les línies elèctriques solen tenir una tensió de 220 o 110 kV, i al consumidor baixa al valor desitjat amb l'ajuda de subestacions transformadores (KTP) o un nombre de KTP baixant gradualment a valors més segurs per a la transmissió, per exemple, 6 kV.
Així, amb el mateix consum d’energia a una tensió de 380/220 V, el corrent disminuirà centenars i milers de vegades inferior. I segons la llei de Joule-Lenz, la quantitat de calor en aquest cas està determinada per la potència que es perd al cable.
Fusibles i fusibles
La llei Joule-Lenz s'aplica als fusibles. Aquests són els elements que protegeixen el dispositiu elèctric o electrònic de corrents excessius, que poden produir-se com a conseqüència d'un augment de la tensió d'alimentació, curtcircuit a la placa de circuit o enrotllaments (en el cas dels motors) per protegir-se de la destrucció addicional del sistema elèctric en general i del foc. Consisteixen en una carcassa, un aïllant i un fil prim. El filferro està seleccionat en tal secció que el corrent nominal flueix a través seu i, quan es supera, la quantitat de calor generada el crema.
Com a resultat de l'anterior, arribem a la conclusió que la Llei Joule-Lenz ha trobat una àmplia aplicació i és molt important per a l'enginyeria elèctrica. Gràcies a la informació sobre la quantitat de calor que proporcionen els càlculs segons les fórmules anteriorment indicades, podem conèixer els modes de funcionament dels dispositius, seleccionar els materials necessaris i la secció transversal per augmentar la seguretat, la fiabilitat i la durabilitat del conjunt del dispositiu o del circuit.
És aquí on acabem el nostre article. Esperem que la informació facilitada sigui útil i interessant per a vosaltres. Per acabar, recomanem veure un vídeo sobre el qual es tracti aquest tema amb més detall:
Segur que no ho sabeu:
Carregant ...
