Joule-Lenz-lov: dens formulering og anvendelse
formulering
I en reel leder, når strøm flyder gennem den, udføres arbejde mod friktionskræfter. Elektroner bevæger sig gennem en ledning og kolliderer med andre elektroner, atomer og andre partikler. Som et resultat genereres varme. Joule-Lenz-loven beskriver mængden af frigivet varme, når strømmen strømmer gennem en leder. Det er direkte proportionalt med den aktuelle styrke, modstand og strømningstid.
I integreret form ser Joule-Lenz-loven sådan ud:
Den aktuelle styrke angives med bogstavet I og udtrykkes i Amperes, Resistance - R i Ohms og tid t - i sekunder. Måleenheden for varme Q - Joule, for at konvertere til kalorier, skal du multiplicere resultatet med 0,24. I dette tilfælde er 1 kalorie lig med den mængde varme, der skal bringes til rent vand for at øge temperaturen med 1 grad.
En sådan formelindgang er gyldig for et afsnit i et kredsløb med en serieforbindelse af ledere, når en strøm strømmer i dem, men forskellige spænding falder ved enderne. Produktet af strømmen kvadratet med modstanden er lig med magt. Samtidig er strømmen direkte proportional med kvadratet af spændingen og omvendt proportional med modstanden. For et elektrisk kredsløb med en parallel forbindelse kan Joule-Lenz-loven skrives som:
I forskellig form ser det sådan ud:
Hvor j er den aktuelle densitet A / cm2, E er styrken til det elektriske felt, sigma er lederens specifikke modstand.
Det skal bemærkes, at for en homogen sektion af kredsløbet, er elementernes modstand den samme. Hvis der er ledere med forskellig modstand i kredsløbet, opstår der en situation, når den maksimale mængde varme frigives på den, der har den største modstand, som kan konkluderes ved at analysere formlen i Joule-Lenz-loven.
Ofte stillede spørgsmål
Hvordan finder man tiden? Dette henviser til perioden med strømstrøm gennem lederen, det vil sige, når kredsløbet er lukket.
Hvordan finder man en modstand fra en leder? For at bestemme modstanden ved hjælp af formlen, der ofte kaldes "skinnen", er det:
Her betegner bogstavet "Po" resistiviteten, det måles i Ohm * m / cm2, l og S er længden og tværsnitsarealet. Ved beregninger reduceres kvadratmeter og centimeter, og Ohms forbliver.
Modstand er en tabelværdi, og den er forskellig for hvert metal. Kobber er størrelsesordrer, der er mindre end for højbestandige legeringer, såsom wolfram eller nichrome. For hvad det anvendes, overvejer vi nedenfor.
Lad os gå videre til praksis
Joule-Lenz-loven er af stor betydning for beregninger af elektroteknik. Først og fremmest kan du anvende det, når du beregner varmeenheder. En leder bruges ofte som et varmeelement, men ikke et enkelt (som kobber), men med en høj modstand. Oftest er det nichrome eller cantal, fechral.
De har en stor modstand. Du kan bruge kobber, men så vil du bruge en masse kabel (sarkasme, kobber bruges ikke til dette formål). For at beregne varmekraften til en opvarmningsanordning skal du bestemme, hvilken krop og i hvilke volumener du har brug for at varme, tage højde for den nødvendige mængde varme og hvor længe den skal overføres til kroppen. Efter beregninger og transformationer får du modstand og strømstyrke i dette kredsløb. Vælg materialet i lederen, dets tværsnit og længde på baggrund af dataene om resistiviteten.
Joule-Lenz lov for transmission af elektricitet over en afstand
ved kraftoverførsel over afstande der opstår et betydeligt problem - tab på transmissionslinjer (transmissionslinjer). Joule-Lenz-loven beskriver mængden af varme, der frigøres af en leder, når strømmen strømmer. Kraftledninger foder hele virksomheder og byer, og til dette er der brug for en masse strøm som et resultat af en stor strøm. Da mængden af varme afhænger af lederens modstand og strømmen, så kablet ikke opvarmes, skal du reducere mængden af varme. Det er ikke altid muligt at øge ledningens tværsnit, fordi dette er dyrt med hensyn til prisen på selve kobber og kablets vægt, hvilket medfører en stigning i omkostningerne ved understøtningskonstruktionen. Højspændingsledninger vises nedenfor. Dette er massive metalkonstruktioner designet til at hæve kablet til en sikker højde over jorden for at undgå elektrisk stød.
Derfor er det nødvendigt at reducere strømmen, for at gøre dette øger de spændingen. Mellem byer har kraftledninger normalt en spænding på 220 eller 110 kV, og hos forbrugeren falder den til den ønskede værdi ved hjælp af transformatorstationer (KTP) eller et antal KTP, der gradvist sænkes til mere sikre værdier for transmission, for eksempel 6 kV.
Med det samme strømforbrug ved en spænding på 380/220 V falder strømmen således hundreder og tusinder af gange lavere. Og ifølge Joule-Lenz-loven bestemmes varmemængden i dette tilfælde af den strøm, der går tabt på kablet.
Sikringer og sikringer
Joule-Lenz-loven gælder for sikringer. Dette er elementer, der beskytter en elektrisk eller elektronisk enhed mod for store strømme for det, der kan opstå som følge af et kraftigt strømforsyning, kortslutning på kredsløbskortet eller viklingerne (i tilfælde af motorer) for at beskytte mod yderligere ødelæggelse af det elektriske system som helhed og ild. De består af et hus, en isolator og tynd tråd. Tråden vælges i et sådant afsnit, at den nominelle strøm strømmer gennem den, og når den overskrides, forbrænder mængden af varme, der genereres, den.
Som et resultat af ovenstående konkluderer vi, at Joule-Lenz-loven har fundet bred anvendelse og er meget vigtig for elektroteknik. Takket være informationen om mængden af varme, der leveres ved beregningerne ved hjælp af de ovenfor angivne formler, kan vi lære om udstyrets driftsformer, vælge de nødvendige materialer og tværsnit for at øge sikkerheden, pålideligheden og holdbarheden af enheden eller kredsløbet som helhed.
Det er her vi afslutter vores artikel. Vi håber, at de givne oplysninger var nyttige og interessante for dig. Endelig anbefaler vi, at du ser en video, som dette spørgsmål diskuteres mere detaljeret:
Du ved bestemt ikke:
Indlæser ...
