Joule-Lenzin laki: sen muotoilu ja soveltaminen
muotoilu
Oikeassa johtimessa, kun virta virtaa sen läpi, työ suoritetaan kitkavoimia vastaan. Elektronit liikkuvat johtimen läpi ja törmäävät muiden elektronien, atomien ja muiden hiukkasten kanssa. Seurauksena lämpö syntyy. Joule-Lenzin laki kuvaa vapautuneen lämmön määrää, kun virta virtaa johtimen läpi. Se on suoraan verrannollinen virran lujuuteen, vastukseen ja virtausaikaan.
Joule-Lenzin laki näyttää kiinteästi seuraavalta:
Nykyinen voimakkuus ilmaistaan kirjaimella I ja ilmaistaan ampeereina, vastus - R ohmissa ja aika t - sekunteina. Lämmön mittayksikkö Q - Joule, muuntaaksesi kaloreiksi sinun tulee kerrottaa tulos 0,24: llä. Tässä tapauksessa 1 kalori on yhtä suuri kuin lämpömäärä, joka on johdettava puhtaan veteen lämpötilan nostamiseksi yhdellä asteella.
Tällainen kaavamerkintä koskee piirin osaa, jossa on johtimien sarjakytkentä, kun yksi virta virtaa niissä, mutta eri jännite putoaa päissä. Vastuksella neliön virran tulo on yhtä suuri kuin teho. Samalla teho on suoraan verrannollinen jännitteen neliöön ja käänteisesti verrannollinen resistanssiin. Sitten sähköpiirille, jolla on rinnakkaisliitäntä, Joule-Lenzin laki voidaan kirjoittaa seuraavasti:
Erilaisessa muodossa se näyttää tältä:
Missä j on virran tiheys A / cm2, E on sähkökentän voimakkuus, sigma on johtimen ominaisvastus.
On huomattava, että piirin homogeenisella osalla elementtien vastus on sama. Jos piirissä on johtimia, joiden resistanssi on erilainen, syntyy tilanne, kun maksimaalinen lämpömäärä vapautuu sillä, jolla on suurin vastus, mikä voidaan päätellä analysoimalla Joule-Lenzin lain kaava.
Usein kysyttyjä kysymyksiä
Kuinka löytää aika? Tämä viittaa johtimen läpi kulkevan virran ajanjaksoon, ts. Kun piiri on suljettu.
Kuinka löytää johtimen vastus? Resistanssin määrittämiseksi kaavalla, jota usein kutsutaan "kiskoksi", toisin sanoen:
Tässä kirjain "Po" tarkoittaa resistiivisyyttä, se mitataan ohmina * m / cm2, l ja S ovat pituus ja poikkileikkauspinta-ala. Laskelmissa neliömetriä ja senttimetrejä pienennetään ja ohit pysyvät.
Vastus on taulukkoarvo, ja se on erilainen jokaisella metallilla. Kupari on suuruusluokkaa pienempi kuin korkean resistenssin omaavilla seoksilla, kuten volframilla tai nikromilla. Seuraavaksi tarkastelemme sitä, mitä sitä sovelletaan.
Siirrymme eteenpäin harjoitteluun
Joule-Lenzin lailla on suuri merkitys sähkötekniikan laskelmissa. Ensinnäkin, voit käyttää sitä laskettaessa lämmityslaitteita. Johtinta käytetään useimmiten lämmityselementtinä, mutta ei yksinkertaisena (kuten kupari), mutta jolla on korkea vastus. Useimmiten se on nikroom tai kantalinen, fechral.
Heillä on suuri vastuskyky. Voit käyttää kuparia, mutta silloin käytät paljon kaapelia (sarkasmi, kuparia ei käytetä tähän tarkoitukseen). Lämmityslaitteen lämpövoiman laskemiseksi sinun on määritettävä, mitkä rungot ja missä määrin sinun täytyy lämmittää, on otettava huomioon tarvittava lämmön määrä ja kuinka kauan se on siirrettävä kehoon. Laskelmien ja muunnosten jälkeen saat tämän piirin resistanssin ja virran lujuuden. Valitse resistiivisyystietojen perusteella johtimen materiaali, sen poikkileikkaus ja pituus.
Joule-Lenzin laki sähkön siirtämisestä etäisyydellä
at voimansiirto etäisyyksillä syntyy merkittävä ongelma - siirtojohtojen (siirtojohtojen) häviöt. Joule-Lenzin laki kuvaa johtimen vapauttaman lämmön määrää virran virtaamisen yhteydessä. Voimalinjat syöttävät kokonaisia yrityksiä ja kaupunkeja, ja tätä varten tarvitaan paljon virtaa, seurauksena suuri virta. Koska lämmön määrä riippuu johtimen ja virran resistanssista, joten kaapeli ei kuumene, sinun on vähennettävä lämmön määrää. Johtojen poikkileikkausta ei aina ole mahdollista lisätä, koska tämä on kallista itse kuparin kustannusten ja kaapelin painon kannalta, mikä merkitsee tukirakenteen kustannusten nousua. Korkeajännitejohdot on esitetty alla. Nämä ovat massiivisia metallirakenteita, jotka on suunniteltu nostamaan kaapeli turvalliselle korkeudelle maanpinnan yläpuolella sähköiskun välttämiseksi.
Siksi on välttämätöntä pienentää virtaa, jotta ne lisäävät jännitettä. Kaupunkien välillä voimajohtojen jännite on yleensä 220 tai 110 kV, ja kuluttajan kohdalla se laskee haluttuun arvoon muuntaja-asemilla (KTP) tai joukolla KTP: tä laskemalla asteittain turvallisempiin arvoihin siirtoon, esimerkiksi 6 kV.
Siten samalla virrankulutuksella jännitteellä 380/220 V virta laskee satoja ja tuhansia kertoja pienempi. Ja Joule-Lenzin lain mukaan lämmön määrä määräytyy tässä tapauksessa kaapelille menetetyn voiman perusteella.
Sulakkeet ja sulakkeet
Sulakkeisiin sovelletaan Joule-Lenzin lakia. Nämä ovat elementtejä, jotka suojaavat sähkö- tai elektroniikkalaitetta sen liiallisilta virroilta, jotka voivat ilmetä virtalähteen nousun seurauksena, oikosulku piirilevyllä tai käämillä (moottorien tapauksessa) koko järjestelmän sähkövahinkojen ja tulipalon estämiseksi. Ne koostuvat kotelosta, eristeestä ja ohuesta vaijerista. Lanka valitaan sellaisessa osassa, että nimellisvirta virtaa sen läpi, ja kun se ylitetään, syntyvä lämpömäärä polttaa sen.
Edellä esitetyn perusteella päättelemme, että Joule-Lenzin lakia on käytetty laajalti ja että se on erittäin tärkeä sähkötekniikan kannalta. Edellä esitettyjä kaavoja käyttävien laskelmien tuottaman lämmön määrän ansiosta voimme oppia laitteiden toimintamuodoista, valita tarvittavat materiaalit ja poikkileikkauksen lisätäksesi laitteen tai koko piirin turvallisuutta, luotettavuutta ja kestävyyttä.
Siinä lopetamme artikkelimme. Toivomme annettujen tietojen olevan hyödyllisiä ja mielenkiintoisia sinulle. Lopuksi suosittelemme katsomaan videota, josta aiheesta puhutaan tarkemmin:
Et todellakaan tiedä:
Ladataan ...
