Wet Joule-Lenz: de formulering en toepassing ervan
Formulering
In een echte geleider, wanneer er stroom doorheen stroomt, wordt gewerkt tegen wrijvingskrachten. Elektronen bewegen door een draad en botsen met andere elektronen, atomen en andere deeltjes. Hierdoor wordt warmte opgewekt. De Joule-Lenz-wet beschrijft de hoeveelheid warmte die vrijkomt wanneer er stroom door een geleider stroomt. Het is recht evenredig met de huidige sterkte, weerstand en looptijd.
In integrale vorm ziet de Joule-Lenz-wet er als volgt uit:
De huidige sterkte wordt aangegeven door de letter I en wordt uitgedrukt in ampère, weerstand - R in ohm en tijd t - in seconden. De maateenheid van warmte Q - Joule, om te zetten in calorieën moet je het resultaat vermenigvuldigen met 0,24. In dit geval is 1 calorie gelijk aan de hoeveelheid warmte die naar zuiver water moet worden gebracht om de temperatuur met 1 graad te verhogen.
Een dergelijke formule-invoer is geldig voor een sectie van een circuit met een serieschakeling van geleiders, wanneer er een stroom in stroomt, maar aan de uiteinden verschillende spanningsdalingen. Het product van de stroom gekwadrateerd door de weerstand is gelijk aan vermogen. Tegelijkertijd is het vermogen recht evenredig met het kwadraat van de spanning en omgekeerd evenredig met de weerstand. Dan kan voor een elektrisch circuit met een parallelle verbinding de wet Joule-Lenz worden geschreven als:
In differentiële vorm ziet het er als volgt uit:
Waarbij j de huidige dichtheid A / cm is2E is de elektrische veldsterkte, sigma is de specifieke weerstand van de geleider.
Opgemerkt moet worden dat voor een homogeen deel van het circuit de weerstand van de elementen hetzelfde zal zijn. Als er geleiders zijn met verschillende weerstanden in het circuit, ontstaat er een situatie wanneer de maximale hoeveelheid warmte wordt vrijgegeven op degene met de grootste weerstand, wat kan worden geconcludeerd door de formule van de Joule-Lenz-wet te analyseren.
Veel gestelde vragen
Hoe vind je de tijd? Dit verwijst naar de stroomstroom door de geleider, dat wil zeggen wanneer het circuit is gesloten.
Hoe vind je de weerstand van een dirigent? Om de weerstand te bepalen met behulp van de formule, die vaak de "rail" wordt genoemd, is dat:
Hier geeft de letter "Po" de soortelijke weerstand aan, deze wordt gemeten in Ohm * m / cm2, l en S zijn de lengte en het dwarsdoorsnedeoppervlak. In de berekeningen worden vierkante meters en centimeters verminderd en blijven Ohm over.
Weerstand is een tabelwaarde en verschilt per metaal. Koper is ordes van grootte kleiner dan die van legeringen met een hoge weerstand zoals wolfraam of nichroom. Voor wat het wordt toegepast, zullen we hieronder bespreken.
Laten we verder gaan met oefenen
De wet Joule-Lenz is van groot belang voor elektrotechnische berekeningen. Allereerst kunt u het toepassen bij het berekenen van verwarmingsapparaten. Een geleider wordt meestal gebruikt als verwarmingselement, maar niet eenvoudig (zoals koper), maar met een hoge weerstand. Meestal is het nichrome of cantal, fechral.
Ze hebben een grote soortelijke weerstand. Je kunt koper gebruiken, maar dan zul je veel kabel uitgeven (sarcasme, koper wordt hiervoor niet gebruikt). Om het warmtevermogen voor een verwarmingsapparaat te berekenen, moet u bepalen welk lichaam en in welke volumes u moet verwarmen, rekening houden met de hoeveelheid benodigde warmte en hoe lang deze naar het lichaam moet worden overgebracht. Na berekeningen en transformaties krijg je de weerstand en stroomsterkte in dit circuit. Selecteer op basis van de gegevens over de soortelijke weerstand het materiaal van de geleider, de doorsnede en de lengte.
Wet Joule-Lenz voor het transport van elektriciteit over een afstand
Bij krachtoverbrenging over afstanden er ontstaat een aanzienlijk probleem - verliezen op transmissielijnen (transmissielijnen). De Joule-Lenz-wet beschrijft de hoeveelheid warmte die door een geleider vrijkomt wanneer er stroom vloeit. Hoogspanningslijnen voeden hele bedrijven en steden, en hiervoor is veel stroom nodig, met als gevolg een grote stroom. Omdat de hoeveelheid warmte afhangt van de weerstand van de geleider en de stroom, zodat de kabel niet opwarmt, moet u de hoeveelheid warmte verminderen. Het is niet altijd mogelijk om de doorsnede van draden te vergroten, omdat dit is kostbaar in termen van de kosten van koper zelf en het gewicht van de kabel, wat een verhoging van de kosten van de ondersteunende constructie met zich meebrengt. Hoogspanningskabels worden hieronder weergegeven. Dit zijn massieve metalen constructies die zijn ontworpen om de kabel op een veilige hoogte boven de grond te brengen, om elektrische schokken te voorkomen.
Daarom is het noodzakelijk om de stroom te verminderen, om dit te doen, verhogen ze de spanning. Tussen steden hebben hoogspanningslijnen meestal een spanning van 220 of 110 kV en bij de consument daalt het tot de gewenste waarde met behulp van transformatorstations (KTP) of een aantal KTP dat geleidelijk wordt verlaagd tot veiligere waarden voor transmissie, bijvoorbeeld 6 kV.
Dus met hetzelfde stroomverbruik bij een spanning van 380/220 V, zal de stroom honderden en duizenden keren lager worden. En volgens de Joule-Lenz-wet wordt de hoeveelheid warmte in dit geval bepaald door het vermogen dat verloren gaat op de kabel.
Zekeringen en zekeringen
Op zekeringen is de Joule-Lenz-wet van toepassing. Dit zijn elementen die een elektrisch of elektronisch apparaat beschermen tegen overmatige stromen die kunnen optreden als gevolg van een stroomstoring, kortsluiting op de printplaat of wikkelingen (in het geval van motoren) om te beschermen tegen verdere vernietiging van het elektrische systeem als geheel en brand. Ze bestaan uit een behuizing, een isolator en dunne draad. De draad is zo geselecteerd dat de nominale stroom er doorheen stroomt en wanneer deze wordt overschreden, verbrandt de hoeveelheid gegenereerde warmte deze.
Als gevolg van het bovenstaande concluderen we dat de Joule-Lenz-wet een brede toepassing heeft gevonden en erg belangrijk is voor elektrotechniek. Dankzij de informatie over de hoeveelheid warmte die wordt geleverd door de berekeningen met behulp van de bovenstaande formules, kunnen we meer te weten komen over de bedieningsmodi van de apparaten, de benodigde materialen en doorsnede selecteren om de veiligheid, betrouwbaarheid en duurzaamheid van het apparaat of circuit als geheel te vergroten.
Daar eindigen we ons artikel. We hopen dat de verstrekte informatie nuttig en interessant voor u was. Ten slotte raden we aan om een video te bekijken waarin dit probleem in meer detail wordt besproken:
Je weet toch niet:
Bezig met laden...
