Joule-Lenz lov: dens formulering og anvendelse
ordlyd
I en ekte leder, når strøm strømmer gjennom den, utføres arbeid mot friksjonskrefter. Elektroner beveger seg gjennom en ledning og kolliderer med andre elektroner, atomer og andre partikler. Som et resultat genereres det varme. Joule-Lenz-loven beskriver mengden varme som frigjøres når strøm strømmer gjennom en leder. Den er direkte proporsjonal med strømstyrken, motstanden og strømningstiden.
I integrert form ser Joule-Lenz-loven slik ut:
Gjeldende styrke er indikert med bokstaven I og kommer til uttrykk i Amperes, Resistance - R in Ohms, and time t - in seconds. Måleenhet for varme Q - Joule, for å konvertere til kalorier, trenger du å multiplisere resultatet med 0,24. I dette tilfellet er en kalori lik mengden varme som må føres til rent vann for å øke temperaturen med 1 grad.
En slik formeloppføring er gyldig for en del av en krets med seriekobling av ledere, når en strøm strømmer i dem, men forskjellig spenning faller i endene. Produktet av strømmen kvadratet med motstanden er lik kraft. Samtidig er kraften direkte proporsjonal med spenningens kvadrat og omvendt proporsjonal med motstanden. For en elektrisk krets med en parallell forbindelse kan Joule-Lenz-loven skrives som:
I forskjellig form ser det slik ut:
Hvor j er strømtettheten A / cm2, E er det elektriske feltstyrken, sigma er den spesifikke motstanden til lederen.
Det skal bemerkes at for en homogen del av kretsen, vil motstanden til elementene være den samme. Hvis det er ledere med ulik motstand i kretsen, oppstår det en situasjon når den maksimale mengden varme frigjøres på den som har størst motstand, som kan konkluderes ved å analysere formelen til Joule-Lenz-loven.
FAQ
Hvordan finne tiden? Dette refererer til perioden med strømstrømning gjennom lederen, det vil si når kretsen er lukket.
Hvordan finne motstanden til en leder? For å bestemme motstanden ved å bruke formelen, som ofte kalles "skinnen", er det:
Her betegner bokstaven "Po" resistiviteten, den måles i Ohm * m / cm2, l og S er lengden og tverrsnittsarealet. I beregningene er kvadratmeter og centimeter redusert og Ohms forblir.
Resistivitet er en tabellverdi, og den er forskjellig for hvert metall. Kobber er størrelsesordrer som er mindre enn for høye motstandlegeringer som wolfram eller nichrome. For hva den blir brukt vil vi vurdere nedenfor.
La oss gå videre til å øve
Joule-Lenz-loven er av stor betydning for beregninger av elektroteknikk. Først av alt kan du bruke den når du beregner varmeenheter. En leder brukes oftest som varmeelement, men ikke en enkel (for eksempel kobber), men med høy motstand. Oftest er det nichrome eller cantal, fechral.
De har en stor motstand. Du kan bruke kobber, men da vil du bruke mye kabel (sarkasme, kobber brukes ikke til dette formålet). For å beregne varmekraften til en varmeenhet, må du bestemme hvilken karosseri og i hvilke volum du trenger å varme, ta hensyn til mengden varme som kreves og hvor lang tid den trenger å overføres til kroppen. Etter beregninger og transformasjoner vil du få motstand og strømstyrke i denne kretsen. Velg materialet til lederen, dets tverrsnitt og lengde basert på dataene om resistiviteten.
Joule-Lenz lov for overføring av strøm over en avstand
På kraftoverføring over avstander et betydelig problem oppstår - tap på overføringslinjer (overføringslinjer). Joule-Lenz-loven beskriver mengden varme som frigjøres av en leder når strømmen strømmer. Kraftledninger mater hele virksomheter og byer, og for dette trengs mye kraft, som et resultat, en stor strøm. Siden varmemengden avhenger av motstanden til lederen og strømmen, slik at kabelen ikke blir varme, må du redusere varmemengden. Det er ikke alltid mulig å øke tverrsnittet av ledninger, fordi dette er kostbart med tanke på kostnadene for selve kobber og vekten av kabelen, noe som medfører en økning i kostnadene for bærestrukturen. Høyspenningsledninger er vist nedenfor. Dette er massive metallkonstruksjoner designet for å heve kabelen til en sikker høyde over bakken for å unngå elektrisk støt.
Derfor er det nødvendig å redusere strømmen, for å gjøre dette øker de spenningen. Mellom byer har kraftledninger vanligvis en spenning på 220 eller 110 kV, og hos forbrukeren synker den til ønsket verdi ved bruk av transformatorstasjoner (KTP) eller et antall KTP som gradvis senkes til mer sikre verdier for overføring, for eksempel 6 kV.
Således, med det samme strømforbruket ved en spenning på 380/220 V, vil strømmen avta hundrevis og tusenvis av ganger lavere. Og i følge Joule-Lenz-loven bestemmes varmemengden i dette tilfellet av strømmen som går tapt på kabelen.
Sikringer og sikringer
Joule-Lenz-loven gjelder sikringer. Dette er elementer som beskytter en elektrisk eller elektronisk enhet mot for store strømmer for den som kan oppstå som et resultat av et kraftig strømforsyning, kortslutning på kretskortet eller viklingene (i tilfelle av motorer) for å beskytte mot ytterligere ødeleggelse av det elektriske systemet som helhet og brann. De består av et hus, en isolator og tynn ledning. Ledningen er valgt i en slik seksjon at den nominelle strømmen strømmer gjennom den, og når den overskrides, brenner mengden varme som genereres.
Som et resultat av det ovennevnte, konkluderer vi at Joule-Lenz-loven har funnet bred anvendelse og er svært viktig for elektroteknikk. Takket være informasjonen om varmemengden levert av beregningene i henhold til formlene som er angitt ovenfor, kan vi lære om driftsmodusene til enhetene, velge nødvendige materialer og tverrsnitt for å øke sikkerheten, påliteligheten og holdbarheten til enheten eller kretsen som helhet.
Det er der vi avslutter artikkelen vår. Vi håper informasjonen som ble gitt var nyttig og interessant for deg. Til slutt anbefaler vi å se på en video som denne saken blir diskutert mer detaljert:
Du vet absolutt ikke:
Laster ...
