Direito de Joule-Lenz: sua formulação e aplicação
Redação
Em um condutor real, quando a corrente flui através dele, o trabalho é realizado contra forças de atrito. Os elétrons se movem através de um fio e colidem com outros elétrons, átomos e outras partículas. Como resultado, o calor é gerado. A lei de Joule-Lenz descreve a quantidade de calor liberado quando a corrente flui através de um condutor. É diretamente proporcional à força atual, resistência e tempo de fluxo.
De forma integral, a lei de Joule-Lenz é assim:
A força atual é denotada pela letra I e é expressa em Amperes, Resistência - R em Ohms e tempo t - em segundos. A unidade de medida do calor Q - Joule, para converter em calorias, você precisa multiplicar o resultado por 0,24. Nesse caso, 1 caloria é igual à quantidade de calor que precisa ser levada à água pura para aumentar sua temperatura em 1 grau.
Essa entrada de fórmula é válida para uma seção de circuito com uma conexão em série de condutores, quando uma corrente flui neles, mas uma tensão diferente cai nas extremidades. O produto da corrente ao quadrado pela resistência é igual a potência. Ao mesmo tempo, a potência é diretamente proporcional ao quadrado da tensão e inversamente proporcional à resistência. Então, para um circuito elétrico com uma conexão paralela, a lei de Joule-Lenz pode ser escrita como:
De forma diferencial, fica assim:
Onde j é a densidade de corrente A / cm2, E é a força do campo elétrico, sigma é a resistência específica do condutor.
Note-se que para uma seção homogênea do circuito, a resistência dos elementos será a mesma. Se houver condutores com resistência diferente no circuito, surge uma situação em que a quantidade máxima de calor é liberada no que possui maior resistência, o que pode ser concluído analisando a fórmula da Lei de Joule-Lenz.
Perguntas frequentes
Como encontrar o tempo? Refere-se ao período de fluxo de corrente através do condutor, ou seja, quando o circuito está fechado.
Como encontrar a resistência de um condutor? Para determinar a resistência usando a fórmula, que geralmente é chamada de "trilho", ou seja:
Aqui, a letra "Po" indica a resistividade, é medida em Ohm * m / cm2, le S são o comprimento e a área da seção transversal. Nos cálculos, metros quadrados e centímetros são reduzidos e os Ohms permanecem.
A resistividade é um valor tabular e é diferente para cada metal. O cobre é uma ordem de magnitude menor que a das ligas de alta resistência, como tungstênio ou nicrômio. Para o que é aplicado, consideraremos abaixo.
Vamos seguir praticando
A lei de Joule-Lenz é de grande importância para os cálculos de engenharia elétrica. Antes de tudo, você pode aplicá-lo ao calcular dispositivos de aquecimento. Um condutor é mais frequentemente usado como elemento de aquecimento, mas não simples (como cobre), mas com alta resistência. Na maioria das vezes é nicrômico ou cantal, fechral.
Eles têm uma grande resistividade. Você pode usar cobre, mas gastará muito cabo (sarcasmo, o cobre não é usado para essa finalidade). Para calcular a energia térmica de um dispositivo de aquecimento, é necessário determinar qual corpo e em quais volumes você precisa aquecer, levar em consideração a quantidade de calor necessária e quanto tempo precisa ser transferida para o corpo. Após cálculos e transformações, você obterá a resistência e a força atual neste circuito. Com base nos dados da resistividade, selecione o material do condutor, sua seção transversal e comprimento.
Lei de Joule-Lenz para a transmissão de eletricidade a distância
At transmissão de energia a distâncias surge um problema significativo - perdas nas linhas de transmissão (linhas de transmissão). A lei de Joule-Lenz descreve a quantidade de calor liberado por um condutor quando a corrente flui. As linhas de energia alimentam empresas e cidades inteiras e, para isso, é necessária muita energia, como resultado, uma grande corrente. Como a quantidade de calor depende da resistência do condutor e da corrente, para que o cabo não aqueça, é necessário reduzir a quantidade de calor. Nem sempre é possível aumentar a seção transversal dos fios, porque isso é caro em termos de custo do cobre em si e do peso do cabo, o que implica um aumento no custo da estrutura de suporte. Linhas de alta tensão são mostradas abaixo. São estruturas metálicas maciças projetadas para elevar o cabo a uma altura segura acima do solo, a fim de evitar choques elétricos.
Portanto, é necessário reduzir a corrente, para isso aumentam a tensão. Entre as cidades, as linhas de energia geralmente têm uma tensão de 220 ou 110 kV e, no consumidor, caem para o valor desejado com a ajuda de subestações de transformadores (KTP) ou um número de KTP diminuindo gradualmente para valores mais seguros para a transmissão, por exemplo, 6 kV.
Assim, com o mesmo consumo de energia a uma tensão de 380/220 V, a corrente diminuirá centenas e milhares de vezes menor. E, de acordo com a lei de Joule-Lenz, a quantidade de calor nesse caso é determinada pela energia que é perdida no cabo.
Fusíveis e fusíveis
A lei de Joule-Lenz se aplica a fusíveis. Esses são os elementos que protegem o dispositivo elétrico ou eletrônico de correntes excessivas, o que pode ocorrer como resultado de um aumento na tensão de alimentação, curto circuito na placa de circuito ou nos enrolamentos (no caso de motores) para proteger contra mais destruição do sistema elétrico como um todo e incêndio. Eles consistem em uma caixa, um isolador e um fio fino. O fio é selecionado em uma seção em que a corrente nominal flui através dele e, quando é excedida, a quantidade de calor gerado o queima.
Como resultado do exposto, concluímos que a Lei de Joule-Lenz encontrou ampla aplicação e é muito importante para a engenharia elétrica. Graças às informações sobre a quantidade de calor fornecida pelos cálculos usando as fórmulas indicadas acima, podemos aprender sobre os modos de operação dos dispositivos, selecionar os materiais necessários e a seção transversal para aumentar a segurança, confiabilidade e durabilidade do dispositivo ou circuito como um todo.
É aí que terminamos nosso artigo. Esperamos que as informações fornecidas tenham sido úteis e interessantes para você. Por fim, recomendamos assistir a um vídeo em que esse problema seja discutido em mais detalhes:
Certamente você não sabe:
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