Legea Joule-Lenz: formularea și aplicarea acesteia
formulare
Într-un conductor real, când curentul curge prin el, se lucrează împotriva forțelor de frecare. Electronii se deplasează printr-un fir și se ciocnesc cu alți electroni, atomi și alte particule. Drept urmare, se generează căldură. Legea Joule-Lenz descrie cantitatea de căldură degajată atunci când curentul curge printr-un conductor. Este direct proporțional cu puterea curentă, rezistența și timpul de curgere.
În formă integrală, legea Joule-Lenz arată astfel:
Puterea actuală este notată de litera I și este exprimată în Amperes, Rezistența - R în Ohms și timpul t - în câteva secunde. Unitatea de măsură a căldurii Q - Joule, pentru a converti la calorii, trebuie să înmulțiți rezultatul cu 0,24. În acest caz, 1 calorie este egală cu cantitatea de căldură care trebuie adusă în apă pură pentru a-și crește temperatura cu 1 grad.
O astfel de intrare de formulă este valabilă pentru o secțiune de circuit cu o conexiune în serie a conductoarelor, atunci când un curent curge în ele, dar tensiunea diferită scade la capete. Produsul curentului pătrat de rezistență este egal cu puterea. În același timp, puterea este direct proporțională cu pătratul tensiunii și invers proporțională cu rezistența. Apoi pentru un circuit electric cu conexiune paralelă, legea Joule-Lenz poate fi scrisă ca:
În formă diferențiată, arată astfel:
Unde j este densitatea curentului A / cm2, E este rezistența câmpului electric, sigma este rezistența specifică a conductorului.
Trebuie menționat că pentru o secțiune omogenă a circuitului, rezistența elementelor va fi aceeași. Dacă în circuit există conductori cu rezistență diferită, apare o situație când se eliberează cantitatea maximă de căldură pe cea care are cea mai mare rezistență, care poate fi încheiată prin analiza formulei Legii Joule-Lenz.
Întrebări frecvente
Cum să găsești ora? Aceasta se referă la perioada de curgere a curentului prin conductor, adică la închiderea circuitului.
Cum să găsești rezistența unui conductor? Pentru a determina rezistența folosind formula, care este adesea numită "șină", adică:
Aici, litera „Po” denotă rezistivitatea, este măsurată în Ohm * m / cm2, l și S sunt lungimea și aria secțiunii transversale. În calcule, metri pătrați și centimetri sunt reduse și Ohms rămâne.
Rezistivitatea este o valoare tabulară și este diferită pentru fiecare metal. Cuprul este de dimensiuni mai mici decât cel al aliajelor de înaltă rezistență, cum ar fi tungstenul sau nichromul. Pentru ceea ce este aplicat, vom lua în considerare mai jos.
Să trecem la practică
Legea Joule-Lenz are o importanță deosebită pentru calculele ingineriei electrice. În primul rând, îl puteți aplica la calcularea dispozitivelor de încălzire. Un conductor este cel mai adesea folosit ca element de încălzire, dar nu unul simplu (cum ar fi cupru), dar cu o rezistență ridicată. Cel mai adesea este nichrom sau cantal, fechral.
Au o rezistivitate mare. Puteți utiliza cupru, dar apoi veți cheltui mult cablu (sarcasm, cupru nu este utilizat în acest scop). Pentru a calcula puterea de căldură pentru un dispozitiv de încălzire, trebuie să determinați ce corp și în ce volume trebuie să încălziți, să țineți cont de cantitatea de căldură necesară și de cât timp trebuie transferat în corp. După calcule și transformări, veți obține rezistența și rezistența curentului în acest circuit. Pe baza datelor privind rezistivitatea, selectați materialul conductorului, secțiunea transversală și lungimea acestuia.
Legea Joule-Lenz pentru transmiterea energiei electrice la distanță
la transmisie de putere pe distanțe apare o problemă semnificativă - pierderi pe liniile de transmisie (liniile de transmisie). Legea Joule-Lenz descrie cantitatea de căldură eliberată de un conductor la curgerea curentului. Liniile electrice alimentează întreprinderi și orașe întregi și, pentru aceasta, este nevoie de multă energie, ca urmare, un curent mare. Deoarece cantitatea de căldură depinde de rezistența conductorului și a curentului, astfel încât cablul să nu se încălzească, trebuie să reduceți cantitatea de căldură. Nu este întotdeauna posibilă creșterea secțiunii transversale a firelor, deoarece acest lucru este costisitor în ceea ce privește costul cuprului în sine și greutatea cablului, ceea ce implică o creștere a costului structurii de susținere. Liniile de înaltă tensiune sunt prezentate mai jos. Este vorba de structuri metalice masive, concepute pentru a ridica cablul la o înălțime sigură deasupra solului, pentru a evita șocurile electrice.
Prin urmare, este necesar să se reducă curentul, pentru a face acest lucru pentru a crește tensiunea. Între orașe, liniile electrice au de obicei o tensiune de 220 sau 110 kV, iar la consumator scade la valoarea dorită folosind stații de transformare (KTP) sau un număr de KTP coborând treptat la valori mai sigure pentru transmisie, de exemplu 6 kV.
Astfel, cu același consum de energie la o tensiune de 380/220 V, curentul va scădea de sute și mii de ori mai mic. Și conform legii Joule-Lenz, cantitatea de căldură în acest caz este determinată de puterea care se pierde pe cablu.
Siguranțe și siguranțe
Legea Joule-Lenz se aplică siguranțelor. Acestea sunt elementele care protejează dispozitivul electric sau electronic de curenții excesivi pentru acesta, care pot apărea ca urmare a creșterii tensiunii de alimentare, scurtcircuit pe placa de circuit sau înfășurările (în cazul motoarelor) pentru a proteja împotriva distrugerii ulterioare a sistemului electric în ansamblu și a focului. Ele constau dintr-o carcasă, un izolator și un fir subțire. Firul este selectat într-o astfel de secțiune încât curentul nominal curge prin el, iar atunci când este depășit, cantitatea de căldură generată o arde.
Ca urmare a celor de mai sus, concluzionăm că Legea Joule-Lenz a găsit o aplicație largă și este foarte importantă pentru inginerie electrică. Datorită informațiilor privind cantitatea de căldură furnizată de calcule folosind formulele indicate mai sus, putem afla despre modurile de funcționare ale dispozitivelor, selectați materialele necesare și secțiunea transversală pentru a crește siguranța, fiabilitatea și durabilitatea dispozitivului sau a circuitului în ansamblu.
Acolo terminăm articolul nostru. Sperăm că informațiile furnizate au fost utile și interesante pentru dvs. În cele din urmă, vă recomandăm să vizionați un videoclip despre care este discutată această problemă mai detaliat:
Cu siguranță nu știți:
Se încarcă ...
