Joule-Lenz yasası: formülasyonu ve uygulaması
üslup
Gerçek bir iletkende, içinden akım geçtiğinde, sürtünme kuvvetlerine karşı iş yapılır. Elektronlar bir telden geçer ve diğer elektronlar, atomlar ve diğer parçacıklarla çarpışır. Sonuç olarak, ısı üretilir. Joule-Lenz yasası, bir iletken içinden akım geçtiğinde açığa çıkan ısı miktarını tanımlar. Mevcut güç, direnç ve akış süresi ile doğru orantılıdır.
İntegral formda, Joule-Lenz yasası şöyle görünür:
Mevcut güç I harfi ile gösterilir ve Amper, Direnç - Ohm olarak R ve saniye olarak t - cinsinden ifade edilir. Isı Q - Joule ölçü birimi, kaloriye dönüştürmek için sonucu 0.24 ile çarpmanız gerekir. Bu durumda, 1 kalori, sıcaklığını 1 derece arttırmak için saf suya getirilmesi gereken ısı miktarına eşittir.
Böyle bir formül girişi, içinde bir akım aktığında, ancak uçlarda farklı voltaj düştüğünde, bir dizi iletken bağlantılı bir devrenin bir bölümü için geçerlidir. Dirençle kareler halinde çekilen akımın ürünü güce eşittir. Aynı zamanda güç, voltajın karesiyle doğru orantılıdır ve direnç ile ters orantılıdır. Daha sonra paralel bağlantılı bir elektrik devresi için Joule-Lenz yasası şu şekilde yazılabilir:
Diferansiyel formda, şöyle görünür:
Burada j, mevcut yoğunluk A / cm'dir2, E elektrik alan gücüdür, sigma iletkenin özgül direncidir.
Devrenin homojen bir bölümü için, elemanların direncinin aynı olacağı belirtilmelidir. Devrede farklı dirence sahip iletkenler varsa, Joule-Lenz Yasası formülü analiz edilerek sonuçlandırılabilecek en büyük dirence sahip olana maksimum miktarda ısı açığa çıktığında bir durum ortaya çıkar.
SSS
Zaman nasıl bulunur? Bu, iletkenden geçen akım akışı periyodunu, yani devre kapalı olduğunda ifade eder.
Bir iletkenin direnci nasıl bulunur? Direnci, genellikle "ray" olarak adlandırılan formülü kullanarak belirlemek için:
Burada, "Po" harfi özdirenç belirtir, Ohm * m / cm2 olarak ölçülür, l ve S uzunluk ve kesit alanıdır. Hesaplamalarda metrekare ve santimetre azalır ve Ohm kalır.
Direnç, tablo şeklinde bir değerdir ve her metal için farklıdır. Bakır, tungsten veya nikrom gibi yüksek dirençli alaşımlardan daha küçük büyüklük sıralarıdır. Uygulandığı için aşağıda ele alacağız.
Uygulamaya geçelim
Joule-Lenz yasası elektrik mühendisliği hesaplamaları için büyük önem taşımaktadır. Her şeyden önce, ısıtma cihazlarını hesaplarken uygulayabilirsiniz. Bir iletken çoğunlukla bir ısıtma elemanı olarak kullanılır, ancak basit bir (bakır gibi) değil, yüksek bir dirence sahiptir. Çoğu zaman nikrom veya cantal, fechraldır.
Büyük bir dirençleri var. Bakır kullanabilirsiniz, ancak daha sonra çok fazla kablo harcayacaksınız (alay, bakır bu amaç için kullanılmaz). Bir ısıtma cihazının ısı gücünü hesaplamak için hangi gövdeyi ve hangi hacimlerde ısıtmanız gerektiğini belirlemeniz, gereken ısı miktarını ve vücuda ne kadar süre transfer edilmesi gerektiğini dikkate almanız gerekir. Hesaplamalardan ve dönüşümlerden sonra, bu devrede direnç ve akım gücünü alacaksınız. Direnç hakkındaki verilere dayanarak, iletkenin malzemesini, kesitini ve uzunluğunu seçin.
Bir mesafeden elektrik iletimi için Joule-Lenz yasası
at mesafelerde güç iletimi önemli bir sorun ortaya çıkar - iletim hatlarındaki kayıplar (iletim hatları). Joule-Lenz yasası, akım aktığında bir iletken tarafından salınan ısı miktarını tanımlar. Enerji hatları tüm işletmeleri ve şehirleri besler ve bunun için büyük bir akıma çok fazla güç gerekir. Isı miktarı, iletkenin direncine ve akıma bağlı olduğundan, kablonun ısınmaması için ısı miktarını azaltmanız gerekir. Kabloların kesitini arttırmak her zaman mümkün değildir, çünkü bu, bakırın kendisi ve kablonun ağırlığı açısından maliyetlidir, bu da destekleyici yapının maliyetinde bir artışa neden olur. Yüksek gerilim enerji hatları aşağıda gösterilmiştir. Bunlar, elektrik çarpmasını önlemek için kabloyu yerden güvenli bir yüksekliğe yükseltmek için tasarlanmış büyük metal yapılardır.
Bu nedenle, akımı azaltmak gerekir, bunu yapmak için voltajı arttırırlar. Şehirler arasında, elektrik hatları genellikle 220 veya 110 kV'luk bir voltaja sahiptir ve tüketicide, trafo merkezleri (KTP) veya iletim için kademeli olarak daha güvenli değerlere, örneğin 6 kV'a düşüren bir dizi KTP kullanarak istenen değere düşer.
Böylece, 380/220 V'luk bir voltajda aynı güç tüketimi ile akım yüzlerce ve binlerce kat daha düşük olacaktır. Ve Joule-Lenz yasasına göre, bu durumda ısı miktarı kabloda kaybedilen güç tarafından belirlenir.
Sigortalar ve Sigortalar
Joule-Lenz yasası sigortalar için geçerlidir. Bunlar, bir elektrikli veya elektronik cihazı, güç kaynağındaki dalgalanmanın bir sonucu olarak ortaya çıkabilecek aşırı akımlardan koruyan elemanlardır, kısa devre elektrik sisteminin bir bütün olarak tahrip olmasına ve yangına karşı korumak için devre kartı veya sargılar (motorlar durumunda). Bir mahfaza, bir yalıtkan ve ince telden oluşurlar. Tel, nominal akımın içinden akacağı ve aşıldığında üretilen ısı miktarı onu yakacak şekilde seçilir.
Yukarıdakilerin bir sonucu olarak, Joule-Lenz Yasasının geniş bir uygulama bulduğu ve elektrik mühendisliği için çok önemli olduğu sonucuna vardık. Yukarıda belirtilen formülleri kullanarak hesaplamaların sağladığı ısı miktarı hakkında bilgi sayesinde, cihazların çalışma modları hakkında bilgi edinebilir, cihazın veya devrenin bir bütün olarak güvenliğini, güvenilirliğini ve dayanıklılığını artırmak için gerekli malzemeleri ve kesitleri seçebiliriz.
Makalemizi burada bitiriyoruz. Sağlanan bilgilerin sizin için yararlı ve ilginç olduğunu umuyoruz. Son olarak, bu sorunun daha ayrıntılı olarak tartışıldığı bir video izlemenizi öneririz:
Elbette bilmiyorsunuz:
Yükleniyor...
