Joule-Lenzin laki

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 31. lokakuuta 2021 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 2 muokkausta .

Joule-Lenzin laki on fysikaalinen laki , joka määrittää sähkövirran lämpövaikutuksen . Asensi 1841 James Joule ja itsenäisesti vuonna 1842 Emil Lenz [1] .

Määritelmät

Verbaalisessa muotoilussa se kuulostaa tältä [2] :

Tasasähkövirran aikana väliaineen tilavuusyksikköä kohti vapautuva lämmön teho on yhtä suuri kuin sähkövirran tiheyden ja sähkökentän voimakkuuden arvon tulo .

Matemaattisesti se voidaan ilmaista seuraavassa muodossa:

w={\vec {j}}\cdot {\vec {E}}=\sigma E^{2},

missä on lämmön vapautumisen teho tilavuusyksikköä kohti, on sähkövirran tiheys , on sähkökentän voimakkuus , σ on väliaineen johtavuus ja piste tarkoittaa skalaarituloa. $w$ $\vec j$ $\vec E$

Laki voidaan myös muotoilla integraalimuodossa tapaukselle, jossa virta kulkee ohuissa johtimissa [3] :

Aikayksikköä kohden vapautuva lämpömäärä kyseisessä piirin osassa on verrannollinen tämän osan virran neliön ja osan resistanssin tuloon.

Integraalimuodossa tällä lailla on muoto

dQ=I^{2}Rdt,

Q=\int \limits _{t_{1}}^{t_{2}}I^{2}Rdt,

missä on tietyn ajanjakson aikana vapautuneen lämmön määrä , on virran voimakkuus, on vastus, on kokonaislämmön määrä, joka vapautuu ajanjakson aikana välillä - . Vakiovirran ja vastuksen ollessa kyseessä: $dQ$ $dt$ $minä$ $R$ $K$ $t_{1}$ $t_{2}$

Q=I^{2}Rt.

Ohmin lakia soveltaen voidaan saada seuraavat vastaavat kaavat:

Q=U^{2}t/R\ =IUt.

Käytännön arvo

Energiahäviöiden vähentäminen

Sähköä siirrettäessä johtimien virran lämpövaikutus ei ole toivottava, koska se johtaa energiahäviöihin. Syöttöjohdot ja kuorma on kytketty sarjaan , mikä tarkoittaa, että verkon virta johdoissa ja kuorma on sama. Kuormateho ja johtovastus eivät saa riippua lähdejännitteen valinnasta. Johdoille ja kuormitukselle haihtunut teho määritetään seuraavilla kaavoilla $minä$

Q_{w}=R_{w}\cdot I^{2},

Q_{c}=U_{c}\cdot I.

Mistä se seuraa . Koska kussakin tapauksessa kuormitusteho ja johdinresistanssi pysyvät muuttumattomina ja lauseke on vakio, on langalla syntyvä lämpö kääntäen verrannollinen kuluttajan jännitteen neliöön. Nostamalla jännitettä vähennämme lämpöhäviöitä johtimissa. Tämä kuitenkin heikentää voimajohtojen sähköturvallisuutta . $Q_{w}=R_{w}\cdot Q_{c}^{2}/U_{c}^{2}$ ${\displaystyle R_{w}\cdot Q_{c}^{2))$

Piirien johtojen valinta

Virtaa johtavan johtimen tuottama lämpö vapautuu tavalla tai toisella ympäristöön. Siinä tapauksessa, että valitun johtimen virranvoimakkuus ylittää tietyn suurimman sallitun arvon, niin voimakas kuumennus on mahdollista, että johdin voi aiheuttaa tulipalon lähellä olevissa esineissä tai sulattaa itsensä. Yleensä sähköpiirien kokoamiseen tarkoitettuja johtoja valittaessa riittää, että noudatat hyväksyttyjä säädösasiakirjoja, jotka säätelevät johtimien poikkileikkauksen valintaa.

Tästä syystä tarvittavan tehon siirtämiseksi nykyaikaisten pääilmajohtolinjojen kautta ne on suunniteltu erittäin korkealle jännitteelle (jopa 1150 kV), jotta voimalinjoissa saadaan aikaan erittäin pieniä virtoja.

Sähkölämmittimet

Jos virran voimakkuus on sama koko sähköpiirissä, niin millä tahansa valitulla alueella, mitä enemmän lämpöä vapautuu, sitä suurempi on tämän osan vastus.

Lisäämällä tarkoituksella piiriosan resistanssia, voidaan saavuttaa paikallista lämmöntuotantoa tässä osassa. Sähkölämmittimet toimivat tällä periaatteella . He käyttävät lämmityselementtiä - johdinta, jolla on korkea vastus. Resistanssin kasvu saavutetaan (yhdessä tai erikseen) valitsemalla korkearesistanssinen metalliseos (esim. nikromi , konstantaani ), lisäämällä johtimen pituutta ja pienentämällä sen poikkileikkausta. Lyijylangat ovat yleensä matalavastuksilla ja siksi niiden kuumeneminen on yleensä huomaamatonta.

Sulakkeet

Sähköpiirien suojaamiseksi liian suurilta virroilta käytetään erityisominaisuuksilla varustettua johdinta. Tämä on poikkileikkaukseltaan suhteellisen pieni johdin, joka on valmistettu sellaisesta seoksesta, että sallituilla virroilla johtimen kuumentaminen ei ylikuumene sitä, ja liian suurella johtimen ylikuumeneminen on niin merkittävää, että johdin sulaa ja avaa piirin.

Katso myös

Ohmin laki

Muistiinpanot

↑ Joule - Lenzin laki // Velallinen - Eukalyptus. - M . : Soviet Encyclopedia, 1972. - ( Great Soviet Encyclopedia : [30 osassa] / päätoimittaja A. M. Prokhorov ; 1969-1978, osa 8).
↑ Sivukhin D.V. Fysiikan yleinen kurssi. - M . : Nauka , 1977. - T. III. Sähkö. - S. 186. - 688 s.
↑ Sivukhin D.V. Fysiikan yleinen kurssi. - M . : Nauka , 1977. - T. III. Sähkö. - S. 197-198. — 688 s.