Закон Джоуля-Ленца: его формулировка и применение

  • Формула
  • Частые вопросы
  • Переходим к практике
  • Закон Джоуля-Ленца для передачи электроэнергии на расстояние
  • Предохранители и предохранители

Формулировка

В истинном проводнике, когда через него протекает ток, работа совершается против сил трения. Электроны проходят по проводу и сталкиваются с другими электронами, атомами и другими частицами. В результате выделяется тепло. Закон Джоуля-Ленца описывает количество тепла, выделяемого при протекании тока через проводник. Оно прямо пропорционально току, сопротивлению и времени истечения.

В интегральной форме закон Джоуля-Ленца выглядит так:

Ток обозначается буквой I и выражается в амперах, сопротивление R в омах, а время в секундах. Единицей тепла Q является джоуль, чтобы преобразовать его в калории, умножьте результат на 0,24. В этом случае 1 калория равна количеству тепла, которое нужно добавить в чистую воду, чтобы повысить ее температуру на 1 градус.

Этот образец верен для участка схемы, когда проводники соединены последовательно, когда в них протекает одинаковое количество тока, но на концах прикладывается другое напряжение. Произведение тока в квадрате на сопротивление равно мощности. В то же время мощность прямо пропорциональна квадрату напряжения и обратно пропорциональна сопротивлению. Тогда для электрической цепи при параллельном включении закон Джоуля-Ленца можно записать в виде:

В дифференциальной форме он выглядит следующим образом:

Где j — плотность тока А / см2, E — напряженность электрического поля, sigma — удельное сопротивление проводника.

Следует учесть, что при однородном сечении схемы сопротивление элементов будет одинаковым. Если в цепи присутствуют проводники с разным сопротивлением, возникает ситуация, при которой максимальное количество тепла выделяется на проводнике с наибольшим сопротивлением, что можно вывести из формулы закона Джоуля-Ленца.

Частые вопросы

Как мне найти время? Речь идет о периоде, в течение которого ток течет по проводнику, то есть когда цепь замкнута.

Как найти сопротивление проводника? Для определения сопротивления используется формула, которую часто называют «рельс», то есть:

Здесь буква «Ro» означает удельное сопротивление, оно измеряется в Ом * м / см2, I и S обозначают длину и площадь поперечного сечения. В расчетах квадратные метры и сантиметры уменьшаются и остаются Омами.

Удельное сопротивление является табличным значением и отличается для каждого металла. Медь на порядки меньше высокопрочных сплавов, таких как вольфрам или нихром. К чему это относится, мы поговорим ниже.

Перейдем к практике

Закон Джоуля-Ленца очень важен в электрических расчетах. Его можно использовать в первую очередь для расчета отопительных приборов. Чаще всего в качестве нагревательного элемента используется проводник, но не простой проводник (например, медный), а тот, который имеет повышенное сопротивление. Чаще всего это нихром или кантал, фехтраль.

Для них характерно высокое удельное сопротивление. Можно также использовать медь, но тогда вы потратите много кабелей (сарказм, медь для этого не используется). Чтобы рассчитать тепловую мощность нагревательного устройства, необходимо определить, какой корпус и в каком объеме следует обогревать, учесть необходимое количество тепла и время, в течение которого оно должно быть передано телу. Произведя расчеты и расчеты, вы получите сопротивление и ток в этой цепи. На основании полученных данных по удельному сопротивлению подбираем материал проводника, его сечение и длину.

Закон Джоуля-Ленца при передаче электричества на расстояние

Существенная проблема возникает при передаче электроэнергии на большие расстояния — потери на линиях электропередачи (передачи). Закон Джоуля-Ленца описывает количество тепла, выделяемого проводником при протекании тока. Линии электропередачи питают целые предприятия и города, а для этого требуется много энергии, а значит, и большой ток. Поскольку количество тепла зависит от сопротивления проводника и силы тока, необходимо уменьшить количество тепла, чтобы сохранить тепло в проводниках. Увеличить поперечное сечение жил не всегда возможно, так как это дорого с точки зрения стоимости самого сердечника.медь и вес кабеля, что увеличивает стоимость несущей конструкции. Ниже показаны высоковольтные линии. Это массивные металлические конструкции, задача которых — поднять кабели на безопасную высоту над землей во избежание поражения электрическим током.

Следовательно, необходимо уменьшить силу тока, а для этого увеличивают напряжение. Между городами обычно проходят линии электропередачи 220 или 110 кВ, и напряжение потребителя снижается до требуемого значения трансформаторными подстанциями (ТСТ) или серией ТСТ, постепенно снижающих напряжение. до значений, более безопасных для передачи, например, 6 кВ.

Значит, при той же потребляемой мощности при напряжении 380/220 В ток будет в сотни и тысячи раз меньше. Согласно закону Джоуля-Ленца количество тепла в этом случае определяется мощностью, потерянной на проводнике.

Плавкие вставки и предохранители

Для расчета предохранителей используется закон Джоуля-Ленца. Это элементы, которые защищают электрическое или электронное устройство от чрезмерных токов, которые могут возникнуть в результате перенапряжения в сети, короткого замыкания на плате или обмотках (в случае двигателей), чтобы защитить от дальнейшего разрушения всей электрической установки и возгорания. Они состоят из корпуса, изолятора и тонкой проволоки. Провод выбирается с поперечным сечением, позволяющим протекать через него номинальному току, и если оно будет превышено, выделяющееся количество тепла вызовет его выгорание.

В связи с вышеизложенным делаем вывод, что закон Джоуля-Ленца нашел широкое применение и очень важен для электротехники. Благодаря информации о количестве тепла, приведенной в расчетах по указанным выше формулам, мы можем узнать режимы работы устройств, выбрать необходимые материалы и секции для повышения безопасности, надежности и долговечности устройства или всей схемы.

На этом мы заканчиваем нашу статью. Надеемся, информация была для вас полезной и интересной. Напоследок рекомендуем посмотреть видео, в котором этот вопрос обсуждается более подробно:

Вы, наверное, не знаете: