Теплова дія струму: закон джоуля-ленца, приклади
Рухаючись в будь-якому провіднику, електричний струм передає йому якусь енергію, через що провідник нагрівається. Енергетична передача здійснюється на рівні молекул: в результаті взаємодії електронів струму з іонами або атомами провідника частина енергії залишається у останнього.
Теплова дія струму призводить до більш швидкого руху частинок провідника. тоді його внутрішня енергія зростає і трансформується в теплову.
Формула розрахунку і її елементи
Теплова дія струму може бути підтверджено різними дослідами, де робота струму переходить у внутрішню провідникову енергію. При цьому остання зростає. Потім провідник віддає її навколишніх тіл, тобто здійснюється теплопередача з нагріванням провідника.
Формула для розрахунку в цьому випадку наступна: A = U * I * t.
Кількість теплоти можна позначити через Q. Тоді Q = A або Q = U * I * t. Знаючи, що U = IR, виходить Q = I * R * t, що і було сформульовано в законі Джоуля-Ленца.
Закон теплового дії струму - закон Джоуля-Ленца
Провідник, де протікає електричний струм, вивчали багато вчених. Однак, найпомітніших результатів вдалося домогтися Джеймсу джоулів з Англії і Емілію Християновича Ленцу з Росії. Обидва вчених працювали окремо і висновки за результатами експериментів робили незалежно один від іншого.
Вони вивели закон, що дозволяє оцінити тепло, одержуване в результаті дії струму на провідник. Його назвали законом Джоуля-Ленца.
Розглянемо на практиці теплову дію струму. Приклади візьмемо такі:
- Звичайну лампочку.
- Нагрівальні прилади.
- Запобіжник в квартирі.
- Електричну дугу.
лампочка розжарювання
Теплова дія струму і відкриття закону сприяли розвитку електротехніки та збільшення можливостей для використання електрики. Те, як застосовуються результати досліджень, можна розглянути на прикладі звичайної лампочки розжарювання.
Відео: Теплова дія струму при короткому замиканні
Вона влаштована таким чином, що всередині простягається нитка, виготовлена з вольфрамової дроту. Цей метал є тугоплавким з високим питомим опором. При проході через лампочку здійснюється теплову дію електричного струму.
Відео: Тепловий вплив електричного струму наочно на прикладі напруження спіралі від електроплитки
Енергія провідника трансформується в теплову, спіраль нагрівається і починає світитися. Недолік лампочки полягає в великих енергетичних втратах, так як лише за рахунок незначної частини енергії вона починає світитися. Основна ж частина просто нагрівається.
Щоб краще це зрозуміти, вводиться коефіцієнт корисної дії, який демонструє ефективність роботи і перетворення в електроенергію. ККД і теплову дію струму використовуються в різних областях, тому що є безліч пристроїв, виготовлених на основі цього принципу. Більшою мірою це нагрівальні прилади, електричні плити, кип`ятильники та інші подібні апарати.
Пристрій обігрівальних приладів
Зазвичай в конструкції всіх приладів для нагрівання є металева спіраль, в функцію якої і входить нагрів. Якщо нагрівається вода, то спіраль встановлюється ізольовано, і в таких приладах передбачається дотримання балансу між енергією з мережі і тепловим обміном.
Перед вченими постійно ставиться завдання щодо зниження енергетичних втрат і пошуку найкращих шляхів і найбільш ефективних схем їх впровадження, щоб зменшити теплове дію струму. Використовується, наприклад, спосіб підвищення напруги під час передачі енергії, завдяки чому скорочується сила струму. Але такий спосіб, в той же час, знижує безпеку функціонування ліній електропередач.
Іншим дослідним напрямом є вибір проводів. Адже саме від їх властивостей залежать втрати тепла і інші показники. Крім того, при роботі нагрівальних приладів відбувається велике виділення енергії. Тому спіралі виготовляються із спеціально призначених для цих цілей, здатних витримати високі навантаження, матеріалів.
квартирні запобіжники
Щоб поліпшити захист і убезпечити електричні ланцюги, використовуються особливі запобіжники. В ролі головної частини виступає дріт з легкоплавкого металу. Вона проходить в пробці з порцеляни, має гвинтову нарізку і контакт в центрі. Пробку вставляють в патрон, розташований в порцеляновій коробці.
Свинцева дріт є частиною загальної ланцюга. Якщо теплове дію електричного струму різко зросте, перетин провідника не витримає, і він почне плавитися. В результаті цього мережу розімкнеться, і не станеться струмових перевантажень.
електрична дуга
Електрична дуга є досить ефективним перетворювачем електричної енергії. Вона використовується при зварюванні металевих конструкцій, а також служить потужним світловим джерелом.
В основу пристрою входить наступне. Беруть два вугільних стержня, під`єднують дроти і прикріплюють їх в ізолюючих власниках. Після цього стрижні підключають до джерела струму, який дає малу напругу, але розрахований на велику силу струму. Підключають реостат. Вугілля в міську мережу включати забороняється, так як це може стати причиною пожежі. Якщо торкнутися одним вугіллям про інший, то можна помітити, як сильно вони розжаряться. Краще не дивитися на це полум`я, тому що воно шкідливе для зору. Електричну дугу використовують в печах для плавки металу, а також в таких потужних освітлювальних приладах, як прожектори, кінопроектори та інше.
