Die hitte van Joule se wet "Toepassings - oefeninge"
Joule het die effek bestudeer wat voorkom wanneer 'n elektriese stroom deur sirkuleer 'n dirigent en so gestig deur die bekende Joule-wet. Terwyl die elektriese lading deur 'n geleier beweeg, word die elektrone bots met mekaar en skep hitte.
Met behulp van die Joule-effek is verskeie huishoudelike toestelle en industriële toerusting ontwerp, waar elektriese energie deur hierdie beginsel in hitte omgeskakel word, soos elektriese kookplate en strykysters.
Joule se wet word gebruik in die ontwerp van toerusting om energieverliese deur hitte te verminder.
Om James Joule bietjie te leer ken:
James Prescott Joule (1818-1889)
Hy was 'n Britse fisikus wat navorsing gedoen het oor termodinamika, energie, elektrisiteit en magnetisme.
Saam met William Thomson ontdek hulle die sogenaamde Joule - Thomson-effek waardeur hulle getoon het dat dit moontlik is om 'n gas af te koel wanneer dit uitbrei sonder om eksterne werk te doen, 'n basiese beginsel van die ontwikkeling van huidige yskaste en lugversorgers. Hy werk saam met Lord Kelvin om die absolute temperatuurskaal te ontwikkel, en help om die kinetiese teorie van gasse te verklaar.
Die internasionale eenheid van energie, hitte en werk, die joule, is ter ere van hom benoem. [1]
Joule se wet
Wat stel die wet van Joule voor?
As 'n elektriese stroom deur 'n element vloei, word van die energie as warmte versprei. Die wet van Joule stel ons in staat om die hoeveelheid hitte wat in 'n element versprei word, te bepaal as gevolg van die elektriese stroom wat daardeur sirkuleer. Sien figuur 1.
Volgens Joule se wet is die hitte (Q) wat in 'n geleier gegenereer word eweredig aan sy elektriese weerstand R, tot die vierkant van die stroom wat daardeur gaan en aan die tydsinterval. Sien figuur 2.
Wiskundige uitdrukking van Joule se wet
Die hitte wat in 'n element versprei word wanneer 'n stroom daardeur sirkuleer, word gegee deur die wiskundige uitdrukking in figuur 3. Dit is nodig om die waarde van die elektriese stroom wat deur die element sirkuleer, sy elektriese weerstand en die interval van tyd. [twee].
Wanneer u die hitteverlies in 'n element bestudeer, word dit gewoonlik uitgedruk as die hitte wat in die eenheid "kalorie" versprei word in plaas van in Joule. Figuur 4 toon die formule om die hoeveelheid hitte in kalorieë te bepaal.
Hoe vind die opwarming plaas?
Wanneer 'n elektriese stroom deur 'n geleier vloei, bots die elektriese lading met die atome van die geleier as dit daardeur beweeg. As gevolg van hierdie skokke word 'n deel van die energie in hitte omgeskakel, wat die temperatuur van die geleidende materiaal verhoog. Sien figuur 5.
Hoe meer stroom vloei, hoe groter die toename in temperatuur, en hoe meer hitte versprei. Die hitte wat deur die elektriese stroom wat deur 'n geleier vloei, is 'n maatstaf van die werk wat die stroom verrig om die weerstand van die geleier te oorkom.
Om die elektriese lading te laat beweeg, is 'n spanningsbron nodig. Die spanningsbron moet meer krag lewer, hoe meer hitte versprei. Deur te bepaal hoeveel hitte geproduseer word, kan u bepaal hoeveel energie die spanningsbron moet lewer.
Joule se regsaansoeke
Joule-effek in gloeilampe
Gloeilampe word gemaak deur 'n hoogsmeltende wolframfilament in 'n glasbol te plaas. By 'n temperatuur van 500 ºC straal liggame 'n rooierige lig uit wat na wit verander as die temperatuur styg. Die gloeidraad van die gloeilamp straal wit lig uit wanneer dit 3.000 ° C bereik. Binne die ampul word 'n hoë vakuum gemaak en 'n inerte gas geplaas sodat die filament nie brand nie.
Die hitte wat deur die stroom vrygestel word (Joule-effek) as dit deur die gloeidraad beweeg, laat dit toe om die temperatuur te bereik wat nodig is vir gloei, 'n effek van materiale wat lig uitstraal wanneer dit aan hoë temperature blootgestel word. Sien figuur 6.
Dit is belangrik om die regte gloeilamp te kies energie-doeltreffendheid. In gloeilampe word slegs 'n maksimum 15% van die energie gebruik, die res van die elektriese energie word in hitte versprei. In geleide gloeilampe word 80 tot 90% in ligenergie omgeskakel, slegs 10% word vermors as dit in die vorm van hitte versprei. Ledlampe is die beste opsie, met groter energie-doeltreffendheid en laer elektrisiteitsverbruik. Sien figuur 7. [3]
1 oefening
Bepaal vir 'n gloeilamp van 100 W, 110 V:
a) Die intensiteit van die stroom wat deur die gloeilamp vloei.
b) Die energie wat dit per uur verbruik.
oplossing:
a) Elektriese stroom:
Die uitdrukking van elektriese krag word gebruik:
Ons nooi u uit om die artikel van Watt's Law Energy
Volgens die wet van Ohm word die waarde van die gloeilamp se elektriese weerstand verkry:
ons nooi u uit om die artikel te sien Ohm se wet en sy geheime
b) Energie per uur verbruik
Joule se wet bepaal die hoeveelheid hitte wat in die gloeilamp versprei word
As 1 Kilowatt-uur = 3.600.000 Joule, is die verbruikte energie per uur:
Q = 0,002 kWh
Result:
i = 0,91 A; Q = 0,002 kWh
Joule-effek - Oordrag en verspreiding van elektriese energie
Die elektriese energie, wat in 'n aanleg opgewek word, word met geleidende kabels vervoer om later in huise, ondernemings en nywerhede gebruik te word. [4]
Namate die stroom sirkuleer, word die hitte deur die Joule-effek versprei, wat 'n deel van die energie in die omgewing verloor. Hoe groter die stroom, hoe groter word die hitte wat versprei word. Om energieverlies te voorkom, word strome vervoer teen lae strome en hoë spanning van 380 kV. Dit verbeter die doeltreffendheid in die vervoer van elektriese energie. In substasies en transformators word hulle verminder tot die spanningsvlakke van 110 V en 220 V vir hul finale gebruik25 of 220 volt. Sien figuur 8.
In baie toestelle word die Joule-effek gebruik, waar elektriese energie in hitte omskep word, soos onder andere in elektriese strykysters, waterverwarmers, versmeltings, broodroosters, elektriese stowe. Sien figuur 9.
2 oefening
'N Elektriese strykyster van 400 W word vir 10 minute gebruik. Weet dat die strykyster aan 'n 110 V-aansluiting gekoppel is, bepaal:
a) Die intensiteit van die stroom wat deur die yster vloei.
b) Die hoeveelheid hitte wat deur die yster versprei word.
oplossing:
Elektriese stroom
Die uitdrukking van elektriese krag word gebruik:
p = vi
Volgens die wet van Ohm word die waarde van die gloeilamp se elektriese weerstand verkry:
hitte
Joule se wet bepaal die hoeveelheid hitte wat in die plaat versprei word. As 'n minuut 60 sekondes bevat, dan is 10 minute = 600 s.
As 1 Kilowatt-uur = 3.600.000 Joule, is die vrygestelde hitte:
Q = 0,07 kWh
Gevolgtrekkings
Die wet van Joule bepaal dat die hitte wat deur 'n elektriese stroom geproduseer word deur 'n geleier direk eweredig is aan die vierkant van die intensiteit van die stroom, keer die weerstand en die tyd wat dit neem vir die stroom om te sirkuleer. As hulde aan Joule word die energie-eenheid in die internasionale stelsel nou "Joule" genoem.
Baie toestelle gebruik diejoule-effek”Deur hitte op te wek deur stroom deur 'n geleier, soos oonde, stowe, broodroosters, plate, onder andere.
Ons nooi u uit om u kommentaar en vrae oor hierdie interessante onderwerp te lewer.