Запал закона Джоуля "Прыкладанні - практыкаванні"
Джоўль вывучаў эфект, які ўзнікае пры цыркуляцыі электрычнага току дырыжор і ўстаноўлены так вядомым законам Джоўля. Калі электрычны зарад рухаецца па правадніку, электроны сутыкаюцца адзін з адным, выпрацоўваючы цяпло.
З выкарыстаннем эфекту Джоуля распрацаваны некалькі бытавых прыбораў і прамысловага абсталявання, дзе электрычная энергія пераўтвараецца ў цяпло паводле гэтага прынцыпу, напрыклад, электрычныя пліты і прасы.
Закон Джоуля выкарыстоўваецца пры праектаванні абсталявання для памяншэння страт энергіі праз цяпло.
Трохі пазнаёмімся з Джэймсам Джоўлем:
Джэймс Прэскат Джоўль (1818-1889)
Ён быў брытанскім фізікам, які праводзіў даследаванні ў галіне тэрмадынамікі, энергетыкі, электрычнасці і магнетызму.
Разам з Уільямам Томсанам яны адкрылі так званы эфект Джоуля - Томсана, дзякуючы якому прадэманстравалі, што можна астуджаць газ пры пашырэнні без знешняй працы - асноўны прынцып развіцця сучасных халадзільнікаў і кандыцыянераў. Ён працаваў з лордам Кельвінам над распрацоўкай абсалютнай шкалы тэмператур, дапамагаў тлумачыць кінетычную тэорыю газаў.
У яго гонар была названа міжнародная адзінка энергіі, цяпла і працы - джоўль. [1]
Закон Джоўля
Што прапануе закон Джоуля?
Калі электрычны ток праходзіць праз элемент, частка энергіі рассейваецца ў выглядзе цяпла. Закон Джоуля дазваляе вызначыць колькасць цяпла, якое рассейваецца ў элеменце ў выніку электрычнага току, які цыркулюе праз яго. Глядзіце малюнак 1.
Закон Джоуля сцвярджае, што цяпло (Q), якое выпрацоўваецца ў правадніку, прапарцыянальна яго электрычнаму супраціву R, квадрату току, які праходзіць праз яго, і прамежку часу. Глядзіце малюнак 2.
Матэматычны выраз закона Джоуля
Цяпло, якое рассейваецца ў элеменце, калі па ім цыркулюе ток, атрымліваецца па матэматычным выразе на малюнку 3. Патрабуецца ведаць значэнне электрычнага току, які цыркулюе праз элемент, яго электрычны супраціў і інтэрвал час. [два].
Пры вывучэнні цепластрат у элеменце яны звычайна выражаюцца як цеплавая энергія, якая рассейваецца ў адзінцы "калорыя", а не ў Джоулі. На малюнку 4 прыведзена формула для вызначэння колькасці цяпла ў калорыях.
Як адбываецца пацяпленне?
Калі электрычны ток праходзіць праз праваднік, электрычны зарад сутыкаецца з атамамі правадыра, калі яны рухаюцца па ім. З-за гэтых узрушэнняў частка энергіі ператвараецца ў цяпло, павялічваючы тэмпературу праводзіць матэрыялу. Глядзіце малюнак 5.
Чым больш цячэ току, тым больш павялічваецца тэмпература і тым больш рассейваецца цяпло. Цяпло, якое выпрацоўваецца электрычным токам, які праходзіць праз праваднік, з'яўляецца мерай працы, якую ток выконвае пры пераадоленні супраціву правадыра.
Для перамяшчэння электрычнага зарада патрэбна крыніца напружання. Крыніца напружання павінна падаваць больш энергіі, чым больш рассейваецца цяпло. Вызначыўшы, колькі вырабляецца цяпла, вы можаце вызначыць, колькі энергіі павінна падаваць крыніца напружання.
Прымяненне закона Джоуля
Эфект Джоўля ў лямпах напальвання
Лямпачкі напальвання вырабляюцца шляхам размяшчэння ў шкляной колбе вальфрамавай ніткі з высокім плаўленнем. Пры тэмпературы 500 ºC целы выпраменьваюць чырванаваты святло, які пры павышэнні тэмпературы ператвараецца ў белы. Нітка цыбуліны, дасягнуўшы 3.000 ºC, выпраменьвае белае святло. Унутры ампулы робіцца высокі вакуум і змяшчаецца інэртны газ, каб нітка не згарэла.
Цяпло, якое вылучаецца токам (эфект Джоуля), праходзячы праз нітку, дазваляе яму дасягнуць тэмпературы, неабходнай для ўзнікнення напальвання, - эфекту матэрыялаў, якія выпраменьваюць святло пры высокіх тэмпературах. Глядзіце малюнак 6.
Важна правільна выбраць лямпу для большага памеру энергаэфектыўнасць. У лямпах напальвання выкарыстоўваецца толькі максімум 15% энергіі, астатняя электрычная энергія рассейваецца ў цяпле. У святлодыёдных лямпачках ад 80 да 90% ператвараецца ў светлавую энергію, толькі 10% траціцца пры рассейванні ў выглядзе цяпла. Святлодыёдныя лямпачкі - лепшы варыянт, які мае большую энергаэфектыўнасць і меншае спажыванне электраэнергіі. Глядзіце малюнак 7. [3]
Практыкаванне 1
Для лямпы напальвання 100 Вт, 110 В вызначыце:
а) Інтэнсіўнасць току, які праходзіць праз лямпачку.
б) Энергія, якую яна спажывае за гадзіну.
рашэнне:
а) электрычны ток:
Выраз электрычнай магутнасці выкарыстоўваецца:
Мы запрашаем вас паглядзець артыкул Закон Вата Энергія
Па законе Ома атрымліваецца значэнне электрычнага супраціву лямпачкі:
запрашаем вас паглядзець артыкул Закон Ома і яго сакрэты
б) Спажываная энергія ў гадзіну
Закон Джоуля вызначае колькасць цяпла, якое рассейваецца ў лямпачцы
Калі 1 кілават-гадзіна = 3.600.000 XNUMX XNUMX джоўляў, спажываная энергія ў гадзіну:
Q = 0,002 кВт-гадз
Вынік:
i = 0,91 А; Q = 0,002 кВт-гадз
Эфект Джоуля - перадача і размеркаванне электрычнай энергіі
Электраэнергія, якая выпрацоўваецца на заводзе, транспартуецца з дапамогай токаправодных кабеляў, якія пазней будуць выкарыстоўвацца ў дамах, на прадпрыемствах і ў прамысловасці. [4]
Па меры цыркуляцыі току цяпло рассейваецца з эфектам Джоуля, губляючы частку энергіі ў навакольнае асяроддзе. Чым большы ток, тым большае цяпло рассейваецца. Каб пазбегнуць страт энергіі, токі пераносяцца пры малым току і высокім напружанні 380 кВ. Гэта павышае эфектыўнасць транспарціроўкі электрычнай энергіі. У падстанцыях і трансфарматарах яны паніжаны да ўзроўню напружання ў 110 У і 220 У для канчатковага выкарыстання (25 або 220 Вольт). Глядзіце малюнак 8.
У многіх прыборах выкарыстоўваецца эфект Джоўля, дзе электрычная энергія ператвараецца ў цяпло, напрыклад, у прасах, воданагравальніках, засцерагальніках, тостарах, электрычных плітах, сярод іншага. Глядзіце малюнак 9.
Практыкаванне 2
На працягу 400 хвілін выкарыстоўваецца электрычны прас магутнасцю 10 Вт. Ведаючы, што прас падключаны да электрычнай разеткі 110 В, вызначыце:
а) Інтэнсіўнасць току, які праходзіць праз жалеза.
б) Колькасць цяпла, якое рассейваецца жалезам.
рашэнне:
Электрычны ток
Выраз электрычнай магутнасці выкарыстоўваецца:
р = ві
Па законе Ома атрымліваецца значэнне электрычнага супраціву лямпачкі:
Цяпло
Закон Джоуля вызначае колькасць цяпла, якое рассейваецца ў пласціне. Калі хвіліна ўтрымлівае 60 секунд, то 10 хвілін = 600 с.
Калі 1 кілават-гадзіна = 3.600.000 XNUMX XNUMX джоўляў, выдзяляецца цяпло:
Q = 0,07 кВт-гадз
Высновы
Закон Джоуля сцвярджае, што цяпло, якое выпрацоўваецца электрычным токам пры цыркуляцыі па правадніку, прама прапарцыянальна квадрату інтэнсіўнасці току, памножанаму на супраціў і часу, неабходным цыркуляцыі току. У знак пашаны Джоулю адзінка энергіі ў міжнароднай сістэме цяпер называецца "Джоўль".
Многія прылады выкарыстоўваюцьэфект джоуля”, Выпрацоўваючы цяпло, прапускаючы ток праз праваднік, напрыклад, печы, печы, тостары, пліты.
Запрашаем пакінуць свае каментарыі і пытанні па гэтай цікавай тэме.