Tecnulugia

U calore di a Lege di Joule "Applicazioni - Esercizii"

Joule hà studiatu l'effettu chì si verifica quandu un currente elettricu circula per ellu un cunduttore è cusì stabilitu da a famosa lege Joule. Quandu a carica elettrica si move attraversu un cunduttore, l'elettroni scontra cù l'altri generendu calore.

Utilizendu l'effettu Joule, sò stati disignati più apparecchi domestici è apparecchiature industriali, induve l'energia elettrica hè cunvertita in calore da stu principiu, cume cucine elettriche è ferri.

A Legge di Joule hè aduprata in a cuncezzione di l'attrezzatura per riduce e perdite di energia per mezu di u calore.

Cunnosce un pocu James Joule:

James Prescott Joule (1818-1889)
Era un fisicu britannicu chì hà fattu ricerche in termodinamica, energia, elettricità è magnetismu.
Insemi cù William Thomson anu scupertu u cusì chjamatu Effettu Joule - Thomson da u quale anu dimustratu chì era pussibule friddà un gas quandu si stava espansu senza fà un travagliu esternu, un principiu di basa di u sviluppu di i frigoriferi è di i climatizatori attuali. Hà travagliatu cù Lord Kelvin per sviluppà a scala assoluta di temperatura, hà aiutatu à spiegà a teoria cinetica di i gasi.
L'unità internaziunale di energia, calore è travagliu, u joule, hè stata chjamata in u so onore. [1]

Lege di Joule

Chì prupone a Lege di Joule?

Quandu un currente elettricu attraversa un elementu, una parte di l'energia hè dissipata cum'è calore. A lege di Joule ci permette di determinà a quantità di calore chì hè dissipatu in un elementu, per via di u currente elettricu chì circula per ellu. Vede a figura 1.

Dissipazione di calore per l'effettu di a corrente elettrica in un cunduttore
citeia.com (fig 1)

A Legge di Joule dice chì u calore (Q) chì hè generatu in un cunduttore hè prupurziunale à a so resistenza elettrica R, à u quatratu di u currente chì u passa è à l'intervallu di tempu. Vede a figura 2.

Legge di Joule
citeia.com (fig 2)

Spressione matematica di a Lege di Joule

U calore chì hè dissipatu in un elementu, quandu un currente circula per ellu, hè datu da l'espressione matematica in figura 3. Hè necessariu cunnosce u valore di u currente elettricu chì circula per l'elementu, a so resistenza elettrica è l'intervalu di tempu. [due].

Spressione matematica di a Lege di Joule
citeia.com (fig 3)

Quandu si studia a perdita di calore in un elementu, hè generalmente spressu cum'è u calore dissipatu in l'unità "caloria" invece di in Joule. A Figura 4 mostra a formula per determinà a quantità di calore in calorie.

Quantità di calore, in calorie
citeia.com (fig 4)

Cumu accade u riscaldamentu?

Quandu un currente elettricu attraversa un cunduttore, a carica elettrica collide cù l'atomi di u cunduttore mentre si movenu per ellu. A causa di sti scossa, una parte di l'energia hè cunvertita in calore, aumentendu a temperatura di u materiale cunduttore. Vede a figura 5.

A collisione di l'elettroni produce riscaldamentu
citeia.com (fig 5)

Più i flussi currenti, più grande hè l'aumentu di a temperatura, è più calore hè dissipatu. U calore pruduttu da u currente elettricu chì passa per un cunduttore hè una misura di u travagliu fattu da a corrente per superà a resistenza di u cunduttore.

U muvimentu di a carica elettrica richiede una fonte di tensione. A surghjente di tensione deve furnisce più putenza più u calore si dissipa. Determinendu quantu calore hè pruduttu, pudete determinà quantu energia a fonte di tensione deve furnisce.

Applicazioni di dirittu di Joule

Effettu Joule in lampadine incandescenti

E lampadine à incandescenza sò fatte mettendu un filamentu di tungstenu à alta fusione in una lampadina di vetru. À una temperatura di 500 ºC, i corpi emettenu una luce rossu, chì evolve à biancu se a temperatura aumenta. U filamentu di u bulbu, ghjunghjendu à 3.000 ºC, emette luce bianca. In l'internu di l'ampolla hè fattu un altu vacuum è un gas inertu hè piazzatu in modu chì u filamentu ùn brusgi.

U calore emanatu da u currente (effettu Joule) mentre passa attraversu u filamentu permette di ghjunghje à a temperatura necessaria per l'incandescenza, un effettu di i materiali per emette luce quandu sò sottumessi à alte temperature. Vede a figura 6.

Effettu Joule in lampadine incandescenti
citeia.com (fig 6)

Hè impurtante di sceglie u bulbu ghjustu per più grande efficienza energetica. In i lampadini incandescenti solu un massimu di 15% di l'energia hè aduprata, u restu di l'energia elettrica hè dissipata in calore. In le lampadine led da 80 à 90% si trasforma in energia luminosa, solu u 10% hè sprecatu quandu si dissipa in forma di calore. E lampadine à led sò a migliore opzione, avendu una efficienza energetica più grande è un consumu di energia elettrica più bassu. Vede a figura 7. [3]

Effettu Joule - efficienza energetica
citeia.com (fig 7)

Exercitu 1

Per una lampadina incandescente di 100 W, 110 V, determinate:
a) L'intensità di u currente chì scorre per u bulbu.
b) L'energia chì cunsuma per ora.

Solución:

a) Corrente elettrica:

L'espressione di putenza elettrica hè aduprata:

Vi invitemu à vede l'articulu di Energia di a Lege di Watt

A putenza di a Lege di Watt (Applicazioni - Esercizii) copre l'articulu
citeia.com

Formula d'energia elettrica
citeia.com

Per a Legge di Ohm si ottiene u valore di a resistenza elettrica di u bulbu:

vi invitemu à vede l'articulu A lege di Ohm è i so secreti

Lege di Formula Ohm
Lege di Formula Ohm
b) Energia cunsumata à l'ora

A Legge di Joule determina a quantità di calore chì hè dissipatu in u bulbu

Formula energetica cunsumata à l'ora
Formula energetica cunsumata à l'ora

Se 1 Kilowatt-ora = 3.600.000 Joule, l'energia cunsumata à l'ora hè:

Q = 0,002 kWh

Result:

i = 0,91 A; Q = 0,002 kWh

Effettu Joule - Trasmissione è distribuzione di energia elettrica

L'energia elettrica, chì hè generata in una pianta, hè trasportata da cavi cunduttivi per esse aduprata dopu in case, imprese è industrie. [4]

Quandu u currente circula, u calore hè dissipatu da l'effettu Joule, perdendu una parte di l'energia per l'ambiente. Più grande hè u currente, più grande hè u calore dissipatu. Per evità a perdita di energia, i currenti sò trasportati à bassa corrente è alte tensioni di 380 kV. Questu migliora l'efficienza in u trasportu di energia elettrica. In sottostazioni è trasformatori sò ridotti à i livelli di tensione à 110 V è 220 V per u so usu finale 25 o 220 volt). Vede a figura 8.

Effettu Joule - efficienza energetica
citeia.com (fig 8)

In parechji apparecchi hè adupratu l'effettu Joule, induve l'energia elettrica hè trasfurmata in calore, cum'è in ferri elettrichi, scaldacqua, fusibili, tostapane, stufe elettriche, frà altri. Vede a figura 9.

Apparecchi chì funzionanu cù l'effettu Joule
citeia.com (fig 9)

Exercitu 2

Un ferru elettricu 400W hè adupratu per 10 minuti. Sapendu chì u ferru hè cunnessu à una presa elettrica di 110 V, determinate:

a) L'intensità di a corrente chì scorre per u ferru.
b) A quantità di calore dissipata da u ferru
.

Solución:

Corrente elettrica

L'espressione di putenza elettrica hè aduprata:

p = vi

Energia elettrica
Formula Energia elettrica

Per a Legge di Ohm si ottiene u valore di a resistenza elettrica di u bulbu:

Formula di lege di Ohm
Formula di lege di Ohm

Calore

A Legge di Joule determina a quantità di calore chì hè dissipatu in a piastra. Se un minutu cuntene 60 secondi, allora 10 minuti = 600 s.

Formula di lege di Joule
Formula di lege di Joule

Se 1 Kilowatt-ora = 3.600.000 Joule, u calore liberatu hè:

Q = 0,07 kWh

CONCLUSIONES

A Legge di Joule stabilisce chì u calore pruduttu da un currente elettricu quand'ellu circuleghja attraversu un cunduttore hè direttamente prupurziunale à u quatratu di l'intensità di u currente, volte a resistenza è u tempu ch'ellu ci vole à circulà u currente. In omaggiu à Joule l'unità d'energia in u sistema internaziunale hè oghje chjamata "Joule".

Parechji dispositivi utilizanu u "effettu joule»Generendu calore passendu u currente attraversu un cunduttore, cum'è forni, stufe, tostapane, piatti, frà altri.

Vi invitemu à lascià i vostri cummenti è dumande annantu à questu sughjettu interessante.

REFERENCIAS

[1][2][3][4]

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