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.
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.
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].
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.
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.
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.
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]
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
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
b) Energia cunsumata à l'ora
A Legge di Joule determina a quantità di calore chì hè dissipatu in u bulbu
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.
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.
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
Per a Legge di Ohm si ottiene u valore di a resistenza elettrica di u bulbu:
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.
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.