Varmen fra Joules lov "Ansøgninger - øvelser"
Joule studerede den effekt, der opstår, når en elektrisk strøm cirkulerer igennem en dirigent og således etableret af den velkendte Joule-lov. Når den elektriske ladning bevæger sig gennem en leder, elektronerne kolliderer med hinanden og genererer varme.
Brug af Joule-effekten, flere husholdningsapparater og industrielt udstyr er designet, hvor elektrisk energi omdannes til varme ved dette princip, såsom elektriske komfurer og jern.
Joule's lov bruges i design af udstyr til at reducere energitab gennem varme.
At lære James Joule at kende lidt:
James Prescott Joule (1818-1889)
Han var en britisk fysiker, der gennemførte forskning inden for termodynamik, energi, elektricitet og magnetisme.
Sammen med William Thomson opdagede de den såkaldte Joule - Thomson-effekt, hvorved de demonstrerede, at det var muligt at afkøle en gas, når den ekspanderede uden at udføre eksternt arbejde, et grundlæggende princip for udviklingen af nuværende køleskabe og klimaanlæg. Han arbejdede sammen med Lord Kelvin for at udvikle den absolutte temperaturskala, hjalp med at forklare den kinetiske teori om gasser.
Den internationale enhed for energi, varme og arbejde, joule, blev navngivet til hans ære. [1]
Joules lov
Hvad foreslår Joules lov?
Når en elektrisk strøm strømmer gennem et element, spredes noget af energien som varme. Joules lov giver os mulighed for at bestemme den mængde varme, der spredes i et element som et resultat af den elektriske strøm, der cirkulerer gennem det. Se figur 1.
Joules lov siger, at varmen (Q), der genereres i en leder, er proportional med dens elektriske modstand R, med kvadratet af strømmen, der passerer gennem den, og til tidsintervallet. Se figur 2.
Matematisk udtryk for Joules lov
Varmen, der spredes i et element, når en strøm cirkulerer gennem det, gives af det matematiske udtryk i figur 3. Det kræves at kende værdien af den elektriske strøm, der cirkulerer gennem elementet, dets elektriske modstand og intervallet af tid. [to].
Når man studerer varmetabet i et element, udtrykkes det normalt som varmen spredt i enheden "kalorie" i stedet for i Joule. Figur 4 viser formlen til bestemmelse af mængden af varme i kalorier.
Hvordan sker opvarmning?
Når en elektrisk strøm strømmer gennem en leder, kolliderer den elektriske ladning med lederens atomer, når de bevæger sig gennem den. På grund af disse stød omdannes en del af energien til varme, hvilket øger temperaturen på det ledende materiale. Se figur 5.
Jo mere strøm strømmer, jo større er temperaturstigningen, og jo mere varme spredes. Varmen, der produceres af den elektriske strøm, der strømmer gennem en leder, er et mål for det arbejde, der udføres af strømmen for at overvinde lederens modstand.
Flytning af den elektriske opladning kræver en spændingskilde. Spændingskilden skal levere mere strøm, jo mere varme spredes. Ved at bestemme, hvor meget varme der produceres, kan du bestemme, hvor meget energi spændingskilden skal levere.
Joules lovansøgninger
Joule-effekt i glødepærer
Glødepærer fremstilles ved at placere et højsmeltende wolframfilament i en glaspære. Ved en temperatur på 500 ºC udsender kroppe et rødligt lys, der udvikler sig til hvidt, hvis temperaturen stiger. Pærens glødetråd udsender hvidt lys, når den når 3.000 ºC. Inde i ampullen fremstilles et højt vakuum, og en inaktiv gas placeres, så filamentet ikke brænder.
Den varme, der afgives af strømmen (Joule-effekten), når den passerer gennem glødetråden, gør det muligt at nå den nødvendige temperatur for glødelampe at forekomme, en effekt af materialer, der udsender lys, når de udsættes for høje temperaturer. Se figur 6.
Det er vigtigt at vælge den rigtige pære til større energieffektivitet. I glødepærer bruges kun maksimalt 15% af energien, resten af den elektriske energi spredes i varme. I ledede pærer omdannes 80 til 90% til lysenergi, kun 10% spildes, når de spredes i form af varme. Led-pærer er den bedste løsning med større energieffektivitet og lavere elforbrug. Se figur 7. [3]
1 øvelse
For en 100 W, 110 V glødepære skal du bestemme:
a) Intensiteten af strømmen, der strømmer gennem pæren.
b) Den energi, den bruger per time.
Opløsning:
a) Elektrisk strøm:
Udtrykket af elektrisk kraft bruges:
Vi inviterer dig til at se artiklen fra Watts lovenergi
Ved Ohms lov opnås værdien af pærens elektriske modstand:
vi inviterer dig til at se artiklen Ohms lov og dens hemmeligheder
b) Energiforbrug pr. time
Joule's lov bestemmer mængden af varme, der spredes i pæren
Hvis 1 kilowatt-time = 3.600.000 Joule, er den forbrugte energi pr. Time:
Q = 0,002 kWh
Resultat:
i = 0,91 A; Q = 0,002 kWh
Joule-effekt - transmission og distribution af elektrisk energi
Den elektriske energi, der genereres i et anlæg, transporteres med ledende kabler til senere brug i hjem, virksomheder og industrier. [4]
Når strømmen cirkulerer, spredes varmen af Joule-effekten og mister en del af energien til miljøet. Jo større strøm, jo større er den varme, der spredes. For at undgå energitab transporteres strømme ved lave strømme og høje spændinger på 380 kV. Dette forbedrer effektiviteten i transporten af elektrisk energi. I understationer og transformere reduceres de til spændingsniveauerne ved 110 V og 220 V til deres endelige brug25 eller 220 volt). Se figur 8.
I mange apparater anvendes Joule-effekten, hvor elektrisk energi omdannes til varme, såsom i elektriske strygejern, vandvarmere, sikringer, brødristere, elektriske ovne, blandt andre. Se figur 9.
2 øvelse
Et 400W elektrisk strygejern bruges i 10 minutter. Ved at vide, at jernet er forbundet til en 110 V stikkontakt, skal du bestemme:
a) Intensiteten af strømmen, der strømmer gennem jernet.
b) Mængden af varme, der ledes af jernet.
Opløsning:
Elektrisk strøm
Udtrykket af elektrisk kraft bruges:
p = vi
Ved Ohms lov opnås værdien af pærens elektriske modstand:
hede
Joule's lov bestemmer mængden af varme, der spredes i pladen. Hvis et minut indeholder 60 sekunder, så er 10 minutter = 600 s.
Hvis 1 kilowatt-time = 3.600.000 Joule, er den frigivne varme:
Q = 0,07 kWh
konklusioner
Joules lov siger, at varmen, der produceres af en elektrisk strøm, når den cirkulerer gennem en leder, er direkte proportional med kvadratet af strømens intensitet, gange modstanden og den tid, det tager for strømmen at cirkulere. Som hyldest til Joule kaldes energienheden i det internationale system nu “Joule”.
Mange enheder bruger “joule-effekt”Ved at generere varme ved at føre strøm gennem en leder, såsom ovne, ovne, brødristere, plader, blandt andre.
Vi inviterer dig til at efterlade dine kommentarer og spørgsmål om dette interessante emne.