گرمای قانون ژول "برنامه ها - تمرینات"
ژول اثر ایجاد شده هنگام گردش جریان الکتریکی را مطالعه کرد هادی و بنابراین توسط قانون معروف ژول تاسیس شده است. هنگامی که بار الکتریکی از طریق یک رسانا حرکت می کند ، الکترون ها نیز حرکت می کنند با یکدیگر برخورد کرده و تولید گرما می کنند.
با استفاده از جلوه ژول ، چندین وسیله خانگی و تجهیزات صنعتی طراحی شده است ، جایی که انرژی الکتریکی با این اصل به گرما تبدیل می شود ، مانند اجاق های الکتریکی و اتوها.
قانون ژول در طراحی تجهیزات برای کاهش تلفات انرژی از طریق گرما استفاده می شود.
کمی با جیمز ژول آشنا شوید:
جیمز پریسکوت ژول (1818-1889)
وی یک فیزیکدان انگلیسی بود که تحقیقاتی در زمینه ترمودینامیک ، انرژی ، برق و مغناطیس انجام داد.
آنها به همراه ویلیام تامسون به اصطلاح اثر ژول - تامسون را کشف کردند که به وسیله آن نشان دادند که امکان خنک کردن گاز در هنگام انبساط بدون انجام کارهای خارجی وجود دارد ، این یک اصل اساسی در تولید یخچال های فعلی و تهویه هوا است. او با لرد کلوین کار کرد تا مقیاس مطلق دما را توسعه دهد ، به توضیح تئوری جنبشی گازها کمک کرد.
واحد بین المللی انرژی ، گرما و کار ، ژول به احترام وی نامگذاری شد. [1]
قانون ژول
قانون ژول چه پیشنهادی دارد؟
وقتی جریان الکتریکی از طریق یک عنصر عبور می کند ، مقداری از انرژی به صورت گرما پراکنده می شود. قانون ژول به ما اجازه می دهد تا مقدار گرمای پراکنده شده در یک عنصر را ، در نتیجه جریان الکتریکی که از آن عبور می کند ، تعیین کنیم. شکل 1 را ببینید.
قانون ژول بیان می کند که گرمای (Q) تولید شده در یک رسانا متناسب با مقاومت الکتریکی آن R ، مربع جریان عبوری از آن و فاصله زمانی است. شکل 2 را ببینید.
بیان ریاضی قانون ژول
گرمی که در یک عنصر پخش می شود ، وقتی جریانی از آن عبور می کند ، با بیان ریاضی در شکل 3 داده می شود. لازم است که مقدار جریان الکتریکی را که از طریق عنصر گردش می کند ، مقاومت الکتریکی آن و فاصله زمان. [دو]
هنگام مطالعه اتلاف حرارت در یک عنصر ، معمولاً به صورت گرمای اتلاف شده در واحد "کالری" به جای ژول بیان می شود. شکل 4 فرمول تعیین مقدار گرما در کالری را نشان می دهد.
چگونه گرم شدن اتفاق می افتد؟
هنگامی که جریان الکتریکی از یک رسانا عبور می کند ، بار الکتریکی هنگام حرکت از طریق هادی با اتم های هادی برخورد می کند. به دلیل این ضربات ، بخشی از انرژی به گرما تبدیل می شود و باعث افزایش دمای ماده رسانا می شود. شکل 5 را ببینید.
هرچه جریان بیشتری داشته باشد ، افزایش دما بیشتر می شود و گرمای بیشتری نیز اتلاف می شود. گرمای تولید شده توسط جریان الکتریکی که از طریق یک رسانا عبور می کند ، اندازه گیری کار انجام شده توسط جریان در غلبه بر مقاومت هادی است.
جابجایی بار الکتریکی به منبع ولتاژ نیاز دارد. منبع ولتاژ باید هرچه گرما بیشتری اتلاف کند ، برق بیشتری تأمین کند. با تعیین میزان تولید گرما ، می توانید میزان ولتاژ منبع ولتاژ را تعیین کنید.
برنامه های حقوقی ژول
اثر ژول در لامپ های رشته ای
لامپ های رشته ای با قرار دادن یک رشته تنگستن با ذوب زیاد در یک لامپ شیشه ای ساخته می شوند. در دمای 500 درجه سانتیگراد ، اجسام نوری مایل به قرمز از خود ساطع می کنند که در صورت افزایش دما ، به سفید تبدیل می شود. رشته لامپ با رسیدن به 3.000 درجه سانتیگراد ، نور سفید ساطع می کند. در داخل آمپول خلا high زیادی ایجاد شده و گاز بی اثر قرار داده می شود تا رشته نسوزد.
گرمای داده شده توسط جریان (اثر ژول) هنگام عبور از میان رشته یاد شده باعث می شود تا به دمای لازم برای لامپ های رشته ای برسد ، این از مواد برای تابش نور هنگام قرار گرفتن در معرض دمای بالا است. شکل 6 را ببینید.
مهم است که لامپ مناسب را برای بزرگتر انتخاب کنید بهره وری انرژی. در لامپهای رشته ای فقط حداکثر 15٪ از انرژی مصرف می شود ، بقیه انرژی الکتریکی در گرما پراکنده می شود. در لامپهای led 80 تا 90٪ به انرژی نور تبدیل می شود ، فقط 10٪ هنگام اتلاف به صورت گرما هدر می رود. لامپ های LED دارای بهترین بهره وری و مصرف برق کمتر بهترین گزینه هستند. به شکل 7 مراجعه کنید. [3]
ورزش 1
برای یک لامپ 100 ولت ، 110 ولت رشته ای ، تعیین کنید:
الف) شدت جریان عبوری از لامپ.
ب) انرژی مصرفی در هر ساعت.
راه حل:
الف) جریان الکتریکی:
از بیان قدرت الکتریکی استفاده می شود:
ما شما را به دیدن مقاله دعوت می کنیم انرژی قانون وات
طبق قانون اهم مقدار مقاومت الکتریکی لامپ بدست می آید:
ما شما را به دیدن مقاله دعوت می کنیم قانون اهم و اسرار آن
ب) انرژی مصرف شده در ساعت
قانون ژول میزان گرمای اتلاف شده در لامپ را تعیین می کند
اگر 1 کیلووات ساعت = 3.600.000،XNUMX،XNUMX ژول ، انرژی مصرف شده در هر ساعت:
Q = 0,002 کیلو وات ساعت
نتیجه:
من = 0,91 A ؛ Q = 0,002 کیلو وات ساعت
اثر ژول - انتقال و توزیع انرژی الکتریکی
انرژی الکتریکی که در گیاه تولید می شود توسط کابل های رسانا منتقل می شود تا بعداً در خانه ها ، مشاغل و صنایع استفاده شود. [4]
با گردش جریان ، گرما با اثر ژول پراکنده می شود و بخشی از انرژی را به محیط از دست می دهد. هرچه جریان بیشتر باشد ، گرمای اتلاف شده نیز بیشتر می شود. برای جلوگیری از اتلاف انرژی ، جریان ها با جریان کم و ولتاژ بالای 380 کیلوولت منتقل می شوند. این کار باعث بهبود کارایی در انتقال انرژی الکتریکی می شود. در پستها و ترانسفورماتورها برای استفاده نهایی 110 یا 220 ولت به سطح ولتاژ 25 ولت و 220 ولت کاهش می یابند). شکل 8 را ببینید.
در بسیاری از لوازم خانگی از اثر ژول استفاده می شود ، جایی که انرژی الکتریکی به گرما تبدیل می شود ، مانند اتو برقی ، بخاری آب ، فیوزها ، توسترها ، اجاق های برقی و غیره. شکل 9 را ببینید.
ورزش 2
از اتوی برقی 400 وات به مدت 10 دقیقه استفاده می شود. با دانستن اینکه اتو به پریز برق 110 ولت متصل است ، تعیین کنید:
الف) شدت جریان عبوری از آهن.
ب) مقدار گرمای اتلاف شده توسط آهن.
راه حل:
جریان الکتریسیته
از بیان قدرت الکتریکی استفاده می شود:
p = vi
طبق قانون اهم مقدار مقاومت الکتریکی لامپ بدست می آید:
گرما
قانون ژول میزان گرمای اتلاف شده در صفحه را تعیین می کند. اگر یک دقیقه شامل 60 ثانیه باشد ، 10 دقیقه = 600 ثانیه است.
اگر 1 کیلووات ساعت = 3.600.000،XNUMX،XNUMX ژول ، گرمای آزاد شده:
Q = 0,07 کیلو وات ساعت
نتیجه گیری
قانون ژول بیان می کند که گرمای تولید شده توسط جریان الکتریکی هنگام گردش از طریق یک هادی مستقیماً متناسب با مربع شدت جریان ، چند برابر مقاومت و مدت زمان گردش جریان است. در ادای احترام به ژول اکنون واحد انرژی در سیستم بین الملل "ژول" نامیده می شود.
بسیاری از دستگاه ها از "اثر ژول"، با تولید گرما با عبور جریان از یک رسانا ، مانند اجاق ها ، اجاق ها ، توسترها ، بشقاب ها و غیره.
ما از شما دعوت می کنیم نظرات و سوالات خود را در مورد این موضوع جالب بگذارید.