जूल के नियम की गर्मी "अनुप्रयोग - अभ्यास"
जूल ने विद्युत धारा प्रवाहित होने पर उत्पन्न होने वाले प्रभाव का अध्ययन किया एक कंडक्टर और यह प्रसिद्ध जूल कानून द्वारा स्थापित किया गया है। जैसे विद्युत आवेश किसी चालक, इलेक्ट्रॉन के माध्यम से गति करता है एक दूसरे से टकराने से गर्मी पैदा होती है।
जूल प्रभाव का उपयोग करते हुए, कई घरेलू उपकरणों और औद्योगिक उपकरणों को डिजाइन किया गया है, जहां विद्युत ऊर्जा को इस सिद्धांत द्वारा गर्मी में परिवर्तित किया जाता है, जैसे कि इलेक्ट्रिक स्टोव और इस्त्री।
जूल के नियम का उपयोग गर्मी से होने वाली ऊर्जा हानि को कम करने के लिए उपकरणों के डिजाइन में किया जाता है।
जेम्स जूल को थोड़ा जानना:
जेम्स प्रेस्कॉट जूल (1818-1889)
वह एक ब्रिटिश भौतिक विज्ञानी थे जिन्होंने थर्मोडायनामिक्स, ऊर्जा, बिजली और चुंबकत्व में अनुसंधान किया था।
विलियम थॉमसन के साथ मिलकर, उन्होंने तथाकथित जूल-थॉमसन प्रभाव की खोज की, जिसके माध्यम से उन्होंने प्रदर्शित किया कि बाहरी कार्य किए बिना गैस का विस्तार करके उसे ठंडा करना संभव है, जो वर्तमान रेफ्रिजरेटर और एयर कंडीशनर के विकास के लिए एक बुनियादी सिद्धांत है। पूर्ण तापमान पैमाने को विकसित करने के लिए लॉर्ड केल्विन के साथ काम किया, गैसों के गतिज सिद्धांत को समझाने में मदद की।
ऊर्जा, ऊष्मा और कार्य की अंतर्राष्ट्रीय इकाई, जूल, का नाम उनके सम्मान में रखा गया था। [1]
जूल का नियम
जूल का नियम क्या बताता है?
जब किसी तत्व से विद्युत धारा प्रवाहित होती है, तो ऊर्जा का कुछ भाग ऊष्मा के रूप में नष्ट हो जाता है। जूल का नियम हमें किसी तत्व में प्रवाहित होने वाली विद्युत धारा के प्रभाव के कारण उसमें नष्ट होने वाली ऊष्मा की मात्रा निर्धारित करने की अनुमति देता है। चित्र 1 देखें.
जूल का नियम स्थापित करता है कि किसी चालक में उत्पन्न ऊष्मा (Q) उसके विद्युत प्रतिरोध R, उससे गुजरने वाली धारा के वर्ग और समय अंतराल के समानुपाती होती है। चित्र 2 देखें.
जूल के नियम की गणितीय अभिव्यक्ति
जब किसी तत्व में विद्युत धारा प्रवाहित होती है, तो उसमें जो ऊष्मा नष्ट होती है, वह चित्र 3 में गणितीय अभिव्यक्ति द्वारा दी गई है। तत्व के माध्यम से प्रसारित होने वाली विद्युत धारा का मूल्य, उसका विद्युत प्रतिरोध और अंतराल को जानना आवश्यक है। समय। [2].
किसी तत्व में गर्मी के नुकसान का अध्ययन करते समय, इसे आमतौर पर जूल के बजाय इकाई "कैलोरी" में नष्ट हुई गर्मी के रूप में व्यक्त किया जाता है। चित्र 4 कैलोरी में ऊष्मा की मात्रा निर्धारित करने का सूत्र दिखाता है।
हीटिंग कैसे होती है?
जब किसी चालक के माध्यम से विद्युत धारा प्रवाहित होती है, तो विद्युत आवेश इसके माध्यम से चलते समय चालक के परमाणुओं के साथ टकराव पैदा करता है। इन झटकों के कारण ऊर्जा का एक भाग ऊष्मा में परिवर्तित हो जाता है, जिससे प्रवाहकीय पदार्थ का तापमान बढ़ जाता है। चित्र 5 देखें.
जितनी अधिक धारा प्रवाहित होती है, तापमान उतना ही अधिक बढ़ता है और उतनी ही अधिक ऊष्मा नष्ट होती है। किसी चालक के माध्यम से बहने वाली विद्युत धारा द्वारा उत्पन्न ऊष्मा, चालक के प्रतिरोध पर काबू पाने में धारा द्वारा किए गए कार्य का एक माप है।
विद्युत आवेश को स्थानांतरित करने के लिए वोल्टेज स्रोत की आवश्यकता होती है। वोल्टेज स्रोत को अधिक बिजली की आपूर्ति करनी चाहिए क्योंकि अधिक गर्मी नष्ट होती है। यह निर्धारित करके कि कितनी गर्मी उत्पन्न होती है, यह निर्धारित करना संभव है कि वोल्टेज स्रोत को कितनी बिजली की आपूर्ति करनी चाहिए।
जूल के नियम के अनुप्रयोग
गरमागरम बल्बों में जूल प्रभाव
तापदीप्त प्रकाश बल्ब कांच के बल्ब में उच्च गलनांक वाले टंगस्टन फिलामेंट को रखकर बनाए जाते हैं। 500 ºC के तापमान पर पिंड लाल रंग का प्रकाश उत्सर्जित करते हैं, जो तापमान बढ़ने पर सफेद रंग में बदल जाता है। प्रकाश बल्ब का फिलामेंट, 3.000 डिग्री सेल्सियस तक पहुंचने पर, सफेद रोशनी उत्सर्जित करता है। एम्पौल के अंदर एक उच्च वैक्यूम बनाया जाता है और एक अक्रिय गैस रखी जाती है ताकि फिलामेंट जले नहीं।
उक्त फिलामेंट से गुजरने पर करंट (जूल प्रभाव) द्वारा छोड़ी गई गर्मी गरमागरम होने के लिए आवश्यक तापमान तक पहुंचने की अनुमति देती है, उच्च तापमान के अधीन होने पर प्रकाश उत्सर्जित करने वाली सामग्रियों का प्रभाव। चित्र 6 देखें.
अधिक के लिए सही प्रकाश बल्ब चुनना महत्वपूर्ण है ऊर्जा दक्षता. गरमागरम बल्बों में, अधिकतम 15% ऊर्जा का ही उपयोग किया जाता है, शेष विद्युत ऊर्जा ऊष्मा के रूप में नष्ट हो जाती है। एलईडी बल्बों में, 80 से 90% प्रकाश ऊर्जा में परिवर्तित हो जाता है, केवल 10% गर्मी के रूप में नष्ट हो जाता है। अधिक ऊर्जा दक्षता और कम बिजली खपत के साथ एलईडी बल्ब सबसे अच्छा विकल्प हैं। चित्र 7 देखें। [3]
1 व्यायाम
100 W, 110 V तापदीप्त बल्ब के लिए, निर्धारित करें:
a) बल्ब के माध्यम से बहने वाली धारा की तीव्रता।
बी) प्रति घंटे खपत की गई ऊर्जा।
समाधान:
क) विद्युत धारा:
विद्युत शक्ति के लिए अभिव्यक्ति का प्रयोग किया जाता है:
हम आपको का लेख देखने के लिए आमंत्रित करते हैं वाट का नियम ऊर्जा
ओम के नियम से प्रकाश बल्ब के विद्युत प्रतिरोध का मान प्राप्त होता है:
हम आपको लेख देखने के लिए आमंत्रित करते हैं ओम का नियम और उसके रहस्य
बी) प्रति घंटे ऊर्जा की खपत
जूल का नियम प्रकाश बल्ब में नष्ट होने वाली ऊष्मा की मात्रा निर्धारित करता है।
यदि 1 किलोवाट-घंटा = 3.600.000 जूल, तो प्रति घंटे खपत ऊर्जा है:
Q=0,002 kWh
परिणाम:
मैं=0,91ए; Q=0,002 kWh
जूल प्रभाव - विद्युत ऊर्जा का संचरण और वितरण
विद्युत ऊर्जा, जो एक पावर स्टेशन में उत्पन्न होती है, को बाद में घरों, व्यवसायों और उद्योगों में उपयोग करने के लिए प्रवाहकीय केबलों द्वारा ले जाया जाता है। [4]
जब धारा प्रवाहित होती है, तो जूल प्रभाव से गर्मी नष्ट हो जाती है, जिससे ऊर्जा का कुछ हिस्सा पर्यावरण को नष्ट हो जाता है। धारा जितनी अधिक होगी, ऊष्मा उतनी ही अधिक नष्ट होगी। ऊर्जा हानि से बचने के लिए, धाराएँ कम तीव्रता और 380 केवी के उच्च वोल्टेज पर प्रवाहित की जाती हैं। इससे विद्युत ऊर्जा के परिवहन में दक्षता में सुधार होता है। सबस्टेशनों और ट्रांसफार्मरों में उन्हें 110 या 220 वोल्ट के अंतिम उपयोग के लिए 25 वी और 220 वी वोल्टेज स्तर तक कम कर दिया जाता है)। चित्र 8 देखें.
कई उपकरणों में, जूल प्रभाव का उपयोग किया जाता है, जहां विद्युत ऊर्जा गर्मी में परिवर्तित हो जाती है, जैसे इलेक्ट्रिक आयरन, वॉटर हीटर, फ़्यूज़, टोस्टर, इलेक्ट्रिक स्टोव, अन्य। चित्र 9 देखें.
2 व्यायाम
एक 400 W विद्युत इस्तरी का उपयोग 10 मिनट के लिए किया जाता है। यह जानते हुए कि लोहा 110 वी विद्युत आउटलेट से जुड़ा है, निर्धारित करें:
ए) प्लेट के माध्यम से बहने वाली धारा की तीव्रता।
ख) लोहे द्वारा नष्ट की गई ऊष्मा की मात्रा.
समाधान:
विद्युत प्रवाह
विद्युत शक्ति के लिए अभिव्यक्ति का प्रयोग किया जाता है:
प=वि
ओम के नियम से प्रकाश बल्ब के विद्युत प्रतिरोध का मान प्राप्त होता है:
गर्मी
जूल का नियम लोहे में नष्ट होने वाली ऊष्मा की मात्रा निर्धारित करता है। यदि एक मिनट में 60 सेकंड हैं, तो 10 मिनट = 600 सेकंड।
यदि 1 किलोवाट-घंटा = 3.600.000 जूल, जारी ऊष्मा है:
Q=0,07 kWh
निष्कर्ष
जूल का नियम स्थापित करता है कि किसी चालक के माध्यम से प्रवाहित होने पर विद्युत धारा द्वारा उत्पन्न गर्मी सीधे धारा की तीव्रता के वर्ग, प्रतिरोध के गुना और धारा को प्रसारित करने में लगने वाले समय के समानुपाती होती है। जूल को श्रद्धांजलि देते हुए, अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली में ऊर्जा की इकाई को वर्तमान में "जूल" कहा जाता है।
कई डिवाइस "का उपयोग करते हैंजूल प्रभाव”, ओवन, स्टोव, टोस्टर, इस्त्री, जैसे अन्य कंडक्टरों के माध्यम से करंट प्रवाहित करके गर्मी उत्पन्न करके।
हम आपको इस दिलचस्प विषय पर अपनी टिप्पणियाँ और संदेह छोड़ने के लिए आमंत्रित करते हैं।