teknologi

Panasnya "Aplikasi - Latihan" Hukum Joule

Joule mempelajari efek yang terjadi ketika arus listrik bersirkulasi seorang konduktor dan didirikan oleh hukum Joule yang terkenal. Saat muatan listrik bergerak melalui konduktor, elektron bertabrakan satu sama lain menghasilkan panas.

Memanfaatkan efek Joule, beberapa peralatan rumah tangga dan peralatan industri telah dirancang, di mana energi listrik diubah menjadi panas dengan prinsip ini, seperti kompor listrik dan setrika.

Hukum Joule digunakan dalam desain peralatan untuk mengurangi kehilangan energi melalui panas.

Mengenal James Joule sedikit:

James Prescott Joule (1818-1889)
Dia adalah seorang fisikawan Inggris yang melakukan penelitian di bidang termodinamika, energi, kelistrikan, dan magnet.
Bersama dengan William Thomson mereka menemukan apa yang disebut efek Joule-Thomson dimana mereka mendemonstrasikan bahwa adalah mungkin untuk mendinginkan gas saat mengembang tanpa melakukan pekerjaan luar, sebuah prinsip dasar dari pengembangan lemari es dan pendingin udara saat ini. Dia bekerja dengan Lord Kelvin untuk mengembangkan skala temperatur absolut, membantu menjelaskan teori kinetik gas.
Unit energi, panas, dan kerja internasional, joule, dinamai untuk menghormatinya. [1]

Hukum Joule

Apa yang diusulkan Hukum Joule?

Ketika arus listrik mengalir melalui suatu elemen, sebagian energinya hilang sebagai panas. Hukum Joule memungkinkan kita untuk menentukan jumlah panas yang dihamburkan dalam suatu elemen, sebagai akibat dari arus listrik yang bersirkulasi melaluinya. Lihat gambar 1.

Disipasi panas karena pengaruh arus listrik dalam sebuah konduktor
citeia.com (gambar 1)

Hukum Joule menyatakan bahwa panas (Q) yang dihasilkan dalam konduktor sebanding dengan hambatan listriknya R, kuadrat arus yang melewatinya, dan dengan interval waktu. Lihat gambar 2.

Hukum Joule
citeia.com (gambar 2)

Ekspresi matematika dari Hukum Joule

Panas yang dihamburkan dalam suatu elemen, ketika arus bersirkulasi melaluinya, diberikan oleh ekspresi matematika pada gambar 3. Diperlukan untuk mengetahui nilai arus listrik yang bersirkulasi melalui elemen, hambatan listriknya dan interval waktu. [dua].

Ekspresi matematika dari Hukum Joule
citeia.com (gambar 3)

Saat mempelajari kehilangan panas dalam suatu elemen, biasanya dinyatakan sebagai panas yang hilang dalam satuan "kalori", bukan dalam Joule. Gambar 4 menunjukkan rumus untuk menentukan jumlah kalor dalam kalori.

Jumlah panas, dalam kalori
citeia.com (gambar 4)

Bagaimana pemanasan terjadi?

Ketika arus listrik mengalir melalui konduktor, muatan listrik bertabrakan dengan atom konduktor saat bergerak melewatinya. Karena guncangan ini, sebagian energi diubah menjadi panas, meningkatkan suhu bahan konduktif. Lihat gambar 5.

Tabrakan elektron menghasilkan pemanasan
citeia.com (gambar 5)

Semakin banyak arus yang mengalir, semakin besar kenaikan suhu, dan semakin banyak panas yang hilang. Panas yang dihasilkan oleh arus listrik yang mengalir melalui penghantar adalah ukuran usaha yang dilakukan oleh arus dalam mengatasi hambatan penghantar.

Menggerakkan muatan listrik membutuhkan sumber tegangan. Sumber tegangan harus memasok lebih banyak daya, semakin banyak panas yang hilang. Dengan menentukan berapa banyak panas yang dihasilkan, Anda dapat menentukan berapa banyak energi yang harus disuplai oleh sumber tegangan.

Aplikasi hukum Joule

Efek joule di lampu pijar

Lampu pijar dibuat dengan menempatkan filamen tungsten leleh tinggi di dalam bohlam kaca. Pada suhu 500 ºC, benda memancarkan cahaya kemerahan, yang berubah menjadi putih jika suhu meningkat. Filamen bohlam, setelah mencapai 3.000 ºC, memancarkan cahaya putih. Di dalam ampul dibuat vakum tinggi dan gas inert ditempatkan agar filamen tidak terbakar.

Panas yang dilepaskan oleh arus (efek Joule) saat melewati filamen tersebut memungkinkannya mencapai suhu yang diperlukan agar pijar terjadi, efek bahan memancarkan cahaya saat mengalami suhu tinggi. Lihat gambar 6.

Efek joule di lampu pijar
citeia.com (gambar 6)

Penting untuk memilih bohlam yang tepat agar lebih besar efisiensi energi. Dalam bola lampu pijar hanya maksimum 15% energi yang digunakan, sisa energi listrik dihamburkan dalam panas. Dalam bohlam led 80 hingga 90% diubah menjadi energi cahaya, hanya 10% yang terbuang saat menghilang dalam bentuk panas. Lampu led adalah pilihan terbaik, memiliki efisiensi energi yang lebih besar dan konsumsi listrik yang lebih rendah. Lihat gambar 7. [3]

Efek joule - efisiensi energi
citeia.com (gambar 7)

Latihan 1

Untuk lampu pijar 100 W, 110 V, tentukan:
a) Intensitas arus yang mengalir melalui bohlam.
b) Energi yang dikonsumsi per jam.

solusi:

a) Arus listrik:

Ekspresi tenaga listrik digunakan:

Kami mengundang Anda untuk melihat artikel dari Energi Hukum Watt

Sampul artikel Kekuatan Hukum Watt (Aplikasi - Latihan)
kutipania.com

Rumus tenaga listrik
kutipania.com

Berdasarkan Hukum Ohm, nilai hambatan listrik bohlam diperoleh:

kami mengundang Anda untuk melihat artikel Hukum Ohm dan rahasianya

Hukum Formula Ohm
Hukum Formula Ohm
b) Energi yang dikonsumsi per jam

Hukum Joule menentukan jumlah panas yang dihamburkan dalam bohlam

Formula energi dikonsumsi per jam
Formula energi dikonsumsi per jam

Jika 1 Kilowatt-hour = 3.600.000 Joule, maka energi yang dikonsumsi per jam adalah:

Q = 0,002 kWh

Hasil:

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

Efek joule - Transmisi dan distribusi energi listrik

Energi listrik, yang dihasilkan di pabrik, diangkut dengan kabel konduktif untuk digunakan kemudian di rumah, bisnis dan industri. [4]

Saat arus bersirkulasi, panas dihamburkan oleh efek Joule, kehilangan sebagian energinya ke lingkungan. Semakin besar arus, semakin besar panas yang dihamburkan. Untuk menghindari kehilangan energi, arus diangkut pada arus rendah dan tegangan tinggi 380 kV. Ini meningkatkan efisiensi dalam pengangkutan energi listrik. Di gardu induk dan transformator, tegangan dikurangi ke level tegangan pada 110 V dan 220 V untuk penggunaan terakhirnya, 25 atau 220 volt). Lihat gambar 8.

Efek joule - efisiensi energi
citeia.com (gambar 8)

Di banyak peralatan, efek Joule digunakan, di mana energi listrik diubah menjadi panas, seperti pada setrika listrik, pemanas air, sekring, pemanggang roti, kompor listrik, dan lain-lain. Lihat gambar 9.

Peralatan yang bekerja menggunakan efek Joule
citeia.com (gambar 9)

Latihan 2

Setrika listrik 400W digunakan selama 10 menit. Mengetahui bahwa setrika terhubung ke stopkontak 110 V, tentukan:

a) Intensitas arus yang mengalir melalui besi.
b) Jumlah panas yang dihamburkan oleh setrika
.

solusi:

Arus listrik

Ekspresi tenaga listrik digunakan:

p = vi

Tenaga listrik
Formula Tenaga listrik

Berdasarkan Hukum Ohm, nilai hambatan listrik bohlam diperoleh:

Rumus hukum Ohm
Rumus hukum Ohm

Panas

Hukum Joule menentukan jumlah panas yang dihamburkan di piring. Jika satu menit berisi 60 detik, maka 10 menit = 600 s.

Rumus hukum Joule
Rumus hukum Joule

Jika 1 Kilowatt-hour = 3.600.000 Joule maka panas yang dilepaskan adalah:

Q = 0,07 kWh

Kesimpulan

Hukum Joule menyatakan bahwa panas yang dihasilkan oleh arus listrik ketika bersirkulasi melalui konduktor berbanding lurus dengan kuadrat intensitas arus, dikalikan hambatan dan waktu yang dibutuhkan arus untuk bersirkulasi. Dalam penghormatan kepada Joule, satuan energi dalam sistem internasional sekarang disebut "Joule".

Banyak perangkat menggunakan "efek jouleDengan menghasilkan panas dengan mengalirkan arus melalui konduktor, seperti oven, kompor, pemanggang roti, piring, dan lain-lain.

Kami mengundang Anda untuk meninggalkan komentar dan pertanyaan Anda tentang topik yang menarik ini.

REFERENCIAS

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

Tinggalkan balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Bidang yang harus diisi ditandai dengan *

Situs ini menggunakan Akismet untuk mengurangi spam. Pelajari bagaimana data komentar Anda diproses.