tækni

Hitinn í lögum Joule „Umsóknir - æfingar“

Joule kannaði áhrifin sem myndast þegar rafstraumur dreifist um hljómsveitarstjóri og þannig komið á fót með þekktum Joule lögum. Þegar rafhleðslan hreyfist í gegnum leiðara, rafeindirnar rekast saman og mynda hita.

Með því að nota Joule-áhrifin, mörg heimilistæki og iðnaðarbúnað hafa verið hannaðir þar sem raforku er breytt í hita með þessari meginreglu, svo sem rafmagnseldavélar og járn.

Lögmál Joule er notað við hönnun búnaðar til að draga úr orkutapi í gegnum hita.

Að kynnast James Joule aðeins:

James Prescott Joule (1818-1889)
Hann var breskur eðlisfræðingur sem stundaði rannsóknir í varmafræði, orku, rafmagni og segulmagni.
Saman með William Thomson uppgötvuðu þeir svokölluð Joule - Thomson áhrif með því að sýna fram á að mögulegt var að kæla gas þegar það stækkaði án þess að vinna utanaðkomandi vinnu, grundvallarregla um þróun núverandi ísskápa og loftkælinga. Hann vann með Lord Kelvin að því að þróa algeran hitastigsmælikvarða, hjálpaði til við að útskýra hreyfikenningu lofttegunda.
Alþjóðlega einingin um orku, hita og vinnu, joule, var nefndur honum til heiðurs. [1]

Lög Joule

Hvað leggur lög Joule til?

Þegar rafstraumur flæðir um frumefni dreifist hluti orkunnar sem hiti. Lögmál Joule gerir okkur kleift að ákvarða magn hita sem dreifist í frumefni, vegna rafstraumsins sem berst um það. Sjá mynd 1.

Hitaleiðni vegna áhrifa rafstraums í leiðara
citeia.com (mynd 1)

Lögmál Joule segir að hitinn (Q) sem myndast í leiðara sé í réttu hlutfalli við rafmótstöðu R, við fermetra straumsins sem fer í gegnum hann og við tímabilið. Sjá mynd 2.

Lögmál Joule
citeia.com (mynd 2)

Stærðfræðileg tjáning á lögum Joule

Hitinn sem dreifist í frumefni, þegar straumur streymir í gegnum hann, er gefinn með stærðfræðilegu tjáningu mynd 3. Það er krafist að vita gildi rafstraumsins sem dreifist um frumefnið, rafmótstöðu þess og bilið tíma. [tvö].

Stærðfræðileg tjáning á lögum Joule
citeia.com (mynd 3)

Þegar hitatap í frumefni er rannsakað er það venjulega gefið upp sem hitinn sem dreifist í einingunni „kaloría“ í stað Joule. Mynd 4 sýnir formúluna til að ákvarða magn hita í hitaeiningum.

Magn hita, í kaloríum
citeia.com (mynd 4)

Hvernig gerist hlýnun?

Þegar rafstraumur rennur í gegnum leiðara rekst rafhleðslan við atóm leiðarans þegar þau hreyfast í gegnum hann. Vegna þessara áfalla umbreytist hluti orkunnar í hita og eykur hitastig leiðandi efnis. Sjá mynd 5.

Árekstur rafeinda framleiðir upphitun
citeia.com (mynd 5)

Því meiri straumur sem streymir, því meiri hækkun hitastigs og því meiri hiti dreifist út. Hitinn sem er framleiddur af rafstraumnum sem flæðir um leiðara er mælikvarði á vinnuna sem straumurinn vinnur við að vinna bug á viðnám leiðarans.

Til að hreyfa rafhleðsluna þarf spennugjafa. Spennugjafinn verður að veita meira afl því meiri hiti dreifist. Með því að ákvarða hversu mikill hiti er framleiddur geturðu ákvarðað hversu mikla orku spennugjafinn þarf að veita.

Lögumsóknir Joule

Joule áhrif í glóperum

Glóperur eru búnar til með því að setja wolframþráð með mikilli bráðnun í glerperu. Við 500 ° C hita senda líkamar rauðleitt ljós sem þróast í hvítt ef hitastigið eykst. Þráðurinn á perunni sendir frá sér hvítt ljós þegar hann nær 3.000 ° C. Inni í lykjunni er gert mikið tómarúm og óvirkt gas sett þannig að þráðurinn brennur ekki.

Hitinn sem straumurinn gefur frá (Joule-áhrifin) þegar hann fer í gegnum þráðinn gerir honum kleift að ná því hitastigi sem nauðsynlegt er til að glóði geti komið fram, áhrif efna til að gefa frá sér ljós þegar það verður fyrir háum hita. Sjá mynd 6.

Joule áhrif í glóperum
citeia.com (mynd 6)

Það er mikilvægt að velja réttu peruna til meiri orkunýting. Í glóperum er aðeins notað mest 15% af orkunni, restin af raforkunni dreifist í hita. Í leiddum perum er 80 til 90% umbreytt í ljósorku, aðeins 10% er sóað þegar það dreifist í formi hita. Led perur eru besti kosturinn, með meiri orkunýtni og minni raforkunotkun. Sjá mynd 7. [3]

Joule áhrif - orkunýtni
citeia.com (mynd 7)

1 æfing

Fyrir 100 W, 110 V glóperu skaltu ákvarða:
a) Styrkur straumsins sem flæðir um peruna.
b) Orkan sem það eyðir á klukkustund.

Lausn:

a) Rafstraumur:

Tjáning raforku er notuð:

Við bjóðum þér að sjá greinina frá Law Watt's Energy

The Power of Watt's Law (Umsóknir - Æfingar) greinarkápa
citeia.com

Raforkuformúla
citeia.com

Með lögum Ohms fæst gildi rafmótstöðu perunnar:

við bjóðum þér að sjá greinina Lögmál Ohms og leyndarmál þess

Lögmál Formúlu Ohms
Lögmál Formúlu Ohms
b) Orkunotkun á klukkustund

Lögmál Joule ákvarðar magn hita sem dreifist í perunni

Orkuformúla neytt á klukkustund
Orkuformúla neytt á klukkustund

Ef 1 kílówattstund = 3.600.000 Joule er orkan sem notuð er á klukkustund:

Q = 0,002 kWh

Niðurstaða:

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

Joule áhrif - Sending og dreifing raforku

Raforkan, sem myndast í verksmiðju, er flutt með leiðandi snúrur til að nota síðar á heimilum, fyrirtækjum og atvinnugreinum. [4]

Þegar straumurinn dreifist dreifist hiti af Joule-áhrifunum og missir hluta orkunnar í umhverfið. Því meiri straumur, því meiri hitinn sem dreifist út. Til að koma í veg fyrir orkutap eru straumar fluttir við lága strauma og háa spennu 380 kV. Þetta bætir skilvirkni í flutningi raforku. Í tengivirkjum og spennum eru þeir lækkaðir í spennustig við 110 V og 220 V fyrir lokanotkun þeirra 25 eða 220 volt). Sjá mynd 8.

Joule áhrif - orkunýtni
citeia.com (mynd 8)

Í mörgum tækjum er Joule-áhrifin notuð, þar sem raforku er breytt í hita, svo sem í rafjárnum, hitaveitum, öryggjum, brauðristum, rafmagnsofnum, meðal annarra. Sjá mynd 9.

Tæki sem vinna með Joule áhrifum
citeia.com (mynd 9)

2 æfing

400W rafmagnsjárn er notað í 10 mínútur. Vitandi að járnið er tengt við 110 V rafmagnsinnstungu skaltu ákvarða:

a) Styrkur straumsins sem flæðir um járnið.
b) Magn hita sem járnið dreifir út
.

Lausn:

Rafstraumur

Tjáning raforku er notuð:

p = vi

Raforka
Formula Rafmagn

Með lögum Ohms fæst gildi rafmótstöðu perunnar:

Lögformúla Ohms
Lögformúla Ohms

Hiti

Lögmál Joule ákvarðar magn hita sem dreifist í plötunni. Ef mínúta inniheldur 60 sekúndur, þá eru 10 mínútur = 600 sek.

Lögformúla Joule
Lögformúla Joule

Ef 1 Kilowatt-klukkustund = 3.600.000 Joule er hitinn sem gefinn er út:

Q = 0,07 kWh

Ályktanir

Lögmál Joule segir að hitinn sem rafstraumur framleiðir þegar hann dreifist um leiðara sé í réttu hlutfalli við veldi styrkleika straumsins, sinnum viðnám og þann tíma sem það tekur fyrir strauminn. Til heiðurs Joule er orkueiningin í alþjóðakerfinu nú kölluð „Joule“.

Mörg tæki nota „joule áhrif“, Með því að búa til hita með því að leiða straum um leiðara, svo sem ofna, eldavélar, brauðrist, meðal annars.

Við bjóðum þér að skilja eftir athugasemdir þínar og spurningar um þetta áhugaverða efni.

Tilvísanir

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

Skildu eftir svar

Netfangið þitt verður ekki birt. Nauðsynlegir reitir eru merktir með *

Þessi síða notar Akismet til að draga úr ruslpósti. Lærðu hvernig athugasemdir þínar eru unnar.