ჯულის კანონის სითბო "პროგრამები - სავარჯიშოები"
ჯულმა შეისწავლა ელექტროენერგიის მიმოქცევის დროს წარმოქმნილი ეფექტი დირიჟორი და ასე დადგენილი ჯულის კანონით დადგენილი. როგორც ელექტრული მუხტი გადადის გამტარზე, ელექტრონები ეჯახება ერთმანეთს სითბოს წარმოქმნით.
ჯულის ეფექტის გამოყენებით შეიქმნა მრავალი საყოფაცხოვრებო ტექნიკა და სამრეწველო მოწყობილობა, სადაც ელექტროენერგია ამ პრინციპით გადაიქცევა სითბოში, როგორიცაა ელექტრო გაზქურები და უთოები.
ჯულის კანონი გამოიყენება აღჭურვილობის დიზაინის დროს ენერგიის დანაკარგების შესამცირებლად სითბოს მეშვეობით.
ჯეიმს ჯოულის ოდნავ გაცნობა:
ჯეიმს პრესკოტ ჯოული (1818-1889)
ის იყო ბრიტანელი ფიზიკოსი, რომელმაც ჩაატარა კვლევები თერმოდინამიკაში, ენერგიაში, ელექტროობაში და მაგნეტიზმში.
უილიამ ტომსონთან ერთად მათ აღმოაჩინეს ე.წ. ჯოული - ტომსონის ეფექტი, რომლითაც აჩვენეს, რომ შესაძლებელია გაზის გაგრილება გაფართოების დროს, გარე სამუშაოების გარეშე, რაც არის ამჟამინდელი მაცივრებისა და კონდიციონერების განვითარების ძირითადი პრინციპი. იგი მუშაობდა ლორდ კელვინთან ტემპერატურის აბსოლუტური მასშტაბის შესაქმნელად, დაეხმარა გაზების კინეტიკური თეორიის ახსნაში.
მისი საპატივცემულოდ დაერქვა ენერგიის, სითბოს და მუშაობის საერთაშორისო ერთეული, ჯოული. [1]
ჯულის კანონი
რას გვთავაზობს ჯულის კანონი?
როდესაც ელექტროენერგია მიედინება ელემენტს, ენერგიის ნაწილი იშლება სითბოს სახით. ჯულის კანონი საშუალებას გვაძლევს განვსაზღვროთ სითბოს რაოდენობა, რომელიც ნაწილდება ელემენტში, ელექტროენერგიის გამო, რომელიც მასში ვრცელდება. იხილეთ სურათი 1.
ჯულის კანონში ნათქვამია, რომ სითბო (Q), რომელიც წარმოიქმნება გამტარში, პროპორციულია მისი ელექტრული წინააღმდეგობის R, მიმდინარე კვადრატისა, რომელიც მასში გადის და დროის ინტერვალი. იხილეთ სურათი 2.
ჯოულის კანონის მათემატიკური გამოხატვა
სითბოს, რომელიც იშლება ელემენტში, როდესაც მასში ვრცელდება დინება, მოცემულია მათემატიკური გამოსახულებით ნახაზზე 3. საჭიროა იცოდეთ ელექტრული დენის მნიშვნელობა, რომელიც ცირკულირებს ელემენტში, მისი ელექტრული წინააღმდეგობა და ინტერვალი დრო [ორი]
ელემენტში სითბოს დაკარგვის შესწავლისას, იგი ჩვეულებრივ გამოიხატება როგორც სითბოს გაფრქვევა ერთეულში "კალორია" ჯულის ნაცვლად. ნახაზი 4 გვიჩვენებს კალორიებში სითბოს რაოდენობის განსაზღვრის ფორმულას.
როგორ ხდება დათბობა?
როდესაც ელექტრული დინება მიედინება გამტარს, ელექტრული მუხტი ეჯახება გამტარის ატომებს, რადგან ისინი მასში გადაადგილდებიან. ამ დარტყმების გამო, ენერგიის ნაწილი გარდაიქმნება სითბოში, იზრდება გამტარი მასალის ტემპერატურა. იხილეთ სურათი 5.
რაც მეტი მიმდინარეობა მიედინება, მით უფრო იზრდება ტემპერატურის ზრდა და მით უფრო მეტი სითბო იფანტება. გამტარზე მიედინება ელექტროენერგიის მიერ წარმოებული სითბო არის დინების მიერ გამტარობის წინააღმდეგობის დაძლევაში შესრულებული სამუშაოს საზომი.
ელექტრო მუხტის გადაადგილება მოითხოვს ძაბვის წყაროს. ძაბვის წყაროს უფრო მეტი ენერგია უნდა მიაწოდოს, რაც უფრო მეტ სითბოს აფრქვევს. რამდენი სითბოს წარმოქმნით, შეგიძლიათ განსაზღვროთ, თუ რამდენი ენერგია უნდა მიაწოდოს ძაბვის წყაროს.
ჯულის სამართლის განაცხადები
ჯოლის ეფექტი ინკანდესენტურ ნათურებში
ინკანდესენტური ბოლქვები მზადდება მინის ბოლში მაღალი დნობის ვოლფრამის ძაფის მოთავსებით. 500 ºC ტემპერატურაზე სხეულები გამოყოფენ მოწითალო შუქს, რომელიც ტემპერატურის მატების შემთხვევაში ვითარდება თეთრამდე. ბოლქვის ძაფი 3.000 ºC მიაღწევს, ასხივებს თეთრ სინათლეს. ამპულის შიგნით ხდება დიდი ვაკუუმი და ინერტული გაზი იდება ისე, რომ ძაფი არ დაიწვას.
დიაპაზონით გაჟღენთილი სითბო (ჟოულის ეფექტი) ხსნის ძაფის გავლისას საშუალებას აძლევს მას მიაღწიოს ტემპერატურას, რომელიც აუცილებელია ინკანდესენტციისთვის. იხილეთ სურათი 6.
უფრო მნიშვნელოვანია სწორი ბოლქვის არჩევა ენერგოეფექტურობის. ინკანდესენტურ ნათურებში გამოიყენება ენერგიის მაქსიმუმ 15%, დანარჩენი ელექტროენერგია გაფანტულია სითბოში. საჰაერო ბოლქვებში 80-დან 90% გარდაიქმნება სინათლის ენერგიად, მხოლოდ 10% იხარჯება სითბოს სახით გაფანტვისას. LED ბოლქვები საუკეთესო ვარიანტია, უფრო მეტი ენერგოეფექტურობა და ელექტროენერგიის ნაკლები მოხმარება. იხილეთ სურათი 7. [3]
სწავლება
100 ვტ, 110 ვ ინკანდესენტური ნათურისთვის განსაზღვრეთ:
ა) ბოლქვიდან მიმდინარე დინების ინტენსივობა.
ბ) ენერგია, რომელსაც იგი საათში ხარჯავს.
გამოსავალი:
ა) ელექტროენერგია:
გამოიყენება ელექტროენერგიის გამოხატვა:
გეპატიჟებით იხილეთ სტატია Watt's Law ენერგია
ომის კანონის მიხედვით მიიღება ნათურის ელექტრული წინააღმდეგობის მნიშვნელობა:
გეპატიჟებით სტატიის სანახავად ომის კანონი და მისი საიდუმლოებები
ბ) საათში მოხმარებული ენერგია
ჯულის კანონი განსაზღვრავს სითბოს რაოდენობას, რომელიც გამოიყოფა ბოლქვში
თუ 1 კილოვატ საათში = 3.600.000 ჯოული, საათში მოხმარებული ენერგია არის:
Q = 0,002 კვტ / სთ
შედეგი:
i = 0,91 ა; Q = 0,002 კვტ / სთ
ჯულის ეფექტი - ელექტროენერგიის გადაცემა და განაწილება
ელექტროენერგია, რომელიც წარმოიქმნება ქარხანაში, ტრანსპორტირდება გამტარ კაბელებით, რომ შემდეგ გამოიყენონ სახლებში, საწარმოებსა და საწარმოებში. [4]
მიმდინარე ცირკულაციის დროს, სითბო იშლება ჯულის ეფექტით, ენერგიის ნაწილის დაკარგვა გარემოში. რაც უფრო მეტია მიმდინარეობა, მით მეტია სითბოს გაფანტვა. ენერგიის დაკარგვის თავიდან ასაცილებლად, დინების ტრანსპორტირება ხდება 380 კვ დაბალი დენისა და მაღალი ძაბვის დროს. ეს აუმჯობესებს ელექტროენერგიის ტრანსპორტირების ეფექტურობას. ქვესადგურებსა და ტრანსფორმატორებში ისინი შემცირდება ძაბვის დონემდე 110 ვ და 220 ვ, მათი საბოლოო გამოყენებისათვის (25 ან 220 ვოლტი). იხილეთ სურათი 8.
ბევრ ტექნიკაში გამოიყენება ჯულის ეფექტი, სადაც ელექტროენერგია გარდაიქმნება სითბოში, მაგალითად ელექტრო უთოებში, წყლის გამაცხელებლები, დაუკრავები, ტოსტერები, ელექტრო ღუმელები და სხვა. იხილეთ სურათი 9.
სწავლება
400W ელექტრო რკინა გამოიყენება 10 წუთის განმავლობაში. იმის ცოდნა, რომ რკინა უკავშირდება 110 ვ ელექტრულ განყოფილებას, განსაზღვრეთ:
ა) რკინის გავლით მიმდინარე დინების ინტენსივობა.
ბ) რკინის მიერ გაფანტული სითბოს რაოდენობა.
გამოსავალი:
ელექტრო მიმდინარე
გამოიყენება ელექტროენერგიის გამოხატვა:
p = vi
ომის კანონის მიხედვით მიიღება ნათურის ელექტრული წინააღმდეგობის მნიშვნელობა:
სითბო
ჯულის კანონი განსაზღვრავს სითბოს რაოდენობას, რომელიც დისციპლინაში იფანტება. თუ წუთი შეიცავს 60 წამს, მაშინ 10 წუთი = 600 წმ.
თუ 1 კილოვატსაათი = 3.600.000 ჯოული, გამოყოფილი სითბოა:
Q = 0,07 კვტ / სთ
დასკვნები
ჯულის კანონში ნათქვამია, რომ ელექტრული დენის მიერ გამომუშავებული სითბო, როდესაც ის ცირკულირებს გამტარზე, პირდაპირპროპორციულია დენის ინტენსივობის კვადრატის, წინაღობისა და დინების ცირკულაციის დროს. ჯულის საპატივცემულოდ, ენერგიის ერთეულს საერთაშორისო სისტემაში ახლა "ჯოული" ჰქვია.
ბევრი მოწყობილობა იყენებს "ჯულის ეფექტი”, სითბოს წარმოქმნით დირიჟორში დენის გავლით, როგორიცაა ღუმელები, ღუმელები, ტოსტერი, ფირფიტები და სხვა.
გეპატიჟებით დატოვოთ თქვენი კომენტარები და კითხვები ამ საინტერესო თემაზე.