줄의 법칙 "응용 프로그램-연습"의 열기
줄은 전류가 순환 할 때 발생하는 효과를 연구했습니다. 지휘자이며 잘 알려진 줄 법칙에 의해 설립되었습니다. 전하가 도체를 통해 이동함에 따라 전자는 서로 충돌하여 열을 발생시킵니다.
줄 효과를 이용하여 전기 조리기 및 다리미와 같은 전기 에너지가이 원리에 의해 열로 변환되는 여러 가전 및 산업 장비가 설계되었습니다.
줄의 법칙은 열을 통한 에너지 손실을 줄이기 위해 장비 설계에 사용됩니다.
James Joule에 대해 조금 알아보기 :
제임스 프레스콧 줄 (1818-1889)
그는 열역학, 에너지, 전기 및 자기에 대한 연구를 수행 한 영국의 물리학 자였습니다.
William Thomson과 함께 그들은 소위 Joule-Thomson 효과를 발견하여 현재 냉장고 및 에어컨 개발의 기본 원리 인 외부 작업을 수행하지 않고도 팽창함에 따라 가스를 냉각 할 수 있음을 입증했습니다. 그는 절대 온도 척도를 개발하기 위해 Lord Kelvin과 협력하여 기체의 운동 이론을 설명하는 데 도움을주었습니다.
에너지, 열 및 작업의 국제 단위 인 줄 (Joule)이 그의 이름을 따서 명명되었습니다. [1]
줄의 법칙
줄의 법칙은 무엇을 제안합니까?
전류가 소자를 통해 흐를 때 에너지의 일부는 열로 소산됩니다. 줄의 법칙을 사용하면 요소를 통해 순환하는 전류의 결과로 요소에서 소산되는 열의 양을 결정할 수 있습니다. 그림 1을 참조하십시오.
줄의 법칙에 따르면 도체에서 생성되는 열 (Q)은 전기 저항 R,이를 통과하는 전류의 제곱 및 시간 간격에 비례합니다. 그림 2를 참조하십시오.
줄의 법칙의 수학적 표현
전류가 순환 할 때 소자에서 소산되는 열은 그림 3의 수학 식으로 주어집니다. 소자를 순환하는 전류의 값, 전기 저항 및 간격을 알아야합니다. 시각. [두].
요소의 열 손실을 연구 할 때 일반적으로 줄 대신 "칼로리"단위로 발산되는 열로 표현됩니다. 그림 4는 열량 (열량)을 결정하는 공식을 보여줍니다.
온난화는 어떻게 발생합니까?
전류가 도체를 통해 흐를 때, 전하는 도체를 통해 이동할 때 도체의 원자와 충돌합니다. 이러한 충격으로 인해 에너지의 일부가 열로 변환되어 전도성 물질의 온도가 상승합니다. 그림 5를 참조하십시오.
더 많은 전류가 흐를수록 온도가 더 높아지고 더 많은 열이 발산됩니다. 도체를 통해 흐르는 전류에 의해 생성되는 열은 도체의 저항을 극복하기 위해 전류가 수행하는 작업의 척도입니다.
전하를 이동하려면 전압 소스가 필요합니다. 전압원은 더 많은 열이 방출 될수록 더 많은 전력을 공급해야합니다. 생성되는 열의 양을 결정하여 전압 소스가 공급해야하는 에너지의 양을 결정할 수 있습니다.
줄의 법칙 적용
백열 전구의 줄 효과
백열 전구는 유리 전구에 녹는 텅스텐 필라멘트를 넣어 만들어집니다. 500ºC의 온도에서 신체는 붉은 빛을 내며 온도가 상승하면 흰색으로 변합니다. 전구의 필라멘트는 3.000ºC에 도달하면 백색광을 방출합니다. 앰플 내부에 고진공이 이루어지고 필라멘트가 타지 않도록 불활성 가스가 배치됩니다.
상기 필라멘트를 통과 할 때 전류 (줄 효과)에 의해 발산되는 열은 백열이 발생하는 데 필요한 온도에 도달 할 수있게하여 고온에 노출 될 때 물질이 빛을 방출하는 효과입니다. 그림 6을 참조하십시오.
더 큰 전구를 선택하는 것이 중요합니다. 에너지 효율. 백열 전구에서는 에너지의 최대 15 % 만 사용되며 나머지 전기 에너지는 열로 소멸됩니다. LED 전구에서 80 ~ 90 %는 빛 에너지로 변환되고 열의 형태로 소멸 될 때 10 % 만 낭비됩니다. Led 전구는 에너지 효율이 높고 전력 소비가 적은 최상의 옵션입니다. 그림 7을 참조하십시오. [3]
운동 1
100W, 110V 백열 전구의 경우 다음을 결정합니다.
a) 전구를 통해 흐르는 전류의 강도.
b) 시간당 소비하는 에너지.
솔루션 :
a) 전류 :
전력의 표현이 사용됩니다.
기사를 보도록 초대합니다. 와트의 법칙 에너지
옴의 법칙에 따라 전구의 전기 저항 값을 얻습니다.
우리는 기사를 보도록 당신을 초대합니다 옴의 법칙과 그 비밀
b) 시간당 소비되는 에너지
줄의 법칙은 전구에서 발산되는 열의 양을 결정합니다.
1 킬로와트-시 = 3.600.000 줄인 경우 시간당 소비되는 에너지는 다음과 같습니다.
Q = 0,002kWh
결과:
나는 = 0,91A; Q = 0,002kWh
줄 효과-전기 에너지의 전송 및 분배
플랜트에서 생성되는 전기 에너지는 나중에 가정, 기업 및 산업에서 사용하기 위해 전도성 케이블로 전달됩니다. [4]
전류가 순환함에 따라 열은 줄 효과에 의해 발산되어 에너지의 일부를 환경으로 잃습니다. 전류가 클수록 발산되는 열이 커집니다. 에너지 손실을 방지하기 위해 전류는 380kV의 저 전류 및 고전압으로 전송됩니다. 이것은 전기 에너지 전송의 효율성을 향상시킵니다. 변전소 및 변압기에서는 최종 사용을 위해 110V 및 220V의 전압 수준으로 감소됩니다 (25 또는 220V). 그림 8을 참조하십시오.
전기 다리미, 온수기, 퓨즈, 토스터, 전기 스토브 등과 같이 전기 에너지가 열로 변환되는 많은 가전 제품에서 줄 효과가 사용됩니다. 그림 9를 참조하십시오.
운동 2
400W 전기 다리미가 10 분 동안 사용됩니다. 다리미가 110V 전기 콘센트에 연결되어 있는지 확인하고 다음을 확인합니다.
a) 철을 통해 흐르는 전류의 강도.
b) 다리미가 발산하는 열량.
솔루션 :
전류
전력의 표현이 사용됩니다.
p = vi
옴의 법칙에 따라 전구의 전기 저항 값을 얻습니다.
열
줄의 법칙은 플레이트에서 발산되는 열의 양을 결정합니다. 분에 60 초가 포함되어 있으면 10 분 = 600 초입니다.
1 킬로와트시 = 3.600.000 줄이면 방출되는 열은 다음과 같습니다.
Q = 0,07kWh
결론
줄의 법칙에 따르면 전류가 도체를 통해 순환 할 때 전류에 의해 생성되는 열은 전류 강도의 제곱, 저항과 전류가 순환하는 데 걸리는 시간에 직접 비례합니다. Joule에 대한 경의에서 국제 시스템의 에너지 단위는 이제 "Joule"이라고합니다.
많은 장치에서 "줄 효과”, 오븐, 스토브, 토스터, 접시 등과 같은 도체를 통해 전류를 통과시켜 열을 생성합니다.
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