D'Hëtzt vum Joule Gesetz "Uwendungen - Übungen"
De Joule huet den Effekt studéiert dee geschitt wann en elektresche Stroum duerchkreest en Dirigent an esou vum bekannte Joule Gesetz etabléiert. Wéi d'elektresch Ladung duerch e Leeder beweegt, d'Elektronen kollidéiere mateneen a generéieren Hëtzt.
Benotzung vum Joule Effekt, verschidde Haushaltsapparater an industriell Ausrüstung goufe konzipéiert, wou elektresch Energie duerch dëse Prinzip an Hëtzt ëmgewandelt gëtt, wéi Elektrokacher an Eisen.
D'Gesetz vum Joule gëtt am Ausrüstungsdesign benotzt fir Energieverloschter duerch Hëtzt ze reduzéieren.
De James Joule e bësse kennen ze léieren:
James Prescott Joule (1818-1889)
Hie war e britesche Physiker dee Fuerschung an der Thermodynamik, Energie, Elektrizitéit a Magnetismus gemaach huet.
Zesumme mam William Thomson hunn se de sougenannte Joule - Thomson Effekt entdeckt mat deem se bewisen hunn datt et méiglech war e Gas ofzekillen wann et sech ausbaut ouni extern Aarbecht ze maachen, e Basisprinzip vun der Entwécklung vun aktuelle Frigoen a Klimaanlagen. Hien huet mam Lord Kelvin zesumme geschafft fir déi absolut Skala vun der Temperatur z'entwéckelen, gehollef d'kinetesch Theorie vu Gasen z'erklären.
Déi international Eenheet vun Energie, Hëtzt an Aarbecht, de Joule, gouf zu senger Éier genannt. [1]
Dem Joule säi Gesetz
Wat proposéiert dem Joule säi Gesetz?
Wann en elektresche Stroum duerch en Element leeft, gëtt e puer vun der Energie als Hëtzt ofgeleet. Dem Joule säi Gesetz erlaabt eis d'Quantitéit vun der Hëtzt ze bestëmmen déi an engem Element opgeléist gëtt, als Resultat vum elektresche Stroum deen doduerch zirkuléiert. Kuckt d'Figur 1.
D'Gesetz vum Joule seet datt d'Hëtzt (Q) déi an engem Dirigent generéiert gëtt proportional zu senger elektrescher Resistenz R ass, op de Quadrat vum Stroum deen derduerch geet an zum Zäitintervall. Kuckt d'Figur 2.
Mathematesch Ausdrock vum Joule Gesetz
D'Hëtzt, déi an engem Element verdeelt gëtt, wann e Stroum doduerch zirkuléiert, gëtt vum mathemateschen Ausdrock an der Figur 3. Et ass erfuerderlech de Wäert vum elektresche Stroum ze wëssen, deen duerch d'Element zirkuléiert, seng elektresch Resistenz an den Intervall vun Zäit. [zwee].
Wann Dir de Wärmeverloscht an engem Element studéiert, gëtt et normalerweis ausgedréckt wéi d'Hëtzt an der Eenheet "Kalorie" amplaz an der Joule verdeelt. Figure 4 weist d'Formel fir d'Quantitéit vun der Hëtzt a Kalorien ze bestëmmen.
Wéi geschitt d'Erwiermung?
Wann en elektresche Stroum duerch en Dirigent fléisst, kollidéiert d'elektresch Ladung mat den Atomer vum Dirigent wa se doduerch réckelen. Wéinst dëse Schocken gëtt en Deel vun der Energie an Hëtzt ëmgewandelt, wouduerch d'Temperatur vum leitendem Material erhéicht gëtt. Kuckt d'Figur 5.
Wat méi Stroum leeft, wat méi grouss d'Temperaturerhéijung ass, a wat méi Hëtzt opgeléist gëtt. D'Hëtzt produzéiert duerch den elektresche Stroum deen duerch en Dirigent fléisst ass eng Moossnam vun der Aarbecht déi de Stroum gemaach huet fir de Widderstand vum Dirigent ze iwwerwannen.
D'Elektresch Ladung ze beweegen erfuerdert eng Spannungsquell. D'Spannungsquell muss méi Stroum liwweren, wa méi Hëtzt sech opléist. Duerch Bestëmmung wéi vill Hëtzt produzéiert gëtt, kënnt Dir bestëmmen wéi vill Energie d'Spannungsquell muss liwweren.
Dem Joule seng Gesetzesapplikatiounen
Joule Effekt a Glühbirnen
Glühbirnen gi gemaach andeems en en héije schmelzende Wolfram Filament an eng Glasklappe plazéiert. Bei enger Temperatur vu 500 ºC strale Kierper e roudelzeg Liicht aus, wat sech wäiss entwéckelt wann d'Temperatur eropgeet. De Filament vun der Glühbär, wann en 3.000 ºC erreecht, gëtt wäiss Liicht aus. An der Ampulle gëtt en héije Vakuum gemaach an en Inertgas gëtt gesat sou datt de Filament net brennt.
D'Hëtzt, déi vum Stroum (Joule Effekt) ofgitt, wéi se duerch dëse Filament passéiert, erlaabt et déi néideg Temperatur ze erreechen, fir Glühwäin ze optrieden, en Effekt vu Materialien, fir Liicht z'emisséieren, wa se ënner héijen Temperaturen ausgesat ginn. Kuckt d'Figur 6.
Et ass wichteg de richtege Glühbir fir méi grouss ze wielen Energieeffizienz. A Glühbirnen gëtt nëmme maximal 15% vun der Energie benotzt, de Rescht vun der elektrescher Energie gëtt an der Hëtzt verdeelt. A gefouert Glühbirnen 80 bis 90% gëtt a Liichtenergie transforméiert, nëmmen 10% gi verschwonnen wann se a Form vun Hëtzt opléisen. Led Glühbirnen sinn déi bescht Optioun, déi méi Energieeffizienz a manner Stroumverbrauch hunn. Kuckt d'Figur 7. [3]
Übung 1
Fir eng 100 W, 110 V Glühbir bestëmmen:
a) D'Intensitéit vum Stroum fléisst duerch d'Glühbär.
b) D'Energie déi et pro Stonn verbraucht.
Solution:
a) Elektresche Stroum:
Den Ausdrock vun elektrescher Kraaft gëtt benotzt:
Mir invitéieren Iech den Artikel vun ze gesinn Watt's Gesetz Energie
Duerch dem Ohm Gesetz kritt de Wäert vun der elektrescher Resistenz vun der Glühbir:
mir invitéieren Iech den Artikel ze gesinn Ohm Gesetz a seng Geheimnisser
b) Energie pro Stonn verbraucht
D'Gesetz vum Joule bestëmmt d'Quantitéit vun Hëtzt déi an der Glühbär opléist
Wann 1 Kilowatt-Stonn = 3.600.000 Joule, ass d'Energie pro Stonn verbraucht:
Q = 0,002 kWh
Resultat:
i = 0,91 A; Q = 0,002 kWh
Joule Effekt - Transmissioun a Verdeelung vun elektrescher Energie
Déi elektresch Energie, déi an enger Planz generéiert gëtt, gëtt duerch leitend Kabele transportéiert fir se spéider an Heiser, Geschäfter an Industrien ze benotzen. [4]
Wéi de Stroum zirkuléiert, gëtt d'Hëtzt duerch de Joule Effekt verdeelt, en Deel vun der Energie an d'Ëmwelt verléiert. Wat de Stroum méi grouss ass, wat d'Hëtzt méi grouss gëtt. Fir Energieverloscht ze vermeiden, gi Stréimunge bei niddrege Stroum an héije Spannunge vun 380 kV transportéiert. Dëst verbessert d'Effizienz am Transport vun elektrescher Energie. An Substatiounen an Transformatoren gi se op d'Spannungsniveauen op 110 V an 220 V reduzéiert fir hir lescht Benotzung25 oder 220 Volt). Kuckt d'Figur 8.
A ville Geräter gëtt de Joule Effekt benotzt, wou elektresch Energie an Hëtzt transforméiert gëtt, wéi an elektreschen Eisen, Waasserheizungen, Sécherungen, Toasters, elektresch Uewen, ënner anerem. Kuckt d'Figur 9.
Übung 2
En 400W elektrescht Eisen gëtt fir 10 Minutten benotzt. Wësse datt d'Eisen mat engem 110 V elektresche Steck verbonne sinn, bestimmt:
a) D'Intensitéit vum Stroum deen duerch d'Eisen leeft.
b) D'Quantitéit vum Wärme verdeelt vum Eisen.
Solution:
Elektresche Stroum
Den Ausdrock vun elektrescher Kraaft gëtt benotzt:
p = vi
Duerch dem Ohm Gesetz kritt de Wäert vun der elektrescher Resistenz vun der Glühbir:
Hëtzt
D'Gesetz vum Joule bestëmmt d'Quantitéit vun Hëtzt déi an der Plack opgeléist gëtt. Wann eng Minutt 60 Sekonnen enthält, dann 10 Minutten = 600 s.
Wann 1 Kilowattstonn = 3.600.000 Joule, ass déi verëffentlecht Hëtzt:
Q = 0,07 kWh
CONCLUSIONS
D'Gesetz vum Joule seet datt d'Hëtzt duerch en elektresche Stroum produzéiert wann et duerch en Dirigent zirkuléiert direkt proportional zum Quadrat vun der Intensitéit vum Stroum ass, d'Zäitresistenz an d'Zäit déi et brauch fir de Stroum ze zirkuléieren. Als Hommage un de Joule gëtt d'Eenheet vun der Energie am internationale System elo "Joule" genannt.
Vill Geräter benotzen den "joule Effekt”Duerch Hëtzt ze generéieren andeems en Stroum duerch en Dirigent passéiert, wéi Uewen, Uewen, Toasters, Platen, ënner anerem.
Mir invitéieren Iech Är Kommentaren a Froen zu dësem interessanten Thema ze hannerloossen.