Joule likuma "Lietojumi - vingrinājumi" karstums
Džouls pētīja efektu, kas rodas, elektriskajai strāvai cirkulējot diriģents un tā izveidots ar labi pazīstamo Džoula likumu. Elektriskajam lādiņam pārvietojoties pa vadītāju, elektroni saduras viens ar otru, radot siltumu.
Izmantojot Džoula efektu, ir izstrādātas vairākas sadzīves tehnikas un rūpniecības iekārtas, kurās pēc šī principa elektriskā enerģija tiek pārvērsta siltumā, piemēram, elektriskās plītis un gludekļi.
Džoula likums tiek izmantots iekārtu projektēšanā, lai samazinātu enerģijas zudumus siltuma ietekmē.
Nedaudz iepazīstot Džeimsu Džoulu:
Džeimss Preskots Džouls (1818–1889)
Viņš bija britu fiziķis, kurš veica pētījumus termodinamikā, enerģētikā, elektrībā un magnētismā.
Kopā ar Viljamu Tomsonu viņi atklāja tā saukto Džoula - Tomsona efektu, ar kuru viņi parādīja, ka paplašinot gāzi, bez ārēja darba veikšanas ir iespējams atdzesēt, kas ir pašreizējo ledusskapju un gaisa kondicionieru izstrādes pamatprincips. Viņš sadarbojās ar Lordu Kelvinu, lai izstrādātu absolūto temperatūras skalu, palīdzēja izskaidrot gāzu kinētisko teoriju.
Viņam par godu tika nosaukta starptautiskā enerģijas, siltuma un darba vienība, joule. [1]
Džoula likums
Ko piedāvā Džoula likums?
Kad elektriskā strāva plūst caur elementu, daļa enerģijas tiek izkliedēta kā siltums. Džoula likums ļauj mums noteikt siltuma daudzumu, kas tiek izkliedēts elementā caur to cirkulējošās elektriskās strāvas rezultātā. Skatīt 1. attēlu.
Džoula likums nosaka, ka siltums (Q), kas rodas vadītājā, ir proporcionāls tā elektriskajai pretestībai R, caur to ietošās strāvas kvadrātam un laika intervālam. Skatīt 2. attēlu.
Džoula likuma matemātiskā izteiksme
Siltumu, kas izkliedējas elementā, kad caur to cirkulē strāva, dod 3. attēlā redzamā matemātiskā izteiksme. Ir jāzina caur elektrību cirkulējošās elektriskās strāvas vērtība, tā elektriskā pretestība un intervāla intervāls. laiks. [divi].
Pētot siltuma zudumus elementā, to parasti izsaka kā siltumu, kas izkliedēts vienībā "kalorijas", nevis Džoulā. 4. attēlā parādīta formula siltuma daudzuma noteikšanai kalorijās.
Kā notiek sasilšana?
Kad elektriskā strāva plūst caur vadītāju, elektriskais lādiņš, pārvietojoties pa to, saduras ar vadītāja atomiem. Šo triecienu dēļ daļa enerģijas tiek pārvērsta siltumā, palielinot vadošā materiāla temperatūru. Skatīt 5. attēlu.
Jo vairāk strāvas plūst, jo lielāks ir temperatūras pieaugums, un jo vairāk tiek izvadīts siltums. Siltums, ko rada elektriskā strāva, kas plūst caur vadītāju, ir strāvas paveiktā darba mērs, pārvarot vadītāja pretestību.
Elektriskās lādiņa pārvietošanai nepieciešams sprieguma avots. Sprieguma avotam jāsniedz vairāk enerģijas, jo vairāk siltuma izkliedējas. Nosakot, cik daudz siltuma tiek saražots, jūs varat noteikt, cik daudz enerģijas jāsniedz sprieguma avotam.
Džoula likumu pieteikumi
Džoula efekts kvēlspuldzēs
Kvēlspuldzes tiek izgatavotas, stikla spuldzē ievietojot ļoti kūstošu volframa pavedienu. 500 ºC temperatūrā ķermeņi izstaro sarkanīgu gaismu, kas temperatūras paaugstināšanās gadījumā kļūst balta. Spuldzes kvēldiele, sasniedzot 3.000 ° C, izstaro baltu gaismu. Ampulas iekšpusē tiek izveidots augsts vakuums un ievietota inerta gāze, lai kvēldiegs nedeg.
Siltums, ko izdala strāva (Džoula efekts), šķērsojot minēto kvēldiegu, ļauj tam sasniegt nepieciešamo temperatūru, lai notiktu kvēlspuldze - materiālu ietekme izstaro gaismu, pakļaujoties augstām temperatūrām. Skatīt 6. attēlu.
Ir svarīgi izvēlēties pareizo spuldzi lielākai energoefektivitāti. Kvēlspuldzēs tiek izmantots tikai maksimums 15% enerģijas, pārējā elektriskā enerģija tiek izkliedēta siltumā. Led spuldzēs 80 līdz 90% tiek pārveidoti par gaismas enerģiju, tikai 10% tiek izšķiesti, izkliedējot siltuma veidā. Labākās iespējas ir gaismas spuldzes, kurām ir lielāka energoefektivitāte un mazāks elektroenerģijas patēriņš. Skatīt 7. attēlu. [3]
vingrinājums 1
100 W, 110 V kvēlspuldzei nosakiet:
a) strāvas intensitāte, kas plūst caur spuldzi.
b) Enerģija, ko tā patērē stundā.
Risinājums:
a) Elektriskā strāva:
Tiek izmantota elektriskās jaudas izteiksme:
Mēs aicinām jūs apskatīt Vata likuma enerģija
Pēc Ohma likuma tiek iegūta spuldzes elektriskās pretestības vērtība:
mēs aicinām jūs apskatīt rakstu Ohma likums un tā noslēpumi
b) stundā patērētā enerģija
Džoula likums nosaka siltuma daudzumu, kas tiek izvadīts spuldzē
Ja 1 kilovatstunda = 3.600.000 XNUMX XNUMX džoulu, stundā patērētā enerģija ir:
Q = 0,002 kWh
Rezultāts:
i = 0,91 A; Q = 0,002 kWh
Džoula efekts - elektriskās enerģijas pārraide un sadale
Elektroenerģija, kas rodas rūpnīcā, tiek transportēta ar vadošiem kabeļiem, lai tos vēlāk izmantotu mājās, uzņēmumos un rūpniecībā. [4]
Strāvai cirkulējot, Džoula efekts izkliedē siltumu, daļu enerģijas zaudējot videi. Jo lielāka strāva, jo lielāks siltums tiek izvadīts. Lai izvairītos no enerģijas zudumiem, strāvas tiek transportētas ar mazu strāvu un augstu spriegumu 380 kV. Tas uzlabo elektroenerģijas transportēšanas efektivitāti. Apakšstacijās un transformatoros galapatēriņam tos samazina līdz sprieguma līmeņiem pie 110 V un 220 V (25 vai 220 volti). Skatīt 8. attēlu.
Daudzās ierīcēs tiek izmantots Džoula efekts, kur elektriskā enerģija tiek pārveidota par siltumu, piemēram, elektriskajos gludekļos, ūdens sildītājos, drošinātājos, tosteros, elektriskajās krāsnīs. Skatīt 9. attēlu.
vingrinājums 2
400 minūtes tiek izmantots 10 W elektriskais gludeklis. Zinot, ka gludeklis ir pievienots 110 V kontaktligzdai, nosakiet:
a) caur dzelzi plūstošās strāvas intensitāte.
b) dzelzs izkliedētā siltuma daudzums.
Risinājums:
Elektriskā strāva
Tiek izmantota elektriskās jaudas izteiksme:
p = vi
Pēc Ohma likuma tiek iegūta spuldzes elektriskās pretestības vērtība:
Karstums
Džoula likums nosaka siltuma daudzumu, kas tiek izvadīts plāksnē. Ja minūtē ir 60 sekundes, tad 10 minūtes = 600 s.
Ja 1 kilovatstunda = 3.600.000 XNUMX XNUMX džouli, izdalītais siltums ir:
Q = 0,07 kWh
Secinājumi
Džoula likums nosaka, ka elektriskās strāvas radītais siltums, cirkulējot caur vadītāju, ir tieši proporcionāls strāvas intensitātes kvadrātam, reizinot ar pretestību un laiku, kas nepieciešams strāvas cirkulācijai. Godinot Džoulu, enerģijas vienību starptautiskajā sistēmā tagad sauc par “Džoulu”.
Daudzās ierīcēs tiek izmantots “džoula efektsRadot siltumu, strāvu izlaižot caur vadītāju, piemēram, krāsnīm, krāsnīm, tosteriem, plāksnēm.
Mēs aicinām jūs atstāt savus komentārus un jautājumus par šo interesanto tēmu.