Panasnya Hukum Joule "Aplikasi - Latihan"
Joule mengkaji kesan yang dihasilkan semasa arus elektrik beredar seorang konduktor dan begitu ditetapkan oleh undang-undang Joule yang terkenal. Semasa cas elektrik bergerak melalui konduktor, elektron bertembung antara satu sama lain menghasilkan haba.
Dengan memanfaatkan kesan Joule, beberapa peralatan rumah tangga dan peralatan industri telah dirancang, di mana tenaga elektrik diubah menjadi panas dengan prinsip ini, seperti periuk elektrik dan seterika.
Joule's Law digunakan dalam reka bentuk peralatan untuk mengurangkan kehilangan tenaga melalui panas.
Mengenal James Joule sedikit:
James Prescott Joule (1818-1889)
Dia adalah seorang ahli fizik Inggeris yang melakukan penyelidikan dalam termodinamik, tenaga, elektrik, dan magnet.
Bersama dengan William Thomson mereka menemui apa yang disebut kesan Joule - Thomson yang mana mereka menunjukkan bahawa mungkin menyejukkan gas ketika mengembang tanpa melakukan kerja luaran, prinsip asas pengembangan peti sejuk dan penghawa dingin semasa. Dia bekerja dengan Lord Kelvin untuk mengembangkan skala suhu mutlak, membantu menjelaskan teori kinetik gas.
Unit tenaga, haba dan kerja antarabangsa, joule, dinamakan sebagai penghormatannya. [1]
Undang-undang Joule
Apa yang dicadangkan oleh Joule's Law?
Apabila arus elektrik mengalir melalui elemen, sebahagian tenaga akan hilang sebagai haba. Undang-undang Joule membolehkan kita menentukan jumlah haba yang hilang dalam suatu unsur, kerana arus elektrik yang beredar melaluinya. Lihat gambar 1.
Hukum Joule menyatakan bahawa haba (Q) yang dihasilkan dalam konduktor berkadar dengan rintangan elektriknya R, ke kuadrat arus yang melaluinya, dan selang waktu. Lihat gambar 2.
Ungkapan matematik Hukum Joule
Haba yang hilang dalam suatu unsur, ketika arus beredar melaluinya, diberikan oleh ungkapan matematik pada rajah 3. Ia diperlukan untuk mengetahui nilai arus elektrik yang beredar melalui elemen, rintangan elektriknya dan selang masa. [dua].
Semasa mengkaji kehilangan haba dalam unsur, biasanya dinyatakan sebagai haba yang hilang dalam unit "kalori" dan bukannya di Joule. Rajah 4 menunjukkan formula untuk menentukan jumlah haba dalam kalori.
Bagaimana pemanasan berlaku?
Apabila arus elektrik mengalir melalui konduktor, cas elektrik bertembung dengan atom konduktor semasa mereka melaluinya. Kerana kejutan ini, sebahagian tenaga diubah menjadi panas, meningkatkan suhu bahan konduktif. Lihat gambar 5.
Semakin banyak arus mengalir, semakin besar kenaikan suhu, dan semakin banyak haba hilang. Haba yang dihasilkan oleh arus elektrik yang mengalir melalui konduktor adalah ukuran kerja yang dilakukan oleh arus dalam mengatasi rintangan konduktor.
Menggerakkan cas elektrik memerlukan sumber voltan. Sumber voltan mesti membekalkan lebih banyak kuasa semakin banyak haba yang hilang. Dengan menentukan berapa banyak haba dihasilkan, anda dapat menentukan berapa banyak tenaga yang mesti dibekalkan oleh sumber voltan.
Aplikasi undang-undang Joule
Kesan joule pada mentol pijar
Mentol pijar dibuat dengan meletakkan filamen tungsten lebur tinggi dalam mentol kaca. Pada suhu 500 ºC, badan memancarkan cahaya kemerahan, yang berubah menjadi putih jika suhu meningkat. Filamen mentol, apabila mencapai suhu 3.000 ºC, memancarkan cahaya putih. Di dalam ampul dibuat vakum tinggi dan gas inert diletakkan supaya filamen tidak terbakar.
Haba yang dikeluarkan oleh arus (kesan Joule) ketika melewati filamen tersebut membolehkannya mencapai suhu yang diperlukan agar pijar dapat terjadi, kesan bahan untuk memancarkan cahaya ketika mengalami suhu tinggi. Lihat gambar 6.
Penting untuk memilih mentol yang tepat untuk lebih besar kecekapan tenaga. Dalam lampu pijar hanya tenaga maksimum 15% digunakan, selebihnya tenaga elektrik akan hilang dalam panas. Dalam mentol dipimpin 80 hingga 90% diubah menjadi tenaga cahaya, hanya 10% yang terbuang ketika hilang dalam bentuk panas. Mentol LED adalah pilihan terbaik, mempunyai kecekapan tenaga yang lebih tinggi dan penggunaan elektrik yang lebih rendah. Lihat gambar 7. [3]
Senaman 1
Untuk mentol pijar 100 W, 110 V, tentukan:
a) Keamatan arus yang mengalir melalui mentol.
b) Tenaga yang dimakannya setiap jam.
penyelesaian:
a) Arus elektrik:
Ungkapan tenaga elektrik digunakan:
Kami menjemput anda untuk melihat artikel mengenai Tenaga Undang-undang Watt
Berdasarkan Undang-undang Ohm, nilai ketahanan elektrik mentol diperoleh:
kami menjemput anda untuk melihat artikel tersebut Undang-undang Ohm dan rahsianya
b) Tenaga yang digunakan setiap jam
Hukum Joule menentukan jumlah haba yang hilang dalam mentol
Sekiranya 1 Kilowatt-hour = 3.600.000 Joule, tenaga yang digunakan setiap jam adalah:
Q = 0,002 kWj
Keputusan:
i = 0,91 A; Q = 0,002 kWj
Kesan Joule - Penghantaran dan pengagihan tenaga elektrik
Tenaga elektrik, yang dihasilkan di kilang, diangkut oleh kabel konduktif untuk digunakan kemudian di rumah, perniagaan dan industri. [4]
Semasa arus beredar, haba hilang oleh kesan Joule, kehilangan sebahagian tenaga kepada persekitaran. Semakin besar arus, semakin besar haba yang hilang. Untuk mengelakkan kehilangan tenaga, arus diangkut pada arus rendah dan voltan tinggi 380 kV. Ini meningkatkan kecekapan dalam pengangkutan tenaga elektrik. Di pencawang dan pengubah, mereka dikurangkan ke tahap voltan pada 110 V dan 220 V untuk kegunaan akhir mereka 25 atau 220 volt). Lihat gambar 8.
Di banyak peralatan, kesan Joule digunakan, di mana tenaga elektrik berubah menjadi panas, seperti besi elektrik, pemanas air, sekering, pembakar roti, dapur elektrik, antara lain. Lihat gambar 9.
Senaman 2
Besi elektrik 400W digunakan selama 10 minit. Mengetahui bahawa besi disambungkan ke soket elektrik 110 V, tentukan:
a) Keamatan arus yang mengalir melalui besi.
b) Jumlah haba yang dikeluarkan oleh besi.
penyelesaian:
Arus elektrik
Ungkapan tenaga elektrik digunakan:
p = vi
Berdasarkan Undang-undang Ohm, nilai ketahanan elektrik mentol diperoleh:
Haba
Hukum Joule menentukan jumlah haba yang hilang di dalam pinggan. Sekiranya satu minit mengandungi 60 saat, maka 10 minit = 600 s.
Sekiranya 1 Kilowatt-hour = 3.600.000 Joule, haba yang dilepaskan adalah:
Q = 0,07 kWj
Kesimpulan
Hukum Joule menyatakan bahawa haba yang dihasilkan oleh arus elektrik semasa ia beredar melalui konduktor berkadar terus dengan kuasa dua arus, kali rintangan dan masa yang diperlukan untuk arus beredar. Sebagai penghormatan kepada Joule, unit tenaga dalam sistem antarabangsa kini disebut "Joule".
Banyak peranti menggunakan "kesan joule", Dengan menghasilkan haba dengan mengalirkan arus melalui konduktor, seperti ketuhar, kompor, pembakar roti, pinggan, antara lain.
Kami menjemput anda untuk meninggalkan komen dan soalan anda mengenai topik yang menarik ini.