Is-sħana tal-Liġi ta 'Joule "Applikazzjonijiet - Eżerċizzji"
Joule studja l-effett li jseħħ meta jiċċirkola kurrent elettriku konduttur u dan huwa stabbilit mil-liġi magħrufa ta’ Joule. Hekk kif iċ-ċarġ elettriku jiċċaqlaq permezz ta' konduttur, l-elettroni Huma jaħbtu ma 'xulxin u jiġġeneraw is-sħana.
Bl-użu tal-effett Joule, ġew iddisinjati apparati tad-dar multipli u tagħmir industrijali, fejn dan il-prinċipju jikkonverti l-enerġija elettrika fis-sħana, bħal stufi elettriċi u mogħdija.
Il-Liġi ta' Joule tintuża fid-disinn tat-tagħmir biex tnaqqas it-telf tal-enerġija minħabba s-sħana.
Insiru nafu ftit lil James Joule:
James Prescott Joule (1818-1889)
Huwa kien fiżiku Brittaniku li wettaq riċerka fit-termodinamika, l-enerġija, l-elettriku u l-manjetiżmu.
Flimkien ma 'William Thomson, skoprew l-hekk imsejjaħ effett Joule-Thomson, li permezz tiegħu wrew li kien possibbli li tkessaħ gass billi jespandi mingħajr ma jsir xogħol estern, il-prinċipju bażiku wara l-iżvilupp ta' refriġeraturi u air conditioners attwali. Ħadem ma' Lord Kelvin biex jiżviluppa l-iskala tat-temperatura assoluta u għen biex jispjega t-teorija kinetika tal-gassijiet.
L-unità internazzjonali tal-enerġija, is-sħana u x-xogħol, il-joule, ingħatat l-isem f'ġieħu. [1]
Il-liġi ta' Joule
X'tipproponi l-Liġi ta' Joule?
Meta kurrent elettriku jgħaddi minn element, parti mill-enerġija tinħela bħala sħana. Il-liġi ta’ Joule tippermettilna niddeterminaw l-ammont ta’ sħana li tinħela f’element, minħabba l-effett tal-kurrent elettriku li jiċċirkola minnu. Ara l-figura 1.
Il-Liġi ta' Joule tgħid li s-sħana (Q) ġġenerata f'konduttur hija proporzjonali għar-reżistenza elettrika tiegħu R, il-kwadru tal-kurrent li jgħaddi minnu, u l-intervall tal-ħin. Ara l-figura 2.
Espressjoni matematika tal-Liġi ta' Joule
Is-sħana li tinħela f'element, meta kurrent jiċċirkola minnu, hija mogħtija mill-espressjoni matematika fil-figura 3. Huwa meħtieġ li tkun taf il-valur tal-kurrent elettriku li jiċċirkola permezz tal-element, ir-reżistenza elettrika tiegħu u l-intervall ta ' ħin. [2].
Meta t-telf tas-sħana f'element jiġi studjat, ġeneralment jiġi espress bħala s-sħana mxerrda fl-unità "kaloriji" minflok f'Joule. Il-Figura 4 turi l-formula biex tiddetermina l-ammont ta 'sħana f'kaloriji.
Kif iseħħ it-tisħin?
Meta kurrent elettriku jgħaddi minn konduttur, iċ-ċarġ elettriku jipproduċi ħabtiet mal-atomi tal-konduttur hekk kif jiċċaqlaq minnu. Minħabba dawn il-ħabtiet, parti mill-enerġija tiġi kkonvertita fis-sħana, u żżid it-temperatura tal-materjal konduttiv. Ara l-figura 5.
Iktar ma tgħaddi l-kurrent, iktar ikun kbir iż-żieda fit-temperatura, u aktar sħana tinħela. Is-sħana prodotta mill-kurrent elettriku li jgħaddi minn konduttur hija miżura tax-xogħol magħmul mill-kurrent biex tegħleb ir-reżistenza tal-konduttur.
Biex tiċċaqlaq ċarġ elettriku, huwa meħtieġ sors ta 'vultaġġ. Is-sors tal-vultaġġ għandu jforni aktar enerġija aktar ma tinħela s-sħana. Billi tiddetermina kemm tiġi prodotta sħana tista 'tiddetermina kemm is-sors tal-vultaġġ għandu jforni.
Applikazzjonijiet tal-liġi ta' Joule
Effett Joule fil-bozoz tad-dawl inkandexxenti
Il-bozoz tad-dawl inkandexxenti huma magħmula billi jitqiegħed filament tat-tungstenu b'tidwib għoli f'bozza tal-ħġieġ. F'temperatura ta '500 ºC, il-korpi jarmu dawl ħamrani, li jevolvi għal abjad jekk it-temperatura tiżdied. Il-filament tal-bozza tad-dawl, meta jilħaq it-3.000 ºC, jarmi dawl abjad. Jinħoloq vakwu għoli ġewwa l-ampulla u jitqiegħed gass inert sabiex il-filament ma jinħaraqx.
Is-sħana rilaxxata mill-kurrent (effett Joule) hekk kif tgħaddi minn dan il-filament tippermetti li tintlaħaq it-temperatura meħtieġa biex isseħħ l-inkandexxenza, l-effett tal-materjali li jarmu dawl meta jkunu soġġetti għal temperaturi għoljin. Ara l-figura 6.
Huwa importanti li tagħżel il-bozza t-tajba għal ħafna effiċjenza fl-enerġija. Fil-bozoz tad-dawl inkandexxenti, jintuża biss massimu ta '15% tal-enerġija, il-bqija tal-enerġija elettrika tinħela fis-sħana. Fil-bozoz LED, 80 sa 90% tiġi trasformata f'enerġija ħafifa, 10% biss tinħela peress li tinħela bħala sħana. Il-bozoz LED huma l-aħjar għażla, li għandhom effiċjenza akbar fl-enerġija u inqas konsum tal-elettriku. Ara l-figura 7. [3]
Eżerċizzju 1
Għal bozza tad-dawl inkandexxenti ta' 100 W, 110 V, iddetermina:
a) L-intensità tal-kurrent li jiċċirkola mill-bozza.
b) L-enerġija kkunsmata fis-siegħa.
Soluzzjoni:
a) Kurrent elettriku:
L-espressjoni għall-enerġija elettrika tintuża:
Nistednuk tara l-artiklu Liġi tal-Enerġija Watt
Bil-Liġi ta' Ohm, il-valur tar-reżistenza elettrika tal-bozza tad-dawl jinkiseb:
Nistednuk tara l-artiklu Il-liġi ta 'Ohm u s-sigrieti tagħha
b) Enerġija kkunsmata kull siegħa
Il-Liġi ta' Joule tiddetermina l-ammont ta' sħana mxerrda fil-bozza tad-dawl.
Jekk 1 Kilowatt-siegħa = 3.600.000 Joule, l-enerġija kkunsmata fis-siegħa hija:
Q=0,002 kWh
Riżultat:
i=0,91A; Q=0,002 kWh
Effett Joule – Trasport u distribuzzjoni ta' enerġija elettrika
L-enerġija elettrika, li hija ġġenerata f'impjant tal-enerġija, hija ttrasportata b'kejbils konduttivi biex aktar tard jintużaw fid-djar, negozji u industriji. [4]
Hekk kif il-kurrent jiċċirkola, is-sħana tinħela minħabba l-effett Joule, u titlef parti mill-enerġija għall-ambjent. Iktar ma jkun kbir il-kurrent, akbar tkun is-sħana li tinħela. Biex jiġi evitat it-telf tal-enerġija, il-kurrenti jiġu ttrasportati f'intensitajiet baxxi u vultaġġi għoljin ta '380 kV. Dan itejjeb l-effiċjenza fit-trasport tal-enerġija elettrika. Fis-substations u t-trasformaturi huma mnaqqsa għal livelli ta 'vultaġġ f'110 V u 220 V għall-użu finali (25 jew 220 volt). Ara l-figura 8.
F'ħafna apparati, jintuża l-effett Joule, fejn l-enerġija elettrika tinbidel f'sħana, bħal ħdejjed tal-mogħdija elettriċi, ħiters tal-ilma, fjusis, toasters tal-ħobż, stufi elettriċi, fost oħrajn. Ara l-figura 9.
Eżerċizzju 2
Ħadid elettriku ta' 400 W jintuża għal 10 minuti. Billi tkun taf li l-ħadid jidħol fi żbokk elettriku ta' 110V, iddetermina:
a) L-intensità tal-kurrent li jiċċirkola permezz tal-ħadid.
b) L-ammont ta 'sħana mxerrda mill-ħadid.
Soluzzjoni:
Kurrent elettriku
L-espressjoni għall-enerġija elettrika tintuża:
p=vi
Bil-Liġi ta' Ohm, il-valur tar-reżistenza elettrika tal-bozza tad-dawl jinkiseb:
Saħħan
Il-Liġi ta' Joule tiddetermina l-ammont ta' sħana li tinħela fil-ħadid. Jekk minuta fiha 60 sekonda, allura 10 minuti = 600 s.
Jekk 1 Kilowatt-siegħa = 3.600.000 Joule, is-sħana rilaxxata hija:
Q=0,07 kWh
Konklużjonijiet
Il-Liġi ta’ Joule tistabbilixxi li s-sħana prodotta minn kurrent elettriku meta tgħaddi minn konduttur hija direttament proporzjonali mal-kwadru tal-intensità tal-kurrent, darbiet ir-reżistenza u l-ħin li jieħu biex il-kurrent jgħaddi. Bħala ġieħ lil Joule, l-unità tal-enerġija fis-sistema internazzjonali bħalissa tissejjaħ "Joule".
Ħafna apparati jużaw il-“effett joule”, billi tiġġenera s-sħana billi tgħaddi kurrent minn konduttur, bħal fran, stufi, toasters, ħdejjed tal-mogħdija, fost oħrajn.
Nistednuk tħalli l-kummenti u l-mistoqsijiet tiegħek dwar dan is-suġġett interessanti.