Nxehtësia e Ligjit të Joule "Zbatime - Ushtrime"
Joule studioi efektin që ndodh kur një rrymë elektrike qarkullon përmes një dirigjent dhe i vendosur kështu nga ligji i mirënjohur Xhul. Ndërsa ngarkesa elektrike lëviz përmes një përcjellësi, elektronet përplasen me njëri-tjetrin duke gjeneruar nxehtësi.
Duke përdorur efektin Joule, janë krijuar pajisje të shumta shtëpiake dhe pajisje industriale, ku energjia elektrike shndërrohet në nxehtësi nga ky parim, siç janë tenxheret elektrike dhe hekurat.
Ligji i Joule përdoret në modelimin e pajisjeve për të zvogëluar humbjet e energjisë përmes nxehtësisë.
Njohja pak me James Joule:
James Prescott Joule (1818-1889)
Ai ishte një fizikan britanik i cili zhvilloi kërkime në termodinamikë, energji, energji elektrike dhe magnetizëm.
Së bashku me William Thomson ata zbuluan të ashtuquajturin efekt Joule - Thomson me të cilin demonstruan se ishte e mundur të ftohej një gaz kur zgjerohej pa bërë punë të jashtme, një parim themelor i zhvillimit të frigoriferëve dhe kondicionerëve aktualë. Ai punoi me Lord Kelvin për të zhvilluar shkallën absolute të temperaturës, ndihmoi në shpjegimin e teorisë kinetike të gazeve.
Njësia ndërkombëtare e energjisë, nxehtësisë dhe punës, xhaul, u emërua për nder të tij. [1]
Ligji i Xhaulit
Çfarë propozon Ligji i Joule?
Kur një rrymë elektrike rrjedh përmes një elementi, një pjesë e energjisë shpërndahet si nxehtësi. Ligji i Xhaulit na lejon të përcaktojmë sasinë e nxehtësisë që shpërndahet në një element, si rezultat i rrymës elektrike që qarkullon përmes tij. Shikoni figurën 1.
Ligji i Joule thotë se nxehtësia (Q) që gjenerohet në një përcjellës është proporcionale me rezistencën e saj elektrike R, me katrorin e rrymës që kalon përmes tij dhe me intervalin kohor. Shikoni figurën 2.
Shprehja matematikore e Ligjit të Xhaulit
Nxehtësia që shpërndahet në një element, kur një rrymë qarkullon përmes saj, jepet nga shprehja matematikore në figurën 3. Kërkohet të dihet vlera e rrymës elektrike që qarkullon përmes elementit, rezistencën e tij elektrike dhe intervalin e koha [dy]
Kur studioni humbjen e nxehtësisë në një element, zakonisht shprehet si nxehtësia e shpërndarë në njësinë "kalori" në vend të Xhaulit. Figura 4 tregon formulën për përcaktimin e sasisë së nxehtësisë në kalori.
Si ndodh ngrohja?
Kur një rrymë elektrike rrjedh përmes një përcjellësi, ngarkesa elektrike përplaset me atomet e përcjellësit ndërsa lëvizin nëpër të. Për shkak të këtyre goditjeve, një pjesë e energjisë shndërrohet në nxehtësi, duke rritur temperaturën e materialit përçues. Shikoni figurën 5.
Sa më shumë rrjedha të rrymës, aq më e madhe është rritja e temperaturës, dhe aq më shumë nxehtësia shpërndahet. Nxehtësia e prodhuar nga rryma elektrike që rrjedh përmes një përcjellësi është një masë e punës së bërë nga rryma në tejkalimin e rezistencës së përcjellësit.
Lëvizja e ngarkesës elektrike kërkon një burim tensioni. Burimi i tensionit duhet të furnizojë më shumë energji, aq më shumë nxehtësi shpërndahet. Duke përcaktuar se sa nxehtësi prodhohet, mund të përcaktoni se sa energji duhet të furnizojë burimi i tensionit.
Zbatimet e ligjit të Xhaulit
Efekti xhaul në llambat inkandeshente
Llamba inkandeshente bëhen duke vendosur një fije të hollë tungsteni me shkrirje të lartë në një llambë qelqi. Në një temperaturë prej 500 ºC, trupat lëshojnë një dritë të kuqërremtë, e cila evoluon në të bardhë nëse rritet temperatura. Filamenti i llambës, me arritjen e 3.000 ºC, lëshon dritë të bardhë. Brenda ampulës bëhet një vakum i lartë dhe vendoset një gaz inert në mënyrë që filamenti të mos digjet.
Nxehtësia e dhënë nga rryma (efekti Joule) ndërsa kalon përmes filamentit në fjalë e lejon atë të arrijë temperaturën e nevojshme për të ndodhur flaktësia, një efekt i materialeve për të lëshuar dritë kur i nënshtrohen temperaturave të larta. Shikoni figurën 6.
Shtë e rëndësishme të zgjidhni llambën e duhur për më të madhe efikasiteti i energjisë. Në llambat inkandeshente përdoret vetëm një maksimum 15% e energjisë, pjesa tjetër e energjisë elektrike shpërndahet në nxehtësi. Në llambat e udhëhequra 80 deri 90% shndërrohet në energji drite, vetëm 10% harxhohet kur shpërndahet në formën e nxehtësisë. Llamba të udhëhequra janë opsioni më i mirë, duke pasur efikasitet më të madh të energjisë dhe konsum më të ulët të energjisë elektrike. Shih figurën 7. [3]
Ushtrim 1
Për një llambë inkandeshente 100 W, 110 V, përcaktoni:
a) Intensiteti i rrymës që rrjedh përmes llambës.
b) Energjinë që konsumon në orë.
Zgjidhja:
a) Rryma elektrike:
Shprehja e energjisë elektrike përdoret:
Ne ju ftojmë të shihni artikullin e Energjia e Ligjit Watt
Me Ligjin e Ohmit fitohet vlera e rezistencës elektrike të llambës:
ne ju ftojmë të shihni artikullin Ligji i Ohmit dhe sekretet e tij
b) Energjia e konsumuar në orë
Ligji i Joule përcakton sasinë e nxehtësisë që shpërndahet në llambë
Nëse 1 Kilovat-orë = 3.600.000 Joule, energjia e konsumuar në orë është:
Q = 0,002 kWh
Pasojë:
i = 0,91 A; Q = 0,002 kWh
Efekti Joule - Transmetimi dhe shpërndarja e energjisë elektrike
Energjia elektrike, e cila gjenerohet në një impiant, transportohet nga kabllo përçues për t'u përdorur më vonë në shtëpi, biznese dhe industri. [4]
Ndërsa qarkullon rryma, nxehtësia shpërndahet nga efekti Joule, duke humbur një pjesë të energjisë në mjedis. Sa më e madhe të jetë rryma, aq më e madhe është nxehtësia që shpërndahet. Për të shmangur humbjen e energjisë, rrymat transportohen në rryma të ulëta dhe tensione të larta prej 380 kV. Kjo përmirëson efikasitetin në transportin e energjisë elektrike. Në nënstacione dhe transformatorë ato reduktohen në nivele tensioni në 110 V dhe 220 V për përdorimin e tyre përfundimtar 25 ose 220 volt). Shikoni figurën 8.
Në shumë pajisje përdoret efekti Joule, ku energjia elektrike shndërrohet në nxehtësi, siç janë hekurat elektrikë, ngrohësit e ujit, siguresat, dollirat, sobat elektrike, ndër të tjera. Shikoni figurën 9.
Ushtrim 2
Një hekur elektrik 400W përdoret për 10 minuta. Duke ditur që hekuri është i lidhur me një prizë elektrike 110 V, përcaktoni:
a) Intensiteti i rrymës që rrjedh përmes hekurit.
b) Sasia e nxehtësisë që shpërndahet nga hekuri.
Zgjidhja:
Rryme elektrike
Shprehja e energjisë elektrike përdoret:
p = vi
Me Ligjin e Ohmit fitohet vlera e rezistencës elektrike të llambës:
nxehtësi
Ligji i Joule përcakton sasinë e nxehtësisë që shpërndahet në pllakë. Nëse një minutë përmban 60 sekonda, atëherë 10 minuta = 600 s.
Nëse 1 Kilovat-orë = 3.600.000 Joule, nxehtësia e lëshuar është:
Q = 0,07 kWh
Konkluzione
Ligji i Joule thotë se nxehtësia e prodhuar nga një rrymë elektrike kur ajo qarkullon përmes një përcjellësi është në përpjesëtim të drejtë me katrorin e intensitetit të rrymës, sa herë rezistenca dhe koha që duhet për të qarkulluar rryma. Në nderim të Joule, njësia e energjisë në sistemin ndërkombëtar tani quhet "Joule".
Shumë pajisje përdorin "efekti xhaul”, Duke gjeneruar nxehtësi duke kaluar rrymë përmes një përcjellësi, siç janë furrat, sobat, dollirat, pllakat, ndër të tjera.
Ne ju ftojmë të lini komentet dhe pyetjet tuaja mbi këtë temë interesante.