Врлина Јоуле-овог закона „Примене - вежбе“
Јоуле је проучавао ефекат који се јавља када електрична струја циркулише кроз диригент и тако утврђен познатим законом Јоуле-а. Како се електрични набој креће кроз проводник, електрони сударају се међусобно стварајући топлоту.
Користећи Јоуле-ов ефекат, дизајнирани су вишеструки уређаји за домаћинство и индустријска опрема, где се електрична енергија претвара у топлоту по овом принципу, као што су електрични штедњаци и пегле.
Јоуле-ов закон се користи у дизајну опреме за смањење губитака енергије кроз топлоту.
Упознавање Јамеса Јоуле-а мало:
Јамес Пресцотт Јоуле (1818-1889)
Био је британски физичар који је спроводио истраживања у термодинамици, енергији, електрицитету и магнетизму.
Заједно са Виллиамом Тхомсоном открили су такозвани Јоуле - Тхомсон ефекат којим су показали да је могуће хладити гас приликом ширења без спољних радова, основни принцип развоја садашњих фрижидера и клима уређаја. Радио је са лордом Келвином на развоју апсолутне скале температуре, помогао је у објашњавању кинетичке теорије гасова.
У његову част именована је међународна јединица енергије, топлоте и рада, џул. [1]
Џулов закон
Шта предлаже Џулов закон?
Када електрична струја прође кроз елемент, део енергије се расипа као топлота. Џулов закон нам омогућава да одредимо количину топлоте која се расипа у елементу, као резултат електричне струје која кроз њега циркулише. Погледајте слику 1.
Јоуле-ов закон каже да је топлота (К) која се ствара у проводнику пропорционална његовом електричном отпору Р, квадрату струје која пролази кроз њега и временском интервалу. Погледајте слику 2.
Математички израз Јоуле-овог закона
Топлота која се расипа у елементу, када кроз њега кружи струја, дата је математичким изразом на слици 3. Потребно је знати вредност електричне струје која кружи кроз елемент, његов електрични отпор и интервал време. [два].
Када се проучава губитак топлоте у елементу, он се обично изражава као топлота која се расипа у јединици „калорија“ уместо у џулима. Слика 4 приказује формулу за одређивање количине топлоте у калоријама.
Како се догађа загревање?
Када кроз проводник протиче електрична струја, електрични набој се судара са атомима проводника док се крећу кроз њега. Због ових удара део енергије се претвара у топлоту, повећавајући температуру проводног материјала. Погледајте слику 5.
Што више струје тече, то је већи пораст температуре и више топлоте се расипа. Топлота произведена електричном струјом која тече кроз проводник је мера рада струје у савладавању отпора проводника.
За померање електричног наелектрисања потребан је извор напона. Извор напона мора давати више снаге што се више топлоте одводи. Одређивањем количине произведене топлоте можете одредити колико енергије извор напона мора да испоручи.
Примене Јоуле-овог закона
Џолов ефекат у жаруљама са жарном нити
Жаруље са жарном нити се израђују постављањем волфрамове нити високе топљивости у стаклену сијалицу. На температури од 500 ºЦ, тела емитују црвенкасту светлост, која ако температура расте постаје бела. Сијалица жаруље, када достигне 3.000 ºЦ, емитује бело светло. Унутар ампуле се прави висок вакуум и поставља инертни гас тако да нит не гори.
Топлота коју струја одаје (Џулов ефекат) пролазећи кроз речени филамент омогућава јој да постигне потребну температуру за настанак ужарења, ефекат материјала који емитују светлост када су изложени високим температурама. Погледајте слику 6.
Важно је одабрати праву сијалицу за већу енергетска ефикасност. У жаруљама са жарном нити користи се само највише 15% енергије, а остатак електричне енергије се расипа у топлоти. У лед сијалицама 80 до 90% се трансформише у светлосну енергију, само 10% се троши при расипању у облику топлоте. Лед сијалице су најбоља опција, имају већу енергетску ефикасност и мању потрошњу електричне енергије. Погледајте слику 7. [3]
Вежба 1
За сијалицу са жарном нити од 100 В, 110 В одредите:
а) Интензитет струје која пролази кроз сијалицу.
б) Енергија коју троши на сат.
rešenje:
а) Електрична струја:
Употребљава се израз електричне снаге:
Позивамо вас да погледате чланак Ватов закон Енергија
Према Омовом закону добија се вредност електричног отпора сијалице:
позивамо вас да погледате чланак Охмов закон и његове тајне
б) Потрошња енергије на сат
Џулов закон одређује количину топлоте која се расипа у сијалици
Ако је 1 киловат-сат = 3.600.000 џула, потрошена енергија на сат износи:
К = 0,002 кВх
Резултирати:
и = 0,91 А; К = 0,002 кВх
Џулов ефекат - Пренос и дистрибуција електричне енергије
Електрична енергија која се генерише у постројењу преноси се проводним кабловима да би се касније користила у домовима, предузећима и индустрији. [4]
Док струја циркулише, топлота се расипа ефектом Јоуле-а, губећи део енергије у животну средину. Што је већа струја, већа је топлота која се расипа. Да би се избегао губитак енергије, струје се преносе при малим струјама и високим напонима од 380 кВ. Ово побољшава ефикасност у транспорту електричне енергије. У трафостаницама и трансформаторима су сведени на ниво напона при 110 В и 220 В за крајњу употребу25 или 220 В). Погледајте слику 8.
У многим уређајима се користи Џулов ефекат, где се електрична енергија трансформише у топлоту, као што су електрични пегле, бојлери, осигурачи, тостери, електричне пећи, између осталог. Погледајте слику 9.
Вежба 2
Електрично пегла од 400 В користи се 10 минута. Знајући да је пегла прикључена на електричну утичницу од 110 В, утврдите:
а) Интензитет струје која пролази кроз гвожђе.
б) Количина топлоте коју одводи гвожђе.
rešenje:
Електрична струја
Употребљава се израз електричне снаге:
п = ви
Према Омовом закону добија се вредност електричног отпора сијалице:
Топлина
Џулов закон одређује количину топлоте која се расипа у плочи. Ако минут садржи 60 секунди, онда је 10 минута = 600 с.
Ако је 1 киловат-сат = 3.600.000 џула, ослобођена топлота је:
К = 0,07 кВх
Закључци
Џулов закон каже да је топлота произведена електричном струјом када циркулише кроз проводник директно пропорционална квадрату интензитета струје, помноженом са отпором и временом потребним да струја циркулише. У знак поштовања према Јоулеу, јединица енергије у међународном систему сада се назива „Јоуле“.
Многи уређаји користе „џул ефекат”, Стварањем топлоте пропуштањем струје кроз проводник, попут пећи, шпорета, тостера, плоча, између осталог.
Позивамо вас да оставите коментаре и питања на ову занимљиву тему.