Joto la Sheria ya Joule "Matumizi - Mazoezi"
Joule alisoma athari ambayo hutokea wakati umeme wa umeme unazunguka kondakta na hivyo kuanzishwa na sheria inayojulikana ya Joule. Wakati malipo ya umeme yanapitia kondakta, elektroni kugongana na kila mmoja kuzalisha joto.
Kutumia athari ya Joule, vifaa vingi vya nyumbani na vifaa vya viwandani vimebuniwa, ambapo nishati ya umeme hubadilishwa kuwa joto na kanuni hii, kama vile wapikaji wa umeme na chuma.
Sheria ya Joule hutumiwa katika muundo wa vifaa ili kupunguza upotezaji wa nishati kupitia joto.
Kumjua James Joule kidogo:
James Prescott Joule (1818-1889)
Alikuwa mwanafizikia wa Uingereza ambaye alifanya utafiti katika thermodynamics, nishati, umeme, na sumaku.
Pamoja na William Thomson waligundua athari inayoitwa Joule-Thomson ambayo walionyesha kwamba inawezekana kupoza gesi wakati wa kupanua bila kufanya kazi ya nje, kanuni ya msingi ya ukuzaji wa friji za sasa na viyoyozi. Alifanya kazi na Bwana Kelvin kukuza kiwango kamili cha joto, alisaidia kuelezea nadharia ya kinetiki ya gesi.
Kitengo cha kimataifa cha nishati, joto na kazi, joule, ilitajwa kwa heshima yake. [1]
Sheria ya Joule
Je! Sheria ya Joule inapendekeza nini?
Wakati umeme wa sasa unapita kati ya kitu, nguvu zingine hutoweka kama joto. Sheria ya Joule inaturuhusu kuamua kiwango cha joto kinachotawanywa katika kitu, kama matokeo ya mkondo wa umeme unaozunguka kupitia hiyo. Angalia kielelezo 1.
Sheria ya Joule inasema kuwa joto (Q) ambalo hutengenezwa kwa kondakta ni sawa na upinzani wake wa umeme R, kwa mraba wa sasa unaopitia, na kwa muda wa wakati. Angalia kielelezo 2.
Maneno ya hesabu ya Sheria ya Joule
Joto ambalo limetawanywa katika kipengee, wakati wa sasa unazunguka kupitia hiyo, hutolewa na usemi wa kihesabu katika sura ya 3. Inahitajika kujua thamani ya mkondo wa umeme unaozunguka kupitia kitu hicho, upinzani wake wa umeme na muda wa wakati. [mbili].
Wakati wa kusoma upotezaji wa joto katika kipengee, kawaida huonyeshwa kama joto linapotea katika kitengo "kalori" badala ya Joule. Kielelezo 4 kinaonyesha fomula ya kuamua kiwango cha joto katika kalori.
Je! Ongezeko la joto hufanyikaje?
Wakati umeme unapita kati ya kondakta, malipo ya umeme hugongana na atomi za kondakta wakati wanapita. Kwa sababu ya mshtuko huu, sehemu ya nishati hubadilishwa kuwa joto, ikiongeza joto la vifaa vyenye nguvu. Tazama kielelezo 5.
Mtiririko wa sasa zaidi, ongezeko kubwa la joto, na joto zaidi hupotea. Joto linalozalishwa na mkondo wa umeme unaotiririka kupitia kondakta ni kipimo cha kazi iliyofanywa na sasa katika kushinda upinzani wa kondakta.
Kuhamisha malipo ya umeme kunahitaji chanzo cha voltage. Chanzo cha voltage lazima kiwe na nguvu zaidi wakati joto linapotea. Kwa kuamua ni joto ngapi linazalishwa, unaweza kuamua ni nguvu ngapi chanzo cha voltage lazima itoe.
Maombi ya sheria ya Joule
Athari ya Joule katika balbu za incandescent
Balbu za incandescent hufanywa kwa kuweka kiwango cha juu cha kuyeyuka kwa tungsten kwenye balbu ya glasi. Kwa joto la 500 ºC, miili hutoa taa nyekundu, ambayo hubadilika kuwa nyeupe ikiwa joto linaongezeka. Filament ya balbu, inapofikia 3.000 ºC, hutoa taa nyeupe. Ndani ya ampoule utupu wa juu unafanywa na gesi ya ajizi imewekwa ili filament isiwaka.
Joto linalotolewa na athari ya sasa (athari ya Joule) inapopita kwenye filament iliyosema inaruhusu kufikia joto la lazima ili incandescence itokee, athari ya vifaa kutoa mwanga wakati inakabiliwa na joto kali. Tazama sura ya 6.
Ni muhimu kuchagua balbu inayofaa zaidi ufanisi wa nishati. Katika balbu za incandescent tu kiwango cha juu cha 15% ya nishati hutumiwa, nishati iliyobaki ya umeme hutawanyika kwa joto. Katika balbu zilizoongozwa 80 hadi 90% hubadilishwa kuwa nishati nyepesi, ni 10% tu hupotezwa wakati wa kutawanyika kwa njia ya joto. Balbu zilizoongozwa ni chaguo bora, kuwa na ufanisi mkubwa wa nishati na matumizi ya chini ya umeme. Tazama sura ya 7. [3]
Zoezi la 1
Kwa balbu ya incandescent 100 W, 110 V, amua:
a) Ukali wa mtiririko wa sasa kupitia balbu.
b) Nishati inayotumia kwa saa.
ufumbuzi:
a) Umeme wa sasa:
Maneno ya nguvu ya umeme hutumiwa:
Tunakualika uone nakala ya Nishati ya Sheria ya Watt
Kwa Sheria ya Ohm thamani ya upinzani wa umeme wa balbu inapatikana:
tunakualika uone nakala hiyo Sheria ya Ohm na siri zake
b) Nishati inayotumiwa kwa saa
Sheria ya Joule huamua kiwango cha joto kinachotawanywa kwenye balbu
Ikiwa 1 Kilowatt-saa = 3.600.000 Joule, nishati inayotumiwa kwa saa ni:
Swali = 0,002 kWh
Kusababisha:
i = 0,91 A; Swali = 0,002 kWh
Athari ya Joule - Uhamishaji na usambazaji wa nishati ya umeme
Nishati ya umeme, ambayo hutengenezwa kwenye mmea, husafirishwa na nyaya zinazoongoza kutumika baadaye majumbani, biashara na viwanda. [4]
Wakati mzunguko unapozunguka, joto hutawanywa na athari ya Joule, ikipoteza sehemu ya nishati kwa mazingira. Kadiri ya sasa ilivyo kubwa, ndivyo joto linaloenezwa linavyokuwa kubwa. Ili kuzuia upotevu wa nishati, mikondo husafirishwa kwa mikondo ya chini na voltages kubwa ya 380 kV. Hii inaboresha ufanisi katika usafirishaji wa nishati ya umeme. Katika vituo na transfoma hupunguzwa kwa viwango vya voltage kwa 110 V na 220 V kwa matumizi yao ya mwisho25 au 220 volts). Angalia kielelezo 8.
Katika vifaa vingi athari ya Joule hutumiwa, ambapo nishati ya umeme hubadilishwa kuwa joto, kama vile chuma cha umeme, hita za maji, fuses, toasters, majiko ya umeme, kati ya zingine. Angalia kielelezo 9.
Zoezi la 2
Chuma cha umeme cha 400W hutumiwa kwa dakika 10. Kujua kuwa chuma kimeunganishwa na kituo cha umeme cha 110 V, amua:
a) Ukali wa mtiririko wa sasa kupitia chuma.
b) Kiasi cha joto kilichotenganishwa na chuma.
ufumbuzi:
Umeme wa sasa
Maneno ya nguvu ya umeme hutumiwa:
p = vi
Kwa Sheria ya Ohm thamani ya upinzani wa umeme wa balbu inapatikana:
Joto
Sheria ya Joule huamua kiwango cha joto kinachotawanywa kwenye bamba. Ikiwa dakika ina sekunde 60, basi dakika 10 = 600 s.
Ikiwa 1 Kilowatt-saa = 3.600.000 Joule, joto hutolewa ni:
Swali = 0,07 kWh
Hitimisho
Sheria ya Joule inasema kwamba joto linalozalishwa na mkondo wa umeme wakati unazunguka kupitia kondakta ni sawa sawa na mraba wa ukubwa wa sasa, nyakati za upinzani na wakati inachukua kwa sasa kuzunguka. Kwa heshima ya Joule kitengo cha nishati katika mfumo wa kimataifa sasa kinaitwa "Joule".
Vifaa vingi hutumia "athari ya joule”Kwa kuzalisha joto kwa kupitisha sasa kupitia kondakta, kama vile oveni, majiko, toasters, sahani, kati ya zingine.
Tunakualika uacha maoni na maswali yako juu ya mada hii ya kupendeza.