Ang init ng Batas ni Joule na "Mga Aplikasyon - Ehersisyo"
Pinag-aralan ni Joule ang epekto na nagawa kapag umikot ang isang kasalukuyang kuryente isang konduktor at itinatag ng kilalang batas ng Joule. Habang ang singil ng kuryente ay gumagalaw sa isang konduktor ng mga electron bumangga sa bawat isa na bumubuo ng init.
Ginagamit ang epekto ng Joule, maraming kagamitan sa sambahayan at kagamitan sa industriya ang naidisenyo, kung saan ang enerhiya ng kuryente ay ginawang init sa pamamagitan ng prinsipyong ito, tulad ng mga de-kuryenteng kusinilya at bakal.
Ginagamit ang Batas ni Joule sa disenyo ng kagamitan upang mabawasan ang pagkawala ng enerhiya sa pamamagitan ng init.
Kilalanin nang kaunti si James Joule:
James Prescott Joule (1818-1889)
Siya ay isang British physicist na nagsagawa ng pagsasaliksik sa thermodynamics, enerhiya, elektrisidad, at magnetismo.
Kasama ni William Thomson natuklasan nila ang tinaguriang Joule - Thomson effect kung saan ipinakita nila na posible na palamig ang isang gas kapag lumalawak nang hindi gumagawa ng panlabas na gawain, isang pangunahing prinsipyo ng pag-unlad ng kasalukuyang mga ref at aircon. Nakipagtulungan siya kay Lord Kelvin upang mabuo ang ganap na sukat ng temperatura, tumulong na ipaliwanag ang teorya ng kinetiko ng mga gas.
Ang pandaigdigang yunit ng enerhiya, init at trabaho, ang joule, ay pinangalanan sa kanyang karangalan. [1]
Batas ni Joule
Ano ang iminungkahi ng Batas ni Joule?
Kapag ang isang daloy ng kuryente ay dumadaloy sa pamamagitan ng isang elemento, ang ilan sa enerhiya ay napapawi bilang init. Pinapayagan kami ng batas ni Joule na tukuyin ang dami ng init na nawala sa isang elemento, bilang resulta ng kasalukuyang kuryente na umikot dito. Tingnan ang pigura 1.
Sinasabi ng Batas ni Joule na ang init (Q) na nabuo sa isang konduktor ay proporsyonal sa elektrikal na paglaban nito R, sa parisukat ng kasalukuyang dumadaan dito, at sa agwat ng oras. Tingnan ang larawan 2.
Matematikong pagpapahayag ng Batas ni Joule
Ang init na natanggal sa isang elemento, kapag ang isang kasalukuyang umiikot sa pamamagitan nito, ay ibinibigay ng ekspresyon ng matematika sa pigura 3. Kinakailangan na malaman ang halaga ng kasalukuyang kuryente na nagpapalipat-lipat sa elemento, ang resistensya sa kuryente at ang agwat ng oras [dalawa].
Kapag pinag-aaralan ang pagkawala ng init sa isang elemento, karaniwang ipinapahiwatig na ang init ay nawala sa yunit na "calorie" sa halip na kay Joule. Ipinapakita ng Figure 4 ang formula para sa pagtukoy ng dami ng init sa calories.
Paano nangyayari ang pag-init?
Kapag ang isang daloy ng kuryente ay dumadaloy sa pamamagitan ng isang konduktor, ang singil ng kuryente ay bumangga sa mga atomo ng konduktor habang dumadaan ito. Dahil sa mga pagkabigla na ito, ang isang bahagi ng enerhiya ay ginawang init, pinapataas ang temperatura ng kondaktibong materyal. Tingnan ang larawan 5.
Ang mas maraming kasalukuyang daloy, mas malaki ang pagtaas ng temperatura, at mas maraming init ang nawala. Ang init na nagawa ng kasalukuyang kuryente na dumadaloy sa pamamagitan ng isang konduktor ay isang sukat ng gawaing ginagawa ng kasalukuyang pagtagumpayan ang paglaban ng konduktor.
Ang paglipat ng singil sa kuryente ay nangangailangan ng isang mapagkukunan ng boltahe. Ang mapagkukunan ng boltahe ay dapat magbigay ng higit na lakas mas maraming dissipates ng init. Sa pamamagitan ng pagtukoy kung magkano ang init na nagawa, matutukoy mo kung gaano karaming lakas ang dapat ibigay ng mapagkukunan ng boltahe.
Mga aplikasyon sa batas ni Joule
Joule na epekto sa mga bombilya na maliwanag na maliwanag
Ang mga maliwanag na bombilya ay ginawa sa pamamagitan ng paglalagay ng isang mataas na natutunaw na tungsten filament sa isang baso na bombilya. Sa temperatura na 500 ºC, ang mga katawan ay naglalabas ng isang mamula-mula na ilaw, na nagbabago sa puti kung tumataas ang temperatura. Ang filament ng bombilya, sa pag-abot sa 3.000 ºC, ay nagpapalabas ng puting ilaw. Sa loob ng ampoule isang mataas na vacuum ang ginawa at isang inert gas ang inilalagay upang ang filament ay hindi masunog.
Ang init na binigay ng kasalukuyang (Joule effect) habang dumadaan ito sa nasabing filament ay pinapayagan itong maabot ang kinakailangang temperatura para maganap ang incandescence, ang epekto ng mga materyales na nagpapalabas ng ilaw kapag napailalim sa mataas na temperatura. Tingnan ang larawan 6.
Mahalagang pumili ng tamang bombilya para sa mas malaki kahusayan ng enerhiya. Sa mga bombilya na maliwanag na maliwanag lamang ng isang maximum na 15% ng enerhiya ang ginagamit, ang natitirang enerhiya na elektrikal ay nawala sa init. Sa mga humantong bombilya 80 hanggang 90% ay nabago sa ilaw na enerhiya, 10% lamang ang nasayang kapag nagwawala sa anyo ng init. Ang mga led bombilya ay ang pinakamahusay na pagpipilian, pagkakaroon ng higit na kahusayan ng enerhiya at mas mababang konsumo sa kuryente. Tingnan ang larawan 7. [3]
Ehersisyo ng 1
Para sa isang 100 W, 110 V bombilya na maliwanag na maliwanag, tukuyin:
a) Ang tindi ng kasalukuyang dumadaloy sa pamamagitan ng bombilya.
b) Ang lakas na kinokonsumo nito bawat oras.
Solusyon:
a) Kasalukuyang kuryente:
Ginagamit ang ekspresyon ng kuryenteng elektrikal:
Inaanyayahan ka naming tingnan ang artikulo ng Batas ng Batas ng Watt
Sa pamamagitan ng Batas ng Ohm ang halaga ng elektrikal na paglaban ng bombilya ay nakuha:
inaanyayahan ka naming tingnan ang artikulo Batas ni Ohm at mga sikreto nito
b) Enerhiya na natupok bawat oras
Tinutukoy ng Batas ni Joule ang dami ng init na nawala sa bombilya
Kung 1 Kilowatt-hour = 3.600.000 Joule, ang enerhiya na natupok bawat oras ay:
Q = 0,002 kWh
Magbunga:
i = 0,91 A; Q = 0,002 kWh
Joule effect - Paghahatid at pamamahagi ng elektrisidad na enerhiya
Ang elektrisidad na enerhiya, na nabuo sa isang halaman, ay dinadala ng mga conductive cable upang magamit sa paglaon sa mga bahay, negosyo at industriya. [4]
Tulad ng kasalukuyang nagpapalipat-lipat, ang init ay nawala sa pamamagitan ng Joule effect, nawawalan ng bahagi ng enerhiya sa kapaligiran. Ang mas malaki ang kasalukuyang, mas malaki ang init na nawala. Upang maiwasan ang pagkawala ng enerhiya, ang mga alon ay dinadala sa mababang mga alon at mataas na boltahe na 380 kV. Pinapabuti nito ang kahusayan sa pagdadala ng enerhiya na elektrikal. Sa mga substation at transformer sila ay nabawasan sa mga antas ng boltahe sa 110 V at 220 V para sa kanilang huling paggamit25 o 220 volts). Tingnan ang pigura 8.
Sa maraming mga kagamitan ang epekto ng Joule ay ginagamit, kung saan ang enerhiya ng elektrisidad ay ginawang init, tulad ng mga bakal na pang-elektroniko, mga pampainit ng tubig, piyus, toasters, kalan ng kuryente, bukod sa iba pa. Tingnan ang pigura 9.
Ehersisyo ng 2
Ang isang 400W electric iron ay ginagamit sa loob ng 10 minuto. Alam na ang bakal ay konektado sa isang 110 V electrical outlet, tukuyin:
a) Ang tindi ng kasalukuyang dumadaloy sa iron.
b) Ang dami ng init na nawala sa pamamagitan ng bakal.
Solusyon:
Electric current
Ginagamit ang ekspresyon ng kuryenteng elektrikal:
p = vi
Sa pamamagitan ng Batas ng Ohm ang halaga ng elektrikal na paglaban ng bombilya ay nakuha:
Init
Tinutukoy ng Batas ni Joule ang dami ng init na natanggal sa plato. Kung ang isang minuto ay naglalaman ng 60 segundo, pagkatapos 10 minuto = 600 s.
Kung 1 Kilowatt-hour = 3.600.000 Joule, ang init na inilabas ay:
Q = 0,07 kWh
Konklusyon
Inilahad ng Batas ni Joule na ang init na nagawa ng isang kasalukuyang kuryente kapag umikot ito sa pamamagitan ng isang konduktor ay direktang proporsyonal sa parisukat ng kasidhian ng kasalukuyang, na mga oras ng paglaban at sa oras na kinakailangan upang umikot ang kasalukuyang. Sa paggalang kay Joule ang yunit ng enerhiya sa sistemang internasyonal ay tinatawag na ngayon na "Joule".
Maraming mga aparato ang gumagamit ng “epekto ng joule", Sa pamamagitan ng pagbuo ng init sa pamamagitan ng pagdaan ng kasalukuyang sa pamamagitan ng isang conductor, tulad ng oven, stove, toasters, plate, at iba pa.
Inaanyayahan ka naming iwanan ang iyong mga komento at katanungan sa kagiliw-giliw na paksang ito.