Joule Yasası "Uygulamalar - Alıştırmalar" ın sıcaklığı
Joule, bir elektrik akımı içinden geçtiğinde üretilen etkiyi inceledi. iyi bilinen Joule yasası tarafından kurulmuş bir şef. Elektrik yükü bir iletkenden geçerken elektronlar ısı üreterek birbirleriyle çarpışırlar.
Joule etkisinden yararlanılarak, elektrikli ocaklar ve ütüler gibi elektrik enerjisinin bu ilkeyle ısıya dönüştürüldüğü çoklu ev aletleri ve endüstriyel ekipmanlar tasarlandı.
Joule Yasası, ısı yoluyla enerji kayıplarını azaltmak için ekipman tasarımında kullanılır.
James Joule'u biraz tanımak:
James Prescott Joule (1818-1889)
Termodinamik, enerji, elektrik ve manyetizma alanlarında araştırma yapan İngiliz bir fizikçiydi.
William Thomson ile birlikte, mevcut buzdolapları ve klimaların geliştirilmesinin temel bir prensibi olan, harici çalışma yapmadan genleşirken bir gazı soğutmanın mümkün olduğunu gösterdikleri Joule-Thomson etkisini keşfettiler. Mutlak sıcaklık ölçeğini geliştirmek için Lord Kelvin ile çalıştı, gazların kinetik teorisini açıklamaya yardımcı oldu.
Uluslararası enerji, ısı ve iş birimi olan joule, onuruna seçildi. [1]
Joule kanunu
Joule Yasası ne önerir?
Bir elemandan elektrik akımı geçtiğinde, enerjinin bir kısmı ısı olarak dağıtılır. Joule yasası, içinde dolaşan elektrik akımının bir sonucu olarak bir elementte dağılan ısı miktarını belirlememize izin verir. Şekil 1'e bakınız.
Joule Yasası, bir iletkende üretilen ısının (Q) elektrik direnci R, içinden geçen akımın karesi ve zaman aralığı ile orantılı olduğunu belirtir. Şekil 2'ye bakınız.
Joule Yasasının matematiksel ifadesi
Bir elemanda bir akım dolaşırken yayılan ısı, şekil 3'teki matematiksel ifade ile verilmiştir. Elemanın içinden geçen elektrik akımının değerini, elektrik direncini ve aralığını bilmek gerekir. zaman. [iki].
Bir elementteki ısı kaybını incelerken, genellikle Joule yerine "kalori" biriminde dağıtılan ısı olarak ifade edilir. Şekil 4, kalori cinsinden ısı miktarını belirlemek için formülü göstermektedir.
Isınma nasıl oluyor?
Bir iletkenden bir elektrik akımı geçtiğinde, elektrik yükü iletkenin atomları ile hareket ederken çarpışır. Bu şoklardan dolayı enerjinin bir kısmı ısıya dönüştürülerek iletken malzemenin sıcaklığı yükselir. Şekil 5'e bakınız.
Ne kadar fazla akım akarsa, sıcaklıktaki artış o kadar büyük olur ve o kadar fazla ısı dağılır. Bir iletkenden geçen elektrik akımının ürettiği ısı, iletkenin direncini aşmada akımın yaptığı işin bir ölçüsüdür.
Elektrik yükünü hareket ettirmek için bir voltaj kaynağı gerekir. Voltaj kaynağı, daha fazla ısı yayılırsa daha fazla güç sağlamalıdır. Ne kadar ısı üretildiğini belirleyerek, voltaj kaynağının ne kadar enerji sağlaması gerektiğini belirleyebilirsiniz.
Joule hukuku uygulamaları
Akkor ampullerde joule etkisi
Akkor ampuller, bir cam ampulün içine yüksek erime noktalı tungsten filaman yerleştirilerek yapılır. 500 ºC sıcaklıkta, vücutlar kırmızımsı bir ışık yayar ve sıcaklık arttığında beyaza dönüşür. Ampulün ipliği 3.000 C'ye ulaştığında beyaz ışık yayar. Ampulün içine yüksek bir vakum yapılır ve filamentin yanmaması için bir inert gaz yerleştirilir.
Akımın (Joule etkisi) söz konusu filamentten geçerken açığa çıkardığı ısı, akkorluğun oluşması için gerekli sıcaklığa ulaşmasına izin verir, bu da malzemelerin yüksek sıcaklıklara maruz kaldığında ışık yaymasıdır. Şekil 6'ya bakınız.
Daha iyisi için doğru ampulü seçmek önemlidir enerji verimliliği. Akkor ampullerde enerjinin sadece maksimum% 15'i kullanılır, geri kalan elektrik enerjisi ısı ile dağılır. Led ampullerde% 80 ila% 90'ı ışık enerjisine dönüşür, sadece% 10'u ısı şeklinde yayılırken boşa harcanır. Led ampuller, daha fazla enerji verimliliği ve daha düşük elektrik tüketimi ile en iyi seçenektir. Şekil 7. [3]
1 çalışması
100 W, 110 V akkor ampul için şunları belirleyin:
a) Ampulün içinden geçen akımın yoğunluğu.
b) Saatte tükettiği enerji.
çözüm:
a) Elektrik akımı:
Elektrik gücünün ifadesi kullanılır:
Sizi şu makaleyi görmeye davet ediyoruz: Watt Yasası Enerjisi
Ohm Yasası ile ampulün elektrik direncinin değeri elde edilir:
sizi makaleyi görmeye davet ediyoruz Ohm kanunu ve sırları
b) Saatte tüketilen enerji
Joule Yasası, ampulde dağılan ısı miktarını belirler
1 Kilovat-saat = 3.600.000 Joule ise, saatte tüketilen enerji:
Q = 0,002 kWh
Sonuç:
i = 0,91 A; Q = 0,002 kWh
Joule etkisi - Elektrik enerjisinin iletimi ve dağıtımı
Bir tesiste üretilen elektrik enerjisi daha sonra evlerde, işyerlerinde ve endüstrilerde kullanılmak üzere iletken kablolarla taşınır. [4]
Akım dolaştıkça, ısı Joule etkisiyle dağılır ve enerjinin bir kısmını çevreye kaybeder. Akım ne kadar büyükse, dağılan ısı o kadar büyük olur. Enerji kaybını önlemek için akımlar düşük akımlarda ve 380 kV'luk yüksek voltajlarda taşınır. Bu, elektrik enerjisinin taşınmasında verimliliği artırır. Trafo merkezlerinde ve transformatörlerde, son kullanımları için 110 V ve 220 V gerilim seviyelerine düşürülürler25 veya 220 volt). Şekil 8'e bakınız.
Elektrikli ütüler, su ısıtıcıları, sigortalar, ekmek kızartma makineleri, elektrikli sobalar gibi birçok cihazda elektrik enerjisinin ısıya dönüştürüldüğü yerlerde Joule etkisi kullanılır. Şekil 9'a bakınız.
2 çalışması
400 dakika boyunca 10W elektrikli ütü kullanılır. Ütünün 110 V elektrik prizine bağlı olduğunu bilerek şunları belirleyin:
a) Demirden geçen akımın yoğunluğu.
b) Ütünün yaydığı ısı miktarı.
çözüm:
Elektrik akımı
Elektrik gücünün ifadesi kullanılır:
p = vi
Ohm Yasası ile ampulün elektrik direncinin değeri elde edilir:
Isı
Joule Yasası, plakada dağılan ısı miktarını belirler. Bir dakika 60 saniye içeriyorsa, 10 dakika = 600 s.
1 Kilovat-saat = 3.600.000 Joule ise, açığa çıkan ısı:
Q = 0,07 kWh
Sonuçlar
Joule Yasası, bir iletkenden geçerken elektrik akımının ürettiği ısının, akımın yoğunluğunun karesiyle, direncin çarpımı ve akımın dolaşması için geçen süre ile doğru orantılı olduğunu belirtir. Joule'ye saygı duruşunda, uluslararası sistemdeki enerji birimi artık “Joule” olarak adlandırılıyor.
Birçok cihaz "joule etkisi”, Diğerlerinin yanı sıra fırınlar, sobalar, ekmek kızartma makineleri, tabaklar gibi bir iletkenden akım geçirerek ısı üreterek.
Sizi bu ilginç konu hakkında yorumlarınızı ve sorularınızı bırakmaya davet ediyoruz.