teknoloji

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.

Bir iletkendeki elektrik akımının etkisiyle ısı dağılımı
citeia.com (şekil 1)

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 Yasası
citeia.com (şekil 2)

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].

Joule Yasasının matematiksel ifadesi
citeia.com (şekil 3)

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.

Kalori cinsinden ısı miktarı
citeia.com (şekil 4)

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.

Elektronların çarpışması ısınmaya neden olur
citeia.com (şekil 5)

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.

Akkor ampullerde joule etkisi
citeia.com (şekil 6)

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]

Joule etkisi - enerji verimliliği
citeia.com (şekil 7)

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

Watt Yasasının Gücü (Uygulamalar - Alıştırmalar) makale kapağı
Citeia.com

Elektrik gücü formülü
Citeia.com

Ohm Yasası ile ampulün elektrik direncinin değeri elde edilir:

sizi makaleyi görmeye davet ediyoruz Ohm kanunu ve sırları

Formül Ohm kanunu
Formül Ohm kanunu
b) Saatte tüketilen enerji

Joule Yasası, ampulde dağılan ısı miktarını belirler

Saatte tüketilen enerji formülü
Saatte tüketilen enerji formülü

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.

Joule etkisi - enerji verimliliği
citeia.com (şekil 8)

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.

Joule etkisini kullanarak çalışan cihazlar
citeia.com (şekil 9)

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

Elektrik gücü
Formula Elektrik gücü

Ohm Yasası ile ampulün elektrik direncinin değeri elde edilir:

Ohm kanunu formülü
Ohm kanunu formülü

Isı

Joule Yasası, plakada dağılan ısı miktarını belirler. Bir dakika 60 saniye içeriyorsa, 10 dakika = 600 s.

Joule kanunu formülü
Joule kanunu formülü

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.

referencias

[1][2][3][4]

Bir cevap bırakın

E-posta hesabınız yayınlanmayacak. Gerekli alanlar ile işaretlenmiştir *

Bu site spam'i azaltmak için Akismet'i kullanıyor. Yorum verilerinizin nasıl işlendiğini öğrenin.