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焦耳定律“应用-练习”的热度

焦耳研究了电流通过时产生的影响 根据著名的焦耳法则而成立的指挥家。 当电荷通过导体移动时,电子 相互碰撞产生热量。

利用焦耳效应,设计了多种家用电器和工业设备,其中电能通过这种原理转化为热量,例如电饭煲和熨斗。

焦耳定律用于设备设计中,以减少通过热量产生的能量损失。

初步了解James Joule:

詹姆斯·普雷斯科特·焦耳(1818-1889)
他是一位英国物理学家,从事热力学,能量,电和磁学的研究。
他们与威廉·汤姆森(William Thomson)一起发现了所谓的焦耳-汤姆森(Joule-Thomson)效应,他们证明了膨胀时无需做外部工作就能冷却气体,这是当前冰箱和空调发展的基本原理。 他与开尔文勋爵(Lord Kelvin)合作开发了温度的绝对标度,帮助解释了气体的动力学理论。
能源,热力和工作的国际单位,即焦耳,以他的名字命名。 [1]

焦耳定律

焦耳定律有什么建议?

当电流流过一个元件时,一些能量会以热量的形式消散。 焦耳定律允许我们确定由于在元件中循环的电流而散发在元件中的热量。 参见图1。

由于导体中电流的影响而产生的散热

焦耳定律指出,导体中产生的热量(Q)与电阻R,流过导体的电流的平方以及时间间隔成正比。 参见图2。

焦耳定律

焦耳定律的数学表达

图3中的数学表达式给出了当电流通过元件时散发在元件中的热量。需要知道在元件中循环的电流值,其电阻和电阻的间隔。时间。 [二]。

焦耳定律的数学表达

在研究元素中的热量损失时,通常以“热量”单位而不是焦耳单位表示的热量表示。 图4显示了用于确定热量的公式。

热量,以卡路里为单位

变暖如何发生?

当电流流过导体时,电荷在导体中移动时会与导体的原子碰撞。 由于这些冲击,一部分能量被转换成热量,从而提高了导电材料的温度。 参见图5。

电子的碰撞会产生热量

流过的电流越多,温度的升高就越大,并且耗散的热量也就越多。 流过导体的电流产生的热量是电流克服导体电阻所完成的功的量度。

移动电荷需要一个电压源。 随着热量的散发,电压源必须提供更多的功率。 通过确定产生多少热量,可以确定电压源必须提供多少能量。

焦耳定律的应用

白炽灯泡的焦耳效应

白炽灯泡是通过将高熔点的钨丝放在玻璃灯泡中制成的。 在500ºC的温度下,物体会发出微红色的光,如果温度升高,该光会演变为白色。 灯泡的灯丝在达到3.000ºC时会发出白光。 在安瓿瓶内产生高真空,并放置惰性气体,以使细丝不燃烧。

电流通过灯丝时散发出的热量(焦耳效应)使其达到白炽灯发生所必需的温度,这是材料在高温下发光的效果。 参见图6。

白炽灯泡的焦耳效应

重要的是要选择合适的灯泡,以达到更好的效果。 能源效率。 在白炽灯泡中,最多仅使用15%的能量,其余的电能则通过热量散发。 在led灯泡中,有80%到90%的光能转化为光能,而以热能形式耗散时仅浪费了10%。 LED灯泡是最好的选择,具有更高的能源效率和更低的电力消耗。 参见图7。[3]

焦耳效应-能源效率

锻炼1

对于100 W,110 V白炽灯泡,确定:
a)流过灯泡的电流强度。
b)每小时消耗的能量。

解决方案:

a)电流:

使用的功率表示为:

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瓦特定律的力量(应用程序-练习)文章封面

电力公式

根据欧姆定律,可得出灯泡的电阻值:

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欧姆公式
b)每小时消耗的能量

焦耳定律确定灯泡中散发的热量

每小时消耗的能量公式

如果1千瓦时= 3.600.000焦耳,则每小时消耗的能量为:

Q = 0,002千瓦时

导致:

i = 0,91 A; Q = 0,002千瓦时

焦耳效应-电能的传输和分配

工厂产生的电能通过导电电缆传输,以后再用于家庭,企业和行业。 [4]

随着电流的循环,焦耳效应会消散热量,从而将部分能量损失到环境中。 电流越大,散发的热量越大。 为避免能量损失,电流在380 kV的低电流和高电压下传输。 这提高了电能传输的效率。 在变电站和变压器中,它们最终使用时会降低到110 V和220 V的电压水平(25或220伏)。 参见图8。

焦耳效应-能源效率

在许多器具中使用焦耳效应,其中电能被转换成热量,例如在电熨斗,热水器,保险丝,烤面包机,电炉等中。 参见图9。

使用焦耳效应工作的电器

锻炼2

使用400W电熨斗持续10分钟。 在知道熨斗已连接至110 V电源插座的情况下,确定:

a)流过烙铁的电流强度。
b)熨斗散发的热量
.

解决方案:

电流

使用的功率表示为:

p = vi

电力

根据欧姆定律,可得出灯泡的电阻值:

欧姆定律公式

焦耳定律确定了板中散发的热量。 如果一分钟包含60秒,则10分钟= 600 s。

焦耳定律公式

如果1千瓦时= 3.600.000焦耳,则释放的热量为:

Q = 0,07千瓦时

结论

焦耳定律指出,电流在导体中循环时产生的热量与电流强度,电阻和电流循环所需时间的平方成正比。 为了向焦耳致敬,国际体系中的能量单位现在称为“焦耳”。

许多设备使用“焦耳效应”,通过使电流通过导体(例如烤箱,火炉,烤面包机,盘子等)产生热量。

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参考文献

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

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