Νόμος Joule-Lenz: η διατύπωση και η εφαρμογή του
Διατύπωση
Σε έναν πραγματικό αγωγό, όταν ρέει ρεύμα, εκτελείται εργασία ενάντια στις δυνάμεις τριβής. Τα ηλεκτρόνια κινούνται μέσω ενός σύρματος και συγκρούονται με άλλα ηλεκτρόνια, άτομα και άλλα σωματίδια. Ως αποτέλεσμα, παράγεται θερμότητα. Ο νόμος Joule-Lenz περιγράφει την ποσότητα θερμότητας που απελευθερώνεται όταν το ρεύμα ρέει μέσω ενός αγωγού. Είναι άμεσα ανάλογη με την τρέχουσα ισχύ, αντίσταση και χρόνο ροής.
Σε αναπόσπαστη μορφή, ο νόμος Joule-Lenz μοιάζει με αυτό:
Η τρέχουσα ισχύς υποδεικνύεται από το γράμμα I και εκφράζεται σε Amperes, Resistance - R in Ohms και time t - in seconds. Η μονάδα μέτρησης θερμότητας Q - Joule, για μετατροπή σε θερμίδες πρέπει να πολλαπλασιάσετε το αποτέλεσμα με 0,24. Σε αυτήν την περίπτωση, 1 θερμίδα ισούται με την ποσότητα θερμότητας που πρέπει να μεταφερθεί σε καθαρό νερό για να αυξηθεί η θερμοκρασία του κατά 1 βαθμό.
Μια τέτοια καταχώριση τύπου ισχύει για ένα τμήμα ενός κυκλώματος με μια σειρά σύνδεσης αγωγών, όταν ένα ρεύμα ρέει μέσα τους, αλλά διαφορετική τάση πέφτει στα άκρα. Το προϊόν του τρέχοντος τετραγώνου από την αντίσταση ισούται με ισχύ. Ταυτόχρονα, η ισχύς είναι άμεσα ανάλογη με το τετράγωνο της τάσης και αντιστρόφως ανάλογη με την αντίσταση. Στη συνέχεια, για ένα ηλεκτρικό κύκλωμα με παράλληλη σύνδεση, ο νόμος Joule-Lenz μπορεί να γραφτεί ως:
Σε διαφορική μορφή, μοιάζει με αυτό:
Όπου j είναι η τρέχουσα πυκνότητα A / cm2, E είναι η ισχύς του ηλεκτρικού πεδίου, το σίγμα είναι η ειδική αντίσταση του αγωγού.
Πρέπει να σημειωθεί ότι για ένα ομοιογενές τμήμα του κυκλώματος, η αντίσταση των στοιχείων θα είναι η ίδια. Εάν υπάρχουν αγωγοί με διαφορετική αντίσταση στο κύκλωμα, προκύπτει μια κατάσταση όταν η μέγιστη ποσότητα θερμότητας απελευθερώνεται σε εκείνη που έχει τη μεγαλύτερη αντίσταση, η οποία μπορεί να συναχθεί με την ανάλυση του τύπου του νόμου Joule-Lenz.
Συχνές ερωτήσεις
Πώς να βρείτε το χρόνο; Αυτό αναφέρεται στην περίοδο ροής ρεύματος μέσω του αγωγού, δηλαδή όταν το κύκλωμα είναι κλειστό.
Πώς να βρείτε την αντίσταση ενός αγωγού; Για να προσδιορίσετε την αντίσταση χρησιμοποιώντας τον τύπο, ο οποίος συχνά ονομάζεται "ράγα", δηλαδή:
Εδώ, το γράμμα "Po" υποδηλώνει την αντίσταση, μετριέται σε Ohm * m / cm2, l και S είναι το μήκος και η διατομή. Στους υπολογισμούς, τα τετραγωνικά μέτρα και τα εκατοστά μειώνονται και τα Ohms παραμένουν.
Η αντίσταση είναι μια τιμή πίνακα και είναι διαφορετική για κάθε μέταλλο. Ο χαλκός είναι τάξεις μεγέθους μικρότερες από εκείνες των κραμάτων υψηλής αντοχής, όπως βολφράμιο ή νίχρωμο. Για ό, τι εφαρμόζεται θα εξετάσουμε παρακάτω.
Ας προχωρήσουμε στην εξάσκηση
Ο νόμος Joule-Lenz έχει μεγάλη σημασία για τους υπολογισμούς της ηλεκτρολογίας. Πρώτα απ 'όλα, μπορείτε να το εφαρμόσετε κατά τον υπολογισμό των συσκευών θέρμανσης. Ένας αγωγός χρησιμοποιείται συχνότερα ως θερμαντικό στοιχείο, αλλά όχι απλός (όπως ο χαλκός), αλλά με υψηλή αντίσταση. Τις περισσότερες φορές είναι νίχρωμο ή κανάλι, φέκρα.
Έχουν μεγάλη αντίσταση. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε χαλκό, αλλά τότε θα ξοδέψετε πολύ καλώδιο (σαρκασμός, ο χαλκός δεν χρησιμοποιείται για αυτόν τον σκοπό). Για να υπολογίσετε τη θερμική ισχύ για μια συσκευή θέρμανσης, πρέπει να καθορίσετε ποιο σώμα και σε ποιους όγκους πρέπει να θερμάνετε, να λάβετε υπόψη την ποσότητα θερμότητας που απαιτείται και πόσο καιρό πρέπει να μεταφερθεί στο σώμα. Μετά από υπολογισμούς και μετασχηματισμούς, θα λάβετε την αντίσταση και την ισχύ του ρεύματος σε αυτό το κύκλωμα. Με βάση τα δεδομένα σχετικά με την αντίσταση, επιλέξτε το υλικό του αγωγού, τη διατομή και το μήκος του.
Νόμος Joule-Lenz για τη μετάδοση ηλεκτρικής ενέργειας σε απόσταση
Στο μετάδοση ισχύος σε αποστάσεις προκύπτει ένα σημαντικό πρόβλημα - απώλειες στις γραμμές μεταφοράς (γραμμές μεταφοράς). Ο νόμος Joule-Lenz περιγράφει την ποσότητα θερμότητας που απελευθερώνεται από έναν αγωγό όταν ρέει ρεύμα. Τα ηλεκτροφόρα καλώδια τροφοδοτούν ολόκληρες επιχειρήσεις και πόλεις και γι 'αυτό απαιτείται μεγάλη ισχύς, με αποτέλεσμα ένα μεγάλο ρεύμα. Δεδομένου ότι η ποσότητα θερμότητας εξαρτάται από την αντίσταση του αγωγού και του ρεύματος, έτσι ώστε το καλώδιο να μην θερμαίνεται, πρέπει να μειώσετε την ποσότητα θερμότητας. Δεν είναι πάντα δυνατή η αύξηση της διατομής των καλωδίων, διότι Αυτό είναι δαπανηρό από την άποψη του κόστους του ίδιου του χαλκού και του βάρους του καλωδίου, το οποίο συνεπάγεται αύξηση του κόστους της δομής στήριξης. Οι γραμμές ισχύος υψηλής τάσης φαίνονται παρακάτω. Πρόκειται για τεράστιες μεταλλικές κατασκευές που έχουν σχεδιαστεί για να ανυψώνουν το καλώδιο σε ασφαλές ύψος πάνω από το έδαφος, προκειμένου να αποφευχθεί ηλεκτροπληξία.
Επομένως, είναι απαραίτητο να μειωθεί το ρεύμα, προκειμένου να αυξηθεί η τάση. Μεταξύ των πόλεων, τα ηλεκτροφόρα καλώδια έχουν συνήθως τάση 220 ή 110 kV και στον καταναλωτή πέφτει στην επιθυμητή τιμή χρησιμοποιώντας υποσταθμούς μετασχηματιστή (KTP) ή έναν αριθμό KTP σταδιακά χαμηλώνοντας σε πιο ασφαλείς τιμές για μετάδοση, για παράδειγμα 6 kV.
Έτσι, με την ίδια κατανάλωση ισχύος σε τάση 380/220 V, το ρεύμα θα μειωθεί εκατοντάδες και χιλιάδες φορές χαμηλότερο. Και σύμφωνα με το νόμο Joule-Lenz, η ποσότητα θερμότητας στην περίπτωση αυτή καθορίζεται από την ισχύ που χάνεται στο καλώδιο.
Ασφάλειες και ασφάλειες
Ο νόμος Joule-Lenz εφαρμόζεται στις ασφάλειες. Αυτά είναι στοιχεία που προστατεύουν μια ηλεκτρική ή ηλεκτρονική συσκευή από υπερβολικά ρεύματα για αυτήν που μπορεί να προκύψουν ως αποτέλεσμα της αύξησης της τροφοδοσίας, βραχυκύκλωμα στην πλακέτα κυκλώματος ή περιελίξεις (στην περίπτωση κινητήρων) για προστασία από περαιτέρω καταστροφή του ηλεκτρικού συστήματος στο σύνολό του και πυρκαγιά. Αποτελούνται από ένα περίβλημα, έναν μονωτή και ένα λεπτό σύρμα. Το σύρμα επιλέγεται σε τέτοια τομή που το ονομαστικό ρεύμα ρέει μέσα από αυτό και όταν ξεπεραστεί, η ποσότητα θερμότητας που παράγεται το καίει.
Ως αποτέλεσμα των παραπάνω, συμπεραίνουμε ότι ο νόμος Joule-Lenz έχει ευρεία εφαρμογή και είναι πολύ σημαντικός για την ηλεκτρολογία. Χάρη στις πληροφορίες σχετικά με την ποσότητα θερμότητας που παρέχεται από τους υπολογισμούς σύμφωνα με τους τύπους που αναφέρονται παραπάνω, μπορούμε να μάθουμε για τους τρόπους λειτουργίας των συσκευών, να επιλέξουμε τα απαραίτητα υλικά και διατομή για να αυξήσουμε την ασφάλεια, την αξιοπιστία και την ανθεκτικότητα της συσκευής ή του κυκλώματος στο σύνολό του.
Εκεί τελειώνουμε το άρθρο μας. Ελπίζουμε ότι οι παρεχόμενες πληροφορίες ήταν χρήσιμες και ενδιαφέρουσες για εσάς. Τέλος, συνιστούμε να παρακολουθήσετε ένα βίντεο στο οποίο συζητείται αυτό το ζήτημα με περισσότερες λεπτομέρειες:
Σίγουρα δεν ξέρετε:
Φόρτωση...
