Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!
През 1841 и 1842 г., независимо един от друг, английските и руските физици установили зависимостта на количеството топлина от потока на тока в проводника. Тази зависимост се нарича „законът на Жул-Ленц“. Англичанинът установи зависимост една година по-рано от руския, но законът получи името от имената на двамата учени, защото изследванията им бяха независими. Законът не е теоретичен, а има голямо практическо значение. И така, нека накратко и ясно да разберем дефиницията на закона Джаул-Ленц и къде се прилага.формулировка
В истински проводник, когато токът тече през него, се извършва работа срещу сили на триене. Електроните се движат през проводника и се сблъскват с други електрони, атоми и други частици. В резултат се отделя топлина. Законът Джаул-Ленц описва количеството топлина, отделено при протичане на ток през проводник. Тя е пряко пропорционална на силата на тока, съпротивлението и времето на протичане.
В неразделна форма законът на Жул-Ленц изглежда така:
Силата на тока се обозначава с буквата I и се изразява в ампери, съпротивлението е R в ома и времето t е в секунди. Единицата за измерване на топлината Q - Joule, за да се преведат в калории, трябва да умножите резултата с 0.24. В същото време, 1 калория е равна на количеството топлина, което трябва да донесете до чиста вода, за да повишите нейната температура с 1 градус.
Такова въвеждане на формула е валидно за част от веригата, когато проводниците са свързани последователно, когато един от тях протича през тях, но различно напрежение пада на краищата. Продуктът на текущото квадратно съпротивление е равен на силата. В същото време, мощността е право пропорционална на квадрата на напрежението и обратно пропорционална на съпротивлението. Тогава за електрическа верига с паралелно свързване, Законът Joule-Lenz може да бъде записан като:
В различна форма изглежда така:
Където j е плътността на тока A / cm 2, E е силата на електрическото поле, сигма е съпротивлението на проводника.
Трябва да се отбележи, че за хомогенна част от веригата съпротивлението на елементите ще бъде същото. Ако има проводници с различно съпротивление във веригата, възниква ситуация, когато максималното количество топлина се генерира на тази, която има най-голямо съпротивление, което може да се заключи чрез анализиране на формулата на Закона Joule-Lenz.
Често задавани въпроси
Как да намерим времето? Това се отнася за периода на протичане на тока през проводника, т.е. когато веригата е затворена.
Как да намерим съпротивление на проводник? За да определите съпротивлението, използвайки формулата, която често се нарича "железопътна", т.е.
Тук буквата "Ro" означава съпротивление, тя се измерва в ом * m / cm2, l и S е дължината и площта на напречното сечение. При изчисляване се намаляват квадратен метър и сантиметри и остават ома.
Устойчивостта е таблична стойност и за всеки метал има своя собствена. Медът е с порядък по-малък от сплавите с висока устойчивост, като волфрам или нихром. За какво се отнася това ще разгледаме по-долу.
Нека да практикуваме
Законът на Жул-Ленц е от голямо значение за електрическите изчисления. На първо място, можете да го приложите при изчисляване на отоплителни уреди. Проводникът най-често се използва като нагревателен елемент, но не е прост (като мед), но с висока устойчивост. Най-често това е нихром или кантал, фехрал.
Те имат високо съпротивление. Можете да използвате мед, но след това харчите много кабел (сарказъм, мед не се използва за тази цел). За да изчислите топлинната мощност за отоплително устройство, трябва да определите кой орган и обем трябва да отоплявате, вземете предвид необходимото количество топлина и колко време трябва да се прехвърлят към тялото. След изчисленията и трансформациите ще получите съпротивление и сила на тока в тази верига. На базата на получените данни за специфичното съпротивление избирате проводящия материал, неговото напречно сечение и дължина.
Законът на Джаул-Ленц за предаване на електричество на разстояние
При предаване на електроенергия на разстояния възниква значителен проблем - загуби от преносните линии (електропроводи). Законът Joule-Lenz описва количеството топлина, отделяно от проводник, когато токът тече. Електропроводите захранват цели предприятия и градове, и за това е необходима по-голяма мощност, в резултат на това голям ток. Тъй като количеството топлина зависи от съпротивлението на проводника и тока, така че кабелът не се нагрява, трябва да намалите количеството топлина. Увеличаването на напречното сечение на проводниците не винаги е възможно, защото то е скъпо от гледна точка на цената на самата мед и теглото на кабела, което води до увеличаване на цената на носещата конструкция. Електрическите линии за високо напрежение са показани по-долу. Това са масивни метални конструкции, предназначени да повдигат кабелите на безопасна височина над земята, за да се избегне токов удар.
Ето защо, трябва да се намали ток, за да направите това увеличаване на напрежението. Между градовете електропроводите обикновено имат напрежение 220 или 110 kV, а при потребителя се намалява до желаната стойност с помощта на трансформаторни подстанции (КТП) или редица КТП, постепенно намаляващи до по-безопасни стойности за пренос, например 6 kV.
Така, при същата консумация на енергия при напрежение 380/220 V, токът ще падне стотици и хиляди пъти по-ниско. И според закона Joule-Lenz, количеството топлина в този случай се определя от силата, която се губи по кабела.
Предпазители и предпазители
При изчисляването на предпазителите се прилага закона Joule-Lenz. Това са елементи, които предпазват електрическото или електронното устройство от прекомерни токове за него, което може да възникне вследствие на увеличаване на захранващото напрежение, късо съединение на платката или намотките (в случая на двигатели) за защита срещу допълнително увреждане на електрическата система като цяло и пожар. Те се състоят от тяло, изолатор и тънка жица. Телата се избират по такъв начин, че номиналният ток да тече през него, а когато се превиши, количеството на отделената топлина ще премине през него.
В резултат на гореизложеното стигаме до заключението, че законът Жул-Ленц е намерил най-широко приложение и е много важен за електротехниката. Благодарение на информацията за количеството топлина, което се дава чрез извършване на изчисленията с помощта на формулите по-горе, можем да научим за режимите на работа на устройствата, да изберем необходимите материали и напречни сечения, за да подобрим безопасността, надеждността и дълготрайността на устройството или веригата като цяло.
Тук приключваме статията си. Надяваме се, че предоставената информация е полезна и интересна за вас. И накрая, препоръчваме ви да гледате видеоклипа, който се занимава с този въпрос по-подробно:
Със сигурност не знаете:
- Съпротивление на проводника спрямо температурата
- Правилата са с прости думи
- Какво е диелектрична загуба
- Как да стане електротехник от нулата