Teres-1t.ru

Инженерные решения
3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Тепловое действие тока: закон Джоуля-Ленца, примеры

Тепловое действие тока: закон Джоуля-Ленца, примеры

Двигаясь в любом проводнике, электрический ток передает ему какую-то энергию, из-за чего проводник нагревается. Энергетическая передача осуществляется на уровне молекул: в результате взаимодействия электронов тока с ионами или атомами проводника часть энергии остается у последнего.

Тепловое действие тока приводит к более быстрому движению частиц проводника. Тогда его внутренняя энергия возрастает и трансформируется в тепловую.

тепловое действие тока

Практическое значение [ править | править код ]

Снижение потерь энергии [ править | править код ]

При передаче электроэнергии тепловое действие тока в проводах является нежелательным, поскольку ведёт к потерям энергии. Подводящие провода и нагрузка соединены последовательно — значит, ток в сети I на проводах и нагрузке одинаков. Мощность нагрузки и сопротивление проводов не должны зависеть от выбора напряжения источника. Выделяемая на проводах и на нагрузке мощность определяется следующими формулами

Выбор проводов для цепей [ править | править код ]

Тепло, выделяемое проводником с током, в той или иной степени выделяется в окружающую среду. В случае, если сила тока в выбранном проводнике превысит некоторое предельно допустимое значение, возможен столь сильный нагрев, что проводник может спровоцировать возгорание находящихся рядом с ним объектов или расплавиться сам. Как правило, при выборе проводов, предназначенных для сборки электрических цепей, достаточно следовать принятым нормативным документам, которые регламентируют выбор сечения проводников.

По этой причине для передачи необходимой мощности через современные магистральные воздушные линии электропередач, их проектируют под сверхвысокое напряжение (до 1150 кВ), чтобы обеспечить сверхнизкие токи в ЛЭП.

Электронагревательные приборы [ править | править код ]

Если сила тока одна и та же на всём протяжении электрической цепи, то в любом выбранном участке будет выделять тепла тем больше, чем выше сопротивление данного участка.

За счёт сознательного увеличения сопротивления участка цепи можно добиться локализованного выделения тепла в этом участке. По этому принципу работают электронагревательные приборы. В них используется нагревательный элемент — проводник с высоким сопротивлением. Повышение сопротивления достигается (совместно или по отдельности) выбором сплава с высоким удельным сопротивлением (например, нихром, константан), увеличением длины проводника и уменьшением его поперечного сечения. Подводящие провода имеют обычное низкое сопротивление и поэтому их нагрев, как правило, незаметен.

Читайте так же:
Пример использования теплового действия электрического тока в быту

Плавкие предохранители [ править | править код ]

Для защиты электрических цепей от протекания чрезмерно больших токов используется отрезок проводника со специальными характеристиками. Это проводник относительно малого сечения и из такого сплава, что при допустимых токах нагрев проводника не перегревает его, а при чрезмерно больших перегрев проводника столь значителен, что проводник расплавляется и размыкает цепь.

Тепловое действие тока закон джоуля ленца примеры использования

Английский физик Джеймс Прескотт Джоуль родился 24 декабря 1818 года в Солфорде близ Манчестера в семье богатого пивовара. Получил домашнее образование. В течение нескольких лет его учил математике, физике, началам химии известный физик и химик Джон Дальтон, под влиянием которого Джоуль уже в 19 лет начал экспериментальные исследования.

Джоуль Джеймс Прескотт

Биография

В 1838 г. в журнале «Анналы электричества» («Annals of Electricity») появилась его статья с описанием электромагнитного двигателя. В 1840 г. он обнаружил эффект магнитного насыщения, в 1842 г. – явление магнитострикции. Под влиянием работ Майкла Фарадея Джоуль обратился к изучению тепловых эффектов тока. Результатом чего стало открытие закона, называющегося теперь законом Джоуля – Ленца (в 1842 г. независимо этот закон был открыт русским физиком Э.Х.Ленцем). Согласно этому закону, количество теплоты, выделяющейся в проводнике с током, пропорционально сопротивлению проводника и квадрату силы тока.

Джоуль Джеймс Прескотт внёс большой вклад в развитие термодинамики. В 1843 г. он занялся новой проблемой: доказательством существования количественного соотношения между «силами» разной природы, приводящими к выделению тепла. Первые его опыты состояли в измерении количества тепла, выделяющегося в сосуде с водой, в котором под действием опускающегося груза вращался электромагнит, а сам сосуд был помещён в магнитное поле. В этих опытах он впервые определил механический эквивалент теплоты (4,2 Дж/кал в современных единицах), а в последующие годы исследовал тепловые эффекты при продавливании жидкости через узкие отверстия (1844), сжатии газа (1845) и т.д. Все эти опыты привели Джоуля к открытию закона сохранения энергии. Впоследствии его именем была названа единица измерения всех видов энергии – механической, тепловой, электрической, лучистой и др.

Читайте так же:
Рельсовая цепь постоянного тока при тепловозной тяге 1

В 1847 г. Джоуль познакомился с Уильямом Томсоном и исследовал вместе с ним поведение газов в различных условиях. Результатом этого сотрудничества стало открытие эффекта охлаждения газа при медленном адиабатическом протекании его через пористую перегородку (эффект Джоуля – Томсона). Этот эффект используется для сжижения газов. Кроме того, Джоуль построил термодинамическую температурную шкалу. Он рассчитал теплоёмкость некоторых газов. А так же вычислил скорость движения молекул газа и установил ее зависимость от температуры. Обнаружил явление магнитного насыщения при намагничивании ферромагнетиков.

Награды

Среди наград и почестей, которых был удостоен учёный, – золотая медаль Лондонского королевского общества (1852), медаль Копли (1866), медаль Альберта (1880). В 1872 и 1877 гг. Джоуль был избран президентом Британской ассоциации по распространению научных знаний.

Источники:

1. Кудрявцев П.С. Курс истории физики. М. : Просвещение, 1982. – 448 с.
2. Большая советская энциклопедия. В 30 тт

Теплова дія струму: закон джоуля-ленца, приклади

Рухаючись в будь-якому провіднику, електричний струм передає йому якусь енергію, через що провідник нагрівається. Енергетична передача здійснюється на рівні молекул: в результаті взаємодії електронів струму з іонами або атомами провідника частина енергії залишається у останнього.

Теплова дія струму призводить до більш швидкого руху частинок провідника. тоді його внутрішня енергія зростає і трансформується в теплову.

теплове дію струму

Формула розрахунку і її елементи

Теплова дія струму може бути підтверджено різними дослідами, де робота струму переходить у внутрішню провідникову енергію. При цьому остання зростає. Потім провідник віддає її навколишніх тіл, тобто здійснюється теплопередача з нагріванням провідника.

Формула для розрахунку в цьому випадку наступна: A = U * I * t.

кількість теплоти можна позначити через Q. Тоді Q = A або Q = U * I * t. Знаючи, що U = IR, виходить Q = I * R * t, що і було сформульовано в законі Джоуля-Ленца.

Читайте так же:
Как зависит количество теплоты выделяемой проводником от силы тока

теплове дію струму приклади

Закон теплового дії струму — закон Джоуля-Ленца

Провідник, де протікає електричний струм, вивчали багато вчених. Однак, найпомітніших результатів вдалося домогтися Джеймсу джоулів з Англії і Емілію Християновича Ленцу з Росії. Обидва вчених працювали окремо і висновки за результатами експериментів робили незалежно один від іншого.

Вони вивели закон, що дозволяє оцінити тепло, одержуване в результаті дії струму на провідник. Його назвали законом Джоуля-Ленца.

Розглянемо на практиці теплову дію струму. Приклади візьмемо такі:

  1. Звичайну лампочку.
  2. Нагрівальні прилади.
  3. Запобіжник в квартирі.
  4. Електричну дугу.

лампочка розжарювання

Теплова дія струму і відкриття закону сприяли розвитку електротехніки та збільшення можливостей для використання електрики. Те, як застосовуються результати досліджень, можна розглянути на прикладі звичайної лампочки розжарювання.

закон теплового дії струму

Вона влаштована таким чином, що всередині простягається нитка, виготовлена з вольфрамової дроту. Цей метал є тугоплавким з високим питомим опором. При проході через лампочку здійснюється теплову дію електричного струму.

Енергія провідника трансформується в теплову, спіраль нагрівається і починає світитися. Недолік лампочки полягає в великих енергетичних втратах, так як лише за рахунок незначної частини енергії вона починає світитися. Основна ж частина просто нагрівається.

Щоб краще це зрозуміти, вводиться коефіцієнт корисної дії, який демонструє ефективність роботи і перетворення в електроенергію. ККД і теплову дію струму використовуються в різних областях, тому що є безліч пристроїв, виготовлених на основі цього принципу. Більшою мірою це нагрівальні прилади, електричні плити, кип`ятильники та інші подібні апарати.

Пристрій обігрівальних приладів

Зазвичай в конструкції всіх приладів для нагрівання є металева спіраль, в функцію якої і входить нагрів. Якщо нагрівається вода, то спіраль встановлюється ізольовано, і в таких приладах передбачається дотримання балансу між енергією з мережі і тепловим обміном.

Читайте так же:
Магний проводит ток или тепло

Перед вченими постійно ставиться завдання щодо зниження енергетичних втрат і пошуку найкращих шляхів і найбільш ефективних схем їх впровадження, щоб зменшити теплове дію струму. Використовується, наприклад, спосіб підвищення напруги під час передачі енергії, завдяки чому скорочується сила струму. Але такий спосіб, в той же час, знижує безпеку функціонування ліній електропередач.

Іншим дослідним напрямом є вибір проводів. Адже саме від їх властивостей залежать втрати тепла і інші показники. Крім того, при роботі нагрівальних приладів відбувається велике виділення енергії. Тому спіралі виготовляються із спеціально призначених для цих цілей, здатних витримати високі навантаження, матеріалів.

теплове дію електричного струму

квартирні запобіжники

Щоб поліпшити захист і убезпечити електричні ланцюги, використовуються особливі запобіжники. В ролі головної частини виступає дріт з легкоплавкого металу. Вона проходить в пробці з порцеляни, має гвинтову нарізку і контакт в центрі. Пробку вставляють в патрон, розташований в порцеляновій коробці.

Свинцева дріт є частиною загальної ланцюга. Якщо теплове дію електричного струму різко зросте, перетин провідника не витримає, і він почне плавитися. В результаті цього мережу розімкнеться, і не станеться струмових перевантажень.

електрична дуга

теплове дію струму використовується

Електрична дуга є досить ефективним перетворювачем електричної енергії. Вона використовується при зварюванні металевих конструкцій, а також служить потужним світловим джерелом.

В основу пристрою входить наступне. Беруть два вугільних стержня, під`єднують дроти і прикріплюють їх в ізолюючих власниках. Після цього стрижні підключають до джерела струму, який дає малу напругу, але розрахований на велику силу струму. Підключають реостат. Вугілля в міську мережу включати забороняється, так як це може стати причиною пожежі. Якщо торкнутися одним вугіллям про інший, то можна помітити, як сильно вони розжаряться. Краще не дивитися на це полум`я, тому що воно шкідливе для зору. Електричну дугу використовують в печах для плавки металу, а також в таких потужних освітлювальних приладах, як прожектори, кінопроектори та інше.

Читайте так же:
Дизельный генератор это тепловой источник тока

часті питання

Як знайти час? Тут мається на увазі період протікання струму через провідник, тобто коли коло замкнуте.

Як знайти опір провідника? Для визначення опору використовують формулу, яку часто називають “рейок”, тобто:

Тут літерою «Ро» позначається питомий опір, воно вимірюється в Ом * м / см2, l і S це довжина і площа поперечного перерізу. При обчисленнях метри й сантиметри квадратні скорочуються і залишаються Оми.

Питомий опір – це таблична величина і для кожного металу вона своя. У міді на порядки менше, ніж у високоомних сплавів типу вольфраму або ніхрому. Для чого це застосовується ми розглянемо нижче.

Преподавательская стезя

Эмилий Христианович был блестящим преподавателем, чьи лекции студенты старались не пропускать. Его занятия по физике и физической географии выделялись ясностью и доходчивостью, подкупая безупречной систематизацией материала. Ленц написал учебники для гимназий по этим дисциплинам, которые сумели выдержать несколько изданий. За свою преподавательскую карьеру он успел поработать в одном из старейших учебных заведений страны Петришуле (школа св. Петра), Михайловском артиллерийском училище и Главном педагогическом институте.

На протяжении трех десятилетий ученый был профессором, а с 1863 года первым избранным ректором Петербургского университета. Он приложил огромные усилия для становления и развития знаменитой физико-математической школы. Благодаря Ленцу были внедрены современные на тот момент принципы преподавания профильных дисциплин, что стало причиной их дальнейшего расцвета.

Эмилий Ленц скоропостижно ушел из жизни 10 (29) января 1865 года в Риме, куда отправился для лечения глаз. Похоронен в Вечном городе на одном из протестантских кладбищ.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector