חוק ג'ול-לנץ: ניסוחו ויישומו
ניסוח
במוליך אמיתי, כאשר הזרם זורם דרכו, מבצעים עבודה כנגד כוחות החיכוך. אלקטרונים עוברים דרך חוט ומתנגשים עם אלקטרונים אחרים, אטומים וחלקיקים אחרים. כתוצאה מכך נוצר חום. חוק ג'ול-לנץ מתאר את כמות החום שמשתחרר כשזרם זורם במוליך. זה ביחס ישר לחוזק הנוכחי, להתנגדות וזמן הזרימה.
בצורה אינטגרלית, חוק ג'ול-לנץ נראה כך:
החוזק הנוכחי מסומן על ידי האות I ומתבטא באמפרס, התנגדות - R באוהם, וזמן t - בשניות. יחידת המדידה של החום Q - Joule, כדי להמיר לקלוריות אתה צריך להכפיל את התוצאה ב- 0.24. במקרה זה קלוריה אחת שווה לכמות החום שצריך להביא למים טהורים על מנת להעלות את הטמפרטורה שלה במעלה אחת.
כניסה לפורמולה כזו תקפה לקטע במעגל עם חיבור סדרתי של מוליכים, כאשר זרם אחד זורם בהם, אך מתח שונה יורד בקצוות. תוצר הזרם בריבוע בהתנגדות שווה לחשמל. יחד עם זאת, הכוח עומד ביחס ישר לריבוע המתח ויחס הפוך להתנגדות. ואז עבור מעגל חשמלי עם חיבור מקביל, ניתן לכתוב את החוק של ג'ול-לנץ כ:
בצורה דיפרנציאלית, זה נראה כך:
כאשר j הוא הצפיפות הנוכחית A / ס"מ2, E הוא חוזק השדה החשמלי, sigma הוא ההתנגדות הספציפית של המוליך.
יש לציין כי עבור קטע הומוגני במעגל, ההתנגדות של האלמנטים תהיה זהה. אם ישנם מוליכים עם התנגדות שונה במעגל, נוצר מצב כאשר משתחררת כמות החום המרבית על זו שיש לה את ההתנגדות הגדולה ביותר, אותה ניתן להסיק על ידי ניתוח הנוסחה של חוק ג'ול-לנץ.
שאלות נפוצות
איך למצוא את הזמן? הכוונה לתקופת זרימת הזרם במוליך, כלומר כאשר המעגל סגור.
כיצד למצוא התנגדות של מוליך? כדי לקבוע את ההתנגדות באמצעות הנוסחה, המכונה לעתים קרובות "המעקה", כלומר:
כאן, האות "פו" מציינת את ההתנגדות, היא נמדדת ב Ohm * m / cm2, l ו- S הם האורך ושטח החתך. בחישובים מצטמצמים מטרים רבועים וסנטימטרים ונשארים אוהם.
התנגדות היא ערך טבלאי והיא שונה לכל מתכת. נחושת היא סדרי גודל קטנים יותר מזו של סגסוגות עמידות גבוהה כגון טונגסטן או ניכרום. לגבי מה שהוא מיושם נשקול להלן.
נעבור לאימון
לחוק ג'ול-לנץ חשיבות רבה לחישובי הנדסת חשמל. ראשית, אתה יכול ליישם אותו בעת חישוב מכשירי חימום. מוליך משמש לרוב כגוף חימום, אך לא פשוט (כמו נחושת), אך בעל עמידות גבוהה. לרוב זה ניכרום או סנטלי, פצ'רלי.
יש להם התנגדות גדולה. אתה יכול להשתמש בנחושת, אבל אז תבלה הרבה כבלים (סרקזם, נחושת לא משמשת למטרה זו). כדי לחשב את כוח החום של מכשיר חימום, עליכם לקבוע איזה גוף ובאיזה נפחים אתם צריכים לחמם, קחו בחשבון את כמות החום הנדרשת וכמה זמן הוא צריך להעביר לגוף. לאחר חישובים וטרנספורמציות תקבלו את ההתנגדות ואת חוזק הזרם במעגל זה. על סמך הנתונים על ההתנגדות, בחר בחומר המוליך, חתך רוחבו ואורכו.
חוק ג'ול-לנץ להעברת חשמל לאורך מרחק
בשעה העברת חשמל על מרחקים נוצרת בעיה משמעותית - הפסדים בקווי העברה (קווי תמסורת). חוק ג'ול-לנץ מתאר את כמות החום שמשתחרר על ידי המוליך כאשר הזרם זורם. קווי חשמל מזינים ארגונים וערים שלמים, ולשם כך נדרש כוח רב, כתוצאה מכך, זרם גדול. מכיוון שכמות החום תלויה בהתנגדות המוליך ובזרם, כך שהכבל לא יתלהם, עליכם להפחית את כמות החום. לא תמיד ניתן להגדיל את חתך החוטים, כי זה יקר מבחינת עלות הנחושת עצמה ומשקל הכבל, הכרוך בעלייה בעלות המבנה התומך. קווי מתח מתח גבוה מוצגים להלן. מדובר במבני מתכת מסיביים שנועדו להעלות את הכבל לגובה בטוח מעל פני האדמה, על מנת למנוע התחשמלות.
לכן יש צורך להפחית את הזרם, בכדי לעשות זאת הם מגדילים את המתח. בין ערים, קווי חשמל בדרך כלל בעלי מתח של 220 או 110 קילוואט, ולצרכן הוא יורד לערך הרצוי באמצעות תחנות שנאי (KTP) או מספר KTP יורד בהדרגה לערכים בטוחים יותר להעברה, למשל 6 קילוואט.
לפיכך, עם אותה צריכת חשמל במתח של 380/220 V, הזרם יקטן מאות ואלפי פעמים. ולפי חוק ג'ול-לנץ, כמות החום במקרה זה נקבעת על ידי הכוח שאבד בכבל.
נתיכים ונתיכים
חוק ג'ול-לנץ חל על נתיכים. אלה הם אלמנטים המגנים על מכשיר חשמלי או אלקטרוני מפני זרמים מוגזמים עבורו אשר עשויים להתרחש כתוצאה מגידול באספקת החשמל, קצר בלוח המעגל או בסיבובים (במקרה של מנועים) כדי להגן מפני הרס נוסף של מערכת החשמל בכללותה ושריפה. הם מורכבים מבית, מבודד וחוט דק. החוט נבחר בקטע כזה שהזרם המדורג זורם דרכו, וכאשר חורג ממנו, כמות החום שנוצר שורפת אותו.
כתוצאה מהאמור לעיל, אנו מסיקים כי חוק ג'ול-לנץ מצא יישום נרחב וחשוב מאוד להנדסת חשמל. בזכות המידע על כמות החום המסופקת על ידי החישובים על פי הנוסחאות שצוינו לעיל, נוכל ללמוד על מצבי ההפעלה של המכשירים, לבחור את החומרים הדרושים וחתך הרוחב כדי להגדיל את הבטיחות, האמינות והעמידות של המכשיר או המעגל בכללותו.
כאן אנו מסיימים את המאמר שלנו. אנו מקווים שהמידע שנמסר היה שימושי ומעניין עבורך. לבסוף, אנו ממליצים לצפות בסרטון שעליו נדון הנושא הזה ביתר פירוט:
בטח אינך יודע:
טעינה...
