Džoulio-Lenco dėsnis: jo formulavimas ir taikymas
Formuluotė
Realiame laidininkeje, kai per jį teka srovė, darbas atliekamas prieš trinties jėgas. Elektronai juda per laidą ir susiduria su kitais elektronais, atomais ir kitomis dalelėmis. Dėl to susidaro šiluma. Džoulio-Lenco dėsnis apibūdina išleidžiamos šilumos kiekį, kai srovė teka per laidininką. Jis yra tiesiogiai proporcingas srovės stiprumui, pasipriešinimui ir tekėjimo laikui.
Neatsiejamas Joule-Lenz įstatymas atrodo taip:
Srovės stipris žymimas raide I ir išreiškiamas amperais, varža - R omuose, o laikas t - sekundėmis. Šilumos matavimo vienetas Q - Džaulis, norint perskaičiuoti į kalorijas, reikia padauginti iš 0,24. Tokiu atveju 1 kalorija yra lygi šilumos kiekiui, kurį reikia išpilti į gryną vandenį, kad jo temperatūra padidėtų 1 laipsniu.
Toks formulės įrašas galioja grandinės sekcijai su eilės laidininkų jungtimi, kai juose teka viena srovė, o galuose krenta kita įtampa. Srovės, padalintos iš varžos, sandauga yra lygi galiai. Tuo pačiu metu galia yra tiesiogiai proporcinga įtampos kvadratui ir atvirkščiai proporcinga pasipriešinimui. Tada elektros grandinei su lygiagrečiu ryšiu Džoulio-Lenco įstatymas gali būti parašytas taip:
Diferencialo pavidalu jis atrodo taip:
Kur j yra dabartinis tankis A / cm2, E yra elektrinio lauko stipris, sigma - savitoji laidininko varža.
Reikėtų pažymėti, kad homogeninei grandinės sekcijai elementų varža bus vienoda. Jei grandinėje yra laidininkų, turinčių skirtingą pasipriešinimą, susidaro situacija, kai maksimalus šilumos kiekis išsiskiria tam, kuris turi didžiausią pasipriešinimą, o tai galima padaryti išanalizavus Džoulio-Lenco dėsnio formulę.
DUK
Kaip rasti laiko? Tai reiškia srovės tekėjimo per laidininką laikotarpį, tai yra, kai grandinė yra uždaryta.
Kaip rasti laidininko varžą? Norint nustatyti pasipriešinimą naudojant formulę, kuri dažnai vadinama „bėgiu“, tai yra:
Čia raidė „Po“ žymi varžą, ji matuojama omu * m / cm2, l ir S yra ilgio ir skerspjūvio plotas. Atliekant skaičiavimus, sumažinami kvadratiniai metrai ir centimetrai, o omai išlieka.
Varža yra lentelės reikšmė ir ji skiriasi kiekvienam metalui. Varis yra mažesnio laipsnio nei didelis atsparumo lydiniai, tokie kaip volframas ar nichromas. Apie tai, kaip ji taikoma, mes apsvarstysime toliau.
Pereikime prie praktikos
Džaulio-Lenzo įstatymas turi didelę reikšmę elektrotechnikos skaičiavimams. Visų pirma, jūs galite tai pritaikyti apskaičiuodami šildymo prietaisus. Laidininkas dažniausiai naudojamas kaip kaitinimo elementas, bet ne paprastas (pavyzdžiui, varis), tačiau pasižymintis dideliu pasipriešinimu. Dažniausiai tai yra nichromas arba kantalis, fechralas.
Jie turi didelį atsparumą. Galite naudoti varį, bet tada jūs išleisite daug laido (sarkazmas, varis nėra naudojamas šiuo tikslu). Norėdami apskaičiuoti šildymo prietaiso šiluminę galią, turite nustatyti, kurį kūną ir kokiais kiekiais reikia šildyti, atsižvelkite į reikalingą šilumos kiekį ir per kiek laiko jį reikia perduoti kūnui. Atlikę skaičiavimus ir pertvarkymus, gausite varžą ir srovės stiprį šioje grandinėje. Remdamiesi varžos duomenimis, pasirinkite laidininko medžiagą, jo skerspjūvį ir ilgį.
Džoulio-Lenco įstatymas dėl elektros energijos perdavimo per atstumą
prie galios perdavimas per atstumą iškyla reikšminga problema - nuostoliai perdavimo linijose (perdavimo linijose). Džoulio-Lenco dėsnis apibūdina laidininko išleidžiamos šilumos kiekį, kai teka srovė. Elektros linijos maitina ištisas įmones ir miestus, todėl tam reikia daug elektros energijos, todėl reikalinga didelė srovė. Kadangi šilumos kiekis priklauso nuo laidininko ir srovės pasipriešinimo, kad laidas nešildytų, turite sumažinti šilumos kiekį. Ne visada įmanoma padidinti laidų skerspjūvį, nes tai brangu atsižvelgiant į paties vario sąnaudas ir kabelio svorį, o tai reiškia, kad padidėja laikančiosios konstrukcijos kaina. Aukštos įtampos elektros linijos parodytos žemiau. Tai yra masyvios metalinės konstrukcijos, skirtos pakelti kabelį į saugų aukštį virš žemės, kad būtų išvengta elektros smūgio.
Todėl būtina sumažinti srovę, norint tai padaryti, jie padidina įtampą. Tarp miestų elektros linijų įtampa paprastai yra 220 arba 110 kV, o vartotojui sumažėjus iki norimos vertės, naudojant transformatorines pastotes (KTP) ar keletą KTP, palaipsniui mažėja iki saugesnių perdavimo verčių, pavyzdžiui, 6 kV.
Taigi, esant tokiai pačiai energijos suvartojimui esant 380/220 V įtampai, srovė sumažės šimtus ir tūkstančius kartų mažesnė. Ir pagal „Joule-Lenz“ įstatymą šilumos kiekį šiuo atveju lemia galia, kuri prarandama ant laido.
Saugikliai ir saugikliai
Saugikliams galioja „Joule-Lenz“ įstatymas. Tai yra elementai, kurie apsaugo elektrinį ar elektroninį prietaisą nuo per didelių jo srovių, kurios gali atsirasti dėl staigaus elektros energijos tiekimo, trumpas sujungimas ant plokštės arba apvijų (variklių atveju), kad būtų apsaugota nuo tolesnio visos elektros sistemos sunaikinimo ir gaisro. Jie susideda iš korpuso, izoliatoriaus ir plonos vielos. Viela parenkama tokioje atkarpoje, kad per ją teka vardinė srovė, o ją viršijus, sugeneruotas šilumos kiekis ją sudegina.
Dėl to, kas išdėstyta, darome išvadą, kad Džoulio-Lenco įstatymas buvo plačiai pritaikytas ir yra labai svarbus elektrotechnikai. Dėka informacijos apie šilumos kiekį, pateiktą atlikus skaičiavimus pagal aukščiau nurodytas formules, galime sužinoti apie prietaisų veikimo režimus, pasirinkti reikalingas medžiagas ir skerspjūvį, kad padidintume viso prietaiso ar grandinės saugumą, patikimumą ir ilgaamžiškumą.
Štai čia ir baigiame savo straipsnį. Tikimės, kad pateikta informacija jums buvo naudinga ir įdomi. Galiausiai mes rekomenduojame žiūrėti vaizdo įrašą, kuriame šis klausimas aptariamas išsamiau:
Tikrai nežinai:
Įkeliama ...
