Закон джоуля - Ленца визначення і формули
Знаменитий український фізик Ленц і англійський фізик Джоуль, проводячи досліди з вивчення теплових дій електричного струму, незалежно один від одного вивели закон Джоуля-Ленца. Даний закон відображає взаємозв'язок кількості теплоти, що виділяється в провіднику, і електричного струму, що проходить по цьому провіднику протягом певного періоду часу.
Властивості електричного струму
Коли електричний струм проходить через металевий провідник, його електрони постійно зіштовхуються з різними сторонніми частинками. Це можуть бути звичайні нейтральні молекули або молекули, що втратили електрони. Електрон в процесі руху може отщепить від нейтральної молекули ще один електрон. В результаті, його кінетична енергія втрачається, а замість молекули відбувається утворення позитивного іона. В інших випадках електрон, навпаки, з'єднатися з позитивним іоном і утворити нейтральну молекулу.
В процесі зіткнень електронів і молекул відбувається витрата енергії, в подальшому перетворюється в тепло. Витрати певної кількості енергії пов'язані з усіма рухами, під час яких доводиться долати опір. У цей час відбувається перетворення роботи, витраченої на подолання опору тертя, в теплову енергію.
Опір в електричних провідниках має ті ж якості, як і у звичайного опору. Для того щоб провести ток через провідник, джерелом струму витрачається певна кількість енергії, що перетворюється в тепло. Дане перетворення якраз і відображає закон Джоуля - Ленца, відомого також, як закон теплового дії струму.
Закон джоуля Ленца формула і визначення
Відповідно до закону джоуля Ленца, електричний струм, що проходить по провіднику, супроводжується кількістю теплоти, прямо пропорційним квадрату струму і опору, а також часу перебігу цього струму по провіднику.
У вигляді формули закон Джоуля-Ленца виражається наступним чином: Q = I2Rt. в якій Q відображає кількість виділеної теплоти, I - силу струму, R - опір провідника, t - період часу. Величина "до" представляє собою теплової еквівалент роботи і застосовується в тих випадках, коли кількість теплоти вимірюється в калоріях, сила струму - в амперах. опір - в Омах, а час - у секундах. Чисельне значення величини до становить 0,24, що відповідає струму в 1 ампер, який при опорі провідника в 1 Ом, виділяє протягом 1 секунди кількість теплоти, що дорівнює 0,24 ккал. Тому для розрахунків кількості виділеної теплоти в калоріях застосовується формула Q = 0,24I2Rt.
При використанні системи одиниць СІ вимірювання кількості теплоти виробляється в джоулях, тому величина "до", стосовно закону Джоуля-Ленца, буде дорівнює 1, а формула буде виглядати: Q = I2Rt. Відповідно до закону Ома I = U / R. Якщо це значення сили струму підставити в основну формулу, вона придбає такий вигляд: Q = (U2 / R) t.
Основна формула Q = I 2 Rt дуже зручна для використання при розрахунках кількості теплоти, що виділяється в разі послідовного з'єднання. Сила струму в усіх провідниках буде однакова. При послідовному з'єднанні відразу декількох провідників, кожен з них виділить стільки теплоти, яке буде пропорційно опору провідника. Якщо послідовно з'єднати три однакові зволікання з міді, заліза і нікеліна, то максимальна кількість теплоти буде виділено останньої. Це пов'язано з найбільшою питомою опором нікеліна і сильнішим нагрівом цієї зволікання.
При паралельному з'єднанні цих же провідників, значення електричного струму в кожному з них буде різним, а напруга на кінцях - однаковим. В цьому випадку для розрахунків більше підійде формула Q = (U2 / R) t. Кількість теплоти, що виділяється провідником, буде обернено пропорційно його провідності. Таким чином, закон Джоуля - Ленца широко використовується для розрахунків установок електричного освітлення, різних опалювальних і нагрівальних приладів, а також інших пристроїв, пов'язаних з перетворенням електричної енергії в теплову.