Joule-Lenz lag

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 31 oktober 2021; kontroller kräver 2 redigeringar .

Joule-Lenz- lagen är en fysisk lag som kvantifierar den termiska effekten av en elektrisk ström . Installerad 1841 av James Joule och självständigt 1842 av Emil Lenz [1] .

Definitioner

I verbal formulering låter det så här [2] :

Effekten av värme som frigörs per volymenhet av mediet under flödet av en elektrisk likström är lika med produkten av densiteten av den elektriska strömmen och värdet av den elektriska fältstyrkan .

Matematiskt kan det uttryckas i följande form:

w={\vec {j}}\cdot {\vec {E}}=\sigma E^{2},

där är kraften för värmeavgivning per volymenhet, är den elektriska strömtätheten , är den elektriska fältstyrkan , σ är mediets ledningsförmåga , och punkten anger skalärprodukten. $w$ $\vec j$ $\vec E$

Lagen kan också formuleras i integrerad form för fallet med strömflöde i tunna ledningar [3] :

Mängden värme som frigörs per tidsenhet i den aktuella sektionen av kretsen är proportionell mot produkten av kvadraten på strömmen i denna sektion och sektionens resistans .

I integrerad form har denna lag formen

dQ=I^{2}Rdt,

Q=\int \limits _{t_{1}}^{t_{2}}I^{2}Rdt,

där är mängden värme som frigörs under en tidsperiod , är strömstyrkan, är motstånd, är den totala mängden värme som frigörs under en tidsperiod från till . Vid konstant ström och motstånd: $dQ$ $dt$ $jag$ $R$ $F$ $t_{1}$ $t_{2}$

Q=I^{2}Rt.

Genom att tillämpa Ohms lag kan följande ekvivalenta formler erhållas:

Q=U^{2}t/R\ =IUt.

Praktiskt värde

Minskning av energiförluster

Vid överföring av elektricitet är den termiska effekten av strömmen i ledningarna oönskad, eftersom det leder till energiförluster. Matningskablarna och belastningen är seriekopplade , vilket innebär att strömmen i nätet på ledningarna och belastningen är densamma. Belastningseffekt och trådmotstånd bör inte bero på valet av källspänning. Effekten som förbrukas på ledningarna och på belastningen bestäms av följande formler $jag$

Q_{w}=R_{w}\cdot I^{2},

Q_{c}=U_{c}\cdot I.

Varifrån följer det . Eftersom belastningseffekten och trådmotståndet i varje fall förblir oförändrade och uttrycket är konstant, är värmen som genereras på tråden omvänt proportionell mot kvadraten på spänningen på konsumenten. Genom att öka spänningen minskar vi värmeförlusterna i ledningarna. Detta minskar dock den elektriska säkerheten för transmissionsledningar . ${\displaystyle Q_{w}=R_{w}\cdot Q_{c}^{2}/U_{c}^{2))$ $R_{w}\cdot Q_{c}^{2}$

Val av ledningar för kretsar

Värmen som alstras av en strömförande ledare släpps i en eller annan grad ut i miljön. I händelse av att strömstyrkan i den valda ledaren överstiger ett visst maximalt tillåtet värde, är en så stark uppvärmning möjlig att ledaren kan framkalla en brand i föremål nära den eller smälta sig själv. Som regel, när du väljer ledningar avsedda för montering av elektriska kretsar, räcker det att följa de accepterade regleringsdokumenten som reglerar valet av ledarnas tvärsnitt.

Av denna anledning, för att överföra den nödvändiga kraften genom moderna huvudledningar , är de designade för ultrahög spänning (upp till 1150 kV) för att ge ultralåga strömmar i kraftledningar .

Elvärmare

Om strömstyrkan är densamma i hela den elektriska kretsen, kommer i valfritt valt område, ju mer värme att frigöras, desto högre är motståndet i denna sektion.

Genom att medvetet öka motståndet i en kretssektion kan lokaliserad värmealstring i denna sektion uppnås. Elvärmare fungerar enligt denna princip . De använder ett värmeelement - en ledare med högt motstånd. En ökning av motståndet uppnås (tillsammans eller separat) genom att välja en legering med hög resistivitet (t.ex. nikrom , konstantan ), öka längden på ledaren och minska dess tvärsnitt. Ledtrådarna har vanligtvis låg resistans och därför är deras uppvärmning vanligtvis omärklig.

Säkringar

För att skydda elektriska kretsar från flödet av alltför stora strömmar används en bit ledare med speciella egenskaper. Detta är en ledare med relativt litet tvärsnitt och tillverkad av en sådan legering att uppvärmning av ledaren inte överhettar den vid tillåtna strömmar, och vid alltför stor överhettning av ledaren är så betydande att ledaren smälter och öppnar kretsen.

Se även

Ohms lag

Anteckningar

↑ Joule - Lenz lag // Gäldenär - Eucalyptus. - M . : Soviet Encyclopedia, 1972. - ( Great Soviet Encyclopedia : [i 30 volymer] / chefredaktör A. M. Prokhorov ; 1969-1978, vol. 8).
↑ Sivukhin D.V. Allmän kurs i fysik. - M . : Nauka , 1977. - T. III. Elektricitet. - S. 186. - 688 sid.
↑ Sivukhin D.V. Allmän kurs i fysik. - M . : Nauka , 1977. - T. III. Elektricitet. - S. 197-198. — 688 sid.