Joule-Lenz lov

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 31. oktober 2021; checks kræver 2 redigeringer .

Joule-Lenz- loven er en fysisk lov , der kvantificerer den termiske effekt af en elektrisk strøm . Installeret i 1841 af James Joule og selvstændigt i 1842 af Emil Lenz [1] .

Definitioner

I verbal formulering lyder det sådan her [2] :

Effekten af varme, der frigives pr. volumenhed af mediet under strømmen af en jævnstrøm, er lig med produktet af densiteten af den elektriske strøm og værdien af den elektriske feltstyrke .

Matematisk kan det udtrykkes i følgende form:

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

hvor er kraften af varmeafgivelse pr. volumenenhed, er den elektriske strømtæthed , er den elektriske feltstyrke , σ er mediets ledningsevne , og prikken angiver skalarproduktet. $w$ $\vec j$ $\vec E$

Loven kan også formuleres i integral form for tilfælde af strøm i tynde ledninger [3] :

Mængden af varme, der frigives pr. tidsenhed i den betragtede sektion af kredsløbet, er proportional med produktet af kvadratet af strømmen i denne sektion og sektionens modstand .

I integreret form har denne lov formen

dQ=I^{2}Rdt,

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

hvor er mængden af frigivet varme over en periode , er strømstyrken, er modstand, er den samlede mængde varme, der frigives over en periode fra til . I tilfælde af konstant strøm og modstand: $dQ$ $dt$ $jeg$ $R$ $Q$ $t_{1}$ $t_{2}$

Q=I^{2}Rt.

Ved at anvende Ohms lov kan følgende ækvivalente formler opnås:

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

Praktisk værdi

Reduktion af energitab

Ved transmission af elektricitet er den termiske effekt af strømmen i ledningerne uønsket, da det fører til energitab. Forsyningsledningerne og belastningen er forbundet i serie , hvilket betyder, at strømmen i netværket på ledningerne og belastningen er den samme. Belastningseffekt og ledningsmodstand bør ikke afhænge af valget af kildespænding. Effekten afgivet på ledningerne og på belastningen bestemmes af følgende formler $jeg$

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

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

Hvorfra følger det . Da belastningseffekten og ledningsmodstanden i hvert tilfælde forbliver uændret, og udtrykket er konstant, er den varme, der genereres på ledningen, omvendt proportional med kvadratet af spændingen på forbrugeren. Ved at øge spændingen reducerer vi varmetabet i ledningerne. Dette reducerer imidlertid den elektriske sikkerhed af transmissionsledninger . ${\displaystyle Q_{w}=R_{w}\cdot Q_{c}^{2}/U_{c}^{2))$ ${\displaystyle R_{w}\cdot Q_{c}^{2))$

Valg af ledninger til kredsløb

Den varme, der genereres af en strømførende leder, frigives i en eller anden grad til miljøet. I tilfælde af at strømstyrken i den valgte leder overstiger en vis maksimalt tilladt værdi, er en så stærk opvarmning mulig, at lederen kan fremkalde en brand i genstande i nærheden af den eller smelte sig selv. Som regel, når du vælger ledninger beregnet til montering af elektriske kredsløb, er det nok at følge de accepterede reguleringsdokumenter, der regulerer valget af ledernes tværsnit.

Af denne grund er de designet til ultrahøj spænding (op til 1150 kV) for at kunne overføre den nødvendige strøm gennem moderne overliggende hovedledninger for at give ultralave strømme i elledninger .

Elektriske varmelegemer

Hvis strømstyrken er den samme i hele det elektriske kredsløb, vil der i et hvilket som helst udvalgt område blive frigivet mere varme, jo højere modstand er denne sektion.

Ved bevidst at øge modstanden af en kredsløbssektion kan der opnås lokal varmeudvikling i denne sektion. Elektriske varmeapparater arbejder efter dette princip . De bruger et varmeelement - en leder med høj modstand. En forøgelse af modstanden opnås (sammen eller separat) ved at vælge en højresistivitetslegering (f.eks. nichrom , konstantan ), øge lederens længde og formindske dens tværsnit. Ledningerne har normalt lav modstand, og derfor er deres opvarmning normalt umærkelig.

Sikringer

For at beskytte elektriske kredsløb mod strømmen af alt for store strømme bruges et stykke leder med specielle egenskaber. Dette er en leder med relativt lille tværsnit og lavet af en sådan legering, at opvarmning af lederen ikke overophedes ved tilladte strømme, og ved for stor overophedning af lederen er så betydelig, at lederen smelter og åbner kredsløbet.

Se også

Ohms lov

Noter

↑ Joule - Lenz lov // Debitor - Eucalyptus. - M . : Soviet Encyclopedia, 1972. - ( Great Soviet Encyclopedia : [i 30 bind] / chefredaktør A. M. Prokhorov ; 1969-1978, bind 8).
↑ Sivukhin D.V. Almen kursus i fysik. - M . : Nauka , 1977. - T. III. Elektricitet. - S. 186. - 688 s.
↑ Sivukhin D.V. Almen kursus i fysik. - M . : Nauka , 1977. - T. III. Elektricitet. - S. 197-198. — 688 s.