Пример на закона на Джоул

Когато циркулира електрически ток, част от енергията се превръща в работа, а част се превръща в топлина. Тази топлина се произвежда, защото когато електрическият ток премине през веригата, той трябва да преодолее съпротивлението, предлагано от проводника. Тази енергия, приложена за преодоляване на съпротивлението, се отделя под формата на топлина.

Това явление се наблюдава от английския учен Джеймс Прескот Джоул, който също наблюдава връзките, които съществуват между времето, през което ток, както и интензитета на този ток, с топлината или с генерираната работа и се използват различни методи за измерване на тока и топлината генерирани. Изложението на закона на Джоул е следното:

Топлината, произведена в проводник от преминаването на ток, е право пропорционална на съпротивлението, на квадрата на тока и на времето, в което е свързан.

Токът, измерен в ампера, преминава през проводниците; колкото по-голямо съпротивление протича токът на проводника, толкова по-трудно ще бъде движението на електрони през проводника. Енергията, използвана за придвижване на потока от електрони, се разсейва като топлина.

Наблюденията на Джоул се синтезират в следната формула:

J = I²* R * t
J = Това е мярката за произведената топлина, която се измерва в джаули. Един джаул се равнява на 0,24 калории.
I = Токът е. Измерва се в усилватели.
R = съпротивление на проводника или товара, измерено в ома (W)
t = Това е времето, през което токът циркулира през проводника, или също времето, когато веригата остава свързана. Измерва се в секунди.

От тази формула можем да изчислим някое от другите количества:

I = √ (J) / (R * t)
R = (J) / (I²* T)
t = (J) / (I²* R)

Примери за закона на Джоул

Пример 1. Изчислете топлината, произведена от ток от 2А при съпротивление от 150 W, за 7 секунди.

J =?
I = 2 A
R = 150 W
t = 7 s
J = I²* R * t
J = (2²) (150) (7) = (4) (150) (7) = 4200 J

Произвеждат се 4200 джаула топлина.

Пример 2. Изчислете тока, протичащ през верига, ако знаем, че при съпротивление от 150 W, 1500 J.

J = 1500 J
I =?
R = 80 W
t = 3 s
I = √ (J) / (R * t)
I = √ (1500) / (80 * 3) = √ (1500) / (240) = √6,25 = 2,5 A

Токът на веригата е 2,5 ампера.

Пример 3. Изчислете съпротивлението на проводника, ако знаем, че токът е 1,25 А, времето е 4,5 секунди, а произведената топлина е 1458 Дж.

J = 1458 J
I = 1,2 A
R =?
t = 4,5 s
R = (J) / (I²* T)
R = (1458) / (1.2²) (4.5) = (1458) / (1.44) (4.5) = (1458) / (6.48) = 225 W

Съпротивлението на проводника е 225 ома.

Пример 4. Изчислете колко дълго е свързана верига, ако токът е 500 mA, съпротивлението на проводника е 125 W и произведената топлина е 31,25 J.

J = 31,25 J
I = 500 mA = 0,5 A
R = 125 W
t =?
t = (J) / (I²* R)
t = (31,25) / (0,5²) (125) = (31.25) / (0.25) (125) = (31.25) / (31.25) = 1 s

Веригата е свързана за 1 секунда.