Příklad Jouleova zákona

Když cirkuluje elektrický proud, část energie se přemění na práci a část se přemění na teplo. Toto teplo se vyrábí proto, že když elektrický proud prochází obvodem, musí překonat odpor nabízený vodičem. Tato energie použitá k překonání odporu se uvolňuje ve formě tepla.

Tento jev pozoroval anglický vědec James Prescott Joule, který také pozoroval vztahy, které existují mezi dobou, kdy proudu, stejně jako intenzita tohoto proudu, s teplem nebo s vytvořenou prací, a použily různé metody měření proudu a tepla generováno. Prohlášení Jouleova zákona je následující:

Teplo produkované ve vodiči průchodem proudu je přímo úměrné odporu, druhé mocnině proudu a době jeho připojení.

Proud měřený v ampérech prochází vodiči; čím větší odolnost vůči průchodu proudu vodič má, tím obtížnější bude pro elektrony pohybovat se vodičem. Energie použitá k pohybu toku elektronů se rozptýlí jako teplo.

Jouleova pozorování jsou syntetizována v následujícím vzorci:

J = já²* R * t
J = Je to míra vyrobeného tepla, která se měří v joulech. Jeden joul se rovná 0,24 kalorií.

I = to je proud. Měří se v ampérech.
R = Odpor vodiče nebo zátěže, měřený v Ohmech (W)
t = je čas, který proudem prochází vodičem, nebo také čas, kdy obvod zůstane připojen. Měří se během několika sekund.

Z tohoto vzorce můžeme vypočítat kteroukoli z dalších veličin:

I = √ (J) / (R * t)
R = (J) / (I.²* t)
t = (J) / (I.²* R)

Příklady Jouleova zákona

Příklad 1. Vypočítejte teplo produkované proudem 2 A při odporu 150 W po dobu 7 sekund.

J =?
I = 2 A
R = 150 W.
t = 7 s
J = já²* R * t
J = (2²) (150) (7) = (4) (150) (7) = 4200 J

Vyrobeno je 4 200 joulů tepla.

Příklad 2. Vypočítejte proud, který cirkuluje obvodem, pokud víme, že při odporu 150 W, 1500 J.

J = 1 500 J.
I =?
R = 80 W.
t = 3 s
I = √ (J) / (R * t)
I = √ (1500) / (80 * 3) = √ (1500) / (240) = √6,25 = 2,5 A

Proud obvodu je 2,5 A.

Příklad 3. Vypočítejte odpor vodiče, pokud víme, že proud je 1,25 A, čas je 4,5 sekundy a vyrobené teplo je 1458 J.

J = 1458 J.
I = 1,2 A
R =?
t = 4,5 s
R = (J) / (I.²* t)
R = (1458) / (1.2²) (4.5) = (1458) / (1,44) (4,5) = (1458) / (6,48) = 225 W

Odpor vodiče je 225 Ohmů.

Příklad 4. Vypočítejte, jak dlouho je obvod připojen, pokud je proud 500 mA, odpor vodiče je 125 W a vyrobené teplo je 31,25 J.

J = 31,25 J
I = 500 mA = 0,5 A
R = 125 W.
t =?
t = (J) / (I.²* R)
t = (31,25) / (0,5²) (125) = (31,25) / (0,25) (125) = (31,25) / (31,25) = 1 s

Obvod je připojen na 1 sekundu.