Beispiel für das Joulesche Gesetz

Wenn elektrischer Strom zirkuliert, wird ein Teil der Energie in Arbeit und ein Teil in Wärme umgewandelt. Diese Wärme entsteht, weil der elektrische Strom, wenn er durch den Stromkreis fließt, den Widerstand des Leiters überwinden muss. Diese zur Überwindung des Widerstands aufgebrachte Energie wird in Form von Wärme freigesetzt.

Dieses Phänomen wurde von dem englischen Wissenschaftler James Prescott Joule beobachtet, der auch die Beziehungen beobachtete, die zwischen der Zeit bestehen, in der die Strom sowie die Stärke dieses Stroms mit der Wärme oder der erzeugten Arbeit und haben verschiedene Methoden zur Messung des Stroms und der Wärme verwendet erzeugt. Die Aussage des Jouleschen Gesetzes lautet wie folgt:

Die in einem Leiter durch den Stromdurchgang erzeugte Wärme ist direkt proportional zum Widerstand, zum Quadrat des Stroms und zur Verbindungszeit.

Strom, gemessen in Ampere, fließt durch die Leiter; je mehr Widerstand ein Leiter gegen den Stromdurchgang hat, desto schwieriger wird es für Elektronen, sich durch den Leiter zu bewegen. Die Energie, die zum Bewegen des Elektronenflusses verwendet wird, wird als Wärme abgegeben.

Joules Beobachtungen werden in der folgenden Formel zusammengefasst:

J = ich²* R * t
J = Es ist das Maß für die erzeugte Wärme, die in Joule gemessen wird. Ein Joule entspricht 0,24 Kalorien.
I = Es ist der Strom. Es wird in Ampere gemessen.
R = Widerstand des Leiters oder der Last, gemessen in Ohm (W)
t = Es ist die Zeit, in der der Strom durch den Leiter fließt, oder auch die Zeit, in der der Stromkreis verbunden bleibt. Es wird in Sekunden gemessen.

Aus dieser Formel können wir jede der anderen Größen berechnen:

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

Beispiele für das Joulesche Gesetz

Beispiel 1. Berechnen Sie die Wärme, die von einem Strom von 2 A an einem Widerstand von 150 W für 7 Sekunden erzeugt wird.

J =?
ich = 2 A
R = 150 W
t = 7 s
J = ich²* R * t
J = (2²) (150) (7) = (4) (150) (7) = 4200 J

Es werden 4200 Joule Wärme erzeugt.

Beispiel 2. Berechnen Sie den Strom, der durch einen Stromkreis fließt, wenn wir wissen, dass bei einem Widerstand von 150 W 1500 J.

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

Der Stromkreis beträgt 2,5 Ampere.

Beispiel 3. Berechnen Sie den Widerstand des Leiters, wenn wir wissen, dass der Strom 1,25 A beträgt, die Zeit 4,5 Sekunden beträgt und die erzeugte Wärme 1458 J beträgt.

J = 1458 J
I = 1,2 A
R =?
t = 4,5 s
R = (J) / (I²* t)
R = (1458) / (1,2 .)²) (4,5) = (1458) / (1,44) (4,5) = (1458) / (6,48) = 225 W

Der Widerstand des Leiters beträgt 225 Ohm.

Beispiel 4. Berechnen Sie, wie lange ein Stromkreis angeschlossen ist, wenn der Strom 500 mA beträgt, der Widerstand des Leiters 125 W beträgt und die erzeugte Wärme 31,25 J beträgt.

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

Der Stromkreis wird für 1 Sekunde verbunden.