Joule'i seaduse näide

Elektrivoolu ringlemisel muundatakse osa energiast tööks ja osa soojuseks. See soojus tekib seetõttu, et kui elektrivool voolab läbi vooluahela, peab see ületama juhi pakutava takistuse. See takistuse ületamiseks rakendatav energia vabaneb soojuse kujul.

Seda nähtust täheldas inglise teadlane James Prescott Joule, kes jälgis ka suhteid, mis eksisteerivad selle aja vahel voolu intensiivsust koos soojuse või tekitatud tööga ning kasutasid erinevaid meetodeid voolu ja soojuse mõõtmiseks loodud. Joule'i seaduse avaldus on järgmine:

Voolu läbimisel juhis tekkiv soojus on otseselt proportsionaalne takistuse, voolu ruudu ja ühendamise ajaga.

Amprites mõõdetud vool läbib juhte; mida suurem on juhi vastupanu voolu läbimisele, seda raskem on elektronidel läbi juhi liikuda. Elektronide voo liigutamiseks kuluv energia hajub soojusena.

Joule'i vaatlused on sünteesitud järgmise valemiga:

J = I²* R * t
J = See on toodetud soojuse mõõt, mida mõõdetakse džaulides. Üks džaul võrdub 0,24 kalorsusega.
I = see on praegune. Seda mõõdetakse amprites.

R = juhi või koormuse takistus, mõõdetuna oomides (W)
t = see on aeg, mil vool ringleb läbi juhi, või ka aeg, mil vooluahel jääb ühendatuks. Seda mõõdetakse sekundites.

Selle valemi põhjal saame arvutada mis tahes muu koguse:

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

Joule'i seaduse näited

Näide 1. Arvutage 2 sekundi jooksul voolu 2A abil 150 W takistuse korral tekkiv soojus.

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

Toodetakse 4200 džauli soojust.

Näide 2. Arvutage vooluahelat läbiv vool, kui me teame, et üle takistuse 150 W, 1500 J

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

Vooluahela vool on 2,5 amprit.

Näide 3. Arvutage juhi takistus, kui teame, et vool on 1,25 A, aeg on 4,5 sekundit ja toodetud soojus on 1458 J.

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

Juhi takistus on 225 oomi.

Näide 4. Arvutage, kui kaua vooluahel on ühendatud, kui vool on 500 mA, on juhi takistus 125 W ja toodetud soojus on 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

Vooluahel on ühendatud 1 sekund.