Joulen lakiesimerkki

Kun sähkövirta kiertää, osa energiasta muuttuu työksi ja osa lämmöstä. Tämä lämpö syntyy, koska kun sähkövirta kulkee piirin läpi, sen on voitettava johtajan tarjoama vastus. Tämä vastuksen voittamiseksi käytetty energia vapautuu lämmön muodossa.

Tämän ilmiön havaitsi englantilainen tiedemies James Prescott Joule, joka havaitsi myös suhteita, jotka ovat olemassa sen ajan välillä virta, samoin kuin sen virran voimakkuus, lämmöllä tai tuotetulla työllä, ja käytti erilaisia ​​menetelmiä virran ja lämmön mittaamiseen luotu. Joulen lain lausunto on seuraava:

Johtimessa virran kulkemalla tuottama lämpö on suoraan verrannollinen vastukseen, virran neliöön ja kytkentäaikaan.

Ampeereina mitattu virta kulkee johtimien läpi; mitä enemmän vastustusta virran kulkemiseen johtimella on, sitä vaikeampaa elektronien on liikkua johtimen läpi. Elektronien virtauksen liikuttamiseen käytetty energia häviää lämpönä.

Joulen havainnot syntetisoidaan seuraavalla kaavalla:

J = minä²* R * t
J = Se on tuotetun lämmön mitta, joka mitataan jouleina. Yksi joule on 0,24 kaloria.

I = Se on virta. Se mitataan ampeereina.
R = johtimen tai kuorman vastus mitattuna ohmina (W)
t = Se on aika, jonka virta kiertää johtimen läpi, tai myös aika, jolloin piiri pysyy kytkettynä. Se mitataan sekunteina.

Tämän kaavan avulla voimme laskea minkä tahansa muun määrän:

I = √ (J) / (R * t)
R = (J) / (minä²* t)
t = (J) / (minä²* R)

Esimerkkejä Joulen laista

Esimerkki 1. Laske 2A: n virran tuottama lämpö 150 W: n vastuksella 7 sekunnin ajan.

J =?
I = 2 A
R = 150 W
t = 7 s
J = minä²* R * t
J = (2²) (150) (7) = (4) (150) (7) = 4200 J

Tuotetaan 4200 joulea lämpöä.

Esimerkki 2. Laske virtapiiri, joka kiertää piirin läpi, jos tiedämme sen vastuksella 150 W, 1500 J.

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

Piirivirta on 2,5 ampeeria.

Esimerkki 3. Laske johtimen vastus, jos tiedämme, että virta on 1,25 A, aika on 4,5 sekuntia ja tuotettu lämpö on 1458 J.

J = 1458 J
I = 1,2 A
R =?
t = 4,5 s
R = (J) / (minä²* t)
R = (1458) / (1,2²) (4.5) = (1458) / (1.44) (4.5) = (1458) / (6.48) = 225 W

Johtimen vastus on 225 ohmia.

Esimerkki 4. Laske kuinka kauan piiri on kytketty, jos virta on 500 mA, johtimen vastus on 125 W ja tuotettu lämpö on 31,25 J.

J = 31,25 J
I = 500 mA = 0,5 A
R = 125 W
t =?
t = (J) / (minä²* R)
t = (31,25) / (0,5²) (125) = (31,25) / (0,25) (125) = (31,25) / (31,25) = 1 s

Piiri on kytketty 1 sekunnin ajan.