דוגמת החוק של ג'ול

כאשר זרם חשמלי מסתובב, חלק מהאנרגיה מומרת לעבודה, וחלקה מומרת לחום. חום זה מופק מכיוון שכאשר הזרם החשמלי עובר במעגל, עליו להתגבר על ההתנגדות שמציע המוליך. אנרגיה זו המופעלת על מנת להתגבר על התנגדות משתחררת בצורה של חום.

תופעה זו נצפתה על ידי המדען האנגלי ג'יימס פרסקוט ג'ול, שצפה גם ביחסים הקיימים בין הזמן בו זרם, כמו גם עוצמת זרם זה, עם החום או עם העבודה שנוצרה, והשתמשו בשיטות שונות למדידת הזרם והחום נוצר. הצהרת חוק ג'ול היא כדלקמן:

החום המופק במוליך על ידי מעבר הזרם עומד ביחס ישר להתנגדות, לריבוע הזרם ולזמן חיבורו.

זרם, נמדד במגברים, עובר דרך המוליכים; ככל שיש למוליך יותר התנגדות למעבר הזרם, כך יהיה קשה יותר לאלקטרונים לעבור דרך המוליך. האנרגיה המשמשת להזזת זרם האלקטרונים מתפזרת כחום.

התצפיות של ג'ול מסונתזות בנוסחה הבאה:

J = אני²* R * t
J = זהו מדד החום המיוצר, אשר נמדד בג'ול. ג'אול אחד שווה 0.24 קלוריות.
אני = זה הזרם. הוא נמדד במגברים.
R = התנגדות המוליך או העומס, נמדד באום (W)
t = זה הזמן שהזרם מסתובב דרך המוליך, או גם הזמן שהמעגל נשאר מחובר. זה נמדד בשניות.

מנוסחה זו נוכל לחשב כל אחת מהכמויות האחרות:

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

דוגמאות לחוק ג'ול

דוגמה 1. חשב את החום המופק מזרם 2A בהתנגדות של 150 וואט למשך 7 שניות.

J =?
אני = 2 א
R = 150 וואט
t = 7 שניות
J = אני²* R * t
J = (2²) (150) (7) = (4) (150) (7) = 4200 J

מיוצרים 4200 ג'ול חום.

דוגמה 2. חשב את הזרם שמסתובב במעגל, אם אנו יודעים שעל התנגדות של 150 וואט, 1500 י.

J = 1500 J
אני =?
R = 80 וואט
t = 3 שניות
I = √ (J) / (R * t)
I = √ (1500) / (80 * 3) = √ (1500) / (240) = √6.25 = 2.5 A

זרם המעגל הוא 2.5 אמפר.

דוגמה 3. חשב את התנגדות המוליך, אם אנו יודעים שהזרם הוא 1.25 A, הזמן הוא 4.5 שניות והחום המיוצר הוא 1458 J.

J = 1458 J
אני = 1.2 א
R =?
t = 4.5 שניות
R = (J) / (I²* t)
R = (1458) / (1.2²) (4.5) = (1458) / (1.44) (4.5) = (1458) / (6.48) = 225 W

התנגדות המוליך היא 225 אוהם.

דוגמה 4. חשב כמה זמן מעגל מחובר, אם הזרם הוא 500 mA, התנגדות המוליך היא 125 W והחום המיוצר הוא 31.25 J.

J = 31.25 J
אני = 500 mA = 0.5 A.
R = 125 וואט
t =?
t = (J) / (I²* R)
t = (31.25) / (0.5²) (125) = (31.25) / (0.25) (125) = (31.25) / (31.25) = 1 שניות

המעגל מחובר לשנייה אחת.