Džoula likuma piemērs

Kad cirkulē elektriskā strāva, daļa enerģijas tiek pārvērsta darbā, bet daļa - siltumā. Šis siltums rodas tāpēc, ka, elektriskajai strāvai ejot pa ķēdi, tai jāpārvar vadītāja piedāvātā pretestība. Šī enerģija, kas tiek izmantota pretestības pārvarēšanai, tiek atbrīvota siltuma veidā.

Šo fenomenu novēroja angļu zinātnieks Džeimss Preskots Džouls, kurš arī novēroja attiecības, kas pastāv starp laiku, kad strāvu, kā arī šīs strāvas intensitāti, ar siltumu vai radīto darbu, un izmantoja dažādas strāvas un siltuma mērīšanas metodes ģenerēts. Džoula likuma paziņojums ir šāds:

Siltums, kas rodas vadītājā, pārejot strāvai, ir tieši proporcionāls pretestībai, strāvas kvadrātam un savienojuma laikam.

Strāva, ko mēra ampēros, iet caur vadītājiem; jo lielāka ir vadītāja pretestība strāvas pārejai, jo grūtāk elektroniem būs pārvietoties pa vadītāju. Elektronu plūsmas pārvietošanai izmantotā enerģija tiek izkliedēta kā siltums.

Džoula novērojumi tiek sintezēti šādā formulā:

J = I²*R*t
J = tas ir saražotā siltuma mērs, ko mēra džoulos. Viens džouls atbilst 0,24 kalorijām.

I = tā ir strāva. To mēra ampēros.
R = vadītāja vai slodzes pretestība, mērīta omos (W)
t = laiks, kurā strāva cirkulē caur vadītāju, vai arī laiks, kad ķēde paliek savienota. To mēra sekundēs.

No šīs formulas mēs varam aprēķināt jebkuru citu daudzumu:

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

Džoula likuma piemēri

1. piemērs. Aprēķiniet siltumu, ko 7 sekunžu laikā rada 2A strāva pie 150 W pretestības.

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

Tiek saražoti 4200 džouli siltuma.

2. piemērs. Aprēķiniet strāvu, kas plūst caur ķēdi, ja zinām, ka virs 150 W pretestības 1500 J.

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

Ķēdes strāva ir 2,5 ampēri.

3. piemērs. Aprēķiniet vadītāja pretestību, ja zinām, ka strāva ir 1,25 A, laiks ir 4,5 sekundes un saražotais siltums ir 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

Vadītāja pretestība ir 225 omi.

4. piemērs. Aprēķiniet, cik ilgi ir pieslēgta ķēde, ja strāva ir 500 mA, vadītāja pretestība ir 125 W un saražotais siltums ir 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

Ķēde ir savienota uz 1 sekundi.