Joules loveksempel

Når en elektrisk strøm sirkulerer, omdannes en del av energien til arbeid, og en del av den omdannes til varme. Denne varmen produseres fordi når den elektriske strømmen går gjennom kretsen, må den overvinne motstanden som tilbys av lederen. Denne energien som brukes for å overvinne motstand frigjøres i form av varme.

Dette fenomenet ble observert av den engelske forskeren James Prescott Joule, som også observerte sammenhengene som eksisterer mellom tiden da strømmen, så vel som intensiteten til den strømmen, med varmen eller med arbeidet som genereres, og brukte forskjellige metoder for å måle strømmen og varmen generert. Uttalelsen til Joules lov er som følger:

Varmen som produseres i en leder ved at strømmen passerer, er direkte proporsjonal med motstanden, med kvadratet av strømmen og tiden den er tilkoblet.

Strøm, målt i ampere, går gjennom lederne; jo mer motstand mot passering av strøm en leder har, jo vanskeligere vil det være for elektroner å bevege seg gjennom lederen. Energien som brukes til å flytte strømmen av elektroner, spres som varme.

Joules observasjoner er syntetisert i følgende formel:

J = I²*R *t
J = Det er målet for varmen som produseres, som måles i Joule. En joule tilsvarer 0,24 kalorier.
I = Det er strømmen. Det måles i ampere.
R = Motstanden til lederen eller lasten, målt i ohm (W)
t = Det er tiden strømmen sirkulerer gjennom lederen, eller også tiden kretsen forblir tilkoblet. Det måles i sekunder.

Fra denne formelen kan vi beregne hvilken som helst av de andre mengdene:

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

Eksempler på Joules lov

Eksempel 1. Beregn varmen som produseres av en strøm på 2A på en motstand på 150 W, i løpet av 7 sekunder.

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

Det produseres 4200 joule varme.

Eksempel 2. Beregn strømmen som flyter gjennom en krets, hvis vi vet at over en motstand på 150 W, 1500 J.

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

Kretsstrømmen er 2,5 ampere.

Eksempel 3. Beregn motstanden til lederen, hvis vi vet at strømmen er 1,25 A, er tiden 4,5 sekunder og varmen som produseres er 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

Motstanden til lederen er 225 ohm.

Eksempel 4. Beregn hvor lenge en krets er tilkoblet, hvis strømmen er 500 mA, er motstanden til lederen 125 W og varmen som produseres er 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

Kretsen kobles til i 1 sekund.