Joules loveksempel

Når en elektrisk strøm sirkulerer, konverteres en del av energien til arbeid, og en del av den omdannes til varme. Denne varmen produseres fordi når den elektriske strømmen passerer 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 forholdene som eksisterer mellom den tiden som strøm, så vel som intensiteten til den aktuelle, med varmen eller med arbeidet som genereres, og brukte forskjellige metoder for å måle strømmen og varmen generert. Uttalelsen i Joules lov er som følger:

Varmen som produseres i en leder ved strømoverføring er direkte proporsjonal med motstanden, til kvadratet til strømmen og til tiden den er koblet til.

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

Joules observasjoner er syntetisert i følgende formel:

J = jeg²* R * t
J = Det er målet for den produserte varmen, som måles i Joule. En joule tilsvarer 0,24 kalorier.
Jeg = Det er strømmen. Det måles i ampere.
R = Ledningens eller lastens motstand, 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 noen av de andre mengdene:

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

Eksempler på Joules lov

Eksempel 1. Beregn varmen produsert av en strøm på 2A med en motstand på 150 W i 7 sekunder.

J =?
Jeg = 2 A.
R = 150 W.
t = 7 s
J = jeg²* R * t
J = (2²) (150) (7) = (4) (150) (7) = 4200 J

Det produseres 4200 Joule varme.

Eksempel 2. Beregn strømmen som sirkulerer gjennom en krets, hvis vi vet at på 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 lederens motstand, hvis vi vet at strømmen er 1,25 A, er tiden 4,5 sekunder og den produserte varmen 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 den produserte varmen 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 er koblet til i 1 sekund.