Exemplul legii lui Joule

Când un curent electric circulă, o parte din energie este transformată în lucru, iar o parte din ea este transformată în căldură. Această căldură este produsă deoarece atunci când curentul electric trece prin circuit, acesta trebuie să învingă rezistența oferită de conductor. Această energie aplicată pentru a depăși rezistența este eliberată sub formă de căldură.

Acest fenomen a fost observat de omul de știință englez James Prescott Joule, care a observat și relațiile care există între momentul în care curent, precum și intensitatea acelui curent, cu căldura sau cu munca generată și au folosit diferite metode de măsurare a curentului și a căldurii generate. Declarația Legii lui Joule este următoarea:

Căldura produsă într-un conductor prin trecerea curentului este direct proporțională cu rezistența, cu pătratul curentului și cu timpul în care este conectat.

Curentul, măsurat în Amperi, trece prin conductori; cu cât un conductor are mai multă rezistență la trecerea curentului, cu atât va fi mai dificil pentru electroni să se deplaseze prin conductor. Energia folosită pentru deplasarea fluxului de electroni este disipată sub formă de căldură.

Observațiile lui Joule sunt sintetizate în următoarea formulă:

J = I²* R * t
J = Este măsura căldurii produse, care se măsoară în Jouli. Un joule este egal cu 0,24 calorii.
I = Este Curentul. Se măsoară în amperi.
R = Rezistența conductorului sau a sarcinii, măsurată în Ohmi (W)
t = Este timpul în care curentul circulă prin conductor sau, de asemenea, timpul în care circuitul rămâne conectat. Se măsoară în secunde.

Din această formulă, putem calcula oricare dintre celelalte cantități:

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

Exemple de legea lui Joule

Exemplul 1. Calculați căldura produsă de un curent de 2A pe o rezistență de 150 W, timp de 7 secunde.

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

Se produc 4200 Jouli de căldură.

Exemplul 2. Calculați curentul care curge printr-un circuit, dacă știm că peste o rezistență de 150 W, 1500 J.

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

Curentul circuitului este de 2,5 amperi.

Exemplul 3. Calculați rezistența conductorului, dacă știm că curentul este de 1,25 A, timpul este de 4,5 secunde și căldura produsă este de 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

Rezistența conductorului este de 225 ohmi.

Exemplul 4. Calculați cât timp este conectat un circuit, dacă curentul este de 500 mA, rezistența conductorului este de 125 W și căldura produsă este de 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

Circuitul este conectat timp de 1 secundă.