Exemplul legii lui Joule

Când circulă un curent electric, o parte din energie este transformată în funcțiune, iar o parte din aceasta este transformată în căldură. Această căldură este produsă deoarece, atunci când curentul electric trece prin circuit, trebuie să depășească 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 curentului respectiv, cu căldura sau cu munca generată, și au folosit diferite metode de măsurare a curentului și a căldurii generat. Declarația legii lui Joule este după cum urmează:

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 electronii vor fi mai dificili să se deplaseze prin conductor. Energia utilizată pentru a muta fluxul de electroni este disipată sub formă de căldură.

Observațiile lui Joule sunt sintetizate în următoarea formulă:

J = eu²* 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 lege a 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 = eu²* R * t
J = (2²) (150) (7) = (4) (150) (7) = 4200 J

Se produc 4200 Jouli de căldură.

Exemplul 2. Calculați curentul care circulă printr-un circuit, dacă știm că pe 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 de circuit 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.