Пример закона де Джоуля

Когда электрический ток циркулирует, часть энергии преобразуется в работу, а часть преобразуется в тепло. Это тепло возникает, потому что, когда электрический ток проходит через цепь, он должен преодолевать сопротивление проводника. Эта энергия, применяемая для преодоления сопротивления, выделяется в виде тепла.

Этот феномен наблюдал английский ученый Джеймс Прескотт Джоуль, который также наблюдал отношения, существующие между временем, когда ток, а также интенсивность этого тока, с теплотой или с произведенной работой, и использовались различные методы измерения тока и тепла сгенерировано. Формулировка закона Джоуля выглядит следующим образом:

Тепло, выделяемое в проводнике при прохождении тока, прямо пропорционально сопротивлению, квадрату тока и времени, в течение которого он подключен.

Ток, измеряемый в амперах, проходит по проводникам; чем большее сопротивление прохождению тока имеет проводник, тем труднее электронам перемещаться по проводнику. Энергия, используемая для перемещения потока электронов, рассеивается в виде тепла.

Наблюдения Джоуля синтезируются в следующей формуле:

J = I²* R * т
J = Это мера выделяемого тепла, которая измеряется в Джоулях. Один джоуль равен 0,24 калории.
I = Это ток. Измеряется в амперах.
R = сопротивление проводника или нагрузки, измеряемое в Ом (Вт)
t = Это время, в течение которого ток циркулирует по проводнику, или время, в течение которого цепь остается подключенной. Измеряется в секундах.

По этой формуле мы можем вычислить любую из других величин:

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

Примеры закона Джоуля

Пример 1. Рассчитайте количество тепла, выделяемое током 2 А на сопротивлении 150 Вт за 7 секунд.

J =?
I = 2 А
R = 150 Вт
t = 7 с
J = I²* R * т
J = (2²) (150) (7) = (4) (150) (7) = 4200 Дж

Вырабатывается 4200 Джоулей тепла.

Пример 2. Вычислите ток, протекающий по цепи, если мы знаем, что при сопротивлении 150 Вт 1500 Дж.

J = 1500 Дж
Я =?
R = 80 Вт
t = 3 с
I = √ (J) / (R * t)
I = √ (1500) / (80 * 3) = √ (1500) / (240) = √6,25 = 2,5 А

Ток в цепи составляет 2,5 А.

Пример 3. Вычислите сопротивление проводника, если мы знаем, что ток равен 1,25 А, время - 4,5 секунды, а выделяемое тепло - 1458 Дж.

Дж = 1458 Дж
I = 1,2 А
R =?
t = 4,5 с
R = (J) / (I²* т)
R = (1458) / (1,2²) (4,5) = (1458) / (1,44) (4,5) = (1458) / (6,48) = 225 Вт

Сопротивление проводника 225 Ом.

Пример 4. Подсчитайте, как долго цепь подключена, если ток 500 мА, сопротивление проводника 125 Вт и выделяемое тепло 31,25 Дж.

Дж = 31,25 Дж
I = 500 мА = 0,5 А
R = 125 Вт
t =?
t = (J) / (I²* Р)
t = (31,25) / (0,5²) (125) = (31,25) / (0,25) (125) = (31,25) / (31,25) = 1 с

Схема подключается на 1 секунду.