Príklad Jouleovho zákona

Keď elektrický prúd cirkuluje, časť energie sa premení na prácu a časť na teplo. Toto teplo sa vytvára, pretože keď elektrický prúd prechádza obvodom, musí prekonať odpor, ktorý ponúka vodič. Táto energia použitá na prekonanie odporu sa uvoľňuje vo forme tepla.

Tento jav pozoroval anglický vedec James Prescott Joule, ktorý tiež pozoroval vzťahy, ktoré existujú medzi prúdu, ako aj intenzity tohto prúdu, s teplom alebo s vytvorenou prácou a používali rôzne metódy merania prúdu a tepla generované. Výrok Jouleovho zákona je nasledujúci:

Teplo produkované vo vodiči prechodom prúdu je priamo úmerné odporu, štvorcu prúdu a času, kedy je pripojený.

Prúd, meraný v ampéroch, prechádza vodičmi; čím väčší odpor voči prechodu prúdu má vodič, tým ťažšie bude pre elektróny pohybovať sa vodičom. Energia použitá na pohyb toku elektrónov sa rozptýli ako teplo.

Jouleove pozorovania sú syntetizované v nasledujúcom vzorci:

J = ja²* R * t
J = Je to miera vyrobeného tepla, ktorá sa meria v jouloch. Jeden joule sa rovná 0,24 kalórií.

I = Je to Prúd. Meria sa v ampéroch.
R = Odpor vodiča alebo záťaže, meraný v Ohmoch (W)
t = Je to čas, počas ktorého prúd cirkuluje vodičom, alebo tiež čas, počas ktorého obvod zostane zapojený. Meria sa v sekundách.

Z tohto vzorca môžeme vypočítať ktorúkoľvek z ďalších veličín:

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

Príklady Jouleovho zákona

Príklad 1. Vypočítajte teplo vyprodukované prúdom 2A pri odpore 150W počas 7 sekúnd.

J =?
I = 2 A
R = 150 W
t = 7 s
J = ja²* R * t
J = (2²) (150) (7) = (4) (150) (7) = 4200 J

Vyrobí sa 4200 joulov tepla.

Príklad 2. Vypočítajte prúd pretekajúci obvodom, ak vieme, že pri odpore 150 W je 1500 J.

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

Prúd obvodu je 2,5 A.

Príklad 3. Vypočítajte odpor vodiča, ak vieme, že prúd je 1,25 A, čas je 4,5 sekundy a vyrobené teplo je 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

Odpor vodiča je 225 ohmov.

Príklad 4. Vypočítajte, ako dlho je zapojený obvod, ak je prúd 500 mA, odpor vodiča je 125 W a vyrobené teplo je 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

Obvod je pripojený na 1 sekundu.