Príklad Jouleho zákona

Keď cirkuluje elektrický prúd, časť energie sa premení na prácu a časť sa premení na teplo. Toto teplo sa vyrába, pretože keď elektrický prúd prechádza obvodom, musí prekonať odpor, ktorý vodič ponúka. 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 časom, keď prúd, ako aj intenzita tohto prúdu, s teplom alebo s vytvorenou prácou, a použili sa rôzne metódy merania prúdu a tepla generované. Výrok Jouleho zákona je nasledovný:

Teplo vyrobené vo vodiči prechodom prúdu je priamo úmerné odporu, druhej mocnine prúdu a času jeho pripojenia.

Prúd meraný v ampéroch prechádza vodičmi; čím väčší odpor má vodič pri prechode prúdu, tým ťažšie sa bude elektrónom pohybovať cez vodič. Energia použitá na pohyb toku elektrónov sa rozptýli ako teplo.

Jouleove pozorovania sú syntetizované z nasledujúceho vzorca:

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

I = to je prúd. Meria sa v ampéroch.
R = odpor vodiča alebo zaťaženia, meraný v ohmoch (W)
t = Je to čas, keď prúd cirkuluje vodičom, alebo tiež čas, kedy obvod zostáva pripojený. 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 Jouleho zákona

Príklad 1. Vypočítajte teplo vyrobené prúdom 2A s odporom 150 W po dobu 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 4 200 joulov tepla.

Príklad 2. Vypočítajte prúd pretekajúci obvodom, ak vieme, že pri odpore 150 W, 1 500 J.

J = 1 500 J
Ja =?
R = 80 W.
t = 3 s
I = √ (J) / (R * t)
I = √ (1500) / (80 * 3) = √ (1500) / (240) = √6,25 = 2,5 A

Okruhový prúd 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.