Primer Joulovega zakona

Ko električni tok kroži, se del energije pretvori v delo, del pa v toploto. Ta toplota nastane, ker mora električni tok, ko potuje skozi vezje, premagati upor, ki ga ponuja prevodnik. Ta energija, uporabljena za premagovanje upora, se sprosti v obliki toplote.

Ta pojav je opazil angleški znanstvenik James Prescott Joule, ki je opazoval tudi razmerja, ki obstajajo med časom, ko je tok, kot tudi intenzivnost tega toka, s toploto ali z ustvarjenim delom, in uporabili različne metode merjenja toka in toplote ustvarjeno. Izjava Joulovega zakona je naslednja:

Toplota, ki nastane v prevodniku pri prehodu toka, je neposredno sorazmerna z uporom, s kvadratom toka in s časom, ko je priključen.

Tok, merjen v amperih, teče skozi prevodnike; večji kot je upor proti prehodu toka prevodnik, težje se bodo elektroni premikali skozi prevodnik. Energija, ki se uporablja za premikanje toka elektronov, se razprši kot toplota.

Jouleova opažanja so sintetizirana v naslednji formuli:

J = I²* R * t
J = To je mera proizvedene toplote, ki se meri v Joulih. En džul je enak 0,24 kalorije.

I = To je tok. Meri se v amperih.
R = upor prevodnika ali obremenitve, izmerjen v ohmih (W)
t = To je čas, ko tok kroži skozi prevodnik, ali tudi čas, ko vezje ostane povezano. Meri se v sekundah.

Iz te formule lahko izračunamo katero koli drugo količino:

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

Primeri Joulovega zakona

Primer 1. Izračunajte toploto, ki jo proizvede tok 2 A na upornosti 150 W v 7 sekundah.

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

Proizvede se 4200 Joulov toplote.

Primer 2. Izračunajte tok, ki teče skozi vezje, če vemo, da je na upornosti 150 W 1500 J.

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

Tok vezja je 2,5 ampera.

Primer 3. Izračunajte upor prevodnika, če vemo, da je tok 1,25 A, čas 4,5 sekunde in proizvedena toplota 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

Upor prevodnika je 225 Ohmov.

Primer 4. Izračunajte, kako dolgo je vezje priključeno, če je tok 500 mA, je upor prevodnika 125 W in proizvedena toplota 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

Vezje je priključeno za 1 sekundo.