Пример Јоуле-овог закона

Када електрична струја циркулише, део енергије се претвара у рад, а део се претвара у топлоту. Ова топлота се производи јер када електрична струја пролази кроз коло, она мора да савлада отпор који пружа проводник. Ова енергија примењена за превазилажење отпора ослобађа се у облику топлоте.

Овај феномен приметио је енглески научник Јамес Пресцотт Јоуле, који је такође приметио односе који постоје између времена које је струје, као и интензитет те струје, са топлотом или са генерисаним радом, и користили су различите методе мерења струје и топлоте генерисан. Изјава Јоуле-овог закона је следећа:

Топлота произведена у проводнику проласком струје директно је пропорционална отпору, квадрату струје и времену када је прикључена.

Струја, измерена у амперима, пролази кроз проводнике; што већи отпор пролазу струје има проводник, то ће теже бити да се електрони крећу кроз проводник. Енергија која се користи за покретање тока електрона расипа се као топлота.

Јоулеова запажања су синтетизована у следећој формули:

Ј = И²* Р * т
Ј = То је мера произведене топлоте која се мери у џулима. Један џул је једнак 0,24 калорије.
И = То је Струја. Мери се у појачалима.
Р = Отпор проводника или оптерећења, мерено у Охм (В)
т = То је време циркулације струје кроз проводник, или такође време када коло остаје повезано. Мери се у секундама.

Из ове формуле можемо израчунати било коју другу количину:

И = √ (Ј) / (Р * т)
Р = (Ј) / (И.²* т)
т = (Ј) / (И.²* Р)

Примери Јоуле-овог закона

Пример 1. Израчунајте топлоту произведену струјом од 2А на отпору од 150 В, током 7 секунди.

Ј =?
И = 2 А.
Р = 150 В
т = 7 с
Ј = И²* Р * т
Ј = (2²) (150) (7) = (4) (150) (7) = 4200 Ј

Производи се 4200 џула топлоте.

Пример 2. Израчунајте струју која кружи кроз коло, ако то знамо на отпору од 150 В, 1500 Ј.

Ј = 1500 Ј
И =?
Р = 80 В
т = 3 с
И = √ (Ј) / (Р * т)
И = √ (1500) / (80 * 3) = √ (1500) / (240) = √6,25 = 2,5 А

Струја круга је 2,5 ампера.

Пример 3. Израчунајте отпор проводника, ако знамо да је струја 1,25 А, време 4,5 секунде, а произведена топлота 1458 Ј.

Ј = 1458 Ј
И = 1,2 А.
Р =?
т = 4,5 с
Р = (Ј) / (И.²* т)
Р = (1458) / (1.2²) (4,5) = (1458) / (1,44) (4,5) = (1458) / (6,48) = 225 В

Отпор проводника је 225 Охма.

Пример 4. Израчунајте колико је дуго повезано коло, ако је струја 500 мА, отпор проводника 125 В и произведена топлота 31,25 Ј.

Ј = 31,25 Ј
И = 500 мА = 0,5 А
Р = 125 В
т =?
т = (Ј) / (И.²* Р)
т = (31,25) / (0,5²) (125) = (31,25) / (0,25) (125) = (31,25) / (31,25) = 1 с

Коло је повезано 1 секунду.