Joules lag exempel

När en elektrisk ström cirkulerar omvandlas en del av energin till arbete och en del av den omvandlas till värme. Denna värme produceras för att när den elektriska strömmen går genom kretsen måste den övervinna motståndet från ledaren. Denna energi som används för att övervinna motstånd frigörs i form av värme.

Detta fenomen observerades av den engelske vetenskapsmannen James Prescott Joule, som också observerade de samband som finns mellan den tid då ström, såväl som intensiteten av den strömmen, med värmen eller med det arbete som genereras, och använde olika metoder för att mäta strömmen och värmen genererad. Uttalandet av Joules lag är som följer:

Värmen som alstras i en ledare genom att ström passerar är direkt proportionell mot resistansen, mot strömmens kvadrat och till tiden den är ansluten.

Ström, mätt i ampere, passerar genom ledarna; ju mer motstånd en ledare har mot strömpassage, desto svårare blir det för elektroner att röra sig genom ledaren. Energin som används för att flytta elektronflödet försvinner som värme.

Joules observationer syntetiseras i följande formel:

J = I²*R*t
J = Det är måttet på den producerade värmen, som mäts i joule. En joule motsvarar 0,24 kalorier.
I = Det är strömmen. Det mäts i ampere.
R = Motstånd hos ledaren eller belastningen, mätt i ohm (W)
t = Det är den tid som strömmen cirkulerar genom ledaren, eller också den tid som kretsen förblir ansluten. Det mäts i sekunder.

Från denna formel kan vi beräkna någon av de andra kvantiteterna:

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

Exempel på Joules lag

Exempel 1. Beräkna värmen som produceras av en ström på 2A på ett motstånd på 150 W, under 7 sekunder.

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

4200 Joule värme produceras.

Exempel 2. Beräkna strömmen som flyter genom en krets, om vi vet att över ett motstånd på 150 W, 1500 J.

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

Kretsströmmen är 2,5 ampere.

Exempel 3. Beräkna ledarens resistans, om vi vet att strömmen är 1,25 A är tiden 4,5 sekunder och värmen som produceras är 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

Ledarens resistans är 225 ohm.

Exempel 4. Beräkna hur länge en krets är ansluten, om strömmen är 500 mA är ledarens resistans 125 W och värmen som produceras är 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

Kretsen är ansluten i 1 sekund.