Exempel på De Joules lag

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 färdas genom kretsen måste den övervinna motståndet som ledaren erbjuder. Denna energi som appliceras för att övervinna motstånd frigörs i form av värme.

Detta fenomen observerades av den engelska forskaren James Prescott Joule, som också observerade de förhållanden som finns mellan den tid som ström, liksom intensiteten för den strömmen, med värmen eller med det genererade arbetet, och använde olika metoder för att mäta strömmen och värmen genererad. Uttalandet av Joules lag är som följer:

Värmen som produceras i en ledare genom strömpassage är direkt proportionell mot motståndet, till strömens kvadrat och till den tid det ansluts.

Ström, mätt i ampere, passerar genom ledarna; ju mer motstånd mot passage av ström en ledare har, 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 = jag²* R * t
J = Det är måttet på den producerade värmen som mäts i Joule. En joule motsvarar 0,24 kalorier.
Jag = Det är strömmen. Det mäts i ampere.
R = Ledarens eller belastningens motstånd, uppmätt i ohm (W)
t = Det är tiden 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 av 2A med ett motstånd på 150 W i 7 sekunder.

J =?
I = 2 A.
R = 150 W.
t = 7 s
J = jag²* R * t
J = (2²) (150) (7) = (4) (150) (7) = 4200 J

4200 Joule värme produceras.

Exempel 2. Beräkna strömmen som cirkulerar genom en krets, om vi vet att på 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 motstånd, om vi vet att strömmen är 1,25 A, är tiden 4,5 sekunder och den producerade värmen 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 motstånd är 225 ohm.

Exempel 4. Beräkna hur länge en krets är ansluten, om strömmen är 500 mA, är ledarens motstånd 125 W och den producerade värmen 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.