ตัวอย่างกฎของจูล

เมื่อกระแสไฟฟ้าหมุนเวียน พลังงานบางส่วนจะถูกแปลงเป็นงาน และบางส่วนจะเปลี่ยนเป็นความร้อน ความร้อนนี้เกิดขึ้นเพราะเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านวงจร จะต้องเอาชนะความต้านทานของตัวนำ พลังงานที่ใช้เพื่อเอาชนะความต้านทานนี้จะถูกปลดปล่อยออกมาในรูปของความร้อน

ปรากฏการณ์นี้ได้รับการสังเกตโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ James Prescott Joule ซึ่งสังเกตความสัมพันธ์ที่มีอยู่ระหว่างเวลาที่ กระแสเช่นเดียวกับความเข้มของกระแสนั้นด้วยความร้อนหรือกับงานที่เกิดขึ้นและใช้วิธีการวัดกระแสและความร้อนต่างกัน สร้างขึ้น ข้อความของกฎของจูลมีดังนี้:

ความร้อนที่เกิดขึ้นในตัวนำโดยการไหลของกระแสจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความต้านทาน ต่อกำลังสองของกระแสและเวลาที่มีการเชื่อมต่อ

กระแสที่วัดเป็นแอมป์ ไหลผ่านตัวนำ ยิ่งมีความต้านทานกระแสไหลผ่านมากเท่าใด อิเล็กตรอนก็จะยิ่งเคลื่อนที่ผ่านตัวนำได้ยากขึ้นเท่านั้น พลังงานที่ใช้ในการเคลื่อนการไหลของอิเล็กตรอนจะกระจายไปเป็นความร้อน

การสังเกตของ Joule ถูกสังเคราะห์ในสูตรต่อไปนี้:

เจ = ฉัน²* R * t
J = เป็นหน่วยวัดความร้อนที่ผลิตได้ซึ่งมีหน่วยเป็นจูล หนึ่งจูลเท่ากับ 0.24 แคลอรี
ฉัน = มันคือกระแส มีหน่วยวัดเป็นแอมป์

R = ความต้านทานของตัวนำหรือโหลด วัดเป็นโอห์ม (W)
เสื้อ = เป็นเวลาที่กระแสไหลผ่านตัวนำหรือเวลาที่วงจรยังคงเชื่อมต่ออยู่ มีหน่วยวัดเป็นวินาที

จากสูตรนี้ เราสามารถคำนวณปริมาณอื่นๆ ได้:

ผม = √ (J) / (R * t)
R = (J) / (I²* เสื้อ)
เสื้อ = (J) / (I²* ร)

ตัวอย่างกฎของจูล

ตัวอย่าง 1. คำนวณความร้อนที่เกิดจากกระแส 2A ที่ความต้านทาน 150 W เป็นเวลา 7 วินาที

เจ =?
ผม = 2 A
R = 150 W
เสื้อ = 7 วินาที
เจ = ฉัน²* R * t
เจ = (2²) (150) (7) = (4) (150) (7) = 4200 J

ผลิตความร้อนได้ 4200 จูล

ตัวอย่าง 2. คำนวณกระแสที่หมุนเวียนผ่านวงจร ถ้าเรารู้ว่ามีความต้านทาน 150 W, 1500 J.

J = 1500 J
ฉัน =?
R = 80 W
เสื้อ = 3 วินาที
ผม = √ (J) / (R * t)
ผม = √ (1500) / (80 * 3) = √ (1500) / (240) = √6.25 = 2.5 A

กระแสไฟตรง 2.5 แอมป์

ตัวอย่างที่ 3. คำนวณความต้านทานของตัวนำถ้าเรารู้ว่ากระแสคือ 1.25 A เวลาคือ 4.5 วินาทีและความร้อนที่ผลิตได้คือ 1458 J

เจ = 1458 เจ
ผม = 1.2 A
ร =?
เสื้อ = 4.5 วินาที
R = (J) / (I²* เสื้อ)
R = (1458) / (1.2²) (4.5) = (1458) / (1.44) (4.5) = (1458) / (6.48) = 225 วัตต์

ความต้านทานของตัวนำคือ 225 โอห์ม

ตัวอย่างที่ 4. คำนวณระยะเวลาที่เชื่อมต่อวงจร ถ้ากระแส 500 mA ความต้านทานของตัวนำคือ 125 W และความร้อนที่ผลิตได้คือ 31.25 J

เจ = 31.25 เจ
ผม = 500 mA = 0.5 A
R = 125 W
ท =?
เสื้อ = (J) / (I²* ร)
เสื้อ = (31.25) / (0.5²) (125) = (31.25) / (0.25) (125) = (31.25) / (31.25) = 1 วินาที

วงจรเชื่อมต่อเป็นเวลา 1 วินาที