Приклад закону Джоуля

При циркуляції електричного струму частина енергії перетворюється в роботу, а частина — в тепло. Це тепло виробляється тому, що, коли електричний струм проходить через ланцюг, він повинен подолати опір, який надає провідник. Ця енергія, яка використовується для подолання опору, виділяється у вигляді тепла.

Це явище спостерігав англійський учений Джеймс Прескотт Джоуль, який також спостерігав зв’язки, що існують між часом, коли струм, а також інтенсивність цього струму, з теплом або з виробленою роботою, і використовували різні методи вимірювання струму та тепла згенеровано. Виклад закону Джоуля такий:

Теплота, що виділяється в провіднику при проходженні струму, прямо пропорційна опору, квадрату струму і часу його підключення.

Через провідники проходить струм, виміряний в амперах; чим більший опір проходженню струму має провідник, тим важче буде електронам рухатися по провіднику. Енергія, що використовується для руху потоку електронів, розсіюється у вигляді тепла.

Спостереження Джоуля синтезуються за такою формулою:

J = я²* Р * т
J = це міра виробленої теплоти, яка вимірюється в Джоулях. Один джоуль дорівнює 0,24 калорії.
I = Це струм. Він вимірюється в амперах.
R = опір провідника або навантаження, вимірюється в Омах (Вт)
t = Це час, протягом якого струм циркулює по провіднику, або також час, протягом якого ланцюг залишається підключеним. Вимірюється в секундах.

З цієї формули ми можемо обчислити будь-яку з інших величин:

I = √ (J) / (R * t)
R = (J) / (І²* т)
t = (J) / (І²* R)

Приклади закону Джоуля

Приклад 1. Обчисліть тепло, яке виділяє струм силою 2 А на опорі 150 Вт за 7 секунд.

J =?
I = 2 А
R = 150 Вт
t = 7 с
J = я²* Р * т
J = (2²) (150) (7) = (4) (150) (7) = 4200 Дж

Виділяється 4200 джоулів тепла.

Приклад 2. Обчисліть силу струму, що протікає через ланцюг, якщо відомо, що на опорі 150 Вт 1500 Дж.

Дж = 1500 Дж
я =?
R = 80 Вт
t = 3 с
I = √ (J) / (R * t)
I = √ (1500) / (80 * 3) = √ (1500) / (240) = √6,25 = 2,5 A

Струм ланцюга становить 2,5 А.

Приклад 3. Обчисліть опір провідника, якщо ми знаємо, що сила струму 1,25 А, час 4,5 секунди, а теплота, що виділяється, 1458 Дж.

J = 1458 Дж
I = 1,2 А
R =?
t = 4,5 с
R = (J) / (І²* т)
R = (1458) / (1,2²) (4,5) = (1458) / (1,44) (4,5) = (1458) / (6,48) = 225 Вт

Опір провідника 225 Ом.

Приклад 4. Обчисліть, скільки часу підключено ланцюг, якщо сила струму 500 мА, опір провідника 125 Вт і виділена теплота 31,25 Дж.

Дж = 31,25 Дж
I = 500 мА = 0,5 А
R = 125 Вт
t =?
t = (J) / (І²* R)
t = (31,25) / (0,5²) (125) = (31,25) / (0,25) (125) = (31,25) / (31,25) = 1 с

Ланцюг підключається на 1 секунду.