Приклад закону Джоуля

Коли циркулює електричний струм, частина енергії перетворюється на роботу, а частина перетворюється на тепло. Це тепло виробляється, тому що коли електричний струм проходить через ланцюг, він повинен подолати опір, який надає провідник. Ця енергія, що застосовується для подолання опору, виділяється у вигляді тепла.

Це явище спостерігав англійський вчений Джеймс Прескотт Джоуль, який також спостерігав взаємозв'язки, що існують між тим часом, коли струму, а також інтенсивності цього струму, з теплом або з генерованою роботою, і використовували різні методи вимірювання струму та тепла генерується. Положення закону Джоуля є таким:

Тепло, яке виробляється в провіднику при проходженні струму, прямо пропорційне опору, квадрату струму і часу його підключення.

Струм, виміряний в амперах, проходить через провідники; чим більше опору проходженню струму у провідника, тим важче буде рухатися електронам через провідник. Енергія, яка використовується для руху потоку електронів, розсіюється у вигляді тепла.

Спостереження Джоуля синтезуються у такій формулі:

J = I²* R * t
J = Це міра виробленого тепла, яке вимірюється в Джоулях. Один джоуль дорівнює 0,24 калорії.
I = Це Струм. Вимірюється в амперах.
R = опір провідника або навантаження, виміряне в Омах (Вт)
t = Це час, коли струм циркулює через провідник, або також час, коли ланцюг залишається підключеним. Вимірюється секундами.

За цією формулою ми можемо розрахувати будь-яку іншу величину:

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

Приклади закону Джоуля

Приклад 1. Обчисліть тепло, яке виробляється струмом 2А на опорі 150 Вт, протягом 7 секунд.

J =?
I = 2 A
R = 150 Вт
t = 7 с
J = I²* R * t
J = (2²) (150) (7) = (4) (150) (7) = 4200 Дж

Виробляється 4200 Джоулів тепла.

Приклад 2. Обчисліть струм, який циркулює по ланцюгу, якщо ми знаємо, що на опорі 150 Вт 1500 Дж.

J = 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 струму становить 2,5 А.

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

J = 1458 Дж
I = 1,2 А
R =?
t = 4,5 с
R = (J) / (I²* т)
R = (1458) / (1.2²) (4,5) = (1458) / (1,44) (4,5) = (1458) / (6,48) = 225 Вт

Опір провідника становить 225 Ом.

Приклад 4. Обчисліть, на скільки часу підключена ланцюг, якщо струм 500 мА, опір провідника 125 Вт, а тепло, що виробляється, 31,25 Дж.

J = 31,25 Дж
I = 500 мА = 0,5 А
R = 125 Вт
t =?
t = (J) / (I²* R)
t = (31,25) / (0,5²) (125) = (31,25) / (0,25) (125) = (31,25) / (31,25) = 1 с

Схема підключається на 1 секунду.