Законът на Жул-Ленц: неговото формулиране и приложение

През 1841 и 1842 г. независимо един от друг английските и руските физици установяват зависимостта на количеството топлина от потока на тока в проводника. Тази зависимост беше наречена „законът на Жул-Ленц“. Англичанинът установява зависимост една година по-рано от руската, но законът получи името си от имената и на двамата учени, тъй като изследванията им бяха независими. Законът не е теоретичен, но има голямо практическо значение. И така, нека да разберем накратко и ясно определението на закона за Жул-Ленц и къде се прилага.

формулировка

В истински проводник, когато през него тече ток, се извършва работа срещу силите на триене. Електроните се движат през жица и се сблъскват с други електрони, атоми и други частици. В резултат на това се генерира топлина. Законът на Джоул-Ленц описва количеството топлина, отделяна, когато токът тече през проводник. Той е пряко пропорционален на силата на тока, съпротивлението и времето на потока.

В интегрална форма законът на Жул-Ленц изглежда така:

Интегрална форма

Силата на тока се обозначава с буквата I и се изразява в Ампер, Съпротивление - R в Ом, а времето t - в секунди. Мерната единица за топлина Q - Joule, за да преобразувате в калории, трябва да умножите резултата по 0,24. В този случай 1 калория е равна на количеството топлина, което трябва да се пренесе в чиста вода, за да се повиши температурата й с 1 градус.

Такъв запис на формула е валиден за схема на верига със серийно свързване на проводници, когато в тях тече един ток, но различно напрежение спада в краищата. Продуктът на тока, квадратиран от съпротивлението, е равен на мощността. В същото време мощността е пряко пропорционална на квадрата на напрежението и обратно пропорционална на съпротивлението. Тогава за електрическа верига с паралелна връзка законът на Джоул-Ленц може да бъде записан като:

Паралелна връзка

В диференциална форма изглежда така:

Диференциална формула на закона на Жул-Ленц

Където j е плътността на тока A / cm2, E е силата на електрическото поле, сигма е специфичното съпротивление на проводника.

Трябва да се отбележи, че за хомогенна секция на веригата, съпротивлението на елементите ще бъде същото. Ако във веригата има проводници с различно съпротивление, възниква ситуация, когато максималното количество топлина се отделя върху тази, която има най-голямо съпротивление, което може да се заключи чрез анализ на формулата на закона на Джоул-Ленц.

ЧЗВ

Как да намерите времето? Това се отнася до периода на текущия поток през проводника, тоест когато веригата е затворена.

Как да намерите съпротивлението на проводник? За да определите съпротивлението, използвайки формулата, която често се нарича "релса", тоест:

Определяне на съпротивлението в проводник

Тук буквата "Po" означава съпротивлението, то се измерва в Ohm * m / cm2, l и S са дължината и площта на напречното сечение. При изчисленията квадратните метри и сантиметри се намаляват, а ома остава.

Съпротивлението е таблична стойност и е различно за всеки метал. Медта е с порядък по-малък от този на сплавите с висока устойчивост, като волфрам или нихром. За какво се прилага ще разгледаме по-долу.

Метално съпротивление

Нека да преминем към практика

Законът на Джоул-Ленц е от голямо значение за изчисленията на електротехниката. На първо място, можете да го приложите при изчисляване на отоплителни устройства. Като нагревателен елемент най-често се използва проводник, но не обикновен (например мед), но с висока устойчивост. Най-често това е нихром или кантал, фехрал.

Прилагане на закона на практика

Имат голямо съпротивление. Можете да използвате мед, но след това ще похарчите много кабел (сарказъм, медта не се използва за тази цел). За да изчислите топлинната мощност за отоплително устройство, трябва да определите кое тяло и в какви обеми трябва да отоплявате, да вземете предвид необходимото количество топлина и колко време тя трябва да бъде прехвърлена към тялото. След изчисления и трансформации ще получите съпротивлението и силата на тока в тази верига. Въз основа на данните за съпротивлението изберете материала на проводника, неговото напречно сечение и дължина.

Закон на Жул-Ленц за предаване на електричество на разстояние

при предаване на мощност на разстояния възниква значителен проблем - загуби на електропроводи (преносни линии). Законът на Джоул-Ленц описва количеството топлина, отделяна от проводник, когато тече ток. Електропроводът захранва цели предприятия и градове и за това е необходима много мощност, в резултат на това голям ток. Тъй като количеството топлина зависи от съпротивлението на проводника и тока, така че кабелът да не се нагрява, трябва да намалите количеството топлина. Не винаги е възможно да се увеличи напречното сечение на проводниците, защото това е скъпо по отношение на цената на самата мед и теглото на кабела, което води до увеличаване на цената на носещата конструкция. По-долу са показани електропроводи с високо напрежение. Това са масивни метални конструкции, предназначени да издигнат кабела до безопасна височина над земята, за да се избегне токов удар.

Предаване на мощност на разстояния

Следователно е необходимо да се намали токът, за да се направи това увеличаване на напрежението. Между градовете електропроводите обикновено имат напрежение 220 или 110 kV, а при потребителя той пада до желаната стойност, използвайки трансформаторни подстанции (KTP) или брой KTP, постепенно понижаващи се до по-безопасни стойности за предаване, например 6 kV.

По този начин, при една и съща консумация на енергия при напрежение 380/220 V, токът ще намалее стотици и хиляди пъти по-нисък. И според закона на Джоул-Ленц количеството топлина в този случай се определя от мощността, която се губи върху кабела.

Предпазители и предпазители

Законът за Жул-Ленц се прилага за предпазители. Това са елементите, които предпазват електрическото или електронното устройство от прекомерни токове за него, които могат да възникнат в резултат на скок на захранващото напрежение, т.е. късо съединение върху платката или намотките (в случай на двигатели), за да се предпази от по-нататъшно разрушаване на електрическата система като цяло и пожар. Те се състоят от корпус, изолатор и тънка жица. Проводникът е избран в такава секция, че номиналният ток тече през него, а когато се превиши, количеството на генерираната топлина го изгаря.

В резултат на гореизложеното заключаваме, че Законът за Жул-Ленц намери широко приложение и е много важен за електротехниката. Благодарение на информацията за количеството топлина, осигурено от изчисленията съгласно формулите, посочени по-горе, можем да научим за режимите на работа на устройствата, да изберем необходимите материали и напречно сечение, за да повишим безопасността, надеждността и издръжливостта на устройството или веригата като цяло.

С това приключваме нашата статия. Надяваме се, че предоставената информация е била полезна и интересна за вас. И накрая, препоръчваме да гледате видео, в което този въпрос е обсъден по-подробно:

Със сигурност не знаете:

(4 гласа)
Зареждането ...

Добавете коментар

Задължителните полета са маркирани *