>>Physik und Astronomie >>Physik Klasse 9 >>Physik: Thermische Wirkung von Strom

Wenn ein elektrischer Strom durch einen Leiter fließt, erwärmt sich der Leiter. Dieses Phänomen wurde 1800 von dem französischen Wissenschaftler Antoine Fourcroix entdeckt. Indem er einen Strom durch eine Eisenspule leitete, gelang es ihm, diese auf eine sehr hohe Temperatur zu erhitzen. Nach 41 Jahren interessierte sich der englische Physiker J. Joule für die thermische Wirkung der Strömung und ein Jahr später der russische Wissenschaftler E. X. Land. Sie fanden Folgendes heraus:
Die Wärmemenge, die von einem stromdurchflossenen Leiter abgegeben wird, ist gleich dem Produkt aus dem Quadrat der Stromstärke, dem Widerstand des Leiters und der Zeit, die der Strom benötigt, um durch ihn zu fließen.
Jetzt heißt dieses Gesetz Joule-Lenz-Gesetz. Mathematisch wird es durch die folgende Formel ausgedrückt:

Die Stromerwärmung des Leiters beruht auf der Wechselwirkung von Stromträgern mit ankommenden Atomen oder Ionen der Substanz. Durch diese Wechselwirkung erhöht sich die innere Energie des Leiters und er erwärmt sich. Der erhitzte Leiter gibt die aufgenommene Energie an die Umgebung ab. Diese Energie ist die Wärmemenge, die durch das Joule-Lenz-Gesetz bestimmt wird.
Das Joule-Lenz-Gesetz wurde experimentell entdeckt. Aber es kann eine theoretische Begründung gegeben werden.
Wenn ein elektrischer Strom durch einen Leiter fließt, wird Arbeit verrichtet, bestimmt durch den Ausdruck (18.2): A=IE/t. Aber U=IR. So

Wenn der Leiter, durch den der Strom fließt, bewegungslos bleibt und keine chemischen Reaktionen in ihm stattfinden, dann wird all diese Arbeit dazu verwendet, seine innere Energie zu erhöhen. In diesem Fall fällt die vom stromdurchflossenen Leiter abgegebene Wärmemenge mit der Arbeit des Stroms zusammen und wird daher durch denselben Ausdruck bestimmt.
Bei einem sehr großen Strom kann ein Metallleiter heiß werden und durchbrennen (schmelzen). Diese Aktion basiert Sicherungen. Ihr Zweck besteht darin, den Stromkreis automatisch auszuschalten, wenn ein Strom den zulässigen Fluss darin überschreitet. Das Symbol für die Sicherung ist in Tabelle 2 angegeben (siehe § 9).
Abbildung 46 zeigt eine Sicherung, die in elektronischen Geräten verwendet wird. Sein Hauptteil ist ein niedrigschmelzender Metalldraht (z. B. Blei), dessen Dicke für einen bestimmten Strom (0,5 A, 1 A, 2 A usw.) ausgelegt ist. Wenn die Stromstärke aus dem einen oder anderen Grund (z. B. während eines Kurzschlusses) den zulässigen Wert überschreitet, schmilzt der Draht und der Stromkreis wird unterbrochen.

Die Verkabelung in Wohngebäuden ist in der Regel für 6 A oder 10 A ausgelegt. Die zu ihrer Absicherung verwendeten Wohnungssicherungen (Stecker) sind in Abbildung 47, a, b dargestellt. Im ersten Fall (siehe Abb. 47, a) wird nach dem Durchbrennen des Fadens der gesamte Korken ersetzt, im zweiten Fall (siehe Abb. 47, b) nur sein Schmelzeinsatz.

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1. Warum erwärmt sich der stromdurchflossene Leiter?
2. Formulieren Sie das Joule-Lenz-Gesetz.
3. Wozu dienen Sicherungen?
4. Erzählen Sie uns von dem Gerät und dem Funktionsprinzip von Sicherungen. Wie werden sie in den Diagrammen angezeigt?
5. Listen Sie die Ihnen bekannten Geräte auf, die den thermischen Effekt des Stroms nutzen.

S.V. Gromow, I.A. Heimat, Physik Klasse 9