>>فیزیک و نجوم >>فیزیک درجه 9 >>فیزیک: اثر حرارتی جریان

هنگامی که جریان الکتریکی از یک هادی عبور می کند، هادی گرم می شود. این پدیده در سال 1800 توسط دانشمند فرانسوی Antoine Fourcroix کشف شد. او با عبور جریان از یک سیم پیچ آهنی توانست آن را تا دمای بسیار بالایی گرم کند. پس از 41 سال، فیزیکدان انگلیسی J. Joule به اثر حرارتی جریان علاقه مند شد و یک سال بعد دانشمند روسی E. X. Land. آنها دریافتند که:
مقدار گرمای آزاد شده توسط یک هادی با جریان برابر است با حاصل ضرب مجذور قدرت جریان، مقاومت هادی و مدت زمانی که جریان از آن عبور می کند.
حالا این قانون نامیده می شود قانون ژول لنز. از نظر ریاضی به صورت فرمول زیر بیان می شود:

گرمایش جریان هادی به دلیل برهمکنش حامل های جریان با اتم ها یا یون های ماده است. در نتیجه این فعل و انفعال انرژی داخلی هادی افزایش می یابد و گرم می شود. هادی گرم شده انرژی دریافتی را به محیط می دهد. این انرژی مقدار گرمایی است که توسط قانون ژول لنز تعیین می شود.
قانون ژول-لنز به صورت تجربی کشف شد. اما می توان یک توجیه نظری برای آن قائل شد.
هنگامی که جریان الکتریکی از یک هادی عبور می کند، کار انجام می شود که با عبارت (18.2) تعیین می شود: A=IU/t. ولی U=IR. بنابراین

اگر رسانایی که جریان از طریق آن می گذرد بی حرکت بماند و هیچ واکنش شیمیایی در آن رخ ندهد، تمام این کارها به سمت افزایش انرژی داخلی آن می رود. در این حالت مقدار گرمای آزاد شده توسط هادی حامل جریان با کار جریان منطبق است و بنابراین با همان عبارت تعیین می شود.
با جریان بسیار زیاد، هادی فلزی می تواند داغ شود و بسوزد (ذوب شود). این عمل مبتنی است فیوزها. هدف آنها خاموش کردن خودکار مدار الکتریکی زمانی است که جریان بیش از حد مجاز در آن باشد. نماد فیوز در جدول 2 آورده شده است (بند 9 را ببینید).
شکل 46 فیوز مورد استفاده در تجهیزات الکترونیکی را نشان می دهد. قسمت اصلی آن یک سیم فلزی کم ذوب (به عنوان مثال سرب) است که ضخامت آن برای جریان خاصی (0.5 A، 1 A، 2 A و غیره) طراحی شده است. اگر قدرت جریان به دلایلی (مثلاً در طول اتصال کوتاه) از مقدار مجاز بیشتر شود، سیم ذوب می شود و مدار باز می شود.

سیم کشی در ساختمان های مسکونی، به عنوان یک قاعده، برای 6 A یا 10 A طراحی شده است. فیوزهای آپارتمان (شاخه) مورد استفاده برای محافظت از آن در شکل 47، a، b نشان داده شده است. در مورد اول (نگاه کنید به شکل 47، a)، پس از سوختن نخ، کل چوب پنبه جایگزین می شود، در مورد دوم (نگاه کنید به شکل 47، b) فقط درج قابل ذوب آن است.

???
1. چرا هادی که جریان از آن عبور می کند گرم می شود؟
2. قانون ژول-لنز را فرموله کنید.
3. هدف از فیوزها چیست؟
4. در مورد دستگاه و اصل عملکرد فیوزها بگویید. چگونه در نمودارها نشان داده شده اند؟
5. دستگاه هایی را که می شناسید و از اثر حرارتی جریان استفاده می کنند فهرست کنید.

S.V. گروموف، I.A. میهن، فیزیک پایه نهم