فیزیکدان مشهور روسی لنز و فیزیکدان انگلیسی ژول، با انجام آزمایشاتی بر روی مطالعه اثرات حرارتی جریان الکتریکی، به طور مستقل قانون ژول-لنز را استخراج کردند. این قانون رابطه بین مقدار گرمای آزاد شده در هادی و جریان الکتریکی عبوری از این هادی را برای مدت زمان معینی منعکس می کند.

خواص جریان الکتریکی

هنگامی که جریان الکتریکی از یک هادی فلزی عبور می کند، الکترون های آن دائما با ذرات خارجی مختلف برخورد می کنند. اینها می توانند مولکول های خنثی معمولی یا مولکول هایی باشند که الکترون های خود را از دست داده اند. یک الکترون در حال حرکت می تواند یک الکترون دیگر را از یک مولکول خنثی جدا کند. در نتیجه انرژی جنبشی آن از بین می رود و به جای یک مولکول، یک یون مثبت تشکیل می شود. در موارد دیگر، برعکس، الکترون با یک یون مثبت ترکیب می شود و یک مولکول خنثی را تشکیل می دهد.

در فرآیند برخورد الکترون ها و مولکول ها انرژی مصرف می شود که بعداً به گرما تبدیل می شود. مصرف مقدار معینی انرژی با تمام حرکاتی که در طی آن فرد باید بر مقاومت غلبه کند، مرتبط است. در این زمان، کار صرف شده برای غلبه بر مقاومت اصطکاکی به انرژی حرارتی تبدیل می شود.

فرمول و تعریف قانون ژول لنز

طبق قانون لنز ژول، جریان الکتریکی که از یک هادی می گذرد با مقداری گرما همراه است که با مجذور جریان و مقاومت و همچنین مدت زمانی که طول می کشد تا این جریان از هادی عبور کند، نسبت مستقیم دارد. .

در قالب یک فرمول، قانون ژول لنز به صورت زیر بیان می شود: Q \u003d I 2 Rt، که در آن Q مقدار گرمای آزاد شده را نشان می دهد، I - ، R مقاومت هادی است، t دوره زمانی است. مقدار "k" معادل حرارتی کار است و در مواردی استفاده می شود که مقدار گرما بر حسب کالری، قدرت جریان - , مقاومت - بر حسب اهم و زمان - بر حسب ثانیه اندازه گیری می شود. مقدار عددی k برابر 0.24 است که مربوط به جریان 1 آمپر است که با مقاومت رسانای 1 اهم مقدار گرمایی معادل 0.24 کیلوکالری به مدت 1 ثانیه آزاد می کند. بنابراین برای محاسبه مقدار گرمای آزاد شده بر حسب کالری از فرمول Q = 0.24I 2 Rt استفاده می شود.

هنگام استفاده از سیستم واحدهای SI، مقدار گرما در ژول اندازه گیری می شود، بنابراین مقدار "k"، در رابطه با قانون ژول-لنز، برابر با 1 خواهد بود و فرمول به نظر می رسد: Q \u003d I 2 Rt. با توجه به I = U/R. اگر این مقدار فعلی به فرمول اصلی جایگزین شود، شکل زیر را به خود می گیرد: Q \u003d (U 2 / R) t.

فرمول پایه Q = I 2 Rt هنگام محاسبه مقدار گرمایی که در صورت اتصال سری آزاد می شود بسیار راحت است. قدرت جریان در همه هادی ها یکسان خواهد بود. هنگامی که چندین هادی به صورت سری به هم متصل می شوند، هر یک از آنها گرمای زیادی را آزاد می کند که متناسب با مقاومت هادی خواهد بود. اگر سه سیم مسی، آهنی و نیکل یکسان به صورت سری به هم متصل شوند، حداکثر مقدار گرما در آخر آزاد می شود. این به دلیل بالاترین مقاومت ویژه نیکلین و گرمایش قوی تر این سیم است.

هنگامی که هادی های یکسان به صورت موازی متصل می شوند، مقدار جریان الکتریکی در هر یک از آنها متفاوت است و ولتاژ در انتها یکسان خواهد بود. در این مورد، فرمول Q \u003d (U 2 / R) t برای محاسبات مناسب تر است. مقدار گرمای آزاد شده توسط یک هادی با رسانایی آن نسبت معکوس خواهد داشت. بنابراین، قانون ژول-لنز به طور گسترده ای برای محاسبه تاسیسات روشنایی الکتریکی، وسایل گرمایشی و گرمایشی مختلف و همچنین سایر وسایل مرتبط با تبدیل انرژی الکتریکی به گرما استفاده می شود.

قانون ژول لنز کار و قدرت جریان الکتریکی