>>Fysiikka ja tähtitiede >>Fysiikka luokka 9 >>Fysiikka: Virran lämpövaikutus

Kun sähkövirta kulkee johtimen läpi, johdin lämpenee. Tämän ilmiön löysi vuonna 1800 ranskalainen tiedemies Antoine Fourcroix. Ohjaamalla virran rautakelan läpi hän onnistui lämmittämään sen erittäin korkeaan lämpötilaan. 41 vuoden kuluttua englantilainen fyysikko J. Joule kiinnostui virran lämpövaikutuksesta ja vuotta myöhemmin venäläinen tiedemies E. X. Land. He havaitsivat, että:
Johtimen virralla vapauttaman lämmön määrä on yhtä suuri kuin virran voimakkuuden, johtimen resistanssin ja ajan, jonka virta kulkee sen läpi, neliön tulo.
Nyt tätä lakia kutsutaan Joule-Lenzin laki. Matemaattisesti se ilmaistaan ​​seuraavalla kaavalla:

Johtimen virran kuumeneminen johtuu virrankantajien vuorovaikutuksesta aineen vastaan ​​tulevien atomien tai ionien kanssa. Tämän vuorovaikutuksen seurauksena johtimen sisäinen energia kasvaa ja se lämpenee. Lämmitetty johdin luovuttaa vastaanotetun energian ympäristöön. Tämä energia on lämmön määrä, joka määräytyy Joule-Lenzin lain mukaan.
Joule-Lenzin laki löydettiin kokeellisesti. Mutta sille voidaan antaa teoreettinen perustelu.
Kun sähkövirta kulkee johtimen läpi, työ suoritetaan lausekkeen (18.2) mukaan: A = IU/t. Mutta U = IR. Niin

Jos johdin, jonka läpi virta kulkee, pysyy liikkumattomana eikä siinä tapahdu kemiallisia reaktioita, kaikki tämä työ lisää sen sisäistä energiaa. Tässä tapauksessa virtaa kuljettavan johtimen vapauttama lämmön määrä osuu yhteen virran työn kanssa ja määräytyy siksi samalla lausekkeella.
Erittäin suurella virralla metallijohdin voi kuumentua ja palaa (sulaa). Tämä toiminta perustuu sulakkeet. Niiden tarkoitus on sammuttaa sähköpiiri automaattisesti, kun virta ylittää siinä sallitun virtauksen. Sulakkeen symboli on annettu taulukossa 2 (katso § 9).
Kuvassa 46 on elektroniikkalaitteissa käytetty sulake. Sen pääosa on matalassa lämpötilassa sulava metallilanka (esimerkiksi lyijy), jonka paksuus on suunniteltu tietylle virralle (0,5 A, 1 A, 2 A jne.). Jos virran voimakkuus syystä tai toisesta (esimerkiksi oikosulun aikana) ylittää sallitun arvon, lanka sulaa ja virtapiiri avautuu.

Asuinrakennusten johdotus on suunniteltu pääsääntöisesti 6 A:lle tai 10 A:lle. Sen suojaamiseen käytettävät asunnon sulakkeet (pistokkeet) on esitetty kuvassa 47, a, b. Ensimmäisessä tapauksessa (katso kuva 47, a) langan palamisen jälkeen vaihdetaan koko korkki, toisessa tapauksessa (katso kuva 47, b) vain sen sulava sisäosa.

???
1. Miksi johdin, jonka läpi virta kulkee, lämpenee?
2. Muotoile Joule-Lenzin laki.
3. Mikä on sulakkeiden tarkoitus?
4. Kerro meille laitteesta ja sulakkeiden toimintaperiaatteesta. Miten ne on merkitty kaavioihin?
5. Luettele tuntemasi laitteet, jotka käyttävät virran lämpövaikutusta.

S.V. Gromov, I.A. Isänmaa, fysiikka luokka 9