Missä tahansa johtimessa liikkuessaan sähkövirta siirtää siihen jonkin verran energiaa, minkä seurauksena johdin lämpenee. Energiansiirto tapahtuu molekyylien tasolla: virran elektronien vuorovaikutuksen seurauksena johtimen ionien tai atomien kanssa osa energiasta jää jälkimmäiseen.
Virran lämpövaikutus johtaa johdinhiukkasten nopeampaan liikkumiseen. Sitten se kasvaa ja muuttuu lämmöksi.
Laskentakaava ja sen elementit
Virran lämpövaikutus voidaan varmistaa erilaisilla kokeilla, joissa virran työ muunnetaan sisäiseksi johtimen energiaksi. Samalla jälkimmäinen lisääntyy. Sitten johdin antaa sen ympäröiville kappaleille, eli lämmönsiirto tapahtuu johtimen lämmittämisessä.
Laskentakaava tässä tapauksessa on seuraava: A=U*I*t.
Lämmön määrää voidaan merkitä Q:lla. Tällöin Q=A tai Q=U*I*t. Tietäen, että U=IR, saadaan Q=I*R*t, joka muotoiltiin Joule-Lenzin laissa.
Virran lämpövaikutuksen laki on Joule-Lenzin laki
Johtajaa, jossa virtaukset ovat tutkineet monet tiedemiehet. Merkittävimmät tulokset saavutettiin kuitenkin Englannista ja Emil Khristianovitš Lenz Venäjältä. Molemmat tutkijat työskentelivät erikseen ja kokeiden tulosten perusteella tehtiin johtopäätökset toisistaan riippumatta.
He johtivat lain, jonka avulla on mahdollista arvioida johtimeen kohdistuvan virran vaikutuksesta saatu lämpö. Sitä kutsutaan Joule-Lenzin laiksi.
Harkitse käytännössä virran lämpövaikutusta. Otetaan seuraavat esimerkit:
- Tavallinen hehkulamppu.
- Lämmityslaitteet.
- sulake asunnossa.
- Sähkökaari.
Hehkulamppu
Virran lämpövaikutus ja lain löytäminen vaikuttivat sähkötekniikan kehitykseen ja sähkön käyttömahdollisuuksien lisääntymiseen. Tutkimustulosten soveltaminen näkyy esimerkissä perinteisestä hehkulampusta.
Se on suunniteltu siten, että sisään vedetään volframilangasta valmistettu lanka. Tämä metalli on tulenkestävää ja sillä on korkea resistiivisyys. Kun se kulkee hehkulampun läpi, tapahtuu sähkövirran lämpövaikutus.
Johtimen energia muuttuu lämmöksi, spiraali lämpenee ja alkaa hehkua. Hehkulampun haittana ovat suuret energiahäviöt, koska se alkaa hehkua vain pienestä osasta energiaa. Pääosa vain lämpenee.
Tämän ymmärtämiseksi paremmin esitellään se, joka osoittaa toiminnan tehokkuuden ja muuntamisen sähköksi. Virran hyötysuhdetta ja lämpövaikutusta käytetään eri alueilla, koska tällä periaatteella valmistettuja laitteita on monia. Suuremmassa määrin nämä ovat lämmityslaitteita, sähköliesiä, kattiloita ja muita vastaavia laitteita.
Lämmityslaitteiden laite
Yleensä kaikkien lämmityslaitteiden suunnittelussa on metallispiraali, jonka tehtävänä on lämmitys. Jos vettä lämmitetään, spiraali asennetaan erillään, ja tällaiset laitteet tarjoavat tasapainon verkosta tulevan energian ja lämmönvaihdon välillä.
Tiedemiesten edessä on jatkuvasti tehtävänä vähentää energiahäviöitä ja löytää parhaat tavat ja tehokkaimmat suunnitelmat niiden toteuttamiseksi virran lämpövaikutuksen vähentämiseksi. Esimerkiksi käytetään menetelmää jännitteen lisäämiseksi ajan kuluessa, minkä vuoksi virran voimakkuus pienenee. Mutta tämä menetelmä vähentää samalla voimalinjojen toiminnan turvallisuutta.
Toinen tutkimusalue on lankojen valinta. Loppujen lopuksi lämpöhäviö ja muut indikaattorit riippuvat niiden ominaisuuksista. Lisäksi lämmityslaitteiden käytön aikana vapautuu suuri määrä energiaa. Siksi spiraalit on valmistettu erityisesti tähän tarkoitukseen suunnitelluista materiaaleista, jotka kestävät suuria kuormia.
Kotitalouksien sulakkeet
Suojauksen parantamiseksi ja sähköpiirien turvaamiseksi käytetään erityisiä sulakkeita. Pääosa on matalassa lämpötilassa sulavasta metallista valmistettu lanka. Se pyörii posliinikorkissa, siinä on ruuvikierre ja kosketin keskellä. Korkki työnnetään patruunaan, joka sijaitsee posliinilaatikossa.
Lyijylanka on osa yhteistä ketjua. Jos sähkövirran lämpövaikutus kasvaa jyrkästi, johtimen poikkileikkaus ei kestä ja se alkaa sulaa. Tämän seurauksena verkko avautuu, eikä virran ylikuormituksia ole.
Sähkökaari
Sähkökaari on melko tehokas sähköenergian muunnin. Sitä käytetään metallirakenteiden hitsaukseen, ja se toimii myös tehokkaana valonlähteenä.
Laite perustuu seuraavaan. Ota kaksi hiilitankoa, yhdistä johdot ja kiinnitä ne eristeisiin pidikkeisiin. Sen jälkeen sauvat kytketään virtalähteeseen, joka antaa pienen jännitteen, mutta on suunniteltu suurelle virralle. Liitä reostaatti. Hiilen kytkeminen kaupunkiverkossa on kiellettyä, koska se voi aiheuttaa tulipalon. Jos kosketat hiiltä toiseen, näet kuinka kuumia ne ovat. On parempi olla katsomatta tätä liekkiä, koska se on haitallista silmille. Valokaaria käytetään metallin sulatusuuneissa sekä sellaisissa tehokkaissa valaistuslaitteissa kuin valonheittimet, elokuvaprojektorit ja niin edelleen.
