Fisikawan Rusia terkenal Lenz dan fisikawan Inggris Joule, yang melakukan eksperimen pada studi efek termal arus listrik, secara independen menurunkan hukum Joule-Lenz. Hukum ini mencerminkan hubungan antara jumlah panas yang dilepaskan dalam konduktor dan arus listrik yang melewati konduktor ini untuk jangka waktu tertentu.
Sifat arus listrik
Ketika arus listrik melewati konduktor logam, elektronnya terus-menerus bertabrakan dengan berbagai partikel asing. Ini bisa berupa molekul netral biasa atau molekul yang kehilangan elektron. Sebuah elektron dalam proses pergerakan dapat memisahkan satu elektron lagi dari molekul netral. Akibatnya, energi kinetiknya hilang, dan bukannya molekul, ion positif terbentuk. Dalam kasus lain, elektron, sebaliknya, bergabung dengan ion positif dan membentuk molekul netral.
Dalam proses tumbukan elektron dan molekul, energi dikonsumsi, yang kemudian berubah menjadi panas. Pengeluaran sejumlah energi dikaitkan dengan semua gerakan di mana seseorang harus mengatasi resistensi. Pada saat ini, usaha yang dikeluarkan untuk mengatasi hambatan gesek diubah menjadi energi panas.
Rumus dan definisi hukum Joule Lenz
Menurut hukum Lenz Joule, arus listrik yang melewati suatu penghantar disertai dengan jumlah panas yang berbanding lurus dengan kuadrat arus dan hambatannya, serta waktu yang diperlukan arus ini untuk mengalir melalui penghantar tersebut. .
Dalam bentuk rumus, hukum Joule-Lenz dinyatakan sebagai berikut: Q \u003d I 2 Rt, di mana Q menampilkan jumlah panas yang dilepaskan, I - , R adalah resistansi konduktor, t adalah periode waktu. Nilai "k" adalah ekuivalen termal kerja dan digunakan dalam kasus di mana jumlah panas diukur dalam kalori, kekuatan arus - , hambatan - dalam ohm, dan waktu - dalam detik. Nilai numerik k adalah 0,24, yang sesuai dengan arus 1 ampere, yang, dengan resistansi konduktor 1 ohm, melepaskan sejumlah panas yang sama dengan 0,24 kkal selama 1 detik. Oleh karena itu, untuk menghitung jumlah kalor yang dilepaskan dalam kalori, digunakan rumus Q = 0,24I 2 Rt.
Saat menggunakan sistem satuan SI, jumlah panas diukur dalam joule, sehingga nilai "k", dalam kaitannya dengan hukum Joule-Lenz, akan sama dengan 1, dan rumusnya akan terlihat seperti: Q \u003d saya 2 Rt. Menurut I = U/R. Jika nilai arus ini disubstitusikan ke dalam rumus utama, maka akan berbentuk sebagai berikut: Q \u003d (U 2 / R) t.
Rumus Dasar Q = I 2 Rt sangat nyaman digunakan saat menghitung jumlah panas yang dilepaskan dalam kasus sambungan seri. Kekuatan arus di semua konduktor akan sama. Ketika beberapa konduktor dihubungkan secara seri sekaligus, masing-masing akan melepaskan begitu banyak panas, yang akan sebanding dengan hambatan konduktor. Jika tiga kawat tembaga, besi, dan nikel identik dihubungkan secara seri, maka jumlah panas maksimum yang akan dilepaskan paling akhir. Hal ini disebabkan oleh resistensi spesifik tertinggi dari nikel dan pemanasan yang lebih kuat dari kawat ini.
Jika penghantar yang sama dirangkai secara paralel, nilai kuat arus listrik pada masing-masing penghantar tersebut akan berbeda, dan tegangan pada ujungnya akan sama. Dalam hal ini, rumus Q \u003d (U 2 / R) t lebih cocok untuk perhitungan. Banyaknya kalor yang dilepaskan oleh suatu penghantar akan berbanding terbalik dengan konduktivitasnya. Dengan demikian, hukum Joule-Lenz banyak digunakan untuk menghitung instalasi penerangan listrik, berbagai perangkat pemanas dan pemanas, serta perangkat lain yang terkait dengan konversi energi listrik menjadi panas.
