O famoso físico russo Lenz e o físico inglês Joule, realizando experimentos sobre o estudo dos efeitos térmicos da corrente elétrica, derivaram independentemente a lei de Joule-Lenz. Essa lei reflete a relação entre a quantidade de calor liberada no condutor e a corrente elétrica que passa por esse condutor por um determinado período de tempo.
Propriedades da corrente elétrica
Quando uma corrente elétrica passa por um condutor metálico, seus elétrons colidem constantemente com várias partículas estranhas. Estas podem ser moléculas neutras comuns ou moléculas que perderam elétrons. Um elétron no processo de movimento pode separar mais um elétron de uma molécula neutra. Como resultado, sua energia cinética é perdida e, em vez de uma molécula, um íon positivo é formado. Em outros casos, o elétron, ao contrário, combina-se com um íon positivo e forma uma molécula neutra.
No processo de colisões de elétrons e moléculas, é consumida energia, que posteriormente se transforma em calor. O gasto de uma certa quantidade de energia está associado a todos os movimentos durante os quais se deve vencer a resistência. Nesse momento, o trabalho gasto para vencer a resistência ao atrito é convertido em energia térmica.
Fórmula e definição da lei de Joule Lenz
De acordo com a lei de Lenz Joule, uma corrente elétrica que passa por um condutor é acompanhada por uma quantidade de calor que é diretamente proporcional ao quadrado da corrente e da resistência, bem como o tempo que essa corrente leva para fluir pelo condutor. .
Na forma de uma fórmula, a lei de Joule-Lenz é expressa da seguinte forma: Q \u003d I 2 Rt, em que Q exibe a quantidade de calor liberada, I - , R é a resistência do condutor, t é o período de tempo. O valor de "k" é o equivalente térmico do trabalho e é usado nos casos em que a quantidade de calor é medida em calorias, força de corrente - , resistência - em ohms e tempo - em segundos. O valor numérico de k é 0,24, que corresponde a uma corrente de 1 ampere, que, com uma resistência condutora de 1 ohm, libera uma quantidade de calor igual a 0,24 kcal por 1 segundo. Portanto, para calcular a quantidade de calor liberado em calorias, é utilizada a fórmula Q = 0,24I 2 Rt.
Ao usar o sistema de unidades SI, a quantidade de calor é medida em joules, portanto, o valor de "k", em relação à lei de Joule-Lenz, será igual a 1, e a fórmula será semelhante a: Q \u003d I 2 R. De acordo com I = U/R. Se esse valor atual for substituído na fórmula principal, ele assumirá a seguinte forma: Q \u003d (U 2 / R) t.
Fórmula básica Q = I 2 Rt é muito conveniente de usar ao calcular a quantidade de calor liberada no caso de uma conexão em série. A intensidade da corrente em todos os condutores será a mesma. Quando vários condutores são conectados em série ao mesmo tempo, cada um deles liberará tanto calor, que será proporcional à resistência do condutor. Se três fios idênticos de cobre, ferro e níquel forem conectados em série, a quantidade máxima de calor será liberada por último. Isso se deve à maior resistência específica da niquelina e ao aquecimento mais forte desse fio.
Quando os mesmos condutores são conectados em paralelo, o valor da corrente elétrica em cada um deles será diferente e a tensão nas extremidades será a mesma. Nesse caso, a fórmula Q \u003d (U 2 / R) t é mais adequada para cálculos. A quantidade de calor liberada por um condutor será inversamente proporcional à sua condutividade. Assim, a lei de Joule-Lenz é amplamente utilizada para o cálculo de instalações de iluminação elétrica, vários dispositivos de aquecimento e aquecimento, bem como outros dispositivos associados à conversão de energia elétrica em calor.
