Celebrul fizician rus Lenz și fizicianul englez Joule, efectuând experimente privind studiul efectelor termice ale curentului electric, au derivat independent legea Joule-Lenz. Această lege reflectă relația dintre cantitatea de căldură degajată în conductor și curentul electric care trece prin acest conductor pentru o anumită perioadă de timp.
Proprietățile curentului electric
Când un curent electric trece printr-un conductor metalic, electronii acestuia se ciocnesc constant cu diferite particule străine. Acestea pot fi molecule neutre obișnuite sau molecule care au pierdut electroni. Un electron în procesul de mișcare poate separa încă un electron dintr-o moleculă neutră. Ca urmare, energia sa cinetică se pierde și, în locul unei molecule, se formează un ion pozitiv. În alte cazuri, electronul, dimpotrivă, se combină cu un ion pozitiv și formează o moleculă neutră.
În procesul de ciocnire a electronilor și moleculelor, se consumă energie, care ulterior se transformă în căldură. Cheltuirea unei anumite cantități de energie este asociată cu toate mișcările în timpul cărora cineva trebuie să depășească rezistența. În acest moment, munca cheltuită pentru depășirea rezistenței la frecare este transformată în energie termică.
Formula și definiția legii lui Joule Lenz
Conform legii Lenz Joule, un curent electric care trece printr-un conductor este însoțit de o cantitate de căldură direct proporțională cu pătratul curentului și cu rezistența, precum și cu timpul necesar acestui curent pentru a trece prin conductor. .
Sub forma unei formule, legea Joule-Lenz se exprimă după cum urmează: Q \u003d I 2 Rt, în care Q afișează cantitatea de căldură eliberată, I - , R este rezistența conductorului, t este perioada de timp. Valoarea lui „k” este echivalentul termic al muncii și este utilizată în cazurile în care cantitatea de căldură este măsurată în calorii, puterea curentului - , rezistența - în ohmi și timpul - în secunde. Valoarea numerică a lui k este 0,24, ceea ce corespunde unui curent de 1 amper, care, cu o rezistență a conductorului de 1 ohm, eliberează o cantitate de căldură egală cu 0,24 kcal timp de 1 secundă. Prin urmare, pentru a calcula cantitatea de căldură eliberată în calorii, se utilizează formula Q = 0,24I 2 Rt.
Când utilizați sistemul de unități SI, cantitatea de căldură este măsurată în jouli, astfel încât valoarea lui "k", în raport cu legea Joule-Lenz, va fi egală cu 1, iar formula va arăta astfel: Q \u003d I 2 Rt. Conform I = U/R. Dacă această valoare curentă este înlocuită în formula principală, va lua următoarea formă: Q \u003d (U 2 / R) t.
Formula de bază Q = I 2 Rt este foarte convenabil de utilizat la calcularea cantității de căldură care este eliberată în cazul unei conexiuni în serie. Puterea curentului în toți conductorii va fi aceeași. Când mai mulți conductori sunt conectați în serie deodată, fiecare dintre ei va elibera atât de multă căldură, care va fi proporțională cu rezistența conductorului. Dacă trei fire identice de cupru, fier și nichel sunt conectate în serie, atunci cantitatea maximă de căldură va fi eliberată ultima. Acest lucru se datorează celei mai mari rezistențe specifice a nichelinei și încălzirii mai puternice a acestui fir.
Când aceiași conductori sunt conectați în paralel, valoarea curentului electric în fiecare dintre ele va fi diferită, iar tensiunea la capete va fi aceeași. În acest caz, formula Q \u003d (U 2 / R) t este mai potrivită pentru calcule. Cantitatea de căldură degajată de un conductor va fi invers proporțională cu conductivitatea acestuia. Astfel, legea Joule-Lenz este utilizată pe scară largă pentru calcularea instalațiilor electrice de iluminat, a diverselor dispozitive de încălzire și încălzire, precum și a altor dispozitive asociate conversiei energiei electrice în căldură.
