>>Fyzika a astronómia >>Fyzika 9. ročník >>Fyzika: Tepelný účinok prúdu

Keď vodičom prechádza elektrický prúd, vodič sa zahrieva. Tento jav objavil v roku 1800 francúzsky vedec Antoine Fourcroix. Prechodom prúdu cez železnú cievku sa mu ju podarilo zahriať na veľmi vysokú teplotu. O tepelný účinok prúdu sa po 41 rokoch začal zaujímať anglický fyzik J. Joule a o rok neskôr ruský vedec E. X. Land. Zistili, že:
Množstvo tepla uvoľneného vodičom prúdom sa rovná súčinu druhej mocniny sily prúdu, odporu vodiča a času, ktorý prúd potrebuje na to, aby ním prešiel.
Teraz sa volá tento zákon Joule-Lenzov zákon. Matematicky je to vyjadrené nasledujúcim vzorcom:

Prúdové zahrievanie vodiča je spôsobené interakciou nosičov prúdu s blížiacimi sa atómami alebo iónmi látky. V dôsledku tejto interakcie sa vnútorná energia vodiča zvyšuje a zahrieva sa. Zahriaty vodič dáva prijatú energiu do okolia. Táto energia je množstvo tepla, ktoré je určené Joule-Lenzovým zákonom.
Experimentálne bol objavený Joule-Lenzov zákon. Ale dá sa to teoreticky zdôvodniť.
Keď elektrický prúd prechádza vodičom, vykoná sa práca určená výrazom (18.2): A = IU/t. ale U=IR. Takže

Ak vodič, ktorým prúd preteká, zostane nehybný a nedochádza v ňom k žiadnym chemickým reakciám, potom všetka táto práca smeruje k zvýšeniu jeho vnútornej energie. V tomto prípade sa množstvo tepla uvoľneného vodičom s prúdom zhoduje s prácou prúdu, a preto je určené rovnakým výrazom.
Pri veľmi veľkom prúde sa môže kovový vodič zahriať a vyhorieť (roztaviť sa). Táto akcia je založená poistky. Ich účelom je automaticky vypnúť elektrický obvod, keď prúd prekročí povolený tok v ňom. Symbol pre poistku je uvedený v tabuľke 2 (pozri § 9).
Obrázok 46 zobrazuje poistku používanú v elektronickom zariadení. Jeho hlavnou časťou je kovový drôt s nízkou teplotou topenia (napríklad olovo), ktorého hrúbka je navrhnutá pre určitý prúd (0,5 A, 1 A, 2 A atď.). Ak sila prúdu z jedného alebo druhého dôvodu (napríklad pri skrate) prekročí prípustnú hodnotu, drôt sa roztaví a obvod sa otvorí.

Elektroinštalácia v obytných budovách je navrhnutá spravidla pre 6 A alebo 10 A. Bytové poistky (zástrčky) používané na ich ochranu sú znázornené na obrázku 47, a, b. V prvom prípade (pozri obr. 47, a) sa po vyhorení závitu vymení celý korok, v druhom prípade (pozri obr. 47, b) iba jeho tavná vložka.

???
1. Prečo sa vodič, ktorým preteká prúd, zahrieva?
2. Formulujte Joule-Lenzov zákon.
3. Na čo slúžia poistky?
4. Povedzte nám o zariadení a princípe fungovania poistiek. Ako sú znázornené na diagramoch?
5. Uveďte zariadenia, o ktorých viete, že využívajú tepelný efekt prúdu.

S.V. Gromov, I.A. Vlasť, 9. ročník fyziky