Slávny ruský fyzik Lenz a anglický fyzik Joule, ktorí robili experimenty na štúdiu tepelných účinkov elektrického prúdu, nezávisle odvodili Joule-Lenzov zákon. Tento zákon odráža vzťah medzi množstvom tepla uvoľneného vo vodiči a elektrickým prúdom prechádzajúcim týmto vodičom počas určitého časového obdobia.
Vlastnosti elektrického prúdu
Pri prechode elektrického prúdu cez kovový vodič sa jeho elektróny neustále zrážajú s rôznymi cudzími časticami. Môžu to byť obyčajné neutrálne molekuly alebo molekuly, ktoré stratili elektróny. Elektrón v procese pohybu môže oddeliť ešte jeden elektrón od neutrálnej molekuly. Tým sa stráca jeho kinetická energia a namiesto molekuly vzniká kladný ión. V iných prípadoch sa elektrón naopak spája s kladným iónom a vytvára neutrálnu molekulu.
V procese zrážok elektrónov a molekúl sa spotrebúva energia, ktorá sa neskôr mení na teplo. Výdaj určitého množstva energie je spojený so všetkými pohybmi, pri ktorých musí človek prekonávať odpor. V tomto čase sa práca vynaložená na prekonávanie trecieho odporu premieňa na tepelnú energiu.
Vzorec a definícia zákona Joule Lenza
Podľa Lenzovho zákona Joule je elektrický prúd prechádzajúci vodičom sprevádzaný množstvom tepla, ktoré je priamo úmerné druhej mocnine prúdu a odporu, ako aj času, ktorý tento prúd potrebuje na to, aby vodičom pretiekol. .
Vo forme vzorca je Joule-Lenzov zákon vyjadrený takto: Q \u003d I 2 Rt, v ktorom Q zobrazuje množstvo uvoľneného tepla, I -, R je odpor vodiča, t je časové obdobie. Hodnota "k" je tepelný ekvivalent práce a používa sa v prípadoch, keď sa množstvo tepla meria v kalóriách, prúdová sila - , odpor - v ohmoch a čas - v sekundách. Číselná hodnota k je 0,24, čo zodpovedá prúdu 1 ampér, ktorý pri odpore vodiča 1 ohm uvoľní množstvo tepla rovnajúce sa 0,24 kcal za 1 sekundu. Preto sa na výpočet množstva uvoľneného tepla v kalóriách používa vzorec Q = 0,24I 2 Rt.
Pri použití systému jednotiek SI sa množstvo tepla meria v jouloch, takže hodnota „k“ vo vzťahu k zákonu Joule-Lenz sa bude rovnať 1 a vzorec bude vyzerať takto: Q \u003d I 2 Rt. Podľa I = U/R. Ak sa táto aktuálna hodnota nahradí do hlavného vzorca, bude mať nasledujúci tvar: Q \u003d (U 2 / R) t.
Základný vzorec Q = I 2 Rt je veľmi vhodné použiť pri výpočte množstva tepla, ktoré sa uvoľní v prípade sériového zapojenia. Intenzita prúdu vo všetkých vodičoch bude rovnaká. Keď je niekoľko vodičov zapojených do série naraz, každý z nich uvoľní toľko tepla, ktoré bude úmerné odporu vodiča. Ak sú tri rovnaké drôty z medi, železa a niklu zapojené do série, potom sa maximálne množstvo tepla uvoľní ako posledné. Je to spôsobené najvyšším špecifickým odporom niklu a silnejším zahrievaním tohto drôtu.
Keď sú rovnaké vodiče zapojené paralelne, hodnota elektrického prúdu v každom z nich bude iná a napätie na koncoch bude rovnaké. V tomto prípade je na výpočty vhodnejší vzorec Q \u003d (U 2 / R) t. Množstvo tepla uvoľneného vodičom bude nepriamo úmerné jeho vodivosti. Zákon Joule-Lenz je teda široko používaný na výpočet elektrických osvetľovacích zariadení, rôznych vykurovacích a vykurovacích zariadení, ako aj iných zariadení spojených s premenou elektrickej energie na teplo.
