G mittel. Sehen Sie in anderen Wörterbüchern nach, was „G (Bedeutungen)“ ist. G-Werte für verschiedene Breitengrade

Physikalisches Gesetz, Abschätzung des thermischen Effekts elektrischer Strom. Das Joule-Lenz-Gesetz wurde 1841 von James Joule und 1842, völlig unabhängig davon, von Emilius Lenz entdeckt.

Wie wir bereits wissen, müssen freie Elektronen, wenn sie sich entlang eines Leiters bewegen, den Widerstand des Materials überwinden. Bei dieser Ladungsbewegung kommt es zu ständigen Kollisionen von Atomen und Materiemolekülen. Dabei wird die Bewegungs- und Widerstandsenergie in Wärme umgewandelt. Seine Abhängigkeit vom Strom wurde erstmals von zwei unabhängigen Wissenschaftlern, James Joule und Emil Lenz, beschrieben. Deshalb erhielt das Gesetz einen Doppelnamen.

Definition, die pro Zeiteinheit in einem bestimmten Bereich freigesetzte Wärmemenge Stromkreis ist direkt proportional zum Produkt aus dem Quadrat des Stroms in einem bestimmten Bereich und seinem Widerstand.

Mathematisch lässt sich die Formel wie folgt schreiben:

Q = a×I 2 ×R×t

Wo Q– erzeugte Wärmemenge, A– Wärmekoeffizient (normalerweise wird er gleich 1 angenommen und nicht berücksichtigt), ICH– aktuelle Stärke, R– Materialbeständigkeit, T– Zeit des Stromflusses durch den Leiter. Wenn der Wärmekoeffizient a = 1, Das Q gemessen in Joule. Wenn a = 0,24, Das Q gemessen in kleinen Kalorien.

Jeder Leiter erwärmt sich immer, wenn Strom durch ihn fließt. Eine Überhitzung von Leitern ist jedoch sehr gefährlich, da sie nicht nur elektronische Geräte beschädigen, sondern auch einen Brand verursachen kann. Beispielsweise kommt es bei einem Kurzschluss zu einer enormen Überhitzung des Leitermaterials. Daher zum Schutz davor Kurzschlüsse und große Überhitzungen im Inneren elektronische Schaltkreise spezielle Funkkomponenten kommen hinzu - Sicherungen. Für ihre Herstellung wird ein Material verwendet, das bei Erreichen des Stroms schnell schmilzt und den Versorgungskreis stromlos macht Maximalwerte. Sicherungen müssen abhängig von der Querschnittsfläche des Leiters ausgewählt werden.

Das Joule-Lenz-Gesetz ist sowohl für konstante als auch relevant Wechselstrom. Demnach funktionieren viele verschiedene Heizgeräte. Denn je dünner der Leiter, desto größer ist der Strom, der durch ihn fließt große Lücke Zeit, die mehr Menge Dabei wird Wärme freigesetzt.

Ich hoffe, Sie erinnern sich daran, dass der Strom von der Spannung abhängt. Es stellt sich die Frage, warum sich der Laptop nicht so stark erwärmt wie ein Bügeleisen? Denn an der Basis befindet sich ein Spiraldraht aus Stahl, der einen geringen Widerstand aufweist. Plus eine Stahlsohle, damit sich das Bügeleisen aufheizt hohe Temperaturen, und wir können sie bügeln.

Und es verfügt über einen Spannungsstabilisator, der 220 Volt auf 19 Volt reduziert. Außerdem ist der Widerstand aller Schaltkreise und Komponenten recht hoch. Zusätzlich zur Kühlung gibt es einen Kühler und Kupfer-Wärmestrahler.

Die Wirkung des Joule-Lenz-Gesetzes ist in der Praxis deutlich sichtbar. Am meisten berühmtes Beispiel Seine Anwendung ist eine gewöhnliche Glühlampe oder bei der der Glühfaden aufgrund des Durchgangs eines Hochspannungsstroms leuchtet.

Basiert auf dem Joule-Lenz-Gesetz und funktioniert, bei dem die Herstellung einer Schweißverbindung durch Erhitzen des Metalls aufgrund des durchfließenden Stroms und durch Verformung der zu schweißenden Teile durch Kompression erreicht wird.

Lichtbogenschweißen funktioniert auch physikalische Prinzipien Joule-Lenz-Gesetz. Begehen Schweißarbeiten Die Elektroden werden so weit erhitzt, dass zwischen ihnen ein Schweißlichtbogen entsteht. Wirkung Voltaischer Lichtbogen entdeckt vom russischen Wissenschaftler V.V. Petrov, unter Verwendung des Joule-Lenz-Prinzips.

Außer mathematische Formel, dieses Gesetz hat auch eine Differentialform. Nehmen wir an, dass ein Strom durch einen stationären Leiter fließt und seine gesamte Arbeit nur für die Erwärmung aufgewendet wird. Dann erhalten wir gemäß dem Energieerhaltungssatz den folgenden mathematischen Ausdruck.

Im 19. Jahrhundert untersuchten der Engländer J. Joule und der Russe E. H. Lenz unabhängig voneinander die Erwärmung von Leitern durch elektrischen Strom und stellten experimentell ein Muster fest: Die in einem stromdurchflossenen Leiter freigesetzte Wärmemenge ist direkt proportional zum Quadrat des Stroms, dem Widerstand des Leiters und der Zeit, die der Strom benötigt, um zu fließen.
Später stellte sich heraus, dass diese Aussage für alle Leiter gilt: fest, flüssig, gasförmig. Deshalb offenes Muster habe den Namen bekommen Joule-Lenz-Gesetz:

Die Abbildung zeigt ein Installationsdiagramm, mit dem Sie dies tun können Überprüfen Sie experimentell das Joule-Lenz-Gesetz. Durch Division des Stroms durch die Spannung wird der Widerstand nach der Formel R=U/I berechnet. Das Thermometer misst den Anstieg der Wassertemperatur. Nach Formeln Q=I2Rt Und Q=cmDt° Berechnen Sie die Wärmemengen, die nach den Ergebnissen des Experiments zusammenfallen sollten.
Für diejenigen, die sich tiefer für Physik interessieren, sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das Joule-Lenz-Gesetz nicht nur experimentell ermittelt, sondern auch theoretisch abgeleitet werden kann. Lass es uns tun.


Die resultierende Formel A=I2Rtähnelt der Formel des Joule-Lenz-Gesetzes, auf der linken Seite handelt es sich jedoch um die Arbeit des Stroms und nicht um die Wärmemenge. Was gibt uns das Recht, diese Größen als gleich zu betrachten? Schreiben wir es auf erster Hauptsatz der Thermodynamik(siehe § 6-h) und drücken Sie die Arbeit daraus aus:
DU = Q + A, also A =DU-Q.
Erinnern wir uns daran DU- Dies ist eine Änderung der inneren Energie eines durch Strom erhitzten Leiters; Q- die vom Leiter abgegebene Wärmemenge (dies wird durch das „-“-Zeichen davor angezeigt); A- Arbeiten am Dirigenten. Lassen Sie uns herausfinden, um welche Art von Arbeit es sich handelt.
Der Leiter selbst ist bewegungslos, aber in ihm bewegen sich Elektronen, die ständig mit Ionen kollidieren Kristallgitter und ihnen einen Teil von ihm zu geben kinetische Energie. Damit der Elektronenfluss nicht schwächer wird, verrichten Kräfte ständig Arbeit an ihnen elektrisches Feld durch eine Stromquelle erzeugt. Daher ist A die Arbeit, die die elektrischen Feldkräfte leisten, um Elektronen im Leiter zu bewegen.
Lassen Sie uns nun die Menge besprechen DU(Änderung der inneren Energie), die auf einen Leiter angewendet wird, in dem Strom zu fließen beginnt.
Der Leiter wird sich allmählich erwärmen, was bedeutet, dass es so ist innere Energie wird steigen. Mit zunehmender Erwärmung nimmt der Unterschied zwischen den Temperaturen des Leiters und zu Umfeld. Nach dem Newtonschen Gesetz (siehe § 6-k) erhöht sich die Wärmeübertragungsleistung des Leiters. Dies führt nach einiger Zeit dazu, dass die Temperatur des Leiters nicht mehr ansteigt. Von diesem Moment an die innere Energie des Leiters wird sich nicht mehr ändern, also der Wert DU wird gleich Null.
Dann lautet der erste Hauptsatz der Thermodynamik für diesen Zustand: A = -Q. Also Ändert sich die innere Energie des Leiters nicht, wird die vom Strom geleistete Arbeit vollständig in Wärme umgewandelt. Mit dieser Schlussfolgerung schreiben wir alle drei Formeln zur Berechnung der Arbeit des Stroms in einer anderen Form:

Zunächst betrachten wir diese Formeln als gleich. Wir werden das später besprechen rechte Formel ist immer gerecht (deshalb nennt man es Gesetz), und die beiden linken sind es nur, wenn bestimmte Bedingungen, die wir beim Physikstudium im Gymnasium formulieren werden.

Wenn sich ein elektrischer Strom in jedem Leiter bewegt, überträgt er etwas Energie auf ihn, wodurch sich der Leiter erwärmt. Die Energieübertragung erfolgt auf molekularer Ebene: Durch die Wechselwirkung aktueller Elektronen mit Ionen oder Atomen des Leiters verbleibt ein Teil der Energie bei diesem.

Die thermische Wirkung von Strom führt zu mehr schnelle Bewegung Leiterpartikel. Dann nimmt es zu und wandelt sich in Wärme um.

Berechnungsformel und ihre Elemente

Die thermische Wirkung von Strom kann bestätigt werden unterschiedliche Erfahrungen, wo die Arbeit des Stroms in innere Leitungsenergie umgewandelt wird. Gleichzeitig nimmt dieser zu. Dann gibt der Leiter es an die umgebenden Körper ab, das heißt, die Wärmeübertragung erfolgt unter Erwärmung des Leiters.

Die Berechnungsformel lautet in diesem Fall wie folgt: A=U*I*t.

Die Wärmemenge kann mit Q bezeichnet werden. Dann ist Q=A oder Q=U*I*t. Wenn man weiß, dass U=IR ist, ergibt sich Q=I 2 *R*t, was im Joule-Lenz-Gesetz formuliert wurde.

Das Gesetz der thermischen Wirkung des Stroms – Joule-Lenz-Gesetz

Der Leiter, durch den es fließt, wurde von vielen Wissenschaftlern untersucht. Allerdings am meisten spürbare Ergebnisse Emilius Khristianovich Lenz gelang es, es aus England und Russland zu bekommen. Beide Wissenschaftler arbeiteten getrennt und zogen unabhängig voneinander Schlussfolgerungen aus den Ergebnissen der Experimente.

Sie leiteten ein Gesetz ab, das es ermöglicht, die Wärme abzuschätzen, die durch die Einwirkung von Strom auf einen Leiter entsteht. Es wurde das Joule-Lenz-Gesetz genannt.

Betrachten wir die thermische Wirkung des Stroms in der Praxis. Nehmen wir die folgenden Beispiele:

1. Eine gewöhnliche Glühbirne.
2. Heizgeräte.
3. Sicherung in der Wohnung.
4. Lichtbogen.

Glühlampe

Die thermische Wirkung des Stroms und die Entdeckung des Gesetzes trugen zur Entwicklung der Elektrotechnik und einer Erweiterung der Möglichkeiten der Stromnutzung bei. Wie Forschungsergebnisse umgesetzt werden, lässt sich am Beispiel einer gewöhnlichen Glühbirne sehen.

Es ist so konzipiert, dass im Inneren ein Faden aus Wolframdraht eingezogen ist. Dieses Metall ist feuerfest und weist einen hohen spezifischen Widerstand auf. Beim Durchgang durch die Glühbirne entsteht die thermische Wirkung von elektrischem Strom.

Die Energie des Leiters wird in Wärme umgewandelt, die Spirale erhitzt sich und beginnt zu glühen. Der Nachteil einer Glühbirne sind ihre großen Energieverluste, da sie nur aufgrund eines kleinen Teils der Energie zu leuchten beginnt. Der Hauptteil erwärmt sich einfach.

Um dies besser zu verstehen, wird es vorgestellt, das die Effizienz des Betriebs und der Umwandlung in Elektrizität demonstriert. Effizienz und thermische Wirkung von Strom werden genutzt verschiedene Bereiche, da viele Geräte nach diesem Prinzip hergestellt werden. IN in einem größeren Ausmaß Dies sind Heizgeräte, Elektroherde, Heizkessel und ähnliche Geräte.

Design von Heizgeräten

Typischerweise weist das Design aller Heizgeräte eine Metallspirale auf, deren Funktion das Heizen ist. Wenn Wasser erhitzt wird, wird die Spirale isoliert installiert und solche Geräte sorgen dafür, dass ein Gleichgewicht zwischen Energie aus dem Netzwerk und Wärmeaustausch aufrechterhalten wird.

Wissenschaftler stehen ständig vor der Aufgabe, Energieverluste zu reduzieren und herauszufinden bessere Wege und die effektivsten Schemata für deren Umsetzung, um die thermische Wirkung des Stroms zu reduzieren. Beispielsweise wird eine Methode verwendet, um die Spannung zu erhöhen und gleichzeitig den Strom zu reduzieren. Gleichzeitig verringert diese Methode jedoch die Sicherheit des Betriebs von Stromleitungen.

Zu anderen Forschungsrichtung ist die Wahl der Drähte. Schließlich hängen Wärmeverluste und andere Indikatoren von ihren Eigenschaften ab. Darüber hinaus kommt es beim Betrieb von Heizgeräten zu einer großen Energiefreisetzung. Daher werden Spiralen aus speziell für diesen Zweck entwickelten Materialien hergestellt, die hohen Belastungen standhalten.

Wohnungssicherungen

Um den Schutz zu verbessern und Stromkreise abzusichern, werden spezielle Sicherungen verwendet. Der Hauptbestandteil ist ein Draht aus niedrig schmelzendem Metall. Es läuft in einem Porzellanstecker, hat ein Schraubgewinde und einen Kontakt in der Mitte. Der Stopfen wird in eine Kartusche eingesetzt, die sich in einer Porzellandose befindet.

Das Anschlusskabel ist Teil des Gesamtstromkreises. Steigt die thermische Wirkung des elektrischen Stroms stark an, hält der Leiterquerschnitt dem nicht stand und er beginnt zu schmelzen. Dadurch wird das Netz geöffnet und es kommt zu keinen Stromüberlastungen.

Lichtbogen

Der Lichtbogen ist ein ziemlich effizienter Wandler elektrische Energie. Es wird beim Schweißen von Metallkonstruktionen verwendet und dient auch als leistungsstarke Lichtquelle.

Die Basis des Geräts umfasst Folgendes. Nehmen Sie zwei Carbonstäbe, verbinden Sie die Drähte und befestigen Sie sie in Isolierhaltern. Anschließend werden die Stäbe an eine Stromquelle angeschlossen, die eine niedrige Spannung liefert, aber für einen hohen Strom ausgelegt ist. Schließen Sie den Rheostat an. Kohlen drin Stadtnetz Das Einschalten ist verboten, da dies zu einem Brand führen kann. Wenn Sie eine Kohle mit einer anderen berühren, werden Sie merken, wie heiß sie wird. Schauen Sie besser nicht in diese Flamme, denn sie schadet Ihrem Sehvermögen. Ein Lichtbogen wird in Öfen zum Schmelzen von Metall sowie in leistungsstarken Beleuchtungsgeräten wie Scheinwerfern, Filmprojektoren usw. verwendet.

In den Jahren 1841 und 1842 stellten englische und russische Physiker unabhängig voneinander die Abhängigkeit der Wärmemenge vom Stromfluss in einem Leiter fest. Dieser Zusammenhang wurde „Joule-Lenz-Gesetz“ genannt. Der Engländer begründete die Abhängigkeit ein Jahr früher als der Russe, aber das Gesetz erhielt seinen Namen von den Namen beider Wissenschaftler, da ihre Forschung unabhängig war. Das Gesetz trägt nicht theoretischer Natur, hat aber eine große praktische Bedeutung. Lassen Sie uns kurz und anschaulich die Definition des Joule-Lenz-Gesetzes und seine Anwendung herausfinden.

Formulierung

Wenn in einem echten Leiter Strom fließt, wird Arbeit gegen Reibungskräfte verrichtet. Elektronen bewegen sich durch den Draht und kollidieren mit anderen Elektronen, Atomen und anderen Teilchen. Dadurch wird Wärme freigesetzt. Das Joule-Lenz-Gesetz beschreibt die Wärmemenge, die entsteht, wenn Strom durch einen Leiter fließt. Sie ist direkt proportional zur Stromstärke, zum Widerstand und zur Fließzeit.

In integraler Form sieht das Joule-Lenz-Gesetz so aus:

Die Stromstärke wird mit dem Buchstaben I bezeichnet und in Ampere ausgedrückt, der Widerstand ist R in Ohm und die Zeit t wird in Sekunden angegeben. Die Wärmemaßeinheit Q ist Joule. Um sie in Kalorien umzurechnen, müssen Sie das Ergebnis mit 0,24 multiplizieren. In diesem Fall entspricht 1 Kalorie der Wärmemenge, die zugeführt werden muss sauberes Wasser um die Temperatur um 1 Grad zu erhöhen.

Dieser Formeleintrag gilt für einen Abschnitt eines Stromkreises mit einer Reihenschaltung von Leitern, in denen zwar die gleiche Strommenge fließt, aber an den Enden unterschiedliche Spannungen abfallen. Das Produkt aus Strom zum Quadrat und Widerstand ergibt die Leistung. Gleichzeitig ist die Leistung direkt proportional zum Quadrat der Spannung und umgekehrt proportional zum Widerstand. Für einen Stromkreis mit Parallelschaltung kann das Joule-Lenz-Gesetz dann wie folgt geschrieben werden:

IN Differentialform es sieht aus wie das:

Dabei ist j die Stromdichte A/cm 2, E die elektrische Feldstärke und Sigma der spezifische Widerstand des Leiters.

Es ist zu beachten, dass für einen homogenen Abschnitt des Stromkreises der Widerstand der Elemente gleich ist. Wenn der Stromkreis Leiter mit enthält unterschiedlicher Widerstand Es entsteht eine Situation, in der Höchstbetrag Wärme wird an demjenigen abgegeben, der den größten Widerstand aufweist, was aus der Analyse der Formel des Joule-Lenz-Gesetzes geschlossen werden kann.

FAQ

Wie findet man Zeit? Hiermit meinen wir die Zeitdauer des Stromflusses durch den Leiter, also wenn der Stromkreis geschlossen ist.

Wie ermittelt man den Widerstand eines Leiters? Um den Widerstand zu bestimmen, wird eine Formel verwendet, die oft als „Schiene“ bezeichnet wird, das heißt:

Hier bezeichnet der Buchstabe „Ro“ den spezifischen Widerstand, er wird in Ohm*m/cm2 gemessen, l und S sind die Länge und die Querschnittsfläche. Bei der Berechnung werden Quadratmeter und Zentimeter reduziert und Ohm bleiben bestehen.

Der spezifische Widerstand ist ein Tabellenwert und für jedes Metall unterschiedlich. Kupfer hat einen um Größenordnungen geringeren Widerstand als hochohmige Legierungen wie Wolfram oder Nichrom. Wir werden uns im Folgenden ansehen, wofür dies verwendet wird.

Kommen wir zum Üben

Das Joule-Lenz-Gesetz hat sehr wichtig für elektrische Berechnungen. Erstens können Sie es bei der Berechnung von Heizgeräten verwenden. Als Heizelement wird am häufigsten ein Leiter verwendet, jedoch kein einfacher (z. B. Kupfer), sondern mit Hohe Resistenz. Am häufigsten ist es Nichrom oder Kantal, Fechral.

Sie haben einen hohen spezifischen Widerstand. Sie können Kupfer verwenden, aber dann verschwenden Sie viel Kabel (Sarkasmus, Kupfer wird für diesen Zweck nicht verwendet). Um die Wärmeleistung eines Heizgeräts zu berechnen, müssen Sie bestimmen, welchen Körper und in welchen Mengen Sie erwärmen müssen. Berücksichtigen Sie dabei die erforderliche Wärmemenge und die Zeit, die für die Übertragung auf den Körper benötigt wird. Nach Berechnungen und Umrechnungen erhalten Sie den Widerstand und den Strom in diesem Stromkreis. Basierend auf den erhaltenen Daten Widerstand Wählen Sie das Leitermaterial, seinen Querschnitt und seine Länge.

Joule-Lenz-Gesetz zur Übertragung von Elektrizität über eine Entfernung

Wenn ein erhebliches Problem auftritt – Verluste auf Übertragungsleitungen (Stromleitungen). Das Joule-Lenz-Gesetz beschreibt die Wärmemenge, die ein Leiter erzeugt, wenn Strom fließt. Stromleitungen versorgen ganze Unternehmen und Städte mit Strom, und dies erfordert eine hohe Leistung und damit einen hohen Strom. Da die Wärmemenge vom Widerstand des Leiters und der Stromstärke abhängt, müssen Sie die Wärmemenge reduzieren, damit sich die Kabel nicht erwärmen. Es ist nicht immer möglich, den Querschnitt der Drähte zu vergrößern, weil... Dies ist im Hinblick auf die Kupferkosten selbst und das Gewicht des Kabels kostspielig, was eine Preiserhöhung mit sich bringt tragende Struktur. Nachfolgend sind Hochspannungsleitungen dargestellt. Hierbei handelt es sich um massive Metallkonstruktionen, die dazu dienen, das Kabel auf eine sichere Höhe über dem Boden anzuheben, um einen Stromschlag zu vermeiden.

Daher müssen Sie dazu den Strom reduzieren, indem Sie die Spannung erhöhen. Zwischen Städten haben Stromleitungen in der Regel eine Spannung von 220 oder 110 kV und werden beim Verbraucher durch den Einsatz auf den erforderlichen Wert reduziert Umspannwerke(KTP) oder eine ganze Reihe von KTP, die schrittweise auf für die Übertragung sicherere Werte gesenkt werden, beispielsweise 6 kV.

Somit sinkt der Strom bei gleicher Leistungsaufnahme bei einer Spannung von 380/220 V um das Hunderttausendfache. Und nach dem Joule-Lenz-Gesetz wird die Wärmemenge in diesem Fall durch die Verlustleistung des Kabels bestimmt.

Sicherungen und Sicherungen

Bei der Berechnung von Sicherungen wird das Joule-Lenz-Gesetz angewendet. Dabei handelt es sich um Elemente, die elektrische bzw elektronisches Gerät vor zu hohen Strömen, die durch einen Anstieg der Versorgungsspannung entstehen können,

Guten Tag. Es ist unwahrscheinlich, dass Sie das Joule-Lenz-Gesetz jemals brauchen werden, aber es ist darin enthalten Grundkurs Elektrotechnik, und deshalb werde ich Ihnen jetzt von diesem Gesetz erzählen.

Das Joule-Lenz-Gesetz wurde von zwei großen Wissenschaftlern unabhängig voneinander entdeckt: 1841 von James Prescott Joule, einem englischen Wissenschaftler, der es einführte großer Beitrag in der Entwicklung der Thermodynamik und 1842 Emilius Christianovich Lenz, ein russischer Wissenschaftler deutscher Herkunft, der einen großen Beitrag zur Elektrotechnik leistete. Da die Entdeckungen beider Wissenschaftler fast gleichzeitig und unabhängig voneinander erfolgten, wurde beschlossen, das Gesetz als Doppelnamen bzw. Nachnamen zu bezeichnen.

Denken Sie daran, als ich nicht nur das sagte, dass elektrischer Strom die Leiter erwärmt, durch die er fließt. Joule und Lenz haben eine Formel ermittelt, mit der sich die freigesetzte Wärmemenge berechnen lässt.

Die Formel sah also zunächst so aus:

Die Maßeinheit nach dieser Formel waren Kalorien und dafür war der Koeffizient k verantwortlich, der 0,24 beträgt, d. h. die Formel zum Erhalten von Daten in Kalorien sieht so aus:

Da aber im SI-Maßsystem angesichts der großen Anzahl gemessener Größen und um Verwirrung zu vermeiden, die Notation Joule übernommen wurde, änderte sich die Formel etwas. k wurde gleich eins, und deshalb wurde der Koeffizient nicht mehr in die Formel geschrieben und es begann so auszusehen:

Hier: Q ist die erzeugte Wärmemenge, gemessen in Joule (SI-Symbol - J);

I – Strom, gemessen in Ampere, A;

R – Widerstand, gemessen in Ohm, Ohm;

t – Zeit gemessen in Sekunden, s;

und U – Spannung, gemessen in Volt, V.

Schauen Sie genau hin, erinnert Sie ein Teil dieser Formel an irgendetwas? Und genauer gesagt? Aber das ist Leistung, oder besser gesagt die Leistungsformel aus dem Ohmschen Gesetz. Und ehrlich gesagt habe ich noch nie eine solche Darstellung des Joule-Lenz-Gesetzes im Internet gesehen:

Nun erinnern wir uns an die Gedächtnistabelle und erhalten mindestens drei formelhafte Ausdrücke des Joule-Lenz-Gesetzes, je nachdem, welche Größen wir kennen:

Es scheint, dass alles sehr einfach ist, aber es erscheint uns nur dann so, wenn wir dieses Gesetz bereits kennen und dann beide großen Wissenschaftler es nicht theoretisch, sondern experimentell entdeckt haben und es dann theoretisch belegen konnten.

Wo kann dieses Joule-Lenz-Gesetz nützlich sein?

In der Elektrotechnik gibt es den Begriff des langfristig zulässigen Stromflusses durch Leitungen. Dies ist der Strom, dem der Draht standhalten kann lange Zeit(d. h. auf unbestimmte Zeit), ohne den Draht (und ggf. die Isolierung, da der Draht ohne Isolierung sein kann) zu zerstören. Selbstverständlich können Sie jetzt die Daten der PUE (Electrical Installation Rules) entnehmen, allerdings haben Sie diese Daten ausschließlich auf Basis des Joule-Lenz-Gesetzes erhalten.

Auch in der Elektrotechnik werden Sicherungen eingesetzt. Ihre Hauptqualität ist Zuverlässigkeit. Hierzu wird ein Leiter mit einem bestimmten Querschnitt verwendet. Wenn Sie den Schmelzpunkt eines solchen Leiters kennen, können Sie die Wärmemenge berechnen, die beim Durchströmen des Leiters zum Schmelzen erforderlich ist große Werte Strom, und durch Berechnung des Stroms können Sie den Widerstand berechnen, den ein solcher Leiter haben sollte. Wie Sie bereits wissen, können Sie im Allgemeinen mit dem Joule-Lenz-Gesetz den Querschnitt oder Widerstand (die Werte sind voneinander abhängig) des Leiters für die Sicherung berechnen.

Und denken Sie auch daran, wir haben darüber gesprochen. Dort habe ich am Beispiel einer Glühbirne das Paradoxon erzählt, dass eine stärkere Lampe in Reihenschaltung schwächer leuchtet. Und Sie erinnern sich wahrscheinlich daran, warum: Der Spannungsabfall am Widerstand ist umso größer, je größer weniger Widerstand. Und da die Leistung beträgt und die Spannung sehr stark abfällt, stellt sich heraus, dass ein großer Widerstand freigesetzt wird große Menge Wärme, das heißt, der Strom muss härter arbeiten, um einen größeren Widerstand zu überwinden. Und die Wärmemenge, die der Strom freisetzt, lässt sich mit dem Joule-Lenz-Gesetz berechnen. Wenn du nimmst serielle Verbindung Widerstände, dann verwenden besserer Ausdruck durch das Quadrat des Stroms, also die ursprüngliche Form der Formel:

Und für parallele Verbindung Widerstand, da der Strom in Parallelzweigen vom Widerstand abhängt, während die Spannung in jedem Parallelzweig gleich ist, lässt sich die Formel am besten in Form der Spannung darstellen:

Sie alle verwenden Beispiele des Joule-Lenz-Gesetzes in Alltagsleben– Zunächst einmal handelt es sich dabei um alle Arten von Heizgeräten. In der Regel wird Nichromdraht verwendet und die Dicke (Querschnitt) und Länge des Leiters werden unter Berücksichtigung der Tatsache ausgewählt, dass eine längere thermische Einwirkung nicht zu einer schnellen Zerstörung des Drahtes führt. Genauso leuchtet ein Wolframfaden in einer Glühlampe. Das gleiche Gesetz bestimmt den Grad der möglichen Erwärmung fast aller elektrischen und elektronischen Geräte.

Im Allgemeinen spielt das Joule-Lenz-Gesetz trotz seiner scheinbaren Einfachheit eine sehr wichtige Rolle in unserem Leben. große Rolle. Dieses Gesetz gab theoretischen Berechnungen große Impulse: Wärmeerzeugung durch Ströme, Berechnung der spezifischen Temperatur des Lichtbogens, des Leiters und anderer elektrisch leitendes Material, Verlust elektrischer Leistung in thermischem Äquivalent usw.

Sie fragen sich vielleicht, wie man Joule in Watt umrechnet, und das ist völlig in Ordnung Oft gestellte Frage im Internet. Obwohl die Frage etwas irreführend ist, werden Sie beim Weiterlesen verstehen, warum. Die Antwort ist ganz einfach: 1 J = 0,000278 Watt*Stunde, während 1 Watt*Stunde = 3600 Joule. Ich möchte Sie daran erinnern, dass der momentane Stromverbrauch in Watt gemessen wird, also direkt verbraucht wird, während der Stromkreis eingeschaltet ist. Und Joule bestimmt die Arbeit eines elektrischen Stroms, also die aktuelle Leistung über einen bestimmten Zeitraum. Denken Sie daran, dass ich im Ohmschen Gesetz eine allegorische Situation dargestellt habe. Strom ist Geld, Spannung ist ein Speicher, Widerstand ist ein Sinn für Proportionen und Geld, Leistung ist die Menge an Produkten, die Sie auf einmal tragen (mitnehmen) können, aber wie weit, wie schnell und wie oft Sie sie mitnehmen können Weg ist Arbeit. Das heißt, es ist unmöglich, Arbeit und Leistung zu vergleichen, aber sie kann in für uns verständlicheren Einheiten ausgedrückt werden: Watt und Stunden.

Ich denke, dass es Ihnen jetzt nicht schwer fallen wird, das Joule-Lenz-Gesetz bei Bedarf in Praxis und Theorie anzuwenden und sogar Joule in Watt umzurechnen und umgekehrt. Und dank des Verständnisses, dass das Joule-Lenz-Gesetz das Produkt aus elektrischer Leistung und Zeit ist, können Sie es sich leichter merken, und selbst wenn Sie plötzlich die Grundformel vergessen haben, können Sie das Joule-Lenz-Gesetz erneut erhalten, wenn Sie sich nur an das Ohmsche Gesetz erinnern Gesetz. Und damit verabschiede ich mich von dir.