Przemieszczając się w dowolnym przewodniku, prąd elektryczny przekazuje mu pewną energię, co powoduje nagrzewanie się przewodnika. Transfer energii odbywa się na poziomie cząsteczek: w wyniku oddziaływania elektronów prądu z jonami lub atomami przewodnika część energii pozostaje z tymi ostatnimi.
Efekt cieplny prądu prowadzi do szybszego ruchu cząstek przewodnika. Wtedy jego energia wewnętrzna wzrasta i zamienia się w ciepło.
Wzór obliczeniowy i jego elementy
Efekt cieplny prądu można potwierdzić różnymi eksperymentami, w których praca prądu przechodzi w energię wewnętrznego przewodnika. Jednocześnie wzrasta ta ostatnia. Następnie przewodnik przekazuje go do otaczających ciał, czyli przenoszenie ciepła odbywa się z ogrzewaniem przewodnika.
Wzór na obliczenia w tym przypadku jest następujący: A=UIt.
Ilość ciepła może być oznaczona przez Q. Następnie Q=A lub Q=UIt. Wiedząc, że U=IR,okazuje się, że Q=I2Rt, które zostało sformułowane w prawie Joule-Lenza.
Prawo termicznego działania prądu - prawo Joule'a-Lenza
Przewód, w którym płynie prąd elektryczny, był badany przez wielu naukowców. Jednak najbardziej znaczące wyniki osiągnęli James Joule z Anglii i Emil Khristianovich Lenz z Rosji. Obaj naukowcy pracowali oddzielnie, a wnioski oparte na wynikach eksperymentów zostały wyciągnięte niezależnie od siebie.
Opracowali prawo, które pozwala oszacować ciepło otrzymane w wyniku działania prądu na przewodnik. Nazwali to prawem Joule-Lenza.
Rozważmy w praktyce efekt cieplny prądu. Weź następujące przykłady:
- Zwykła żarówka.
- Grzejniki.
- Bezpiecznik w mieszkaniu.
- Łuk elektryczny.
Żarówka
Termiczny efekt prądu i odkrycie prawa przyczyniły się do rozwoju elektrotechniki i zwiększonych możliwości wykorzystania energii elektrycznej. Zastosowanie wyników badań widać na przykładzie zwykłej żarówki.
Zaprojektowano go w taki sposób, że nić z drutu wolframowego jest wciągnięta do środka. Ten metal jest ogniotrwały o wysokiej rezystywności. Podczas przechodzenia przez żarówkę następuje efekt cieplny prądu elektrycznego.
Energia przewodnika zamienia się w ciepło, spirala nagrzewa się i zaczyna świecić. Wadą żarówki są duże straty energii, ponieważ tylko ze względu na:niewielka część energii zaczyna świecić. Główna część po prostu się nagrzewa.
Aby lepiej to zrozumieć, wprowadzono współczynnik wydajności, który pokazuje wydajność działania i konwersji na energię elektryczną. Wydajność i efekt cieplny prądu są wykorzystywane w różnych obszarach, ponieważ istnieje wiele urządzeń wykonanych w oparciu o tę zasadę. W większym stopniu są to urządzenia grzewcze, kuchenki elektryczne, kotły i inne podobne urządzenia.
Urządzenie urządzeń grzewczych
Zazwyczaj w konstrukcji wszystkich urządzeń do ogrzewania znajduje się metalowa spirala, której funkcją jest ogrzewanie. W przypadku podgrzewania wody wężownica jest montowana w izolacji iw takich urządzeniach jest zachowana równowaga pomiędzy energią z sieci a wymianą ciepła.
Naukowcy nieustannie stają przed wyzwaniem zmniejszenia strat energii i znalezienia najlepszych sposobów i najbardziej wydajnych schematów ich wdrażania w celu zmniejszenia efektu cieplnego prądu. Na przykład stosuje się metodę zwiększania napięcia podczas przesyłania mocy, zmniejszając w ten sposób natężenie prądu. Ale ta metoda jednocześnie zmniejsza bezpieczeństwo pracy linii energetycznych.
Innym obszarem badań jest dobór przewodów. W końcu straty ciepła i inne wskaźniki zależą od ich właściwości. Ponadto podczas pracy urządzeń grzewczych uwalniana jest duża ilość energii. Dlatego spirale są wykonane z materiałów specjalnie zaprojektowanych do tego celu, zdolnych do wytrzymania dużych obciążeń, materiałów.
Bezpieczniki w mieszkaniu
Specjalne bezpieczniki służą do poprawy ochrony i bezpieczeństwa obwodów elektrycznych. Główna część to drut wykonany z niskotopliwego metalu. Płynie w porcelanowym korku, ma gwint i styk w środku. Korek wkłada się do wkładu znajdującego się w porcelanowym pudełeczku.
Przewód jest częścią wspólnego łańcucha. Jeśli efekt cieplny prądu elektrycznego gwałtownie wzrośnie, przekrój przewodu nie wytrzyma i zacznie się topić. W wyniku tego sieć się otworzy, a przeciążenia prądowe nie wystąpią.
Łuk elektryczny
Łuk elektryczny jest dość wydajnym konwerterem energii elektrycznej. Znajduje zastosowanie przy spawaniu konstrukcji metalowych, a także służy jako potężne źródło światła.
Urządzenie jest oparte na następujących zasadach. Weź dwa pręty węglowe, połącz przewody i zamocuj je w uchwytach izolacyjnych. Następnie pręty są podłączone do źródła prądu, które daje małe napięcie, ale jest zaprojektowane na duży prąd. Podłącz reostat. Zabronione jest włączanie węgli w sieci miejskiej, ponieważ może to spowodować pożar. Jeśli dotkniesz jednego węgla do drugiego, zobaczysz, jak są gorące. Lepiej nie patrzeć na ten płomień, ponieważ jest szkodliwy dla oczu. Łuk elektryczny stosowany jest w piecach do wytapiania metali, a także w tak potężnych urządzeniach oświetleniowych jak reflektory, projektory filmowe itp.
