Содержание

Количество теплоты, выделяемое проводником с током — урок. Физика, 8 класс.

Проходя по проводнику, ток может оказывать некоторые действия: тепловое, химическое и магнитное.

 

Тепловое действие тока обусловлено тем, что свободные электроны, двигаясь с большой скорость, взаимодействуют с ионами металлов, ионами солей в растворах кислот и щелочей. Ионы начинают усиленно колебаться, двигаться, вращаться, то есть их энергия тоже повышается. Проводник или электролит нагревается.

Например, спираль лампочки раскаляется до такой температуры, что начинает излучать свет.

 

 

Электрическая энергия превращается в тепловую энергию проводника; часть рассеивается, часть используется в бытовых целях (для нагревания).

 

Работа, которую совершает электрический ток, определяется количеством теплоты, выделяемой проводником: Q = A, где \(A\) — работа тока, \(Q\) — количество теплоты.

 

Работу тока рассчитывают по формуле: A = U⋅I⋅t. Тогда количество теплоты, исходя из закона сохранения энергии, также будет равно: Q = U⋅I⋅t.


Согласно закону Ома U = IR. Подставляя эту формулу в предыдущую, получим: Q = I2⋅R⋅t.

Количество теплоты, которое выделяется в проводнике с током, прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени протекания тока.

В процессе своих экспериментов получили такой же результат Джеймс Джоуль в Англии и Эмилий Христианович Ленц в России. В их честь закон имеет двойное название: закон Джоуля-Ленца.

 

 

Джоуль Джеймс Прескотт (\(1818—1889\)) — английский физик, член Лондонского королевского общества. Он внёс значительный вклад в исследование электромагнетизма и тепловых явлений, в создание физики низких температур, в обоснование закона сохранения и превращения энергии. Именем Джоуля назвали единицу измерения работы и энергии в системе СИ.

 

 

Эмилий Христианович Ленц (\(1804—1865\)) — российский физик и электротехник, академик Петербургской Академии наук (\(1830\)), ректор Санкт-Петербургского университета (с \(1863\)). Результатом его исследований стало открытие взаимосвязей (на «языке математики») между электрическими и термодинамическими параметрами, между электрическими и магнитными параметрами при протекании тока в проводнике.

 

Преобразование электрической энергии в тепловую широко используется в электрических печах и различных электронагревательных приборах.

 

Состояние сети, когда по проводам и приборам проходит ток больше допустимого значения, называется перегрузкой. Опасность этого явления в тепловом действии тока, ведь при большой перегрузке изоляция проводников легко воспламеняется. Перегрузка может возникнуть при подключении устройств большой мощности через удлинитель (смотри рисунок и никогда так не делай!).

 

 

Для примера, перегрузка проводов на \(25\)% приводит к сокращению срока их службы где-то с \(20\) лет до \(3—5\) месяцев, а перегрузка проводов на \(50\)% — до нескольких часов.

Работа тока, количество теплоты, закон Джоуля-Ленца.

Тест

Всего вопросов: 13

Вопрос 1. Используя показания приборов, рассчитайте работу тока за 30 с.

Вопрос 2. Как изменится количество теплоты, выделяемое за единицу времени, в проводнике с постоянным электрическим сопротивлением при увеличении силы тока в цепи в 4 раза?

Вопрос 3. Как изменится количество теплоты, выделяемое за единицу времени в проводнике при постоянном напряжении на концах проводника, если его сопротивление увеличить в 3 раза?

Вопрос 4. Как изменится мощность, потребляемая электрической лампой, если, не изменяя ее электрическое сопротивление, уменьшить напряжение на ней в 3 раза?

Вопрос 5. В цепи, состоящей из трех одинаковых проводников, соединенных параллельно и включенных в сеть, за 40 с выделилось некоторое количество теплоты. За какое время выделится такое же количество теплоты, если проводники соединить последовательно?

Вопрос 6. Если три проводника одинакового сечения и длины с удельными сопротивлениями соединить параллельно и подключить к источнику тока, то сильнее нагреется проводник:

Вопрос 7. Если три проводника одинакового сечения и длины, удельные сопротивления которых , соединены последовательно и подключить к источнику тока, то сильнее нагреется проводник:

Вопрос 8. Количество теплоты, выделяемое током в проволоке за одну секунду, можно удвоить, не меняя напряжения, за счет:

Вопрос 9. Гирлянда из 15 электрических лампочек, соединенных последовательно, подключена к источнику постоянного напряжения. Как изменится расход электроэнергии, если количество ламп сократить до десяти?

Вопрос 10. Электрическая цепь, состоящая из резисторов , включенных последовательно, подсоединена к электрической сети. Если эти резисторы подключить параллельно друг другу и подсоединить к той же сети, то расход электроэнергии:

Вопрос 11. В каком из резисторов выделится большее количество теплоты, если

Вопрос 12. В каком из резисторов выделится большее количество теплоты за одно и то же время, если

Вопрос 13. Две электрические лампы мощностью 100 Вт и 200 Вт, рассчитанные на напряжение 220 В каждая, соединены последовательно. Если к ним приложить напряжение 440 В, то:

Формула количества теплоты в физике

Содержание:

Определение и формула количества теплоты

Внутреннюю энергию термодинамической системы можно изменить двумя способами:

  1. совершая над системой работу,
  2. при помощи теплового взаимодействия.

Передача тепла телу не связана с совершением над телом макроскопической работы. В данном случае изменение внутренней энергии вызвано тем, что отдельные молекулы тела с большей температурой совершают работу над некоторыми молекулами тела, которое имеет меньшую температуру. В этом случае тепловое взаимодействие реализуется за счет теплопроводности. Передача энергии также возможна при помощи излучения. Система микроскопических процессов (относящихся не ко всему телу, а к отдельным молекулам) называется теплопередачей. Количество энергии, которое передается от одного тела к другому в результате теплопередачи, определяется количеством теплоты, которое предано от одного тела другому.

Определение

Теплотой называют энергию, которая получается (или отдается) телом в процессе теплообмена с окружающими телами (средой). Обозначается теплота, обычно буквой Q.

Это одна из основных величин в термодинамике. Теплота включена в математические выражения первого и второго начал термодинамики. Говорят, что теплота – это энергия в форме молекулярного движения.

Теплота может сообщаться системе (телу), а может забираться от нее. Считают, что если тепло сообщается системе, то оно положительно.

Формула расчета теплоты при изменении температуры

Элементарное количество теплоты обозначим как $\delta Q$. Обратим внимание, что элемент тепла, которое получает (отдает) система при малом изменении ее состояния не является полным дифференциалом. Причина этого состоит в том, что теплота является функцией процесса изменения состояния системы.

Элементарное количество тепла, которое сообщается системе, и температура при этом меняется от Tдо T+dT, равно:

$$\delta Q=C d T(1)$$

где C – теплоемкость тела. Если рассматриваемое тело однородно, то формулу (1) для количества теплоты можно представить как:

$$\delta Q=c m d T=\nu c_{\mu} d T(2)$$

где $c=\frac{C}{m}$ – удельная теплоемкость тела, m – масса тела, $c_{\mu}=c \cdot \mu$ – молярная теплоемкость, $\mu$ – молярная масса вещества, $\nu=\frac{m}{\mu}$ – число молей вещества.

Если тело однородно, а теплоемкость считают независимой от температуры, то количество теплоты ($\Delta Q$), которое получает тело при увеличении его температуры на величину $\Delta t = t_2 – t_1$ можно вычислить как:

$$\Delta Q=c m \Delta t(3)$$

где t2, t1 температуры тела до нагрева и после. Обратите внимание, что температуры при нахождении разности ($\Delta t$) в расчетах можно подставлять как в градусах Цельсия, так и в кельвинах.

Формула количества теплоты при фазовых переходах

Переход от одной фазы вещества в другую сопровождается поглощением или выделением некоторого количества теплоты, которая носит название теплоты фазового перехода.

Так, для перевода элемента вещества из состояния твердого тела в жидкость ему следует сообщить количество теплоты ($\delta Q$) равное:

$$\delta Q=\lambda d m$$

где $\lambda$ – удельная теплота плавления, dm – элемент массы тела. При этом следует учесть, что тело должно иметь температуру, равную температуре плавления рассматриваемого вещества. При кристаллизации происходит выделение тепла равного (4).

Количество теплоты (теплота испарения), которое необходимо для перевода жидкости в пар можно найти как:

$$\delta Q=r d m$$

где r – удельная теплота испарения. При конденсации пара теплота выделяется. Теплота испарения равна теплоте конденсации одинаковых масс вещества.

Единицы измерения количества теплоты

Основной единицей измерения количества теплоты в системе СИ является: [Q]=Дж

Внесистемная единица теплоты, которая часто встречается в технических расчетах. [Q]=кал (калория). 1 кал=4,1868 Дж.

Примеры решения задач

Пример

Задание. Какие объемы воды следует смешать, чтобы получить 200 л воды при температуре t=40С, если температура одной массы воды t1=10С, второй массы воды t2=60С?

Решение. Запишем уравнение теплового баланса в виде:

$$Q=Q_{1}+Q_{2}(1.1)$$

где Q=cmt – количество теплоты приготовленной после смешивания воды; Q1=cm1t1 – количество теплоты части воды температурой t1 и массой m1; Q2=cm2t2– количество теплоты части воды температурой t2 и массой m2.

Из уравнения (1.1) следует:

$$ \begin{array}{l} \mathrm{cmt}=\mathrm{cm}_{1} t_{1}+\mathrm{~cm}_{2} t_{2} \rightarrow \mathrm{mt}=\mathrm{m}_{1} t_{1}+\mathrm{~m}_{2} t_{2} \rightarrow \\ \rightarrow \rho \mathrm{Vt}=\rho V_{1} t_{1}+\rho \mathrm{V}_{2} t_{2} \rightarrow \mathrm{Vt}=V_{1} t_{1}+V_{2} t_{2}(1.2) \end{array} $$

При объединении холодной (V1) и горячей (V2) частей воды в единый объем (V) можно принять то, что:

$$$ V=V_{1}+V_{2}(1.3) $$$

Так, мы получаем систему уравнений:

$$ \left\{\begin{array}{c} V t=V_{1} t_{1}+V_{2} t_{2} \\ V=V_{1}+V_{2} \end{array}\right. $$

Решив ее получим:

$$ \begin{array}{l} V_{1}=\frac{\left(t_{2}-t\right)}{t_{2}-t_{1}} V \\ V_{2}=\frac{\left(t-t_{1}\right)}{t_{2}-t_{1}} V \end{array} $$

Проведем вычисления (это можно сделать, не переходя в систему СИ):

$$ \begin{array}{l} V_{1}=\frac{(60-40)}{60-10} 200=80 \text { (л) } \\ V_{2}=\frac{(40-10)}{60-10} 200=120 \text { (л) } \end{array} $$

Ответ.

{*}\right) \end{array} $$

Ответ. $\Delta Q$=1700 Дж

Читать дальше: Формула напряженности магнитного поля.

Как влияет на нагрев проводников тепловое действие и плотность тока

Как влияет на нагрев проводников тепловое действие и плотность тока

Электрический ток — направленное (упорядоченное) движение частиц или квазичастиц — носителей электрического заряда.

Под тепловым действием электрического тока понимают выделение тепловой энергии в процессе прохождения тока по проводнику. Когда через проводник проходит ток, образующие ток свободные электроны сталкиваются с ионами и атомами проводника, нагревая его.

Выделяемое при этом количество теплоты можно определить с помощью закона Джоуля-Ленца, который формулируется так: количество теплоты, выделяемое при прохождении электрического тока через проводник, равно произведению квадрата тока, сопротивления данного проводника и времени прохождения тока через проводник.

Приняв ток в амперах, сопротивление в омах, а время в секундах, получим количество теплоты в джоулях. А учитывая что произведение тока на сопротивление — есть напряжение, а произведение напряжения на ток — мощность, в результате оказывается, что количество выделенной теплоты в данном случае равно количеству электрической энергии, переданной данному проводнику во время прохождения по нему тока. То есть электрическая энергия преобразуется в тепловую.

Получение тепловой энергии из электрической широко применяется с давних времен в различной технике. Электронагревательные приборы, такие как обогреватели, водонагреватели, электрические плиты, паяльники, электропечи и т. д., а также электросварка, лампы накаливания и многое другое используют именно этот принцип для получения тепла.

Но в большом количестве электрических устройств нагрев, вызываемый током, вреден: электродвигатели, трансформаторы, провода, электромагниты и т. д. – в данных устройствах, не предназначенных для получения тепла, нагрев снижает их КПД, мешает эффективной работе, и даже может привести к аварийным ситуациям.

Для любого проводника, в зависимости от параметров окружающей среды, характерно определенное допустимое значение величины тока, при котором проводник заметно не нагревается.

Так, например, для нахождения допустимой токовой нагрузки на провода, используют параметр «плотность тока», характеризующий ток, приходящийся на 1 кв.мм площади поперечного сечения данного проводника.

Допустимая плотность тока для каждого проводящего материала в определенных условиях своя, она зависит от многих факторов: от вида изоляции, интенсивности охлаждения, температуры окружающей среды, площади поперечного сечения и т. д.

К примеру для электрических машин, где обмотки изготавливают, как правило, из меди, величина предельно допустимой плотности тока не должна превышать 3-6 ампер на кв.мм. Для лампы накаливания, а точнее для ее вольфрамовой нити, – не более 15 ампер на кв.мм.

Для проводов осветительных и силовых сетей предельно допустимая плотность тока принимается исходя из вида их изоляции и площади поперечного сечения.

Если материалом проводника служит медь, а изоляция резиновая, то при площади сечения, например, в 4 кв.мм допускается плотность тока не более 10,2 ампер на кв.мм, а если сечение 50 кв.мм, то допустимая плотность тока будет всего 4,3 ампера на кв.мм. Если же проводники указанной площади не имеют изоляции, то допустимые плотности тока будут соответственно 12,5 и 5,6 ампер на кв.мм.

С чем же связано понижение допустимой плотности тока для проводников большего сечения? Дело в том, что проводники с существенной площадью поперечного сечения, в отличие от проводников малого сечения, имеют больший объем проводящего материала расположенного внутри, и получается что внутренние слои проводника сами окружены нагревающимися слоями, которые мешают отводу тепла изнутри.

Чем больше площадь поверхности проводника по отношению к его объему, – тем большую плотность тока способен выдержать проводник не перегреваясь. Неизолированные проводники допускают нагрев до более высокой температуры, так как от них тепло отводится прямо в окружающую среду, изоляция этому не препятствует, и охлаждение происходит быстрее, поэтому для них допускается более высокая плотность тока чем для проводников в изоляции.

Если превысить допустимый для проводника ток, он начнет перегреваться, и в какой-то момент его температура окажется чрезмерной. Изоляция обмотки электродвигателя, генератора или просто проводки, может в таких условиях обуглиться или загореться, что приведет к короткому замыканию и пожару. Если же говорить о неизолированном проводе, то он при высокой температуре может просто расплавиться и разорвать цепь, в которой служит проводником.

Превышение допустимого тока принято предотвращать. Поэтому в электрических установках обычно принимают специальные меры с целью автоматического отключения от источника питания той части цепи или того электроприемника, в котором случилась перегрузка по току или короткое замыкание. Для этого служат автоматические выключатели, плавкие предохранители и другие устройства, несущие аналогичную функцию — разорвать цепь при перегрузке.

Из закона Джоуля-Ленца следует, что перегрев проводника может произойти не только из-за превышения тока через его поперечное сечение, но и из-за более высокого сопротивления проводника. По этой причине для полноценной и надежной работы любой электрической установки крайне важно сопротивление, особенно в местах соединения друг с другом отдельных проводников.

Если проводники соединены не плотно, если их контакт друг с другом не качественный, то сопротивление в месте соединения (так называемое переходное сопротивление в месте контакта) окажется выше чем для цельного участка проводника той же длины.

В результате прохождения тока через такое некачественное, не достаточно плотное соединение, место данного соединения будет перегреваться, что чревато возгоранием, выгоранием проводников или даже пожаром.

Чтобы этого избежать, концы соединяемых проводников надежно зачищают, облуживают и оснащают кабельными наконечниками (впаивают или прессуют) или гильзами, которые обеспечивают запас на переходное сопротивление в месте контакта. Такие наконечники можно плотно закрепить на клеммах электрической машины при помощи болтов.

К электрическим аппаратам, предназначенным для включения и выключения тока, также применяют меры по уменьшению переходного сопротивления между контактами.

Ранее ЭлектроВести писали, что луганские энергетики объявиляли амнистию своим сотрудникам, которые воруют электроэнергию.

По материалам: electrik.info.

Работа и мощность тока ❤️

1. Работа тока. Закон Джоуля-Ленца
Работа тока

Работу электрического поля по перемещению свободных зарядов в проводнике называют работой тока. При перемещении заряда q вдоль проводника поле совершает работу A = qU (см. § 53), где U — разность потенциалов на концах проводника. Поскольку q = It, работу тока можно записать в виде

A = UIt.

Закон Джоуля-Ленца

Рассмотрим практически важный случай, когда основным действием тока является тепловое действие. В таком случае согласно закону сохранения энергии количество теплоты, выделившееся

в проводнике, равно работе тока: Q = A. Поэтому

Q = IUt. (1)

? 1. Докажите, что количество теплоты Q, выделившееся в проводнике с током, выражается также формулами

Q = I2Rt, (2) Q = (U2/R)t. (3)

Подсказка. Воспользуйтесь формулой (1) и законом Ома для участка цепи.

Мы вывели формулы (1) — (3), используя закон сохранения энергии, но исторически соотношение Q = I2Rt независимо друг от друга установили на опыте российский ученый Эмилий Христианович Ленц и английский ученый Дж. Джоуль за несколько лет до открытия закона сохранения энергии. Закон Джоуля — Ленца: количество теплоты, выделившееся за время t в проводнике сопротивлением R, сила тока в котором равна I, выражается формулой

Q = I2Rt.

Применение закона Джоуля — Ленца к последовательно и параллельно соединенным проводникам

Выясним, в каких случаях для сравнения количества теплоты, выделившейся в проводниках, удобнее пользоваться формулой (2), а в каких случаях — формулой (3).

Формулу Q = I2Rt удобно применять, когда сила тока в проводниках одинакова, то есть когда они соединены последовательно (рис. 58.1).

Из этой формулы видно, что при последовательном соединении проводников большее количество теплоты выделяется в проводнике, сопротивление которого больше. При этом

Q1/Q2 = R1/R2.

Формулу Q = (U2/R)t удобно применять, когда напряжение на концах проводников одинаково, то есть когда они соединены параллельно (рис. 58.2).

Из этой формулы видно, что при параллельном соединении проводников большее количество теплоты выделяется в проводнике, сопротивление которого меньше. При этом

Q1/Q2 = R2/R1.

? 2. При последовательном соединении в первом проводнике выделилось в 3 раза большее количество теплоты, чем во втором. В каком проводнике выделится большее количество теплоты при их параллельном соединении? Во сколько раз большее?

? 3. Имеются два проводника сопротивлением R1 = 1 Ом и R2 = 2 Ом. Их подключают к источнику напряжения 6 В. Какое количество теплоты выделится за 10 с, если: а) подключить только первый проводник? б) подключить только второй проводник? в) подключить оба проводника последовательно?

г) подключить оба проводника параллельно? д) чему равно отношение значений количества теплоты Q1/Q2, если проводники включены последовательно? Параллельно?

Поставим опыт Будем включать в сеть две лампы накаливания с разными сопротивлениями нити накала параллельно и последовательно (рис. 58.3, а, б).

Мы увидим, что при параллельном соединении ламп ярче светит одна лампа, а при последовательном — другая.

? 4. У какой из ламп (1 или 2) сопротивление больше? Поясните ваш ответ.

? 5. Объясните, почему при последовательном соединении накал нити каждой лампы меньше, чем накал этой же лампы при параллельном соединении.

? 6. Почему при включении лампы в осветительную сеть нить накала раскаляется добела, а последовательно соединенные в нею соединительные провода почти не нагреваются?

2. Мощность тока

Мощностью тока P называют отношение работы тока A к промежутку времени t, в течение которого эта работа совершена:

P = A/t. (4)

Единица мощности — ватт (Вт). Мощность тока равна Вт, если совершаемая током за 1 с работа равна 1 Дж. Часто используют производные единицы, например киловатт (кВт).

? 7. Докажите, что мощность тока можно выразить формулами

P = IU, (5) P = I2R, (6) P = U2/R. (7)

Подсказка. Воспользуйтесь формулой (4) и законом Ома для участка цепи.

? 8. Какой из формул (5) — (7) удобнее пользоваться при сравнении мощности тока: а) в последовательно соединенных проводниках? б) в параллельно соединенных проводниках?

? 9. Имеются проводники сопротивлением R1 и R2. Объясните, почему при последовательном соединении этих проводников

P1/P2 = R1/R2,

А при параллельном

P1/P2 = R2/R1.

? 10. Сопротивление первого резистора 100 Ом, а второго — 400 Ом. В каком резисторе мощность тока будет больше и во сколько раз больше, если включить их в цепь с заданным напряжением: а) последовательно? б) параллельно?

в) Чему будет равна мощность тока в каждом резисторе при параллельном соединении, если напряжение в цепи 200 В? г) Чему при том же напряжении цепи равна суммарная мощность тока в двух резисторах, если они соединены: последовательно? параллельно?

Мощностью электроприбора называют мощность тока в этом приборе. Так, мощность электрочайника — примерно 2 кВт.

Обычно мощность прибора указывают на самом приборе.

Ниже приведены примерные значения мощности некоторых приборов. Лампа карманного фонарика: около 1 Вт Лампы осветительные энергосберегающие: 9-20 Вт

Лампы накаливания осветительные: 25-150 Вт Электронагреватель: 200-1000 Вт Электрочайник: до 2000 Вт

Все электроприборы в квартире включаются параллельно, поэтому напряжение на них одинакова.

? 11. В сеть напряжением 220 В включен электрочайник мощностью 2 кВт. а) Чему равно сопротивление нагревательного элемента в рабочем режиме (когда чайник включен)?

б) Чему равна при этом сила тока?

? 12. На цоколе первой лампы написано «40 Вт», а на цоколе второй — «100 Вт». Это — значения мощности ламп в рабочем режиме (при раскаленной нити накала).

а) Чему равно сопротивление нити накала каждой лампы в рабочем режиме, если напряжение в цепи 220 В? б) Какая из ламп будет светить ярче, если соединить эти лампы последовательно и подключить к той же сети? Будет ли эта лампа светить так же ярко, как и при параллельном подключении?

? 13. В электронагревателе имеются два нагревательных элемента сопротивлением R1 и R2, причем R1 > R2. Используя переключатель, элементы нагревателя можно включать в сеть по отдельности, а также последовательно или параллельно.

Напряжение в сети равно U. а) При каком включении элементов мощность нагревателя будет максимальной? Чему она при этом будет равна? б) При каком включении элементов мощность нагревателя будет минимальной (но не равной нулю)?

Чему она при этом будет равна? в) Чему равно отношение R1/R2, если максимальная мощность в 4,5 раза больше минимальной?

Дополнительные вопросы и задания

14. На рисунке 58.4 изображена электрическая схема участка цепи, состоящего из четырех одинаковых резисторов. Напряжение на всем участке цепи постоянно. Примите, что зависимостью сопротивления резистора от температуры можно пренебречь. а) На каком резисторе напряжение самое большое? самое маленькое? б) В каком резисторе сила тока самая большая? самая маленькая?

в) В каком резисторе выделяется самое большое количество теплоты? самое маленькое количество теплоты? г) Как изменится количество теплоты, выделяемое в каждом из резисторов 2, 3, 4, если резистор 1 замкнуть накоротко (то есть заменить проводником с очень малым сопротивлением)? д) Как изменится количество теплоты, выделяемое в каждом из резисторов 2, 3, 4, если отсоединить провод от резистора 1 (то есть заменить этот резистор проводником с очень большим сопротивлением)?

Работа и мощность тока. Закон Джоуля — Ленца

6 Дуговая печь потребляет ток I=200 А от сети с напряжением V=120B через ограничивающее сопротивление R = 0,2 Ом. Найти мощность, потребляемую печью.

Решение:
N=I(V-IR)=16 кВт.


7 Нагревательная спираль электроаппарата для испарения воды имеет при температуре t=100°С сопротивление R= 10 Ом. Какой ток I надо пропускать через эту спираль, чтобы аппарат испарял массу воды m=100г за время τ=1 мин? Удельная теплота парообразования воды λ = 2,3 МДж/кг.

Решение:
Считая, что вся электрическая энергия затрачивается на испарение воды, получим


8 Электропечь должна давать количество теплоты Q = 0,1 МДж за время τ = 10 мин. Какова должна быть длина нихромовой проволоки сечения S=0,5 мм2, если печь предназначается для сети с напряжением V=36 В? Удельное сопротивление нихрома ρ=1,2мкОм⋅м.
Решение:

По закону Джоуля — Ленца
-сопротивление проволоки, l-ее длина; отсюда

9 Комната теряет в сутки количество теплоты Q = 87 МДж. Какой длины l надо взять нихромовую проволоку диаметра D = 1 мм для намотки электропечи, поддерживающей температуру комнаты неизменной? Печь включается в сеть с напряжением V=120В, удельное сопротивление нихрома ρ=1,2мкОм⋅м.

Решение:


10 В сосуд, содержащий массу воды m = 480 г, помещен электронагреватель мощности N=40 Вт. Насколько изменилась температура воды в сосуде, если ток через нагреватель проходил в течение времени τ = 21 мин? Удельная теплоемкость воды с=4,2 кДж/(кг·К), теплоемкость сосуда вместе с нагревателем Сс=100Дж/К.

Решение:
Полученное количество теплоты идет на нагревание воды и сосуда с нагревателем, поэтому

где t1 и t2-начальная и конечная температуры воды. Изменение температуры воды

11 Найти мощность N электронагревателя кастрюли, если в ней за время τ = 20 мин можно вскипятить объем воды V=2 л. К.п.д. электронагревателя η = 70%. Удельная теплоемкость воды с = 4,2 кДж/(кг·К), начальная температура воды t1 = 20° С.

Решение:
Электрическая энергия, идущая на нагревание воды,

где

— масса воды, t2 = 100° С- конечная температура воды; отсюда

12 Сколько времени надо нагревать на электроплитке мощности N=600 Вт при к.п.д. η = 75% массу льда mл = 2кг, взятого при температуре t1 = —16° С, чтобы обратить его в воду, а воду нагреть до температуры t2 = 100°C? Удельная теплоемкость льда сл = 2,1 кДж/(кг·К), удельная теплота плавления льда r=0,33 МДж/кг, удельная теплоемкость воды с = 4,2 кДж/(кг·К).

Решение:
Время нагревания определяется из уравнения теплового баланса (tо=0°С):


13 Какова должна быть длина нихромовой проволоки диаметра D = 0,3 мм, чтобы при включении последовательно с 40-ваттной лампочкой, рассчитанной на 127 В, проволока давала нормальный накал при напряжении в сети V=220 В? Удельное сопротивление нихрома ρ = 1,2 мкОм⋅м.

Решение:


14 Реостат с полным сопротивлением R подключен к сети с напряжением V (рис. 134). Во сколько раз изменится потребляемая от сети мощность, если движок реостата переместить на 1/4 длины от его конца?

Решение:
Отношение выделяемых на реостате мощностей N0/N=4/3.

15 Найти к.п.д. насосной установки, которая подает в единицу времени объем воды Vτ = 75 л/с на высоту h = 4,7 м через трубу, имеющую сечение S=0,01 м2, если мотор потребляет мощность N=10 кВт.

Решение:
Для подачи воды на высоту А необходима мощность

К. п. д. установки


16 Моторы электропоезда при движении со скоростью υ = 54 км/ч потребляют мощность N=900 кВт. К.п.д. моторов и передающих механизмов h = 80%. Найти силу тяги F, развиваемую моторами.
Решение:
Мощность, необходимая для движения поезда, равна

отсюда

17 Железная и медная проволоки одинаковых длин и сечений соединены последовательно и включены в сеть. Найти отношение количеств теплоты, выделившихся в каждой проволоке. Удельные сопротивления железа и меди равны ρ1 =0,12 мкОм⋅м и ρ2 = 0,017 мкОм⋅м. Решить эту же задачу для случая параллельного соединения проволок.

Решение:
Токи, идущие через обе проволоки, соединенные последовательно, одинаковы и равны I. При этом в проволоках за время t выделяются количества теплоты

-сопротивления железной и медной проволок, l и S-их длина и площадь сечения. Отношение количеств теплоты при последовательном соединении

При параллельном соединении токи в железной и медной проволоках

где V-напряжение в сети. В этом случае за время τ в проволоках выделяются количества теплоты
Их отношение


18 Железная и медная проволоки одинаковых длин и сечений включены в сеть на равные промежутки времени сначала последовательно, затем параллельно. Найти отношение количеств теплоты, выделившихся в проволоках в обоих случаях, если по железной проволоке тек один и тот же ток. Удельные сопротивления железа и меди ρ1 =0,12 мкОм·м и ρ2 = 0,017 мкОм·м.

Решение:


19 За время τ1=40c в цепи из трех одинаковых проводников, соединенных параллельно и включенных в сеть, выделилось некоторое количество теплоты. За какое время τ2 выделится такое же количество теплоты, если проводники соединить последовательно?

Решение:


20 Два одинаковых электронагревателя, потребляющих каждый мощность N = 200 Вт при напряжении V= 120 В, длинными и тонкими проводами подключены к источнику тока. Найти сопротивление проводов R, если при последовательном и при параллельном соединениях нагревателей они выделяют в единицу времени одно и то же количество теплоты.

Решение:


21 В электрочайнике с двумя нагревателями необходимо нагреть объем воды V=2 л от комнатной температуры (t0 = 20° С) до температуры кипения. Каждый нагреватель, включенный в сеть отдельно, выделяет мощность N1 = 250 Вт. Через какое время закипит вода, если ее подогревать одним нагревателем или двумя, включенными в ту же сеть последовательно или параллельно друг другу? К.п.д. нагревателя η = 80%. Удельная теплоемкость воды с = 4,2 кДж/(кг·К).

Решение:
Для нагревания воды до температуры кипения t=100° С необходимо количество теплоты

масса воды в чайнике. При включении одного нагревателя его мощность N1=IV, где I-ток, текущий через него, и V-напряжение сети. В этом случае на нагревание воды идет часть теплоты, выделяемой нагревателем,

отсюда время нагревания воды одним нагревателем

При параллельном включении двух нагревателей, как и при включении одного из них, на каждом нагревателе будет напряжение сети V. Следовательно, в каждом из них будет выделяться та же мощность N1 и общая мощность будет N2 = 2N1; отсюда время нагревания воды двумя нагревателями

При последовательном включении нагревателей общий ток через них будет равен 1/2. Поэтому общая мощность, выделяемая в них,

Следовательно, время нагревания воды в этом случае

22 Электрочайник имеет в нагревателе две секции. При включении первой секции вода в чайнике закипает за время τ1 = 10 мин, а при включении второй секции — за время τ2 = 40мин. Через какое время закипит вода, если включить обе секции параллельно или последовательно?

Решение:
При последовательном соединении секций

при параллельном соединении секций

23 Две лампы имеют одинаковые мощности. Одна из них рассчитана на напряжение V1 = 120 В, другая—на напряжение V2 = 220 В. Во сколько раз отличаются сопротивления ламп?

Решение:
Используя закон Джоуля-Ленца

находим


24 Какое сопротивление имеют 40- и 75-ваттные лампы, рассчитанные на включение в сеть с напряжением V=120 В? Какой ток течет через каждую лампу?

Решение:
Мощность лампы

где I-ток, текущий через лампу, R-ее сопротивление; отсюда для первой и второй ламп имеем

25 Какую мощность будет потреблять 25-ваттная лампочка, рассчитанная на напряжение V1 = 120 В, если ее включить в сеть с напряжением V2 = 220 В?

Решение:


26 100-ваттная лампа включена в сеть с напряжением V=120В. Сопротивление лампы в накаленном состоянии больше, чем в холодном (при температуре t0 = 0° С), в 10 раз. Найти температурный коэффициент сопротивления материала нити и сопротивление лампы в холодном состоянии, если во время горения лампы температура нити t = 2000° С.

Решение:
Когда лампа включена,

-сопротивление нити горящей лампы и Ro=R/10-сопротивление нити лампы при температуре t0; отсюда

27 Найти сопротивление 100-ваттной лампы при комнатной температуре t0 = 20° С, если при напряжении сети V=220 В температура нити t = 2800° С. Температурный коэффициент сопротивления материала нити .

Решение:


28 К источнику тока с э.д.с. ε = 140 В на расстоянии l=400 м от него подключена лампа, рассчитанная на напряжение V=120B и мощность N=100 Вт. Как изменится падение напряжения на лампе, если параллельно ей подключить вторую такую же лампу? Удельное сопротивление провода ρ = 0,028 мкОм⋅м, его сечение S=1 мм2.

Решение:
Сопротивления лампы и проводов

Ток, текущий по линии, и падение напряжения на лампе равны

При подключении второй лампы сопротивление двух ламп равно R1/2. Поэтому ток, текущий по линии, и падение напряжения на лампах равны

Изменение напряжения на лампе

Знак минус показывает, что при включении второй лампы падение напряжения на первой уменьшается.

29 На какое расстояние l можно передавать электроэнергию от источника тока с э.д.с. ε = 5 кВ так, чтобы на нагрузке с сопротивлением R=1,6 кОм выделялась мощность N=10 кВт? Удельное сопротивление провода ρ = 0,017 мкОм⋅м, его сечение S=1 мм2.

Решение:


30 Под каким напряжением V нужно передавать электроэнергию на расстояние l=10 км, чтобы при плотности тока j = 0,5 А/мм2 в стальных проводах двухпроводной линии электропередачи потери в линии составляли 1% передаваемой мощности? Удельное сопротивление стали ρ = 0,12 мкОм⋅м.

Решение:


31 Цепь состоит из двух параллельно включенных ламп мощности N=30 Вт каждая. Потери мощности в подводящих проводах составляют 10% полезной мощности. Найти напряжение на зажимах источника тока, если он обеспечивает в цепи ток I=2 A.

Решение:
Напряжение на зажимах источника тока

где V1 и V2 — падения напряжения на нагрузке и на проводах линии.
Мощность, выделяемая на нагрузке,

Потери мощности в линии

отсюда


32 От источника тока с напряжением V=750 В необходимо передать мощность N=5 кВт на некоторое расстояние. Какое наибольшее сопротивление R может иметь линия передачи, чтобы потери энергии в ней не превышали 10% передаваемой мощности?

Решение:


33 Какой наибольшей мощности электропечь можно установить в конце двухпроводной линии, имеющей сопротивление R=10 Ом, если источник тока развивает мощность N=6 кВт при напряжении V= 1 кВ?

Решение:
Ток в линии I=N/V. Потери мощности в линии

Мощность электропечи


34 Два параллельно соединенных резистора с сопротивлениями R1=6 Ом и R2 = 12 Ом подключены последовательно с резистором, имеющим сопротивление R= 15 Ом, к зажимам генератора с э.д.с. ε = 200 В и внутренним сопротивлением r=1 Ом. Найти мощность, выделяющуюся на резисторе R.

Решение:


35 Элемент с э.д.с. ε = 12 В и внутренним сопротивлением r = 4 Ом замкнут на сопротивление R = 8 Ом. Какое количество теплоты будет выделяться во внешней цепи в единицу времени?

Решение:
Ток в цепи I=ε/(R+r). Количество теплоты, выделяемое во внешней цепи в единицу времени,

36 Найти полную мощность элемента при сопротивлении внешней цепи R = 4 Ом, если внутреннее сопротивление элемента r = 2 Ом, а напряжение на его зажимах V=6 В.

Решение:
Полная мощность элемента

где I-ток в цепи. Так как

37 Батарея элементов, замкнутая на сопротивление R1 = 2 Ом, дает ток I1 = 1,6 А. Та же батарея, замкнутая на сопротивление R2 = 1 Ом, дает ток I2 = 2 А. Найти мощность, теряемую внутри батареи во втором случае.

Решение:
Внутри батареи теряется мощность

где r-внутреннее сопротивление батареи. Если ε — э. д. с. батареи, то по закону Ома для полной цепи в первом и втором случаях

отсюда


38 Найти э.д.с. ε и внутреннее сопротивление r аккумулятора, если при токе I1 = 15 А он отдает во внешнюю цепь мощность N1=135 Вт, а при токе I2 = 6 А — мощность N2 = 64,8 Вт.

Решение:


39 К источнику тока с э.д.с. ε = 8 В подключена нагрузка. Напряжение на зажимах источника V=6,4 В. Найти к.п.д. схемы.

Решение:
К. п. д.- это отношение полезной работы (мощности) ко всей затраченной работе (полной мощности). Полезной мощностью в данном случае является мощность, выделяемая на нагрузке, N1=IV, где I-ток в цепи. Так как э. д. с. ε по определению представляет собой полную работу, совершаемую источником тока при перемещении по цепи единичного заряда, а в единицу времени через сечение проводника проходит заряд, численно равный I, то полная мощность источника тока равна

Таким образом, к.п.д. схемы

40 Найти к.п.д. схемы, изображенной на рис. 135. Сопротивления резисторов R1 = 2 Ом и R2 = 5 Ом, внутреннее сопротивление источника тока r = 0,5 Ом.

Закон джоуля ленца. Закон джоуля-ленца Количество теплоты через сопротивление и напряжение

Содержание:

Знаменитый русский физик Ленц и английский физик Джоуль, проводя опыты по изучению тепловых действий электрического тока, независимо друг от друга вывели закон Джоуля-Ленца. Данный закон отражает взаимосвязь количества теплоты, выделяемого в проводнике, и электрического тока, проходящего по этому проводнику в течение определенного периода времени.

Свойства электрического тока

Когда электрический ток проходит через металлический проводник, его электроны постоянно сталкиваются с различными посторонними частицами. Это могут быть обычные нейтральные молекулы или молекулы, потерявшие электроны. Электрон в процессе движения может отщепить от нейтральной молекулы еще один электрон. В результате, его кинетическая энергия теряется, а вместо молекулы происходит образование положительного иона. В других случаях электрон, наоборот, соединиться с положительным ионом и образовать нейтральную молекулу.

В процессе столкновений электронов и молекул происходит расход энергии, в дальнейшем превращающейся в тепло. Затраты определенного количества энергии связаны со всеми движениями, во время которых приходится преодолевать сопротивление. В это время происходит превращение работы, затраченной на преодоление сопротивления трения, в тепловую энергию.

Закон джоуля Ленца формула и определение

Согласно закону джоуля Ленца, электрический ток, проходящий по проводнику, сопровождается количеством теплоты, прямо пропорциональным квадрату тока и сопротивлению, а также времени течения этого тока по проводнику.

В виде формулы закон Джоуля-Ленца выражается следующим образом: Q = I 2 Rt, в которой Q отображает количество выделенной теплоты, I – , R – сопротивление проводника, t – период времени. Величина “к” представляет собой тепловой эквивалент работы и применяется в тех случаях, когда количество теплоты измеряется в калориях, сила тока – , сопротивление – в Омах, а время – в секундах. Численное значение величины к составляет 0,24, что соответствует току в 1 ампер, который при сопротивлении проводника в 1 Ом, выделяет в течение 1 секунды количество теплоты, равное 0,24 ккал. Поэтому для расчетов количества выделенной теплоты в калориях применяется формула Q = 0,24I 2 Rt.

При использовании системы единиц СИ измерение количества теплоты производится в джоулях, поэтому величина “к”, применительно к закону Джоуля-Ленца, будет равна 1, а формула будет выглядеть: Q = I 2 Rt. В соответствии с I = U/R. Если это значение силы тока подставить в основную формулу, она приобретет следующий вид: Q = (U 2 /R)t.

Основная формула Q = I 2 Rt очень удобна для использования при расчетах количества теплоты, которое выделяется в случае последовательного соединения. Сила тока во всех проводниках будет одинаковая. При последовательном соединении сразу нескольких проводников, каждый из них выделит столько теплоты, которое будет пропорционально сопротивлению проводника. Если последовательно соединить три одинаковые проволочки из меди, железа и никелина, то максимальное количество теплоты будет выделено последней. Это связано с наибольшим удельным сопротивлением никелина и более сильным нагревом этой проволочки.

При параллельном соединении этих же проводников, значение электрического тока в каждом из них будет различным, а напряжение на концах – одинаковым. В этом случае для расчетов больше подойдет формула Q = (U 2 /R)t. Количество теплоты, выделяемое проводником, будет обратно пропорционально его проводимости. Таким образом, закон Джоуля – Ленца широко используется для расчетов установок электрического освещения, различных отопительных и нагревательных приборов, а также других устройств, связанных с преобразованием электрической энергии в тепловую.

Закон Джоуля-Ленца. Работа и мощность электрического тока

Задача по теме «Законы постоянного тока». Задача может быть интересна учащимся 10-х классов и выпускникам для подготовки к ЕГЭ. Кстати, подобного рода задача была на ЕГЭ в части 1 с несколько иным вопросом (необходимо было найти отношение количеств теплоты, выделяющихся на резисторах).

На каком из резисторов выделится наибольшее (наименьшее) количество теплоты? R1 = R4 = 4 Ом, R2 = 3 Ом, R3 = 2Ом. Дать решение. Чтобы ответить на вопрос задачи, необходимо сравнить количество теплоты, выделяющееся на каждом их резисторов. Для этого воспользуемся формулой закона Джоуля – Ленца. То есть основной задачей будет являться определение силы тока (или сравнение), протекающей через каждый резистор.

Согласно законам последовательного соединения, сила тока, протекающая через резисторы R1 и R2, и R3 и R4, одинаковая.Чтобы определить силу тока в верхней и в нижней ветвях, воспользуемся законом параллельного соединения, согласно которому, напряжение на этих ветвях одинаковое.Расписывая напряжение на нижней и верхней ветвях по закону Ома для участка цепи, имеем: Подставляя численные значения сопротивлений резисторов, получаем:То есть получаем соотношение между токами, протекающими в верхней и в нижней ветви:Определив силу тока через каждый из этих резисторов, определяем количество теплоты, выделяющееся на каждом из резисторов.Сравнивая числовые коэффициенты, приходим к выводу, что максимальное количество теплоты выделится на четвёртом резисторе, а минимальное количество теплоты – на втором.

Вы можете оставить комментарий, или поставить трэкбек со своего сайта.

Написать комментарий

fizika-doma.ru

Тепловая мощность – формула расчета

С теплотехническими расчётами приходится сталкиваться владельцам частных домов, квартир или любых других объектов. Это основа основ проектирования зданий.

Понять суть этих расчётов в официальных бумагах, не так сложно, как кажется.

Для себя также можно научиться выполнять вычисления, чтобы решить, какой утеплитель применять, какой толщины он должен быть, какой мощности приобретать котёл и достаточно ли имеющихся радиаторов на данную площадь.

Ответы на эти и многие другие вопросы можно найти, если понять, что такое тепловая мощность. Формула, определение и сферы применения – читайте в статье.

Что такое тепловой расчет?

Если говорить просто, тепловой расчёт помогает точно узнать, сколько тепла хранит и теряет здание, и сколько энергии должно вырабатывать отопление, чтобы поддерживать в жилье комфортные условия.

Оценивая теплопотери и степень теплоснабжения, учитываются следующие факторы:

  1. Какой это объект: сколько в нём этажей, наличие угловых комнат, жилой он или производственный и т. д.
  2. Сколько человек будет «обитать» в здании.
  3. Важная деталь – это площадь остекления. И размеры кровли, стен, пола, дверей, высота потолков и т. д.
  4. Какова продолжительность отопительного сезона, климатические характеристики региона.
  5. По СНиПам определяют нормы температур, которые должны быть в помещениях.
  6. Толщина стен, перекрытий, выбранные теплоизоляторы и их свойства.

Могут учитываться и другие условия и особенности, например, для производственных объектов считаются рабочие и выходные дни, мощность и тип вентиляции, ориентация жилья по сторонам света и др.

Для чего нужен тепловой расчет?

Как умудрялись обходиться без тепловых расчётов строители прошлого?

Сохранившиеся купеческие дома показывают, что всё делалось просто с запасом: окна поменьше, стены – потолще. Получалось тепло, но экономически не выгодно.

Теплотехнический расчёт позволяет строить наиболее оптимально. Материалов берётся ни больше – ни меньше, а ровно столько, сколько нужно. Сокращаются габариты строения и расходы на его возведение.

Вычисление точки росы позволяет строить так, чтобы материалы не портились как можно дольше.

Для определения необходимой мощности котла также не обойтись без расчётов. Суммарная мощность его складывается из затрат энергии на обогрев комнат, нагрев горячей воды для хозяйственных нужд, и способности перекрывать теплопотери от вентиляции и кондиционирования. Прибавляется запас мощности, на время пиковых холодов.

При газификации объекта требуется согласование со службами. Рассчитывается годовой расход газа на отопление и общая мощность тепловых источников в гигакалориях.

Нужны расчёты при подборе элементов отопительной системы. Обсчитывается система труб и радиаторов – можно узнать, какова должна быть их протяжённость, площадь поверхности. Учитывается потеря мощности при поворотах трубопровода, на стыках и прохождении арматуры.

При расчетах затрат тепловой энергии могут пригодиться знания, как перевести Гкал в Квт и обратно. В следующей статье подробно рассмотрена эта тема с примерами расчета.

Полный расчет теплого водяного пола приведен в этом примере.

Знаете ли вы, что количество секций радиаторов отопления не берется «с потолка»? Слишком малое их количество приведет к тому, что в доме будет холодно, а чрезмерно больше создаст жару и приведет к чрезмерной сухости воздуха. По ссылке http://microklimat.pro/sistemy-otopleniya/raschet-sistem-otopleniya/kolichestva-sekcij-radiatorov.html приведены примеры правильного расчета радиаторов.

Расчет тепловой мощности: формула

Рассмотрим формулу и приведем примеры, как произвести расчет для зданий с разным коэффициентом рассеивания.

Vx(дельта)TxK= ккал/ч (тепловая мощность), где:

  • Первый показатель «V» – объем рассчитываемого помещения;
  • Дельта «Т» – разница температур – это та величина, которая показывает насколько градусов внутри помещения теплее, чем снаружи;
  • «К» – коэффициент рассеивания (его еще называют «коэффициент пропускания тепла»). Величина берется из таблицы. Обычно цифра колеблется от 4 до 0,6.
Примерные величины коэффициента рассеивания для упрощенного расчёта
  • Если это неутепленный металлопрофиль или доска то «К» будет = 3 – 4 единицы.
  • Одинарная кирпичная кладка и минимальное утепление – «К» = от 2 до 3-ёх.
  • Стена в два кирпича, стандартное перекрытие, окна и
  • двери – «К» = от 1 до 2.
  • Самый теплый вариант. Стеклопакеты, кирпичные стены с двойным утеплителем и т. п. – «К» = 0,6 – 0,9.

Более точный расчет можно произвести, высчитывая точные размеры отличающихся по свойствам поверхностей дома в м2 (окна, двери и т. д.), производя расчёт для них отдельно и складывая получившиеся показатели.

Пример расчета тепловой мощности

Возьмем некое помещение 80 м2 с высотой потолков 2,5 м и посчитаем, какой мощности котел нам потребуется для его отопления.

Вначале высчитываем кубатуру: 80 х 2,5 = 200 м3. Дом у нас утеплен, но недостаточно – коэффициент рассеивания 1,2.

Морозы бывают до -40 °C, а в помещении хочется иметь комфортные +22 градуса, разница температур (дельта «Т») получается 62 °C.

Подставляем в формулу мощности тепловых потерь цифры и перемножаем:

200 х 62 х 1,2 = 14880 ккал/ч.

Полученные килокалории переводим в киловатты, пользуясь конвертером:

  • 1 кВт = 860 ккал;
  • 14880 ккал = 17302,3 Вт.

Округляем в большую сторону с запасом, и понимаем, что в самый сильный мороз -40 градусов нам потребуется 18 кВт энергии в час.

Умножаем периметр дома на высоту стен:

(8 + 10) х 2 х 2,5 = 90 м2 поверхности стены + 80 м2 потолок = 170 м2 поверхности, контактирующей с холодом. Теплопотери, высчитанные нами выше, составили 18 кВт/ч, делим поверхность дома на расчетную израсходованную энергию получаем, что 1 м2 теряет примерно 0,1 кВт или 100 Вт ежечасно при температуре на улице -40 °C, а в помещении +22 °С.

Эти данные могут стать основой для расчёта требуемой толщины утеплителя на стены.

Приведем другой пример расчета, он в некоторых моментах сложнее, но более точный.

Формула:

Q = S x (дельта)T / R:

  • Q– искомая величина теплопотерь дома в Вт;
  • S– площадь охлаждающих поверхностей в м2;
  • T– разница температур в градусах Цельсия;
  • R– тепловое сопротивление материала (м2 х К/Вт) (Метры квадратные умноженные на Кельвин и делёный на Ватт).

Итак, чтобы найти «Q» того же дома, что и в примере выше, подсчитаем площадь его поверхностей «S» (пол и окна считать не будем).

  • «S» в нашем случае = 170 м2, из них 80 м2 потолок и 90 м2 – стены;
  • T = 62 °С;
  • R– тепловое сопротивление.

Ищем «R» по таблице тепловых сопротивлений или по формуле. Формула для расчета по коэффициенту теплопроводности такая:

R= H/ К.Т. (Н – толщина материала в метрах, К.Т. – коэффициент теплопроводности).

В этом случае, дом у нас имеет стены в два кирпича обшитые пенопластом толщиной 10 см. Потолок засыпан опилками толщиной 30 см.

Отопительную систему частного дома нужно устраивать с учетом экономии средств на энергоносители. Расчет системы отопления частного дома, а также рекомендации по выбору котлов и радиаторов – читайте внимательно.

Чем и как утеплить деревянный дом изнутри, вы узнаете, прочитав эту информацию. Выбор утеплителя и технология утепления.

Из таблицы коэффициентов теплопроводности (измеряется Вт / (м2 х К) Ватт делёный на произведение метра квадратного на Кельвин). Находим значения для каждого материала, они будут:

  • кирпич – 0,67;
  • пенопласт – 0,037;
  • опилки – 0,065.
Подставляем данные в формулу (R= H/ К.Т.):
  • R (потолка 30 см толщиной) = 0,3 / 0,065 = 4,6 (м2 х К) / Вт;
  • R (кирпичной стены 50 см) = 0,5 / 0,67 = 0,7 (м2 х К) / Вт;
  • R (пенопласт 10 см) = 0,1 / 0,037 = 2,7 (м2 х К) / Вт;
  • R (стен) = R(кирпич) + R(пенопласт) = 0,7 + 2,7 = 3,4 (м2 х К) / Вт.

Теперь можем приступить к расчету теплопотерь «Q»:

  • Q для потолка = 80 х 62 / 4,6 = 1078,2 Вт.
  • Q стен = 90 х 62 / 3,4 = 1641,1 Вт.
  • Остается сложить 1078,2 + 1641,1 и перевести в кВт, получается (если сразу округлить) 2,7 кВт энергии за 1 час.
Можно обратить внимание, насколько большая разница получилась в первом и втором случае, хотя объём домов и температура за окном в первом и втором случае были совершенно одинаковыми.

Всё дело в степени утомлённости домов (хотя, конечно, данные могли быть и иными, если бы мы рассчитывали пол и окна).

Заключение

Приведённые формулы и примеры показываю, что при теплотехнических расчётах очень важно учитывать как можно больше факторов, влияющих на теплопотери. Сюда входит и вентиляция, и площадь окон, степень их утомлённости и т. д.

А подход, когда на 10 м2 дома берётся 1 кВт мощности котла – слишком приблизительный, чтобы всерьёз опираться на него.

Видео на тему

microklimat.pro

13 Тепловой расчет

10. Тепловой расчет.

Конструкция ИМС должна быть такой, чтобы теплота, выделяющаяся при ее функционировании, не приводила в наиболее неблагоприятных условиях эксплуатации к отказам элементов в результате перегрева. К основным тепловыделяющим элементам следует отнести, прежде всего, резисторы, активные элементы и компоненты. Мощности, рассеиваемые конденсаторами и индуктивностями, невелики. Пленочная коммутация ИМС, благодаря малому электрическому сопротивлению и высокой теплопроводности металлических пленок, способствует отводу теплоты от наиболее нагретых элементов и выравниванию температуры платы ГИС и кристалла полупроводниковой ИМС.

Рис. 10.1. Вариант крепления платы на корпус.

Тепловой расчёт резисторов.

Тепловое сопротивление резистора вычислим по формуле (10.1)

п = 0.03 [Вт/см °С] – коэффициент теплопроводности материала подложки;

δп = 0.06 см – толщина платы.

RT=0.06/0.03=2 см2∙°С/Вт

Рассчитаем температуру пленочных резисторов по формуле

PR – мощность, выделяемая на резисторе;

SR – площадь, занимаемая резистором на плате;

P0 – суммарная мощность, выделяемая всеми компонентами микросхемы;

Sп – площадь платы.

PR = 0.43 мВт – мощность выделяемая на резисторе;

SR = 0.426мм2 – площадь занимаемая резистором;

Sn = 80 мм2 – площадь платы;

RT = 2 см2∙°С/Вт – тепловое сопротивление резистора;

Токр.ср = 40С – максимальная температура окружающей среды;

T = 125С = максимально допустимая температура пленочных резисторов.

TR=(0.43∙10-3∙200)/0.426+(24.82∙10-3∙200)/80+40=40.26 С

Температура остальных резисторов рассчитывается аналогично с помощью программы MathCad. Результаты расчётов представлены в Таблице10.1

Таблица. 10.1

Из таблицы видно, что для всех пленочных резисторов заданный тепловой режим соблюдается.

Тепловой расчет для навесного элемента.

Тепловое сопротивление будет вычисляться по формуле:

k = 0.003 [Вт/см °С] – коэффициент теплопроводности клея;

δк1 = 0.01 см – толщина клея.

Rт=(0.06/0.03)+(0.01/0.003)=5.33 см2∙°С/Вт

Рассчитаем температуру навесного элемента по формуле:

Расчет транзистор КТ202А, VT14

Pнэ = 2,6 мВт – мощность выделяемая на транзисторе;

Sнэ = 0,49 мм2 – площадь занимаемая транзистором;

P0 = 24.82 мВт – мощность выделяемая всеми компонентами платы;

Sn = 80 мм2 – площадь платы;

Т0С = 40С – максимальная температура окружающей среды;

T = 85С = максимально допустимая температура транзистора.

Tнэ=(2.6∙10-3∙533)/0.49+(24.82∙10-3∙533)/80+40=42.99С

Следовательно заданный тепловой режим соблюдается.

Температура остальных транзисторов рассчитывается аналогично с помощью программы MathCad. Результаты расчётов представлены в Таблице10.2

Таблица 10.2

Из таблицы видно, что для всех транзисторов заданный тепловой режим соблюдается. Следовательно и тепловые условия для всей схемы выполняются.

studfiles.net

Тепловая мощность электрического тока и ее практическое применение

Причина нагревания проводника кроется в том, что энергия движущихся в нем электронов (иными словами, энергия тока) при последовательном столкновении частиц с ионами молекулярной решётки металлического элемента преобразуется в тёплый тип энергии, или Q, так образуется понятие «тепловая мощность».

Работу тока измеряют с помощью международной системы единиц СИ, применяя к ней джоули (Дж), мощность тока определяют как «ватт» (Вт). Отступая от системы на практике, могут применять в том числе и внесистемные единицы, измеряющие работу тока. Среди них ватт-час (Вт × ч), киловатт-час (сокращённо кВт × ч). Например, 1 Вт × ч обозначает работу тока с удельной мощностью 1 ватт и длительностью времени на один час.

Если электроны движутся по неподвижному проводнику из металла, в этом случае вся полезная работа вырабатываемого тока распределяется на нагревание металлической конструкции, и, исходя из положений закона сохранения энергии, это можно описать формулой Q=A=IUt=I2Rt=(U2/R)*t. Такие соотношения с точностью выражают известный закон Джоуля-Ленца. Исторически он впервые был определён опытным путём учёным Д. Джоулем в середине 19-го века, и в то же время независимо от него ещё одним учёным – Э.Ленцем. Практическое применение тепловая мощность нашла в техническом исполнении с изобретения в 1873 году русским инженером А. Ладыгиным обыкновенной лампы накаливании.

Тепловая мощность тока задействуется в целом ряде электрических приборов и промышленных установок, а именно, в тепловых измерительных приборах, нагревательного типа электрических печках, электросварочной и инвенторной аппаратуре, очень распространены бытовые приборы на электрическом нагревательном эффекте – кипятильники, паяльники, чайники, утюги.

Находит себя тепловой эффект и в пищевой промышленности. С высокой долей использования применяется возможность электроконтактного нагрева, что гарантирует тепловая мощность. Он обуславливается тем, что ток и его тепловая мощность, оказывая влияние на пищевой продукт, который обладает определённой степенью сопротивления, вызывает в нем равномерное разогревание. Можно привести в пример то, как производятся колбасные изделия: через специальный дозатор мясной фарш поступает в металлические формы, стенки которых одновременно служат электродами. Здесь обеспечивается постоянная равномерность нагрева по всей площади и объёму продукта, поддерживается заданная температура, сохраняется оптимальная биологическая ценность пищевого продукта, вместе с этими факторами длительность технологических работ и расход энергии остаются наименьшими.

Удельная тепловая мощность электрического тока (ω), иными словами – количество теплоты, что выделяется в единице объёма за определённую единицу времени, рассчитывается следующим образом. Элементарный цилиндрический объём проводника (dV), с поперечным проводниковым сечением dS, длиной dl, параллельной направлению тока, и сопротивлением составляют уравнения R=p(dl/dS), dV=dSdl.

Согласно определениям закона Джоуля-Ленца, за отведённое время (dt) во взятом нами объёме выделится уровень теплоты, равный dQ=I2Rdt=p(dl/dS)(jdS)2dt=pj2dVdt. В таком случае ω=(dQ)/(dVdt)=pj2 и, применяя здесь закон Ома для установления плотности тока j=γE и соотношение p=1/γ, мы сразу получаем выражение ω=jE= γE2. Оно в дифференциальной форме даёт понятие о законе Джоуля-Ленца.

fb.ru

Страничка эмбеддера » Тепловые расчеты

Все электронные компоненты выделяют тепло, поэтому умение рассчитывать радиаторы так, чтобы не пролетать в прикидках на пару порядков очень полезно любому электронщику.

Тепловые расчеты очень просты и имеют очень много общего с расчетами электронных схем. Вот, посмотрите на обычную задачу теплового расчета, с которой я только что столкнулся

Задача

Нужно выбрать радиатор для 5-вольтового линейного стабилизатора, который питается от 12вольт максимум и выдает 0.5А. Максимальная выделяемая мощность получается (12-5)*0.5 = 3.5Вт

Погружение в теорию

Для того, чтобы не плодить сущностей, люди почесали тыковку и поняли, что тепло очень похоже на электрической ток, и для тепловых расчетов можно использовать обычный закон Ома, только

    Напряжение (U) заменяется температурой (T)

    Ток (I) заменяется мощностью (P)

    Сопротивление заменяется тепловым сопротивлением. Обычное сопротивление имеет размерность Вольт/Ампер, а тепловое – °C/Ватт

В итоге, закон Ома заменяется на свой тепловой аналог:

Небольшой замечание – для того, чтобы обозначить, что имеется ввиду тепловое (а не электрическое) сопротивление, к букве R, дописывают букву тэта:на клавиатуре у меня такой буквы нет, а копировать из таблицы символов лень, поэтому я буду пользоваться просто буквой R.

Продолжаем

Тепло выделяется в кристалле стабилизатора, а наша цель – не допустить его перегрева (не допустить перегрева именно кристалла, а не корпуса, это важно!).

До какой температуры можно нагревать кристалл, написано в даташите:

Обычно, предельную температуру кристалла называют Tj (j = junction = переход – термочувствительные внутренности микросхем в основном состоят из pn переходов. Можно считать, что температура переходов равна температуре кристалла)

Без радиатора

Тепловая схема выглядит очень просто:

Специально для случаев использования корпуса без радиатора, в даташитах пишут тепловое сопротивление кристалл-атмосфера (Rj-a) (что такое j вы уже в курсе, a = ambient = окружающая среда)

Заметьте, что температура “земли” не нулевая, а равняется температуре окружающего воздуха (Ta). Температура воздуха зависит от того, в каких условиях находится радиатор Если стоит на открытом воздухе, то можно положить Ta = 40 °C, а вот, если в закрытой коробке, то температура может быть значительно выше!

Записываем тепловой закон Ома: Tj = P*Rj-a + Ta. Подставляем P = 3.5, Rj-a = 65, получаем Tj = 227.5 + 40 = 267.5 °C. Многовато, однако!

Цепляем радиатор

Тепловая схема нашего примера со стабилизатором на радиаторе становится вот такой:

  • Rj-c – сопротивление от кристалла до теплоотвода корпуса (c = case = корпус). Дается в даташите. В нашем случае – 5 °C/Вт – из даташита
  • Rc-r – сопротивление корпус-радиатор. Тут не все так просто. Это сопротивление зависит от того, что находится между корпусом и радиатором. К примеру, силиконовая прокладка имеет коэффициент теплопроводности 1-2 Вт/(м*°C), а паста КПТ-8 – 0.75Вт/(м*°C). Тепловое сопротивление можно получить из коэффициента теплопроводности по формуле:

    R = толщина прокладки/(коэффициент теплопроводности * площадь одной стороны прокладки)

    Часто Rc-r вообще можно игнорировать. К примеру, в нашем случае (используем корпус TO220, с пастой КПТ-8, средняя глубина пасты, взятая с потолка – 0.05мм). Итого, Rc-r = 0.5 °C/Вт. При мощности 3.5вт, разница температур корпуса стабилизатора и радиатора – 1.75градуса. Это – не много. Для нашего примера, возьмем Rc-r = 2 °C/Вт

  • Rr-a – тепловое сопротивление между радиатором и атмосферой. Определяется геометрией радиатора, наличием обдува, и кучей других факторов. Этот параметр намного проще измерить, чем посчитать (см в конце статьи). Для примера – Rr-c = 12.5 °C/Вт

    Ta = 40°C – тут мы прикинули, что атмосферная температура редко выше, можно взять и 50 градусов, чтобы уж точно было.

Подставляем все эти данные в закон Ома, и получаем Tj = 3.5*(5+2+12.5) + 40 = 108.25 °C

Это значительно меньше, чем предельные 150 °C. Такой радиатор можно использовать. При этом, корпус радиатора будет греться до Tc = 3.5*12.5 + 40 = 83.75 °C. Такая температура уже способна размягчить некоторые пластики, поэтому нужно быть осторожным.

Измерение сопротивления радиатор-атмосфера.

Скорее-всего, у вас уже валяется куча радиаторов, которые можно задействовать. Тепловое сопротивление измеряется очень легко. Это этого нужно сопротивление и источник питания.

Лепим сопротивление на радиатор, используя термопасту:

Подключаем источник питания, и выставляем напряжение так, чтобы на сопротивлении выделялась некая мощность. Лучше, конечно, нагревать радиатор той мощностью, которую он будет рассеивать в конечном устройстве (и в том положении, в котором он будет находиться, это важно!). Я обычно оставляю такую конструкцию на пол часа, чтобы она хорошо прогрелась.

После того, как измерили температуру, можно рассчитать тепловое сопротивление

Rr-a = (T-Ta)/P. К примеру, у меня радиатор нагрелся до 81 градуса, а температура воздуха – 31 градус. таким образом, Rr-a = 50/4 = 12.5 °C/Вт.

Прикидка площади радиатора

В древнем справочнике радиолюбителя приводился график, по которому можно прикинуть площадь радиатора. Вот он:

Работать с ним очень просто. Выбираем перегрев, который хочется получить и смотрим, какая площадь соответствует необходимой мощности при таком перегреве.

К примеру, при мощности 4вт и перегреве 20 градусов, понадобится 250см^2 радиатора. Этот график дает завышенную оценку площади, и не учитывает кучу факторов как то принудительный обдув, геометрия ребер, итп.

bsvi.ru


Сообщение от администратора:

Ребята! Кто давно хотел выучить английский?
Переходите по и получите два бесплатных урока в школе английского языка SkyEng!
Занимаюсь там сам – очень круто. Прогресс налицо.

В приложении можно учить слова, тренировать аудирование и произношение.

Попробуйте. Два урока бесплатно по моей ссылке!
Жмите

Количество теплоты, выделяемое в единицу времени в рассматриваемом участке цепи, пропорционально произведению квадрата силы тока на этом участке и сопротивлению участка

Закон Джоуля Ленца в интегральной форме в тонких проводах:

Если сила тока изменяется со временем, проводник неподвижен и химических превращений в нем нет, то в проводнике выделяется тепло.

– Мощность тепла, выделяемого в единице объёма среды при протекании электрического тока, пропорциональна произведению плотности электрического тока на величину электрического поля

Преобразование электрической энергии в тепловую широко используется в электрических печах и различных электронагревательных приборах. Тот же эффект в электрических машинах и аппаратах приводит к непроизвольным затратам энергии (потере энергии и снижении КПД). Тепло, вызывая нагрев этих устройств, ограничивает их нагрузку; при перегрузке повышение температуры может вызвать повреждение изоляции или сокращение срока службы установки.

В формуле мы использовали:

Количество теплоты

Работа тока

Напряжение в проводнике

Сила тока в проводнике

Промежуток времени

Джеймс Прескотт Джоуль (слева) и Эмилий Христианович Ленц (справа)

Электрические нагреватели всевозможных типов используются человечеством уже столетия, благодаря свойству электрического тока выделять тепло при прохождении через проводник. У этого явления есть и негативный фактор – перегретая электропроводка из-за слишком большого тока часто становилась причиной короткого замыкания и возникновения пожаров. Выделение тепла от работы электрического тока изучалось в школьном курсе физики, но многие позабыли эти знания.

Впервые зависимость выделения теплоты от силы электрического тока была сформулирована и математически определена Джеймсом Джоулем в 1841 году, и чуть позже, в 1842 г., независимо от него, Эмилем Ленцем. В честь этих физиков и был назван закон Джоуля-Ленца, по которому рассчитывают мощность электронагревателей и потери на тепловыделение в линиях электропередач.

Определение закона Джоуля – Ленца

В словесном определении, согласно исследований Джоуля и Ленца закон звучит так:

Количество теплоты, выделяемой в определенном объеме проводника при протекании электрического тока прямо пропорционально умножению плотности электрического тока и величины напряженности электрического поля

В виде формулы данный закон выглядит следующим образом:


Выражение закона Джоуля — Ленца

Поскольку описанные выше параметры редко применяются в обыденной жизни, и, учитывая, что почти все бытовые расчеты выделения теплоты от работы электрического тока касаются тонких проводников (кабели, провода, нити накаливания, шнуры питания, токопроводящие дорожки на плате и т. п.), используют закон Джоуля Ленца с формулой, представленной в интегральном виде:


Интегральная форма закона

В словесном определении закон Джоуля Ленца звучит так:


Словесное определение закона Джоуля — Ленца

Если принять, что сила тока и сопротивление проводника не меняется в течение времени, то закон Джоуля — Ленца можно записать в упрощенном виде:

Применив закон Ома и алгебраические преобразования, получаем приведенные ниже эквивалентные формулы:


Эквивалентные выражения теплоты согласно закона Ома

Применение и практическое значение закона Джоуля – Ленца

Исследования Джоуля и Ленца в области тепловыделения от работы электрического тока существенно продвинули научное понимание физических процессов, а выведенные основные формулы не претерпели изменений и используются по сей день в различных отраслях науки и техники. В сфере электротехники можно выделить несколько технических задач, где количество выделяемой при протекании тока теплоты имеет критически важное значение при расчете таких параметров:

  • теплопотери в линиях электропередач;
  • характеристики проводов сетей электропроводки;
  • тепловая мощность (количество теплоты) электронагревателей;
  • температура срабатывания автоматических выключателей;
  • температура плавления плавких предохранителей;
  • тепловыделение различных электротехнических аппаратов и элементов радиотехники.

Электроприборы, в которых используется тепловая работа тока

Тепловое действие электрического тока в проводах линий электропередач (ЛЭП) является нежелательным из-за существенных потерь электроэнергии на тепловыделение.

По различным данным в линиях электропередач теряется до 40% всей производимой электрической энергии в мире. Для уменьшения потерь при передаче электроэнергии на большие расстояния, поднимают напряжение в ЛЭП, производя расчеты по производным формулам закона Джоуля – Ленца.


Диаграмма всевозможных потерь электроэнергии, среди которых теплопотери на воздушных линиях составляют львиную долю (64%)

Очень упрощенно тепловую работу тока можно описать следующим образом: двигаются электроны между молекулами, и время от времени сталкиваются с ними, отчего их тепловые колебания становятся более интенсивными. Наглядная демонстрация тепловой работы тока и ассоциативные пояснения процессов показаны на видео ниже:

Расчеты потерь электроэнергии в линиях электропередач

В качестве примера можно взять гипотетический участок линии электропередач от электростанции до трансформаторной подстанции. Поскольку провода ЛЭП и потребитель электроэнергии (трансформаторная подстанция) соединены последовательно , то через них течет один и тот же ток I. Согласно рассматриваемому тут закону Джоуля – Ленца количество выделяемой на проводах теплоты Q w (теплопотерь) рассчитывается по формуле:

Производимая электрическим током мощность (Q c) в нагрузке рассчитывается согласно закону Ома:

Таким образом, при равенстве токов, в первую формулу можно вставить вместо I выражение Q c /U c , поскольку I = Q c /U c:

Если проигнорировать зависимость сопротивления проводников от изменения температуры, то можно считать R w неизменным (константой). Таким образом, при стабильном энергопотреблении потребителя (трансформаторной подстанции), тепловыделение в проводах ЛЭП будет обратно пропорционально квадрату напряжения в конечной точке линии. Другими словами, чем больше напряжение электропередачи, тем меньше потери электроэнергии.


Для передачи электроэнергии высокого напряжения требуются большие опоры ЛЭП

Работа закона Джоуля – Ленца в быту

Данные расчеты справедливы также и в быту при передаче электроэнергии на малые расстояния – например, от ветрогенератора до инвертора. При автономном энергоснабжении ценится каждый Ватт выработанной низковольтным ветряком энергии, и возможно, будет выгодней поднять напряжение трансформатором прямо у ветрогенератора, чем тратиться на большое сечение кабеля, чтобы уменьшить потери электроэнергии при передаче.


При значительном удалении низковольтного ветрогенератора переменного тока для уменьшения потерь электроэнергии будет выгодней подключение через повышающий трансформатор

В бытовых сетях электропроводки расстояния крайне малы, чтобы уменьшения тепловых потерь поднимать напряжение, поэтому при расчете проводки учитывается тепловая работа тока, согласно закону Джоуля – Ленца при выборе поперечного сечения проводов, чтобы их тепловой нагрев не привел к оплавлению и возгоранию изоляции и окружающих материалов. Выбор кабеля по мощности и электропроводки проводятся согласно таблиц и нормативных документов ПУЭ, и подробно описаны на других страницах данного ресурса.


Соотношения силы тока и поперечного сечения проводников

При расчете температуры нагрева радиотехнических элементов, биметаллической пластины автоматического выключателя или плавкого предохранителя используется закон Джоуля – Ленца в интегральной форме, так как при росте температуры изменяется сопротивление данных материалов. При данных сложных расчетах также учитываются теплоотдача, нагрев от других источников тепла, собственная теплоемкость и множество других факторов.


Программное моделирование тепловыделения полупроводникового прибора

Полезная тепловая работа электрического тока

Тепловыделяющая работа электрического тока широко применяется в электронагревателях, в которых используется последовательное соединение проводников с различным сопротивлением. Данный принцип работает следующим образом: в соединенных последовательно проводниках течет одинаковый ток, значит, согласно закону Джоуля – Ленца, тепла выделится больше у материала проводника с большим сопротивлением.


Спираль с повышенным сопротивлением накаляется, но питающие провода остаются холодными

Таким образом, шнур питания и подводящие провода электроплитки остаются относительно холодными, в то время как нагревательный элемент нагревается до температуры красного свечения. В качестве материала для проводников нагревательных элементов используются сплавы с повышенным (относительно меди и алюминия электропроводки) удельным сопротивлением — нихром, константан, вольфрам и другие.


Нить лампы накаливания изготовляют из тугоплавких вольфрамовых сплавов

При параллельном соединении проводников тепловыделение будет больше на нагревательном элементе с меньшим сопротивлением, так как при его уменьшении возрастает ток относительного соседнего компонента цепи. В качестве примера можно привести очевидный пример свечения двух лампочек накаливания различной мощности – у более мощной лампы тепловыделение и световой поток больше.

Если прозвонить омметром лампочки, то окажется, что у более мощной лампы сопротивление меньше. На видео ниже автор демонстрирует последовательное и параллельное подключение, но к сожалению, он ошибся в комментарии — будет ярче светить лампа с большим сопротивлением, а не наоборот.

Закон Джоуля – Ленца – закон физики, определяющий количественную меру теплового действия электрического тока. Сформулирован этот закон был в 1841 году английским учёным Д. Джоулем и совершенно отдельно от него в 1842 году известным русским физиком Э. Ленцем. Поэтому он получил своё двойное название — закон Джоуля – Ленца.

Определение закона и формула

Словесная формулировка имеет следующий вид: мощность тепла, выделяемого в проводнике при протекании сквозь него , пропорционально произведению значения плотности электрического поля на значение напряженности.

Математически закон Джоуля — Ленца выражается следующим образом:

ω = j E = ϭ E²,

где ω — количество тепла, выделяемого в ед. объема;

E и j – напряжённость и плотность, соответственно, электрического полей;

σ — проводимость среды.

Физический смысл закона Джоуля – Ленца

Закон можно объяснить следующим образом: ток, протекая по проводнику, представляет собой перемещение электрического заряда под воздействием . Таким образом, электрическое поле совершает некоторую работу. Эта работа расходуется на нагрев проводника.

Другими словами, энергия переходит в другое свое качество – тепло.

Но чрезмерный нагрев проводников с током и электрооборудования допускать нельзя, поскольку это может привести к их повреждению. Опасен сильный перегрев при проводов, когда по проводниках могут протекать достаточно большие токи.

В интегральной форме для тонких проводников закон Джоуля – Ленца звучит следующим образом: количество теплоты, которое выделяется в единицу времени в рассматриваемом участке цепи, определяется как произведение квадрата силы тока на сопротивление участка.

Математически эта формулировка выражается следующим образом:

Q = ∫ k I² R t,

при этом Q – количество выделившейся теплоты;

I – величина тока;

R — активное сопротивление проводников;

t – время воздействия.

Значение параметра k принято называть тепловым эквивалентом работы. Величина этого параметра определяется в зависимости от разрядности единиц, в которых выполняются измерения значений, используемых в формуле.

Закон Джоуля-Ленца имеет достаточно общий характер, поскольку не имеет зависимости от природы сил, генерирующих ток.

Из практики можно утверждать, что он справедлив, как для электролитов, так проводников и полупроводников.

Область применения

Областей применения в быту закона Джоуля Ленца – огромное количество. К примеру, вольфрамовая нить в лампе накаливания, дуга в электросварке, нагревательная нить в электрообогревателе и мн. др. Это наиболее широко распространенный физический закон в повседневной жизни.

Поверхностное натяжение и вода

• Школа наук о воде ГЛАВНАЯ • Темы о свойствах воды •

Поверхностное натяжение: «Свойство поверхности жидкости, которое позволяет ей сопротивляться внешней силе из-за когезионной природы ее молекул».

Кажется, что это противоречит законам физики, но скрепка из стали действительно может плавать на поверхности воды. Высокое поверхностное натяжение помогает скрепке с гораздо большей плотностью плавать по воде.

Силы сцепления между молекулами жидкости ответственны за явление, известное как поверхностное натяжение. Молекулы на поверхности стакана воды не имеют других молекул воды со всех сторон от них, и, следовательно, они более прочно сцепляются с молекулами, непосредственно связанными с ними (в данном случае, рядом и под ними, но не над ними). Неверно, что на поверхности воды образуется «кожа»; более сильное сцепление между молекулами воды в отличие от притяжения молекул воды к воздуху делает более трудным перемещение объекта по поверхности, чем перемещение его, когда он полностью погружен.(Источник: GSU).

Сцепление и поверхностное натяжение

Силы сцепления между молекулами в жидкости распределяются между всеми соседними молекулами. Те, что находятся на поверхности, не имеют соседних молекул сверху и, таким образом, проявляют более сильные силы притяжения к своим ближайшим соседям на поверхности и под ней. Поверхностное натяжение можно определить как свойство поверхности жидкости, которое позволяет ей противостоять внешней силе из-за когезионной природы молекул воды.

Поверхностное натяжение на молекулярном уровне

Поверхностное натяжение в воде связано с тем, что молекулы воды притягиваются друг к другу, поскольку каждая молекула образует связь с молекулами, находящимися поблизости. На поверхности, однако, самый внешний слой молекул имеет меньше молекул, за которые можно цепляться, поэтому это компенсируется установлением более прочных связей со своими соседями, что приводит к образованию поверхностного натяжения.

Молекулы воды хотят прижаться друг к другу.На поверхности, однако, меньше молекул воды, за которые можно цепляться, поскольку наверху есть воздух (а значит, нет молекул воды). Это приводит к более прочной связи между молекулами, которые действительно контактируют друг с другом, и слоем прочно связанной воды (см. Диаграмму). Этот поверхностный слой (удерживаемый поверхностным натяжением) создает значительный барьер между атмосферой и водой. Фактически, вода обладает наибольшим поверхностным натяжением, кроме ртути, из всех жидкостей. (Источник: Озера Миссури)

Внутри тела жидкости молекула не будет испытывать результирующую силу, потому что все силы соседних молекул нейтрализуются (диаграмма). Однако для молекулы на поверхности жидкости будет действовать чистая внутренняя сила, поскольку не будет силы притяжения, действующей сверху. Эта направленная внутрь сила заставляет молекулы на поверхности сжиматься и сопротивляться растяжению или разрушению. Таким образом, поверхность находится под натяжением, откуда, вероятно, и произошло название «поверхностное натяжение». (Источник: Фонд Вудро Вильсона).

Из-за поверхностного натяжения маленькие объекты будут «плавать» на поверхности жидкости, пока объект не может пробиться и разделить верхний слой молекул воды. Когда объект находится на поверхности жидкости, поверхность, находящаяся под натяжением, ведет себя как эластичная мембрана.

Примеры поверхностного натяжения

Водомерки могут ходить по воде благодаря сочетанию нескольких факторов.Водомерки используют высокое поверхностное натяжение воды и длинные гидрофобные ноги, чтобы оставаться над водой.

Водомерки используют это поверхностное натяжение в своих интересах за счет хорошо адаптированных ног и распределенного веса. Ножки водомера длинные и тонкие, что позволяет распределять вес корпуса водомера по большой площади поверхности. Ноги сильные, но обладают гибкостью, что позволяет водомеркам равномерно распределять свой вес и течь вместе с движением воды.Волосы гидрофуги покрывают поверхность тела водомера.

  • Ходьба по воде: Маленькие насекомые, такие как водомерок, могут ходить по воде, потому что их веса недостаточно, чтобы проникнуть на поверхность.
  • Плавающая игла: Осторожно помещенную маленькую иглу можно заставить плавать на поверхности воды, даже если она в несколько раз плотнее воды. Если поверхность встряхнуть, чтобы снизить поверхностное натяжение, игла быстро утонет.
  • Не трогайте палатку !: Обычные материалы для палаток в некоторой степени водонепроницаемы, так как поверхностное натяжение воды перекрывает поры в тонкотканом материале. Но если прикоснуться пальцем к материалу палатки, вы нарушите поверхностное натяжение, и дождь потечет.
  • Клинический тест на желтуху: Нормальная моча имеет поверхностное натяжение около 66 дин / сантиметр, но если присутствует желчь (тест на желтуху), оно падает примерно до 55. В тесте Хая моча разбрызгивается порошкообразной серой. поверхность.Он будет плавать в обычной моче, но опустится, если желчь снизит поверхностное натяжение.
  • Дезинфицирующие средства с поверхностным натяжением: Дезинфицирующие средства обычно представляют собой растворы с низким поверхностным натяжением. Это позволяет им распространяться на клеточных стенках бактерий и разрушать их.
  • Мыло и моющие средства: Они помогают при стирке одежды, снижая поверхностное натяжение воды, так что она легче впитывается в поры и загрязненные участки.
  • Стирка холодной водой: Основная причина использования горячей воды для стирки заключается в том, что ее поверхностное натяжение ниже и она лучше смачивает.Но если моющее средство снижает поверхностное натяжение, нагревание может быть ненужным.
  • Почему пузырьки круглые: Поверхностное натяжение воды обеспечивает необходимое натяжение стенки для образования пузырьков с водой. Стремление минимизировать это натяжение стенок приводит к приданию пузырькам сферической формы.
  • Поверхностное натяжение и капли: Поверхностное натяжение определяет форму капель жидкости. Хотя капли воды легко деформируются, они имеют тенденцию принимать сферическую форму за счет сил сцепления поверхностного слоя.

Источник: Государственный университет Джорджии

Научитесь распознавать и снимать мышечное напряжение

Медсестры-онкологи сталкиваются с обильными физическими и эмоциональными стрессами, которые со временем могут привести к неадекватному мышечному напряжению. Чтобы тело оставалось в тонусе и подвижным, необходимо некоторое мышечное напряжение. Однако ненужное напряжение может привести к хронической боли и другим проблемам со здоровьем.

Распознать первые признаки и симптомы нездорового мышечного напряжения не так просто, как может показаться.Сенсорно-моторная амнезия – это теория, утверждающая, что со временем мозг может перестать распознавать, что мышца не вернулась в здоровое состояние расслабления. Хорошая новость заключается в том, что могут помочь научно обоснованные методы раннего распознавания и снятия мышечного напряжения.

О чем говорят исследования

Прогрессивная мышечная релаксация (PMR) – это сознательное сокращение и расслабление мышцы или группы мышц. В рандомизированном контролируемом исследовании (N = 208) пациенты с раком груди или простаты, использующие PMR, показали заметное снижение уровня тревоги, стресса и кортизола по сравнению с аналогичными пациентами, не использующими PMR (p <0.001). Авторы систематического обзора вмешательств по релаксации боли обнаружили, что 8 из 15 соответствующих исследований подтвердили PMR как эффективную стратегию уменьшения боли.

Аутогенетическая тренировка (AT) использует визуализацию и самовнушение, чтобы направить ощущение тепла и тяжести на определенную часть тела. Хотя результаты относительно эффективности AT различаются, использование AT в сочетании с PMR может улучшить расслабление и благополучие.

Как практиковать

Следующие инструкции наносят PMR и AT на плечи, шею и лицо.Ресурсы для тренировки всего тела перечислены на боковой панели.

  1. Найдите удобное положение, где вас никто не побеспокоит.
  2. Закройте глаза и сделайте три глубоких очищающих вдоха.
  3. Осторожно подтяните плечи к ушам, а подбородок – к груди. Задержитесь на три-пять секунд, заметив ощущение напряжения.
  4. Медленно опустите плечи и поднимите подбородок, думая: «Мои плечи тяжелые и теплые.”
  5. Повторите напряжение и расслабление мышц плеча и шеи еще два раза, увеличивая напряжение и расслабление, которое кажется безопасным для вашего тела.
  6. Осторожно напрягите мышцы лица и челюсти, удерживайте от трех до пяти секунд, расслабьте и повторите еще два раза. Отправьте изображения тепла и тяжести на челюсти, веки и лицо.
  7. Завершите практику, сделав три глубоких очищающих вдоха.

Влияние температуры на напряжение, зависящее от напряжения тепло и тепло активации при подергивании скелетных мышц лягушки.

J. Physiol. 1979 Jun; 291: 265–275.

Эта статья цитируется в других статьях в PMC.

Abstract

1. Влияние температуры на высвобождение мышечной энергии (тепло плюс производство работы) и производство изометрической силы сокращения измерялось при длине покоя (lo) и при большой длине мышцы (приблизительно 1,35 lo), когда сила сокращения была значительно снижена. . 2. Производство силы и высвобождение энергии постепенно снижалось по мере повышения температуры мышц от 0 до 20 ° C.Производство силы уменьшилось в большей степени, чем высвобождение энергии. График зависимости высвобождения энергии от силы подергивания предполагал, что часть выделенной энергии была произведена независимо от температуры. 3. Энергия, выделяемая на длинных мышцах, теплота активации, не зависела от температуры мышц. Теплота активации интерпретируется как отражение энергии, рассеиваемой во время цикла Ca2 +, и, таким образом, предполагает, что в условиях этих экспериментов количество Ca2 +, высвобождаемое при стимуляции, не зависит от температуры мышц и последующего производства мышечной силы.4. Анализ результатов также подтверждает вывод о том, что высвобождение энергии в скелетных мышцах зависит от производства мышечной силы и что высвобождение энергии, связанное с цикличностью Ca2 +, по существу не зависит от длины мышцы в диапазоне от 10 до 1,35-10.

Полный текст

Полный текст доступен в виде отсканированной копии оригинальной печатной версии. Получите копию для печати (файл PDF) полной статьи (1,2M) или щелкните изображение страницы ниже, чтобы просмотреть страницу за страницей.Ссылки на PubMed также доступны для Избранные ссылки .

Избранные ссылки

Эти ссылки находятся в PubMed. Это может быть не полный список ссылок из этой статьи.

  • Мигает Дж. Р., Рюдел Р., Тейлор С. Р.. Переходные процессы кальция в изолированных волокнах скелетных мышц земноводных: обнаружение с помощью экворина. J Physiol. 1978, апрель; 277: 291–323. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Close RI. Связь между длиной саркомера и характеристиками изометрических сокращений портняжной мышцы лягушки.J Physiol. 1972 Февраль; 220 (3): 745–762. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Frank JS, Winegrad S. Влияние длины мышцы на отток 45Ca в покоящихся и сокращающихся скелетных мышцах. Am J Physiol. 1976, август; 231 (2): 555–559. [PubMed] [Google Scholar]
  • Гиббс К.Л., Чепмен Дж. Б.. Влияние условий стимула, температуры и длины на выход энергии портняжника лягушки и жабы. Am J Physiol. 1974 Октябрь; 227 (4): 964–971. [PubMed] [Google Scholar]
  • Хартри В., Хилл А.В. Характер изометрического подергивания.J Physiol. 1921, 18 ноября; 55 (5-6): 389–411. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • HILL AV. Миотермические методы. Proc R Soc Lond B Biol Sci. 1949, 23 июня; 136 (883): 228–241. [PubMed] [Google Scholar]
  • Homsher E, Mommaerts WF, Ricchiuti NV, Wallner A. Тепло активации, активация метаболизма и связанное с напряжением тепло в мышцах полусухожильной лягушки. J Physiol. 1972 Февраль; 220 (3): 601–625. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Homsher E, Mommaerts WF, Ricchiuti NV.Энергетика сокращения мышц при подергиваниях и тетанических сокращениях. II. Теплота шортенинга, определяемая силой. J Gen Physiol. 1973 декабрь; 62 (6): 677–692. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Homsher E, Kean CJ. Энергетика и обмен веществ скелетных мышц. Annu Rev Physiol. 1978; 40: 93–131. [PubMed] [Google Scholar]
  • JEWELL BR, WILKIE DR. Анализ механических компонентов поперечно-полосатой мышцы лягушки. J Physiol. 1958 31 октября; 143 (3): 515–540. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Smith IC.Энергетика активации в мышцах лягушки и жабы. J Physiol. 1972 Февраль; 220 (3): 583–599. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

Статьи из The Journal of Physiology любезно предоставлены The Physiological Society


Головные боли напряжения: симптомы, причины и методы лечения

Обзор

Что такое головные боли?

Головные боли – распространенная проблема со здоровьем. Практически каждый в какой-то момент жизни испытывает такое.Но они не все одинаковые. Медицинские эксперты делят головные боли более чем на 100 типов.

У большинства людей головные боли приводят к незначительным болям или болям, которые случаются время от времени (время от времени). Реже более сильные головные боли (например, мигрень) могут вызывать пульсирующую боль. Некоторые головные боли могут сделать рутинные задачи трудными или почти невозможными.

В редких случаях сильная внезапная головная боль может быть признаком серьезной проблемы со здоровьем, например опухоли головного мозга.

Что такое головные боли напряжения?

Головные боли напряжения – наиболее распространенный вид головной боли.Эти головные боли часто вызывают боль от легкой до умеренной в области головы, лица или шеи. Обычно они не вызывают других симптомов (например, тошноты или рвоты). Медицинские работники обычно не считают головную боль от напряжения опасной.

Ваш лечащий врач может назвать вашу головную боль напряжения «головной болью напряжения». Именно так эту головную боль называют официальное медицинское издание, в котором классифицируются все головные боли.

Какие бывают типы головных болей напряжения?

Медицинские работники разделяют головные боли напряжения на два основных типа.Они основывают тип на том, сколько у вас головных болей и как часто:

  • Эпизодические головные боли напряжения случаются реже (менее 15 дней в месяц). Ваш поставщик может назвать их «нечастыми», если у вас есть одна или меньше головных болей каждый месяц.
  • Хронический тип напряжения описывает, когда количество дней с головной болью превышает количество дней без головной боли. Хронические головные боли напряжения случаются 15 и более дней в месяц в течение более трех месяцев подряд.

Насколько распространены головные боли напряжения?

Люди не всегда обращаются к врачу из-за головной боли от напряжения, поэтому точные цифры трудно предсказать.По оценкам исследователей, примерно 2 из 3 взрослых в США страдают головными болями от напряжения.

Хронические головные боли напряжения встречаются гораздо реже. Они поражают примерно 3% взрослых. Головные боли напряжения возникают у женщин чаще, чем у мужчин.

Симптомы и причины

Что вызывает головные боли напряжения?

Исследователи не определили ни одной причины головных болей напряжения. Этот тип головной боли не передается по наследству (передается по наследству).

Некоторые медицинские работники считают, что сжатые мышцы в затылке или шее могут вызывать (вызывать) головные боли напряжения.

Какие триггеры могут вызвать головные боли напряжения?

У вас может быть больше шансов заболеть головной болью, если у вас есть:

  • Напряжение глаз, например, от длительного просмотра экрана компьютера.
  • Боль в других частях головы и шеи, вызванная такими проблемами, как височно-нижнечелюстные расстройства.
  • Проблемы со сном, например бессонница.
  • Стресс, связанный с семьей, работой или жизненными проблемами, такими как начало или потеря работы или выполнение слишком большого количества обязательств.

Как ощущается головная боль напряжения?

Люди по-разному испытывают симптомы головной боли напряжения. Некоторые люди описывают головную боль напряжения как ощущение, будто кто-то (или что-то) сжимает обе стороны их головы вместе или повязку на голове.

У вас может быть боль:

  • Постоянно (но не пульсирует).
  • Легкая или умеренная (не тяжелая).
  • С обеих сторон головы.
  • Лучше после приема безрецептурных болеутоляющих.

Чем головная боль напряжения отличается от мигрени?

Мигрень – еще один распространенный тип головной боли. Мигрень и головные боли напряжения, как правило, вызывают разные симптомы.

Мигрень чаще вызывает:

  • Более сильная боль.
  • Пульсирующие или колющие боли.
  • Симптомы сосредоточены на одной стороне головы.
  • Боль, усиливающаяся от яркого света или громких звуков.
  • Тошнота или рвота.

Как долго длится головная боль напряжения?

Это зависит от обстоятельств. Головная боль напряжения может длиться 30 минут или (реже) месяцев. Как правило, симптомы эпизодической головной боли напряжения появляются медленно и заканчиваются раньше. Часто они случаются в середине дня. Эпизодические головные боли обычно длятся не дольше недели.

У людей с хроническими головными болями напряжения симптомы могут длиться месяцами. Боль может оставаться на том же уровне дискомфорта в течение нескольких дней.Хотя эти головные боли встречаются редко, они могут сказаться на качестве вашей жизни.

Опасна ли головная боль напряжения?

По мнению медицинских экспертов, нет. Хотя хронические головные боли напряжения могут нарушить вашу жизнь, головные боли напряжения, как правило, не вызывают серьезных проблем со здоровьем.

Иногда головные боли напряжения могут быть признаком основного заболевания, такого как заболевание щитовидной железы или основная опухоль, или первичного расстройства головной боли, такого как хроническая мигрень или новая ежедневная постоянная головная боль.Любой человек старше 50 лет, у которого впервые появилась головная боль, должен обратиться к врачу для обследования.

Диагностика и тесты

Как диагностируются головные боли напряжения?

Не существует теста для окончательной диагностики головных болей напряжения. Ваш лечащий врач начнет с изучения вашей истории болезни. Затем они осмотрят вас, чтобы оценить ваши симптомы.

Ваш врач может задать вам много вопросов, чтобы узнать больше о ваших симптомах, например:

  • Ухудшаются ли ваши симптомы в определенное время дня?
  • Ухудшаются ли ваши симптомы после употребления определенных продуктов?
  • Помогают ли вам чувствовать себя лучше обезболивающие, отпускаемые без рецепта?
  • Как часто у вас появляются симптомы?
  • Как бы вы описали свой уровень стресса?

Специалист по головной боли будет использовать диагностическое руководство под названием «Международная классификация головных болей-3», чтобы убедиться, что вы соответствуете критериям головной боли напряжения.

В некоторых случаях ваш провайдер может заказать сканирование изображений, например МРТ. Визуализирующие обследования могут помочь исключить менее распространенные, но потенциально серьезные причины ваших симптомов. Узнайте больше о диагностике и тестах на головную боль.

Ведение и лечение

Как лечат головные боли напряжения?

Если у вас время от времени болит голова от напряжения, безрецептурные обезболивающие могут эффективно избавить вас от боли. Ваш врач может порекомендовать вам сначала попробовать один из следующих вариантов, чтобы облегчить симптомы:

  • Ацетаминофен (Тайленол®).
  • Аспирин.
  • Ибупрофен (Адвил®, Мотрин®).
  • Напроксен натрия (Aleve®).

Существуют ли другие лекарства от головной боли напряжения?

Если безрецептурные обезболивающие не помогают, врач может прописать вам лекарство. Некоторые лекарства уменьшают частоту возникновения головных болей или их болевые ощущения. Антидепрессант амитриптилин (Элавил®) помог некоторым людям с хроническими головными болями напряжения. Опиоиды применять нельзя.

Есть ли риск принимать лекарства от головных болей напряжения?

Безрецептурные обезболивающие, как правило, безопасны.Но чрезмерное употребление болеутоляющих может вызвать другие проблемы. Обязательно внимательно следуйте инструкциям на бутылке. Всегда консультируйтесь со своим врачом, если вы чувствуете необходимость использовать болеутоляющие более двух раз в неделю.

Принимайте эти лекарства только тогда, когда они вам нужны. Используйте наименьшую дозу, которая облегчит вашу боль.

Как правило, чрезмерное употребление обезболивающих может вызвать:

  • Головные боли: Слишком частый прием обезболивающих может вызвать головную боль (так называемые возвратные головные боли), когда вы прекратите принимать лекарство.Этот эффект похож на отмену.
  • Другие побочные эффекты: Все препараты имеют побочные эффекты. Избегайте слишком частого приема аспирина или других нестероидных противовоспалительных препаратов (НПВП), таких как ибупрофен. Чрезмерное употребление может вызвать боль в желудке, кровотечение или язвы. Если вы регулярно принимаете какие-либо лекарства, обсудите риски и преимущества со своим врачом.
  • Снижение преимуществ с течением времени: Ваше тело может выработать толерантность (привыкнуть) к любым лекарствам. Вы можете заметить, что лекарство, которое вы регулярно принимали, не работает так хорошо, как раньше.
  • Зависимость: Некоторые лекарства могут вызывать привыкание. Они могут нести больше риска, чем пользы. По этой причине медицинские работники обычно не рекомендуют назначать бензодиазепины и наркотики (например, кодеин и оксикодон) для лечения головных болей напряжения.

Могут ли лекарства вылечить головные боли напряжения?

Никакое лечение (лекарственное или иное) не может вылечить головную боль от напряжения. Лекарства помогают справиться с симптомами и избавиться от них, чтобы вы могли больше наслаждаться жизнью.

Можно ли лечить головную боль напряжения без лекарств?

Совершенно верно. Хотя лекарства могут быть полезны, они не заменяют стрессовых факторов, которые могут вызвать головную боль.

Другие варианты лечения головной боли напряжения включают:

  • Домашние средства, например, наложение горячего или холодного компресса на больное место, могут помочь вам почувствовать себя лучше.
  • Консультация может помочь вам определить причину головной боли и узнать полезные методы преодоления.
  • Тренировка релаксации включает упражнения на глубокое дыхание и прослушивание успокаивающей музыки. Эти методы могут расслабить мышцы и уменьшить боль.
  • Медитация .
  • Biofeedback использует датчики, подключенные к вашему телу, для мониторинга, а затем противодействия физическим функциям вашего тела. Он научит вас, как управлять стрессом, выявляя, а затем уменьшая мышечное напряжение. Биологическая обратная связь может облегчить или предотвратить головные боли.

Профилактика

Как предотвратить головную боль напряжения?

Исследователям еще предстоит раскрыть, как предотвратить все головные боли.Если вы испытываете хронические головные боли напряжения или частые головные боли напряжения, некоторые лекарства могут купировать некоторые головные боли до того, как они начнутся. Это антидепрессанты, такие как амитриптилин, венлафаксин или дулоксетин. Они воздействуют на центры боли в головном мозге.

В целом, изменение образа жизни и уменьшение реакции на стресс – лучший способ предотвратить головные боли напряжения. Самый эффективный инструмент управления стрессом – это тот, который подходит вашей жизни, и вы чувствуете себя хорошо с ним. Вы можете попробовать:

  • Лечебный массаж.
  • Регулярно занимается спортом.
  • Как избежать обезвоживания.
  • Регулярный спокойный сон.

Перспективы / Прогноз

Чего мне следует ожидать, если у меня болит голова от напряжения?

Головные боли напряжения могут раздражать. В тяжелых случаях они могут сильно нарушить вашу личную жизнь или карьеру. Но в большинстве случаев возникают незначительные симптомы. Медикаменты и другие методы лечения помогают многим людям преодолеть симптомы с минимальными перерывами в жизни.

Жить с

Когда мне позвонить врачу?

Большинство головных болей не опасны. В редких случаях головная боль может быть признаком серьезной проблемы со здоровьем. Вам следует немедленно обратиться за медицинской помощью, если у вас есть:

  • Жесткая шея.
  • Внезапная сильная головная боль, которая быстро ухудшается.
  • Не проходит лихорадка.
  • Головная боль после сотрясения мозга (черепно-мозговой травмы).
  • Запутанные мысли, невнятная речь или слабость.
  • Новое начало головной боли в возрасте старше 50 лет.
  • Внезапное изменение характера вашей головной боли.
  • Новое начало головной боли у больного раком или аутоиммунным заболеванием.

Записка из клиники Кливленда

Почти каждый испытывает головную боль от напряжения. Но это не значит, что вам нужно жить с болью. Для облегчения незначительных симптомов может быть достаточно безрецептурных обезболивающих. Если у вас постоянно болит голова, обратитесь к своему врачу за советом. Медикаменты и управление стрессом помогают многим людям уменьшить влияние головных болей напряжения на их жизнь.Массаж, медитация, упражнения или разговор с кем-то, кому вы доверяете, – это лишь некоторые из ваших вариантов. Лучшая терапия для снятия стресса – это та, которая работает в соответствии с вашим образом жизни и кажется вам подходящей.

Головные боли напряжения: меры по облегчению самопомощи

Головные боли напряжения: меры по облегчению самопомощи

Частые головные боли могут мешать вашей повседневной жизни. Но здоровый образ жизни может помочь вам избавиться от боли. Начните с основ, включая диету, упражнения и расслабление.

Персонал клиники Мэйо

Почти каждый знаком с головной болью напряжения. Но это не значит, что мир останавливается, когда приходит боль. Могут помочь лекарства, отпускаемые без рецепта или по рецепту, но простой уход за собой также может помочь предотвратить сильную головную боль.

Сделайте выбор в пользу здорового образа жизни

Здоровый образ жизни может улучшить общее состояние здоровья и предотвратить головные боли напряжения. Вот основы:

  • Регулярно ешьте питательную пищу. Не пропускайте приемы пищи, особенно завтрак, и пейте много воды каждый день.
  • Регулярно выполняйте физические упражнения. Физические упражнения высвобождают химические вещества в вашем теле, которые блокируют сигналы боли в мозг. С разрешения врача выберите любое упражнение, которое вам нравится, будь то ходьба, плавание или езда на велосипеде. Начинайте медленно; слишком энергичные упражнения могут вызвать некоторые виды головных болей.
  • Высыпайтесь. Просыпайтесь и ложитесь спать в одно и то же время каждый день – даже по выходным.Расслабьтесь перед сном. Если вы не заснете в течение 15 минут, встаньте и почитайте или сделайте что-нибудь успокаивающее, пока не почувствуете сонливость. Избегайте приема лекарств (включая некоторые лекарства от головной боли), содержащих кофеин и другие стимуляторы, которые могут повлиять на сон.
  • Избегайте избытка кофеина. Хотя кофеин может помочь обуздать головные боли, интенсивное ежедневное употребление кофеина – более 400 миллиграммов кофеина в день (около четырех обычных чашек кофе) – может вызвать головные боли и раздражительность. Хроническое потребление кофеина также увеличивает риск головных болей, как и полный отказ от кофеина – независимо от того, бросаете ли вы его внезапно или постепенно.
  • Бросить курить. Никотин в сигаретном дыме снижает приток крови к мозгу и вызывает реакцию нервов в задней части глотки, что может привести к головной боли.

Держите стресс под контролем

Стресс и головные боли напряжения часто идут рука об руку. Чтобы уменьшить стресс, попробуйте эти простые советы:

  • Сделайте свою жизнь проще. Не ищите способов втиснуть в день больше дел или дел; вместо этого найдите то, что вы можете пропустить.
  • Сделайте перерыв. Если вы чувствуете себя подавленным, несколько медленных растяжек или быстрая прогулка могут восстановить ваш уровень энергии.
  • Выдохните. Когда вы почувствуете, что уровень стресса повышается, сделайте несколько глубоких вдохов и сосчитайте до 10.
  • Измените свое отношение. Думайте положительно. Не думайте, что что-то невозможно; скажите себе, что вы готовы принять вызов.
  • Отпусти. Не беспокойтесь о вещах, которые вы не можете контролировать.

Ослабление мышечного напряжения

Напряженные мышцы могут вызывать головные боли напряжения. Приложите тепло или лед, чтобы снять напряжение в мышцах шеи и плеч. Используйте грелку, установленную на низком уровне, бутылку с горячей водой, горячий душ или ванну, теплый компресс или горячее полотенце. Или приложите ко лбу пакет со льдом (завернутый в ткань) или прохладную мочалку.

Массаж также снимает мышечное напряжение, а иногда и головную боль. Слегка помассируйте кончиками пальцев виски, кожу головы, шею и плечи или слегка растяните шею.

Relax

Найдите время, чтобы расслабиться каждый день. Попробуйте это упражнение на глубокое дыхание:

  • Лягте на спину или удобно сядьте, поставив ступни на пол; руки на коленях.
  • Представьте себя в тихом месте, например, на пляже или в тихом лесу. Запомните эту сцену.
  • Медленно и глубоко вдохните и выдохните не менее 10 минут.
  • Когда вы закончите, посидите спокойно минуту или две.

Попробуйте выполнять эти дыхательные упражнения или другую форму расслабления каждый день.

Вести дневник головной боли

Дневник может помочь вам определить, что вызывает головные боли напряжения. Отметьте, когда у вас начинаются головные боли, ваши действия, как долго продолжаются головные боли и все, что приносит облегчение. Дневник может помочь вам определить закономерности в ваших повседневных привычках, которые способствуют возникновению головных болей напряжения.

Постарайтесь улучшить свои головные боли по мере внесения дополнительных изменений в здоровый образ жизни.

21 августа 2020 г. Показать ссылки
  1. Головная боль: Надежда через исследования.Национальный институт неврологических расстройств и инсульта. https://www.ninds.nih.gov/Disorders/Patient-Caregiver-Education/Hope-Through-Research/Headache-Hope-Through-Research. По состоянию на 19 июля 2018 г.
  2. Cutrer FM, et al. Патофизиология, клинические проявления и диагностика мигрени у взрослых. https://www.uptodate.com/contents/search. Доступ 13 августа 2020 г.
  3. Ваш путеводитель по здоровому сну. Национальный институт сердца, легких и крови. https://www.nhlbi.nih.gov/health-topics/all-publications-and-resources/your-guide-healthy-sleep.Доступ 13 августа 2020 г.
  4. Durazzo TC, et al. Сравнение уровней регионарной перфузии головного мозга у хронически курящих и некурящих взрослых. Международный журнал исследований окружающей среды и общественного здравоохранения. 2015; 12: 8198.
  5. 3 совета по борьбе со стрессом. Американская Ассоциация Сердца. https://healthyforgood.heart.org/be-well/articles/3-tips-to-manage-stress. По состоянию на 19 июля 2018 г.
  6. Swanson JW (заключение эксперта). Клиника Мэйо, Рочестер, Миннесота, 23 июля 2018 г.
  7. Bordeaux B и др.Преимущества и риски кофеина и напитков с кофеином. https://www.uptodate.com/contents/search. Доступ 13 августа 2020 г.
Узнать больше Подробно

Продукты и услуги

  1. Книга: Справочник клиники Мэйо по обезболиванию

.

Головная боль напряжения – Диагностика и лечение

Диагноз

Если у вас хронические или повторяющиеся головные боли, ваш врач может провести физическое и неврологическое обследование, а затем попытаться определить тип и причину ваших головных болей, используя следующие подходы:

Описание вашей боли

Ваш врач может многое узнать о ваших головных болях из описания вашей боли.Обязательно укажите эти данные:

  • Болевые характеристики. У вас пульсирует боль? Или он постоянный и тупой, острый или колющий?
  • Интенсивность боли. Хорошим индикатором серьезности вашей головной боли является то, насколько вы способны функционировать, пока она у вас есть. Вы умеете работать? Пробуждают ли вас головные боли или мешают спать?
  • Расположение боли. Вы чувствуете боль по всей голове, только с одной стороны головы, или только во лбу или за глазами?

Визуализирующие тесты

Если у вас необычные или сложные головные боли, ваш врач может назначить тесты, чтобы исключить серьезные причины головной боли, например опухоль.Два общих теста, которые можно использовать для визуализации вашего мозга, включают:

  • Магнитно-резонансная томография (МРТ). МРТ объединяет магнитное поле, радиоволны и компьютерные технологии для получения четких изображений.
  • Компьютерная томография (КТ). Компьютерная томография – это процедура диагностической визуализации, при которой используется серия управляемых компьютером рентгеновских лучей для получения всестороннего обзора вашего мозга.

Лечение

Некоторые люди с головными болями напряжения не обращаются за медицинской помощью и пытаются лечить боль самостоятельно.К сожалению, многократное использование обезболивающих, отпускаемых без рецепта, на самом деле может вызвать другой тип головной боли – головную боль из-за чрезмерного употребления лекарств.

Лекарства для лечения острых заболеваний

Для уменьшения боли при головной боли доступны различные лекарства, как без рецепта, так и по рецепту, в том числе:

  • Обезболивающие. Простые обезболивающие, отпускаемые без рецепта, обычно являются первой линией лечения для уменьшения головной боли.К ним относятся препараты аспирин, ибупрофен (Адвил, Мотрин ИБ и другие) и напроксен натрия (Алив).
  • Комбинированные препараты. Аспирин или ацетаминофен (тайленол, другие) или оба они часто сочетаются с кофеином или седативным препаратом в одном лекарстве. Комбинированные препараты могут быть более эффективными, чем однокомпонентные обезболивающие. Многие комбинированные препараты отпускаются без рецепта.
  • Триптаны и наркотические средства. Для людей, которые испытывают одновременно мигрень и эпизодические головные боли напряжения, триптан может эффективно облегчить боль при обеих головных болях.Опиоиды или наркотики используются редко из-за их побочных эффектов и потенциальной зависимости.

Профилактические препараты

Ваш врач может назначить лекарства для уменьшения частоты и тяжести приступов, особенно если у вас частые или хронические головные боли, которые не проходят с помощью обезболивающих и других методов лечения.

Профилактические препараты могут включать:

  • Трициклические антидепрессанты. Трициклические антидепрессанты, включая амитриптилин и протриптилин, являются наиболее часто используемыми лекарствами для предотвращения головных болей напряжения.Побочные эффекты этих лекарств могут включать запор, сонливость и сухость во рту.
  • Прочие антидепрессанты. Доказательства также подтверждают использование антидепрессантов венлафаксина (Effexor XR) и миртазапина (Remeron).
  • Противосудорожные препараты и миорелаксанты. Другие лекарства, которые могут предотвратить головные боли напряжения, включают противосудорожные препараты, такие как габапентин и топирамат (Topamax, Qsymia, другие). Требуются дополнительные исследования.

Профилактическим лекарствам может потребоваться несколько недель или больше, чтобы накопиться в вашем организме, прежде чем они подействуют.Так что не расстраивайтесь, если вы не заметили улучшений вскоре после начала приема препарата.

Ваш врач будет следить за вашим лечением, чтобы узнать, как действуют профилактические лекарства. В то же время чрезмерное употребление обезболивающих от головных болей может повлиять на действие профилактических препаратов. Спросите своего врача, как часто использовать обезболивающие, пока вы принимаете профилактические препараты.

Образ жизни и домашние средства

Отдых, пакеты со льдом или длительный горячий душ могут быть всем, что вам нужно для снятия головной боли напряжения.Различные стратегии могут помочь вам уменьшить тяжесть и частоту хронических головных болей напряжения без использования лекарств. Попробуйте что-нибудь из следующего:

  • Управляйте уровнем стресса. Один из способов снизить стресс – это заранее спланировать и организовать свой день. Другой способ – дать больше времени для отдыха. А если вы оказались в стрессовой ситуации, подумайте о том, чтобы отступить.
  • Стань горячим или холодным. Прикладывание тепла или льда – в зависимости от того, что вы предпочитаете – к больным мышцам, может облегчить головную боль напряжения.Для тепла используйте грелку, установленную на низком уровне, грелку, теплый компресс или горячее полотенце. Также могут помочь горячая ванна или душ. В случае холода оберните лед, пакет со льдом или замороженные овощи тканью, чтобы защитить кожу.
  • Улучшите осанку. Хорошая осанка помогает избежать напряжения мышц. Стоя, держите плечи назад и держите голову ровно. Втяните живот и ягодицы. Сидя, убедитесь, что ваши бедра параллельны полу, а голова не наклонена вперед.

Альтернативная медицина

Следующие нетрадиционные методы лечения могут помочь при головной боли напряжения:

  • Иглоукалывание. Иглоукалывание может временно облегчить хроническую головную боль. Специалисты по иглоукалыванию лечат вас с помощью очень тонких одноразовых игл, которые обычно не вызывают боли или дискомфорта. Иглоукалывание обычно безопасно, если его выполняет опытный иглотерапевт, который следует правилам безопасности и использует стерильные иглы.
  • Массаж. Массаж помогает снизить стресс и снять напряжение. Он особенно эффективен для снятия напряженных, нежных мышц затылка, шеи и плеч. Некоторым людям он также может помочь при головной боли.
  • Глубокое дыхание, биологическая обратная связь и поведенческая терапия. Разнообразные методы релаксации могут помочь справиться с головными болями напряжения, включая глубокое дыхание и биологическую обратную связь.

Помощь и поддержка

Жизнь с хронической болью может быть трудной.Хроническая боль может вызвать у вас тревогу или депрессию и повлиять на ваши отношения, вашу продуктивность и качество вашей жизни.

Вот несколько предложений:

  • Поговорите с психологом или терапевтом. Разговорная терапия может помочь вам справиться с последствиями хронической боли.
  • Присоединяйтесь к группе поддержки. Группы поддержки могут быть хорошими источниками информации. Члены группы часто знают о последних методах лечения. Ваш врач может порекомендовать группу в вашем районе.

29 сентября 2021 г.

Капельная конденсация жидкостей с низким поверхностным натяжением на поверхностях, наполненных смазкой: Распределение размеров капель и теплопередача

https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2021.121149Получить права и содержание

Основные моменты

Исследуются жидкости с низким поверхностным натяжением, конденсирующиеся на поверхностях, пропитанных смазкой.

Распределение капель и коэффициент теплоотдачи определены экспериментально.

Установлено, что распределение капель зависит от кажущегося угла контакта при продвижении.

Разработаны новые корреляции для распределения капель этанола и гексана.

Новая модель предсказывает коэффициент теплопередачи с точностью до 15%.

Abstract

Использование покрытых смазкой поверхностей и скользких наполненных жидкостью пористых поверхностей для обеспечения капельной конденсации жидкостей с низким поверхностным натяжением привлекает все большее внимание в последние годы из-за высокой подвижности капель конденсата и низкого гистерезиса краевого угла смачивания. благодаря этим покрытиям.Хотя многочисленные исследования были сосредоточены на разработке моделей для прогнозирования теплопередачи во время конденсации водяного пара на поверхностях, наполненных гидрофобной смазкой, отсутствует понимание того, что такое конденсация жидкостей с низким поверхностным натяжением, когда поверхность становится смачиваемой для конденсата. В этом исследовании мы разрабатываем теоретическую модель для прогнозирования теплопередачи при капельной конденсации жидкостей с низким поверхностным натяжением (этанола и гексана) на поверхностях, наполненных смазкой. Используя численный анализ, мы устанавливаем взаимосвязь между числом Нуссельта для капель и числом Био для точного прогнозирования теплопередачи отдельных капель.Распределение размеров капель этанола и гексана было экспериментально определено, и результат показал, что плотность распределения по размерам зависит как от свойств рабочей жидкости, так и от поведения краевого угла смачивания. Для проверки нашей модели были проведены эксперименты по конденсации паров чистого этанола и гексана на трубках разного диаметра, покрытых смазкой на поверхностях.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *