Содержание

Закон Джоуля в физике

Внутренняя энергия тела (системы) () — это один из важнейших параметров, которые характеризуют систему в термодинамике. Она является функцией состояния. В соответствии с молекулярно — кинетической теорией внутренняя энергия тела складывается из кинетической и потенциальной энергии атомов и молекул, составляющих тело (тела). Так, в идеальном газе его внутренняя энергия есть суммарная кинетическая энергия всех его молекул (атомов).

Свой закон относительно внутренней энергии идеального газа Джоуль установил в 1845 г.

Формулировка закона Джоуля

Внутренняя энергия идеального газа не зависит от объема и является функцией его температуры.

Закон Джоуля — следствие второго начала термодинамики

Данный закон установлен эмпирически и является следствие второго начала термодинамики. Для обратимого процесса (в идеальном газе термодинамические процессы обратимы) выполняется равенство Клаузиуса, следовательно,запишем первое начало термодинамики, и получим:

   

Зная, что:

   

Преобразуем выражение (1) к виду:

   

Для идеального газа справедливо уравнение Менделеева — Клайперона:

   

Из выражения (4) получаем:

   

Подставим (5) в (3) имеем:

   

В математическом виде закон Джоуля можно представить выражением:

   

На основании молекулярно — кинетической теории внутренняя энергия идеального газа может быть вычислено в соответствии с формулой:

   

где — число степеней свободы молекулы газа; — универсальная газовая постоянная; — масса газа, — молярная масса газа.

Как выполняется закон Джоуля, оценивают при помощи эффекта Джоуля — Томпсона. У идеального газа данный эффект не наблюдают.

Примеры решения задач

Понравился сайт? Расскажи друзьям!

Закон Джоуля – Справочник химика 21

    Суммарную теплоемкость калориметрической системы определяют электрическим способом. Для этого к калориметрической системе подводят известное количество электрической энергии, превращающейся в тепло (З- Необходимо точно измерить время пропускания тока, ток и падение напряжения иа нагревателе. Количество сообщенного системе тепла вычисляют по закону Джоуля [c. 136]
    Количество теплоты прохождении тока, по закону Джоуля — Ленца равно  
[c.83]

    Количество теплоты, сообщенной калориметру при пропускании постоянного тока, вычисляют, исходя из закона Джоуля — Ленца  [c.68]

    Это соотношение имеет кардинальное значение для экспериментального определения теплоемкостей и теплот процессов. Измерить теплоемкость можно, подводя к системе определенное количество теплоты. Это несложно сделать помещают в систему проводник определенного сопротивления R и пропускают через него ток” силой / в течение времени . По закону Джоуля — Ленца количество теплоты, выделившееся в проводнике и переданное системе, равно  [c.188]

    Приведем пример использования вектора Пойнтинга в цепях постоян-10Г0 тока. Согласно закону Джоуля — Ленца =Q — есть количество еплоты, выделяющейся в единицу времени в единице объема проводника. Здесь / и е соответственно плотность тока и удельное электрическое со-фотивление вещества).

Учитывая, что поток электромагнитной энергии Р=Е поступает через боковую поверхность проводника, заметим, что по /1ере проникновения в глубь вещества поток энергии постепенно ослабляет- я за счет превращения ее в теплоту, уменьшается вектор Пойнтинга и та юверхность, через которую проходит поток. [c.53]

    Если через проводник проходит электрический ток, то при этом происходит выделение тепла, т. е. нагревание проводника. По закону Джоуля количество тепла Q), которое развивает электрический ток в проводнике, будет зависеть от мощности тока и времени прохождения его через проводник, т. е. [c.256]

    Это тепло должно быть передано воде, греющей проволокой. Таким образом, последняя при прохождении через нее тока силой в 3 а должна выделить 30 000 кал в течение т сек. Согласно закону Джоуля 

[c.257]

    Согласно закону Джоуля энтальпия и внутренняя энергия идеального газа при постоянной температуре не зависят от давления или объема. Следовательно, [c.78]

    В отличие от химической энергии электрическая энергия обладает способностью целиком превращаться п тепло. Это свойство электрической энергии известно под названием закона Джоуля—Ленца, являющегося частным случаем закона сохранения энергии  [c.202]

    По закону Джоуля — Ленца подведенное тепло равно А/У = = lut, где — продолжительность нагревания (200—300 с). При всех измерениях она должна быть одинаковой. Опыт состоит из измерения водяного числа калориметра и собственно теплоемкости исследуемой жидкости. Водяным числом Св называют теплоемкость всех частей калориметра без жидкости. 

[c.54]


    Закон Джоуля — Ленца  [c.511]

    Это свойство идеального газа было обнаружено английским физиком Джоулем и вошло в науку как закон Джоуля (1843)  [c.52]

    Количество теплоты q n, введенное в калориметрическую систему электрическим током, рассчитывается по закону Джоуля [c. 128]

    Если реакция происходит между идеальными газами, то можно установить соотношение между р и используя следующее свойство, известное под названием закона Джоуля (который здесь не приводится) внутренняя энергия идеального газа зависит только от его температуры. [c.169]

    Внутренняя энергия продуктов, образующихся в ходе реакции при постоянном объеме, согласно закону Джоуля, равна внутренней энергии продуктов, образующихся в ходе реакции при постоянном давлении (если температура одна и та же). 

[c.170]

    Как уже указывалось, изменение внутренней энергии, сопровождающее изотермический процесс, в случае идеального газа равно нулю (закон Джоуля)  [c.192]

    Согласно закону Джоуля внутренняя энергия идеального газа зависит только от температуры. Иначе говоря, внутренняя энергия продуктов, образующихся в ходе реакции при постоянном объеме, равна внутренней энергии продуктов, образующихся в ходе реакции при постоянных давлении и температуре. Отсюда следует, что Л 7″ = 0. [c.65]

    Электрические печи применяются в электротермических процессах, при которых высокие температуры (до 3500°С) создаются преобразованием электрической энергии в тепловую. В электрических печах используют главным образом переменный электрический ток напряжением 50—130 В. Количество выделяющейся теплоты (Дж) рассчитывают по закону Джоуля  

[c.195]

    Инженерные расчеты. Использование электроэнергии в печах с электрообогревом основано на законе Джоуля—Ленца  [c.867]

    Б. Обычно для фракционирования белков сыворотки используют рекомендованное выше напряжение 110 В, при котором разделение длится от 14 до 16 ч, и охлаждения не требуется. Для особых целей напряжение может быть увеличено, но, согласно закону Джоуля, при этом соответственно увеличится теплообразование. Выделение тепла можно уменьшить, если снизить ионную силу раствора. При достаточной влажности фильтровальной бумаги, на которой ведут электрофорез, и не очень высокой температуре окружающего воздуха можно повысить напряжение на полоске до 250—300 В, не принимая специальных мер для охлаждения. Однако при дальнейшем увеличении напряжения требуются специальные приспособления для охлаждения. [c.52]

    Возникающее по закону Джоуля тепло увеличивает испаре- [c.52]

    Указание для ответа используйте дифференциальные формы термического и калорического уравнений состояния и закон Джоуля. [c.294]

    По закону Джоуля-Ленца мощность тепловой энергии, выделяющейся в проводнике с током, пропорциональна сопротивлению проводника и квадрату тока. Ухудшение электрического контакта вследствие окисления и уменьшения пло- [c.298]

    В электропечах сопротивления используются элементы активного электрического сопротивления, и теплота выделяется в соответствии с известным законом Джоуля – Ленца Q = и /К, [c.286]

    Поскольку температурные сигналы зависят от тока нагрузки /, результаты измерений следует приводить к определенной силе тока, составляющей, как правило, 50 % от номинального значения. Формула пересчета значений ДГ вытекает из закона Джоуля-Ленца  

[c.300]

    Каждое из выражений (5,4,7) является обычной формой закона Джоуля — Ленца. Из (5,4,7) в частности, следует, что если — бесконечно малая первого порядка, то теплота, выделяемая током за конечный промежуток времени, окажется бесконечно малой второго порядка этой теплотой можно пренебречь. [c.74]

    Ql), выделенное при прохождении тока, определяется законом Джоуля — Ленца  [c.100]

    Термопары применяются не только для непосредственного измерения температуры, но и для опосредованного измерения электрических величин по тепловому действию тока. Такое измерительное устройство принято называть термоэлектрическим преобразователем. Он состоит из двух основных частей – электрического нагревателя и термопары (или батареи термопар) [1]. Схема преобразователя для измерения электрических величин представлена на рис. 2. Связь между током /, подводимым к нагревателю, и термоЭДС Е, возникающей в термопаре, согласно закону Джоуля-Ленца может быть представлена в виде 

[c. 129]

    В электротермических печах обычно используется переменный ток низкого напряжения. Количество выделяющегося тепла определяется по закону Джоуля [c.213]

    Каждое слагаемое правой части уравнения (11,7) зависит только от температуры. Поэтому внутренняя энергия идеального газа не зависит ни от объема, занимаемого газом, ни от давления, под которым находится газ, а является функцией только температуры (закон Джоуля). В случае одноатомных идеальных газов последнее слагаемое правой части уравнения (П,7) равно нулю, а второе слагаемое по сравнению с первым ничтожно мало. Поэтому внутренняя энергия таких систем определяется только кинетической энергией поступательного движения частиц (I/ = Е . [c.60]


    Э. X. Ленц в числе других вопросов изучил тепловое действие тока. В 1843 г. он теоретически обосновал и сформулировал закон теплового действия тока, который независимо от него эмпирически был установлен английским физиком Джоулем этот закон известен теперь как закон Джоуля — Ленца.[c.10]

    При Т = onst изменение V вызывает изменение Р, поэтому не только ди дУ)т = 0, но и (ди/дР)т = 0. Следовательно, энергия идеального газа зависит только от температуры закон Джоуля, 1844 г.)  [c.126]

    При наложении электрического напряжения число столкновений возрастает в тем большей степени, чем больше ток, прохо-дяш ий через сопро1Тивление, и тем больше электрической энергии в соответствии с законом Джоуля-Ленца превращается в тепло [c.254]

    ИДЕАЛЬНЫЙ ГАЗ, теоретич. модель газа, в к-ром средняя кинетич. энергия частиц много больше средней потенц. энергии их взаимодействия. Частицы И. г. движутся независимо друг от друга, его энергия равна сумме энергий отд. частиц, а давление на ограждающую стенку — сумме импульсов, передаваемых частицами стенке в единицу времени. Термодинамич. состояние И. г. описывается ур-нием Клапейрона р = пкТ, где р — давл., п — число частиц в единицу объема, к — постоянная Больцмана, Т — термодинамич. т-ра. Внутр. энергия И. г. зависит только от Г (закон Джоуля). Распределение частиц И. г. по скоростям подчиняется закону Максвелла. Реальные газы хорошо описываются моделью И. г., если они достаточно разрежены. В химии часто рассматривают смесь химически реагирующих И. г.., в частности применяют модель идеального ассоцииров. газа. [c.207]

    По закону Джоуля количество выделенного тепла Q рав1Го  [c.209]


отмечаем день рождения Джеймса Джоуля с «МЭШ» / Новости города / Сайт Москвы

В библиотеке «Московской электронной школы» («МЭШ») размещены материалы, посвященные Джеймсу Джоулю. Ко дню рождения известного физика предлагается познакомиться с подборкой образовательных материалов.

Вспомнить, как работает закон сохранения и превращения энергии для термодинамической системы, познакомиться с принципами работы поршня и многое другое столичные школьники смогут, открыв сценарий урока по физике для 10–11-х классов. Здесь представлена теория, подготовлены вопросы и видеофрагменты. Также все желающие после усвоения материала смогут выполнить домашнее задание.

Британский ученый Джеймс Джоуль и русский физик немецкого происхождения Эмилий Ленц практически в одно время доказывают, что количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени. Эту закономерность стали называть законом Джоуля — Ленца. Повторить тему поможет одноименное интерактивное приложение.

Для существования электрического тока необходима среда, в которой существуют заряды, способные двигаться под действием внешнего поля. Как известно, самые лучшие проводники — металлы, ведь количество свободных электронов в них создает наиболее благоприятные условия для электрического тока. Однако не все тела и вещества могут его проводить. Вспомнить особенности проводников и диэлектриков поможет специальное приложение. 

Разработали приложение и для подготовки к ЕГЭ. Ребятам необходимо решить 15 задач, подобных заданию № 18 из экзамена по физике.

Джеймс Джоуль родился 24 декабря в 1818 году. Он открыл первый закон термодинамики, стал автором почти сотни научных работ, а еще в его честь названа единица измерения количества выделяемого тепла.

Как пользоваться Библиотекой «МЭШ»

«Московская электронная школа» — проект для учителей, учеников и их родителей, который помогает создать высокотехнологичную образовательную среду в школах столицы. Он разработан Департаментом образования и науки Москвы совместно с городским Департаментом информационных технологий. 

Библиотека «МЭШ» — это сервис проекта «Московская электронная школа», в котором размещен широкий спектр образовательных материалов: более 50 тысяч сценариев уроков и более восьми тысяч видеоуроков, свыше 1600 электронных учебных пособий, 348 учебников, свыше 130 тысяч образовательных интерактивных приложений, восемь уникальных виртуальных лабораторий, 245 произведений художественной литературы, а также огромное количество тестовых заданий, соответствующих содержанию ОГЭ и ЕГЭ, и многое другое.

В библиотеке «МЭШ» собрано более одного миллиона материалов Составлен рейтинг популярных сценариев уроков в «МЭШ»

Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля-Ленца

Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля-Ленца

Подробности
Просмотров: 1192

Работа тока – это работа электрического поля по переносу электрических зарядов вдоль проводника;

Работа тока на участке цепи равна произведению силы тока, напряжения и времени, в течение которого работа совершалась.

Применяя формулу закона Ома для участка цепи, можно записать несколько вариантов формулы для расчета работы тока:


По закону сохранения энергии:

работа равна изменению энергии участка цепи, поэтому выделяемая проводником энергия равна работе тока.

В системе СИ:

ЗАКОН ДЖОУЛЯ -ЛЕНЦА

При прохождениии тока по проводнику проводник нагревается, и происходит теплообмен с окружающей средой, т. е. проводник отдает теплоту окружающим его телам.

Количество теплоты, выделяемое проводником с током в окружающую среду, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени прохождения тока по проводнику.

По закону сохранения энергии количество теплоты, выделяемое проводником численно равно работе, которую совершает протекающий по проводнику ток за это же время.

В системе СИ:

[Q] = 1 Дж


МОЩНОСТЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА

– отношение работы тока за время t к этому интервалу времени.

В системе СИ:



Электростатика и законы постоянного тока – Класс!ная физика

Электрический заряд. Электризация. Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона. Единица электрического заряда — Близкодействие и дальнодействие. Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции полей. Силовые линии электрического поля — Проводники и диэлектрики в электростатическом поле. Поляризация диэлектриков
— Потенциальная энергия тела в электростатическом поле. Потенциал электростатического поля и разность потенциалов. Связь между напряженностью электростатического поля и разхностью потенциалов — Электроемкость. Конденсаторы. Энергия заряженного конденсатора — Электрический ток. Сила тока. Условия, необходимые для существования электрического тока. Закон Ома для участка цепи. Сопротивление — Работа и мощность тока


Любознательным

Следы на песке

Если вам приходилось, гулять по пляжу во время отлива, то, вероятно, вы заметили, что, как только нога ступает на мокрый твердый песок, он немедленно подсыхает и белеет вокруг вашего следа. Обычно это объясняют тем, что под тяжестью тела вода «выжимается» из песка. Однако это не так, потому что песок не ведет себя подобно мочалке. Почему же белеет песок? Будет ли песок оставаться белым все время, пока вы стоите на месте?

Оказывается. ..
Побеление песка на пляже впервые объяснил Рейнольде в 1885 г. Он показал, что объем песка увеличивается, когда на него наступают. До этого песчинки были «упакованы» самым плотным образом. Под действием деформации сдвига, которая возникает под подошвой ботинка, объем, занимаемый песчинками, может лишь увеличиться. В то время как уровень песка поднимается резко, уровень воды может подняться лишь в результате капиллярных явлений, а на это требуется время. Поэтому на дне следа ноги песок некоторое время оказывается выше уровня воды — он сухой и белый.

Источник: «Физический фейерверк» Дж. Уокер


Конспект урока: “Решение задач по теме: «Закон Джоуля-Ленца”

Урок 22 физика в 8 классе 29.11.17

Тема: “Решение задач по теме: «Закон Джоуля-Ленца”

Цель урока:

Образовательная:

  • Формирование у учащихся представления о тепловом действии электрического тока и его причинах.

  • Запомнить и уметь применять закона Джоуля-Ленца.

  • Содействовать в понимании практической значимости данной темы.

Развивающая:

  • Развивать интеллектуальных умений учащихся (наблюдать, сравнивать, применять ранее усвоенные знания в новой ситуации, размышлять, анализировать, делать выводы)

Воспитательная:

  • Формировать коммуникативных умений учащихся.

  • содействовать формированию мировоззренческой идеи познаваемости явлений и свойств окружающего мира;

Оборудование: компьютер, проектор, экран.

Тип урока: Обобщение и закрепление материала.

Ход урока

1. Организационный момент + мотивация

Здравствуйте ребята. Сегодня у нас урок решения задач по теме «Решение задач по теме: «Закон Джоуля-Ленца».

2. Актуализация знаний

  1. Определение электрического тока – упорядоченное движение свободных носителей электрических зарядов.

  2. Определение электрического напряжения- физическая величина, характеризующая работу тока по перемещению единицы заряда на данном участке цепи.

  3. Определение сопротивления- величина, характеризующая свойство проводника оказывать сопротивление току, проходящему по цепи.

  4. Определение работы электрического тока- произведение силы тока на напряжение и промежуток времени, за которое совершается эта работа

  5. Определение мощности тока- работа, совершаемая за ед. времени

  6. От каких величин зависит закон Джоуля-Ленца- силы тока, сопротивления и времени

  7. Амперметр – прибор для измерения силы тока

  8. Вольтметр – прибор для измерения напряжения

  9. Ваттметр – прибор для измерения мощности электрического тока

Задание на ранжирование

Выпишите номера приведённых примеров в два столбика : в первый столбик примеры последовательно соединения, а во второй – параллельного соединения.

  1. Так подсоединяется амперметр.

  2. I=I1=I2=…=In

  3. I=I1+I2+…+In

  4. Схема послед.соединения

  5. Схема парал. Соединения

  6. U=U1=U2=…=Un

  7. 1/R=1/R1+1/R2

  8. U=U1+U2+…+Un

  9. R=R1+R2+…+Rn

  10. Так подсоединяется вольтметр

Последовательное Параллельное

1,2,4,8,9 3,5,6,7,10

3. Решение задач

Заполни таблицу.

Работа

электрического тока

Мощность

электрического тока

Закон Джоуля -Ленца

Закон Ома

Обозначение

 A

 P

Q

I

Формула расчёта

A=qU

A=IUt

P=IU

P=

Q = I²Rt

Единица измерения

 Джоуль

 Ватт

Джоуль

Ампер

Обозначение единицы измерения

 Дж

 Вт

Дж

А

Дополнительные единицы измерения

 кДж,МДж, ГДж

 кВт

кДж,МДж, ГДж

кА, мкА

4. Физминутка

Решение задач.

Внимательно рассмотрите решение задач.

Задача 1. Какое количество теплоты выделится за 30 минут проволочной спиралью сопротивлением 50 Ом при силе тока 2А ?

Дано: Решение:

t = 30 мин Q = I²Rt

R = 50 Ом t = 30·60 c=1800 c

I = 2А Q = 2²·50·1800=360000 Дж= 360кДж

Q = ? Ответ: Q = 360кДж

Задача 2. Напряжение на концах электрической цепи 5 В. Какую работу совершит в ней электрический ток в течение 1 с при силе тока 0,2 А?

Дано: Решение:

t = 1 с A=IUt

U = 5 В А=0,2 А·5В·1с=1 Дж

I = 0,2 А

А = ? Ответ: А = 1 кДж.

Задача 3. Мощность, потребляемая из сети электрокамином, равна 0,98 кВт, а сила тока в цепи 7,7 А. Определите величину напряжения на зажимах электрокамина.

Дано: Решение

P=0,98 кВт=980 Вт

I= 7,7 А P=IU U==127,2В

U=? U=

Ответ:U = 127,2 В

Дополнительные задачи:

1. Вычислите работу, совершенную за 10 мин током мощностью 25 Вт. (15 кДж)

2. Мощность, потребляемая из сети электрокамином, равна 0,98 кВт, а сила тока в цепи 7,7 А. Определите величину напряжения на зажимах электрокамина. (127 В)

3. В электроприборе за 45 мин током 5 А совершена работа 162 кДж. Определите сопротивление прибора. (2,4 Ом)

5. Задание на дом.

6. Итоги урока.

Закон Джоуля — Ленца – Энциклопедия по машиностроению XXL

Место соединения при контактной сварке разогревается проходящим по металлу электрическим током (рис. 63). Количество выделяемой теплоты О, (Дж) определяется законом Джоуля — Ленца где 1 — сва-  [c.106]

Общее количество теплоты Q, выделяемое в электрическом контакте, в соответствии с законом Джоуля—Ленца определяется как  [c.133]

Если в цепи э. д. с. закону Джоуля — Ленца в ней выделяется в единицу времени количество теплоты Q = Sl, а в единице объема контура (в общем случае и не однородного) в единицу времени выделяется теплота  [c. 371]


Если известна теплота диссипации, то выражение для обобщенной силы можно получить, не используя уравнение баланса, а непосредственно через выражение для функции диссипации (8.13). Например, теплота диссипации электрической энергии передается законом Джоуля—Ленца  [c.210]

От значений у и р зависит также рассеяние электрической энергии в веществе, в соответствии с законом Джоуля – Ленца  [c.11]

Сквозной ток утечки /перемещением свободных зарядов в диэлектрике в процессе электропроводности, не изменяется со временем и вызывает потери, аналогичные потерям по закону Джоуля — Ленца в проводниках.  [c.159]

Соотношение (7.34) выражает известный закон Джоуля—Ленца в дифференциальном виде.  [c.194]

И теперь, и тем более в те времена электрические машины, трансформаторы, линии электропередач имеют и имели один существеннейший недостаток — они нагреваются, причем это ненужное для нас тепло возникает за счет электрической энергии вследствие неумолимого закона Джоуля — Ленца, гласящего, что любой ток, проходящий по проводнику с некоторым электрическим  [c. 150]

Закон Джоуля—Ленца. При прохождении тока по однородному проводнику количество теплоты, развиваемое током, пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени, в течение которого ток протекает по проводнику  [c.518]

Тепловые приборы (фиг. 15). Измеряемый ток, или его часть, протекает по натянутой тонкой нагревательной проволоке, и за счёт тепла, выделяющегося в ней согласно закону Джоуля—Ленца, вызывает её удлинение. Удлинение проволочки с помощью натяжного устройства D и ролика / сообщает движение стрелке. На постоянном и переменном токах  [c.524]

Закон Джоуля Ленца. Мощность. Электрический ток, проходя по проводнику, нагревает его (выделяет энергию).  [c.221]

Закон Джоуля—Ленца  [c.456]

При наличии внутренних источников тепла q будет изменяться с длиной стержня. На участке стержня длиной I, согласно закона Джоуля-Ленца, величина потока  [c. 56]

Закон Джоуля—Ленца при прохождении по проводнику тока в нем выделяется теплота  [c.211]

После разогрева ванны постоянный расход тепла в процессе работы складывается только из тепловых потерь ванны Р4 и р.5-Нужно учесть при этом, что часть электрической энергии, поступающей па электролиз (до Ю /о) идет на выделение тепла я согласно закону Джоуля-Ленца составит ра=0,24 ЛЕ1 кал.  [c.68]


Соотношение между электрической и тепловой энергией определяется по закону Джоуля-Ленца подставляя в это равенство определенный выше расход тепла в малых калориях и время в секундах, получим  [c.69]

Зная общее потребное тепло, можно найти и расход электрической энергии. По закону Джоуля-Ленца  [c.115]

Место соединения разогревается проходящим по металлу электрическим током, причем максимальное количество теплоты выделяется в месте сварочного контакта (рис. 5.24). Количество выделяемой теплоты определяется законом Джоуля-Ленца  [c.256]

Основные параметры режима всех способов контактной сварки -это сила сварочного тока, длительность его импульса и усилие сжатия деталей. Теплота в свариваемом металле выделяется при прохождении через него импульса тока длительностью т в соответствие с законом Джоуля – Ленца  [c.288]

Согласно закону Джоуля – Ленца увеличение должно увеличивать количество выделяющейся теплоты. Но по закону Ома  [c.289]

Закон Джоуля – Ленца графически изображается гиперболой. Если учесть допустимый по ГОСТ 15878-74 уровень проплавления в пределах 0,2…0,8 от толщины детали, то весь диапазон режимов сварки можно изобразить двумя гиперболами верхней, ограничивающей проплавление на уровне 0,8, и нижней – 0,2 толщины детали (рис. 147). Из графика видно, что в процессе контактной сварки в зависимости от выбранных режимов можно попасть в одну из трех характерных областей полного непро-  [c. 289]

Значения силы тока, давления и характер их изменения являются важнейшими параметрами режимов сварки. Так, например, между количеством выделяемой теплоты на основании закона Джоуля—Ленца  [c.474]

Электрическая мощность и энергия. Преобразование электрической энергии в теплоту. Закон Джоуля-Ленца.  [c.318]

Энергия W, выделяющаяся за время t во всем объеме проводника (закон Джоуля — Ленца)  [c.97]

Физическая сущность диэлектрических потерь. Если диэлектрик длительно включен под постоянное напряжение, то потери мощности в нем объясняются прохождением сквозного тока утечки через сопротивление изоляции [см. формулы (2.66) и (2.67)] и аналогичны потерям по закону Джоуля—Ленца в проводниках.  [c.32]

Рассмотрим одноэлементный двухполюсник в виде сопротивления потерь. Напряжение на его зажимах прямо пропорционально силе тока, если R не зависит от I. Эта независимость является первым приближением, обеспечиваюш,им линейную связь между силой тока и напряжением. Активное сопротивление как элемент электрической цепи имеет важную особенность по сравнению с реактивными элементами — индуктивностью и емкостью. Она состоит в том, что на сопротивлении потерь происходит необратимое рассеяние энергии. Обычно эти потери равны количеству теплоты, выделяюш,емуся в цепи при прохождении тока. Согласно закону Джоуля— Ленца, эти потери пропорциональны квадрату силы тока.  [c.57]

Формуле интенсивности звука (VI.3.20) можно сопоставить закон Джоуля —Ленца для электрической цепи  [c.173]

При индукционном нагреве, т. е. при превращении электромагнитной энергии в тепловую, выделяется тепло согласно закону Джоуля — Ленца  [c.54]

Известно, что при включении проводника в электрическую печь в нем выделяется тепло. Количество выделяющегося тепла Q определяется законом Джоуля — Ленца  [c.267]

Наиболее распространены печи, в которых нагревательным элементом служит сама стекломасса. При температурах выше 1000—1100° С стекломасса представляет собой электролит, в котором электрический ток переносится ионами одно- и двухвалентных элементов, т. е. стекломасса становится проводником электрического тока. При прохождении тока через стекломассу в ней выделяется тепло, количество которого может быть вычислено по закону Джоуля — Ленца.  [c.519]


Первоначально процесс электрошлаковой сварки протекает так же, как и дуговой автоматической сварки под слоем флюса. Процесс сварки начинается с зажигания и поддержания мощной электрической дуги (одной или нескольких) под слоем флюса. После образования ванны из жидкого шлака достаточной глубины процесс дуговой сварки переходит в электрошлаковый. Горение дуги прекращается, оплавление кромок изделий и расплавление электрода происходят за счет тепла, выделяющегося электрическим током в соответствии с законом Джоуля — Ленца при прохождении через жидкий шлак к металлу, и тепла, выделяемого в контактах (жидкий шлак — металл).[c.364]

Электрические печи прямого или контактного нагрева (рис. 113) представляют собою установки, в которых нагреваемая заготовка 4 включена во вторичную цепь трансформатора 2. Через контактор 1 к трансформатору подводится ток большой силы, но низкого напряжения (5—20 в). Нагреваемое изделие 4 зажимается с помощью двух контактных головок 3 и тем самым включается в электрическую цепь. Ток, проходя через заготовку, обеспечивает выделение тепла по закону Джоуля—Ленца. Это тепло нагревает заготовку до заданной температуры. При контактном электронагреве температура заготовок повышается очень быстро (для прутков диаметром 10—35 и 50—60 мм соответственно за 10—30 и 57—86 сек), что обеспечивает большую производительность установки, малую потерю тепла (к. п. д. установки около 75%) и незначительное окисление металла. Однако для равномерного нагрева металла этим способом заготовки должны иметь одинаковое сечение по длине (прутки, трубы и т. д.) и сравнительно небольшой диаметр (до 70—80 мм). Если применять заготовки переменного сечения по длине, то это приведет к большому перепаду температуры в разных частях заготовки, что вызовет различное сопротивление деформации металла при обработке давлением. Контактный электронагрев применяют при ковке или штамповке для нагрева мелких заготовок.  [c.309]

Закон (43.12) был экспериментально установлен английским ученым Джеймсом Джоулем (1818—1889) и русским ученым Эмилием Христи-ановичем Ленцем (1804— 1865), поэтому носит название закона Джоуля — Ленца.  [c.150]

В течение XIX века были сделаны открытия, составляющие основу современной электротехники. Фарадеем был открыт закон электромагнитной индукции, Ленц и Джоуль установили, что прохождение тока по проводнику сопровождается выделением тепла, Максвелл получил основополагающие уравнения электромагнитного поля, носящие его имя, и построил систему современной электродинамики. В 80-х годах У. Томсон открыл и исследовал поверхностный эффект, заключающийся в том, что переменный ток вытесняется к поверхности проводника. В 1886 г. русский ученый И. И. Боргман исследовал нагревание стекла в конденсаторе при быстро следующих друг за другом зарядах и разрядах. Таким образом, уже в XIX веке были заложены теоретические основы техники индукционного нагрева.  [c.4]

Классическая электронная теория металлов представляет твердый проводник в виде системы, состоящей из узлов кристаллической ионной решетки, внутри которой находится электронный газ из коллективизированных (свободных) электронов. В свободное состояние от каждого атома металла переходит от одного до двух электронов. К электронному газу применялись представления и законы статистики обычных газов. При изучении хаотического (теплового) и направленного под действием силы электрического поля движения электронов был выведен закон Ома. При столкновениях электронов узлами кристаллической решетки энергия, накопленная при ускорении электронов в электрическом поле, передается металлической основе проводника, вследствие чего он нагревается. Рассмотрение этого вопроса привело к выводу закона Джоуля—Ленца. Таким образом, электронная теория металлов дала возможность аналити-  [c.187]

Закон Джоуля—Ленца. Сообщая свободным носителям задряда скорость направленного движения Уд, электрическое поле S совершает работу над коллективом этих носителей, увеличивая их энер- гию. Если, например, ток переносится электронами, то за единицу времени в единице объема от электрического поля электронному газу передается энергия ш, равная  [c.193]

Одновременно с русским физиком Э. Ленцем (1804— 1865 гг.) и независимо от него он сформулировал закон, устанавливающий зависимость выделяемой в проводнике теплоты от силы тока и напряжения (закон Джоуля — Ленца). Джоуль провел исследования по всей цепи преобразований электроэнергии, начиная от гальванического элемента и кончая работой электромагнитных сил.  [c.80]

ЗАКОН [Джоуля — Ленца плотность тепловой мощности тока в проводнике равна произведению квадрата плотности тока на удельное сопротивление проводника Дюлонга и ГТти молярная теплоемкость простых химических веществ при постоянном объеме и температуре, близкой к 300 К, равна универсальной газовой постоянной, умноженной на три Кеплера (второй секториальная скорость точки постоянна первый планеты движутся по эллиптическим орбитам, в одном из фокусов которых находится Солнце третий отношение кубов больших полуосей орбит к квадратам времен обращения для всех планет солнечной системы одинаково > Кирхгофа для теплового излучения для произвольных частоты и температуры отношение лучеиспускательной способности любого непрозрачного тела к его поглощательной способности одинаково Кнудсена для течения разряженного газа по цилиндрическому капилляру радиуса г и длины / характеризуется формулой  [c. 233]


Для исключения концевой утечки тепла падение напряжения измерялось в центральном участке длиной 100 мм при общей длине нагревателя 154 мм. Количество тепла, отданное трубкой на участке 100 мм, подсчитывалось по закону Джоуля—Ленца. Температура стенок определялась медноконстантановыми термопарами, изготовленными из проволочек диаметром 0,15 мм, изолированных лаком и шелком. В стенках калориметрической трубки термопары закладывались в канавки глубиной 1 и шириной 0,5 мм. Канавка сверху зачеканивалась профилированной медной ленточкой, после чего трубка обтачивалась на стенке. Температура жидкости измерялась термопарами, заложенными в стенках необогреваемых труб, и точным ртутным термометром, установленным в успокоительном бачке. Холодные спаи термопар помещались в сосуд Дьюара с тающим льдом.  [c.427]

Омическим сопротивлением является слой жидкости, распо-логкенный между электродами. Ток, преодолевая это сопротивление, оказывает тепловое действие ка раствор, значимость которого определяется законом Джоуля-Ленца.  [c.113]

Преобразование электроэнергии в теплоту. Закон Джоуля —Ленца. Использование тепловых действий тока в технике и в быту. Плавкие предохранители, лампй накаливания. Понятие об электрической дуге. Электросварка.  [c.293]

Закон Джоуля— Ленца для плотности тепловой. МОН1НОСТИ тока  [c.96]

Электрошлаковая сварка — вид сварки, при котором расплавление свариваемых кромок и электродной проволоки происходит за счет тепла, выделяемого в электроде (по закону Джоуля Ленца), который подается з щлаковую ванну (рис. 8). Сварка производится преимущественно в вертикальном положении и применяется для соединения элементов толщиной 50… 100 мм щов формируется с помощью охлаждаемых медных ползунов. Возможно появление наружных и внутренних дефектов, связанных с нарушением режима сварки, плохой очисткой сварочной проволоки, недостаточно сухим флюсом. Другие виды сварки применяются при монтажных работах сравнительно редко и рассматриваются в специальных курсах.  [c.9]


Закон Джоуля-Ленца в популярной форме и для чайников | Инженерные знания

Все электрические приборы подключаются к электрической сети с помощью проводов. Провод по своей сути является металлическим проводником электрического тока. Иногда возьмешь в руки провод, который питает мощное устройство, а он горячий.

Если проводка рассчитана неправильно, то может дойти и до момента расплавления провода, и до последующего короткого замыкания. В некоторых случаях, это может быть даже опасно.

Мы только что столкнулись с тепловым действием электрического тока. Всем проводникам свойственно нагреваться при прохождении через них тока. Одни нагреваются сильнее – другие слабее.

Это происходит из-за того, что каждый проводник, будь то полимерный или металлический материал, имеет некоторую структуру строения.

Тепловое действие тока

Тепловое действие тока

Электрический ток же есть направленное упорядоченное движение частиц. Частицы двигаются по проводнику как люди в переходе в метро, где расположены колонны. Когда человек один на весь переход колоны ему совершенно не мешают.

Ток в проводнике

Ток в проводнике

Проводник, которым в данном случае является колонный зал, обладает сопротивлением. При таком сопротивлении, когда в переходе один человек, ситуация вполне нормальная и человек не трется о стенки. Но запусти туда тысячу человеку и они будут толкаться и тереться об стены. В проводе всё также. Сопротивление аналог пропускной способности туннеля из примера.

Когда люди или заряды начинают тереться об элементы структуры (ну или колонный в нашем живом примере), вырабатывается тепло. Вот, собственно говоря, мы и наблюдали тепловое действие электрического тока. Подобная картина присуща и электролитам.

Отметим, что тепловое действие электрического тока во многих случаях является паразитным эффектом. Нагревание проводников повышает их сопротивление, а работа, которую можно было бы превратить в свет лампочки или кручение двигателя, рассеивается на проталкивание частичек через кристаллическую решетку и нагревает проводник, когда на это вовсе не нужно.

Очевидно, что это должно быть некоторой закономерностью. Да и выявить её нужно, ведь не один электрический прибор не сможет нормально работать без правильного расчёта этих параметров. Нам нужно знать, насколько нагреется проводник и в каких случаях.

Именно выводом этой закономерности заинтересовались ученые Джоуль и Ленц. Работали они не совместно, но к одинаковым результатам пришли практически одновременно. Потому и назвали закон именем Джоуля-Ленца.

Тепловое действие тока

Тепловое действие тока

Экспериментальным путем была выявлена закономерность, которая описывает количество теплоты, которое выделится на проводнике с током. Она равна произведение квадрата силы тока (I) в проводнике, на сопротивление этого проводника (R) и время работы такой установки (t).

Закон Джоуля Ленца

Закон Джоуля Ленца

Такая запись закона называется законом Джоуля-Ленца в интегральной форме. Но для порядка стоит записать формулу вот так:

Закон Джоуля-Ленца в интегральной форме

Закон Джоуля-Ленца в интегральной форме

В других источниках можно увидеть формулу, содержащую плотность тока. Так записывать закон даже правильнее, но при выводе силы тока из плотности тока и анализе напряженности мы получим абсолютно тот же результат.

Важным параметром тут является электрическое сопротивление. Не нужно забывать, что оно связан ос удельным сопротивлением и геометрическими параметрами проводника. Именно через эти характеристики можно выразить нужные для нас значения и определить искомые свойства. Скажем, зная эти данные, мы сможем рассчитать, возможно ли использовать в предполагаемой сети медный провод с сечением 1 мм квадратный и длиной 5 метров при использовании нагрузки 2 киловатта.

Зная закон Джоуля-Ленца, мы можем численно оценить тепловое действие электрического тока. Это позволит исключить неправильное конструирование электрических сетей и не подбирать проводники с заведомо неподходящими характеристиками. Ведь провод с неправильным сечением может и вовсе расплавиться. Поэтому, рассматриваемый закон является одним из основных законов современной физики и обязательно должен быть изучен.

Кроме того, на базе теплового действия электрического тока работают и полезные приборы. Скажем, в электрической лампочке накаливания нить разогревается до момента, пока не начнет испускать видимое излучение или светить. Эту температуру тоже можно высчитывать по рассматриваемому закону. Также важно это и при расчёте электрических нагревателей или приборов для приготовления пищи. Ведь для кипячения воды нужно довести воду до 100 градусов. Значит, устройство должно иметь подходящий электрический нагреватель.

Закон Джоуля

Количество тепла (энергии), переданного чему-либо

Закон Джоуля гласит, что H (Тепло) = I (Ток) x V (Напряжение) x T (Время, в течение которого ток может течь).

Или, иначе,

H (тепло) = I2 (квадрат тока) x R (сопротивление) x T (время, в течение которого ток может течь).

Примечание: V (напряжение) = I (ток) x R (сопротивление), так что эти два уравнения одинаковы, только сформулированы по-разному. Вторая версия этого закона, вероятно, более распространена в этой области.

Закон Джоуля — это уравнение, которое определяет количество теплоты (энергии), переданной чему-либо. Разумно было бы предположить, что это количество тепла, подведенного к сварному шву. Однако важно учитывать все факторы в уравнении: ток, напряжение и время. Закон Джоуля предполагает, что каждый из этих факторов остается постоянным во вторичной обмотке сварочного трансформатора. Контроллер сварки или таймер сварки действительно могут обеспечить постоянную величину тока на электродах, но вспомните закон Ома: напряжение равно силе тока, умноженной на сопротивление, или, иначе говоря, сила тока равна напряжению, деленному на сопротивление.

На площадь поверхности (площадь контакта) между электродом и заготовкой влияют такие факторы, как точечная коррозия или грибовидное образование электродов, загрязнение обрабатываемых деталей, изменение усилия и т. д. Поскольку изменения площади поверхности влияют на контактное сопротивление (сопротивление площади поверхности), то разумно говорить, что сопротивление на заготовке не является постоянным, а является фактором, который может меняться в зависимости от ряда других условий.

Если сопротивление непостоянно, то по закону Ома ток тоже непостоянен.Это означает, что закон Джоуля в версии I-квадрата не покажет количество тепла, выделяемого на заготовке, если не известно сопротивление на концах.

Проще говоря, чтобы определить, сколько тепла выделяется на изделии с помощью закона Джоуля, необходимо измерить ток, напряжение или сопротивление на изделии. Хотя контроллер сварки может быть запрограммирован на подачу тока 20 кА при напряжении 10 В, при наличии значительного сопротивления во вторичном контуре сварки тепло будет направляться туда, а не на заготовку.Аналогичным образом, если электроды изношены или заготовка загрязнена, это повлияет на сопротивление и плотность тока. В такой ситуации контроллер может показывать 10 Вольт на вторичной обмотке, однако на самом деле на сварочных наконечниках может быть только 5 Вольт.

Такое несоответствие легко может привести к плохим сварным швам.

Сопутствующий контент EEP со рекламными ссылками

НАГРЕВАТЕЛЬНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

ДЖОУЛЯ ЗАКОН
НАГРЕВАТЕЛЬНОЕ ДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

 

Посмотреть оборудование

МОТИВАЦИЯ

Я, не теряя времени, повторю и продолжу эти опыты, будучи удовлетворены тем, что великие деятели природы по указу Творца нерушимый; и что какая бы механическая сила ни была затрачена, точная всегда получается эквивалентная теплота.

ДЖОУЛЬ, 1843

В течение значительного периода истории физики тепло считалось какой-то материальной, но «невесомой» жидкости, которая текла между горячим и холодные тела. Единица тепла (либо калория, либо британская тепловая единица) была определяется с точки зрения повышения температуры, возникающего при подводе тепла к единице масса воды.

В то же время в истории другие работники занимались изучением отношения, существующие между работой, выполненной над системой, и механическим энергии системы.Единицы механической энергии (фут-фунт и ньютон-метр или джоуль) естественным образом определялись в терминах понятия работы. Еще позже ученые, изучавшие явления, связанные с электричеством решили использовать механические единицы для выражения электрической энергии (джоули) и мощность (ватты или джоули в секунду).

Благодаря работам Джоуля (см. выше) и других стало очевидно, что тепло было еще одним проявлением энергии и могло быть правильно измерено в механические единицы (джоули) обеспечивали связь между этими единицами и можно было определить ранее установленные тепловые единицы (калории). Пишем:

(1)

, где J называется механическим эквивалентом тепла и выражается в джоулях на калорию.

В этом эксперименте вас просят использовать электрический калориметр для определить численное значение Дж. Электрическая энергия, подводимая к калориметр дается как

(2)

, где V — разность потенциалов, I — ток, t — время.

Поскольку изменения состояния не происходит, мы можем записать тепловую энергию, произведенную в калориметр как

(3)

, где m представляет собой массу, c – удельную теплоемкость, а DT – изменение температуры.Сумма показывает, что вы написать термин, mc D T, для каждого объекта, подвергающегося изменению температуры в результате подведена электрическая энергия. Поскольку предполагается, что вся электрическая энергия превращается в теплоту в изолированном сосуде, мы должны быть в состоянии использовать уравнение 1, чтобы определить значение J.

  КОНКРЕТНЫЕ ЗАДАЧИ:

После завершения этого экспериментального задания вы сможете: (1) построить электрическую цепь из представленной принципиальной схемы; (2) определить электрическую энергию, подаваемую в систему, по измеренным значениям V, Я, Р, т и т. д.; (3) провести эксперимент по измерению механического эквивалента нагревать; (4) соотнесите джоуль или калорию энергии с единицей кВтч электрической энергии энергия; и (5) понимать термин «водный эквивалент».”

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ:

Подготовьте лист данных, достаточный для записи значений V, I и температуры в качестве функция времени. Вы будете снимать показания с двухминутными интервалами в течение примерно 60 минут.

Поместите термометр в пробку так, чтобы колба была погружена в воду. А небольшое количество смазки для запорного крана сделает его легким.

Запишите в свою тетрадь данные, которые могут потребоваться для определения плавки. энергии, выделяемой в калориметре.Тщательно продумайте, что вам понадобится знать. Удельная теплоемкость калориметра и мешалки 0,215 кал/г- o С, а водный эквивалент нагревателя элемент 3,65 грамма.

Используйте достаточное количество холодной воды из фонтана в холле, чтобы полностью погрузите нагревательный элемент. Вода должна быть холоднее комнатной температуры на 10 o C или больше. Как определить, сколько у вас воды?

Подключите цепь a, показанную на схеме.Не включайте блок питания в розетку, пока ваша цепь не будет утверждается вашим инструктором.

Рисунок 1

ВЫШЕ ВСЕ — НЕ ВКЛЮЧАЙТЕ ТОК, ЕСЛИ НАГРЕВАТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ НЕ НАХОДИТСЯ В ВОДЕ.

Когда все будет готово, запишите температуру с двухминутными интервалами в течение четырехминутный период перед включением обогревателя. Сделать все показания температуры как можно точнее — обычно вы должны быть в состоянии читать до десятых долей степени, если вы осторожны.

В t=4 минуты включить питание и немедленно отрегулировать ток до 2,0 ампер. Вы должны поддерживать текущий на этом постоянном значении на протяжении всего эксперимента. Продолжайте записывать напряжение, ток и температуры с двухминутными интервалами до тех пор, пока температура не поднимется по крайней мере на 20 o C выше начальной температуры. Продолжать чтение температуры в течение шести-восьми минут после Ток нагрева отключен.

АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ

Построить график зависимости температуры от времени; включать периоды до и после цикла нагрева. Объясните любое нелинейное поведение, которое вы наблюдать. Нужно ли было вносить какие-либо коррективы во время цикла нагрева, чтобы держать ток постоянным? Если да, объясните почему.

Рассчитайте тепловую энергию, произведенную в калориметре. Покажите свою работу в аккуратно, организованно. Вычислите величину Дж и сравните со стандартным значением 4.19 Дж/кал. Какова ваша ошибка в процентах?

ВОПРОСЫ:

  1. Были ли какие-либо признаки потока тепла в или из калориметр в периоды предварительного или последующего нагрева? Если да, то что было доказательства и как это может повлиять на результаты вашего эксперимента? Быть конкретный.
  2. Что подразумевается под термином «водный эквивалент»?
  3. Почему вас предупредили не включать ток до катушка была погружена в воду?
  4. Сколько джоулей энергии было передано, если ваш электросчетчик записывает один киловатт-час? Покажите свой расчет.

ОКОНЧАТЕЛЬНЫЙ РЕЗЮМЕ:

В сводку отчета включите найденное значение J и укажите, что вы считаете самым важным источником ошибок в этом эксперименте. Что выводы вы сделали о взаимосвязи тепловых единиц и механических единиц энергии?

Вернуться к оглавлению

Законы Джоуля

Законы Джоуля представляют собой пару законов, касающихся теплоты, выделяемой током, и зависимости энергии идеального газа от давления, объема и температуры соответственно.

Первый закон Джоуля , также известный как эффект Джоуля , представляет собой физический закон, выражающий взаимосвязь между теплом, выделяемым током, протекающим через проводник. Он назван в честь Джеймса Прескотта Джоуля, изучавшего это явление в 1840-х годах. Выражается как:

где Q – это тепло, выделяемое постоянным током I , текущим по проводнику с электрическим сопротивлением R за время t . Когда ток, сопротивление и время выражаются в амперах, омах и секундах соответственно, единицей измерения Q является джоуль. Первый закон Джоуля иногда называют законом Джоуля-Ленца , поскольку позже он был независимо открыт Генрихом Ленцем. Эффект нагрева проводников, по которым текут токи, известен как джоулев нагрев.

Второй закон Джоуля гласит, что внутренняя энергия идеального газа не зависит от его объема и давления, а зависит только от его температуры.

Связь с законом Ома

В контексте резистивных цепей и в свете сохранения энергии и электрического потенциала первый закон Джоуля и закон Ома эквивалентны и выводятся друг из друга (как объяснил Джеймс Клерк Максвелл в 1881 г., [1] Маскарт в 1883 г. , [2] и Оливером Хевисайдом в 1894 году [3] ), хотя они были открыты независимо и экспериментально до того, как были хорошо развиты представления о сохранении энергии и электрического потенциала.

Первый закон Джоуля гласит, что скорость рассеивания тепла в резистивном проводнике пропорциональна квадрату тока через него и его сопротивлению. То есть мощность, рассеиваемая на резисторе, в пересчете на ток через него и его сопротивление составляет: [4]

Джоуль получил этот результат экспериментально в 1841 году, используя калориметр для измерения тепла и гальванометр для измерения тока с различными резистивными цепями. [5] [6]

Закон применяется к любой цепи, которая подчиняется закону Ома, то есть проводит ток, пропорциональный напряжению на ней, или, что то же самое, который может быть охарактеризован сопротивлением. Закон Ома гласит, что при напряжении В в цепи сопротивлением Ом ток будет: [7] ​​ [8]

Подставляя эту формулу для тока в один или оба коэффициента тока в законе Джоуля, рассеиваемая мощность может быть записана в эквивалентных формах:

Соотношение на самом деле более применимо, чем закон Джоуля или закон Ома, поскольку оно представляет мгновенную мощность, приложенную к цепи с напряжением В на ней и током I в ней, независимо от того, резистивная цепь или нет. . [1] [9] В сочетании с законом Ома или законом Джоуля его можно использовать для получения другого. [10]

Поскольку мощность, рассеиваемая резистором, представляет собой количество энергии, используемой (приложенной электрической работы) в единицу времени, общая энергия, потребляемая и рассеиваемая за время t , равна: [11]

Гидравлический аналог

В энергетическом балансе потока подземных вод (см. также закон Дарси) используется гидравлический эквивалент закона Джоуля [12]  :

где:

d E / d x = потеря гидравлической энергии ( E ) из-за трения потока в x -направлении в единицу времени (м/день) – сравнимо с Q / т
v x = скорость потока в x -направлении (м/сутки) – сопоставимо с I
K = гидравлическая проводимость грунта (м/сут) – гидравлическая проводимость обратно пропорциональна гидравлическому сопротивлению, которое можно сравнить с R

См.

a b Джеймс Клерк Максвелл с Уильямом Гарнеттом (изд. Р.Дж.Остербан, Дж.Бунстра и К.В.Г.К.Рао (1996). Энергетический баланс подземного стока . В: В.П.Сингх и Б.Кумар (ред.), Гидрология подземных вод, том 2 материалов Международной конференции по гидрологии и водным ресурсам, Нью-Дели, Индия. Kluwer Academic Publishers, Дордрехт, Нидерланды. стр. 153–160. ISBN 978-0-7923-3651-8. http://www.waterlog.info/pdf/enerbal.pdf.

Закон Джоуля, что это такое? Формула закона Джоуля. Эффект нагрева

Эффект Джоуля известен как явление, при котором, если в проводе циркулирует электрический ток, часть энергии превращается в тепло.Закон Джоуля назван в честь британского физика Джеймса Прескотта Джоуля.

Закон Джоуля показывает взаимосвязь между

  • Ток, протекающий по проводу.
  • Тепло, выделяемое током, протекающим по проводу.
  • Сопротивление провода и …
  • Время прохождения тока по проводу.

Формула закона Джоуля (количество теплоты)

Формула закона Джоуля: Q = I 2  . Р . t, где:

  • Q — количество теплоты, в джоулях (Дж)
  • I — электрический ток, протекающий по проводу, в амперах (А)
  • R — значение электрического сопротивления провода , в омах (R)
  • t — время, в течение которого ток проходит по проводу, в секундах (с).

Закон Джоуля можно определить как количество тепла (Q), выделяемое в проводе с сопротивлением (R), когда по нему проходит ток (I) в течение периода времени (t).

Это тепло прямо пропорционально:

  • Квадрат тока.
  • Сопротивление провода.
  • Время прохождения тока по проводу.

Какие эффекты нагрева вызывает электрический ток?

При протекании тока по проводу в нем выделяется тепловая энергия.Эффекты нагрева, вызванные электрическим током, зависят от трех факторов:

  • Сопротивление провода. Более высокое сопротивление производит больше тепла.
  • Время, в течение которого по проводу протекает ток. Чем больше время, тем больше выделяется тепла.
  • Чем больше ток, тем больше тепловыделение.

Некоторые применения закона Джоуля

  • Водонагреватель.
  • Лампа накаливания (также излучает свет).
  • Предохранитель (предохранитель плавится, сгорает при превышении тока установленного предела).
  • Электрический утюг.
  • Электрическая плита.
  • Термисторы: термисторы – это резисторы, сопротивление которых изменяется при изменении температуры.
  • и т. д.

Примеры

Пример 1: Сколько тепла выделяет ток силой 2 А в проводе с резистором 50 Ом в течение 2 секунд?

Имеем: I = 2 ампера, R = 5 Ом, t = 2 секунды.

Используя формулу: J = I 2  . Р . t получаем: J = (2) 2 х (5) х (2) = (4) (5) (2) = 40 Дж.Тогда: выделяется 40 джоулей тепла.

Пример 2: Сопротивление электрической лампочки составляет 100 Ом. Найдите мощность, потребляемую за 1 час при подаче на его концы напряжения 120 В.

Есть. R = 100 Ом, V = 120 вольт, t = 1 час = 3600 с.

Используя формулу закона Ома, I = V/R. I = 120/100 = 1,2 Ампер

Используя формулу: J = I 2  . Р . t получаем: J = (1,2) 2 х (100) х (3600) = (1,44) (100) (3600) = 518 400 Дж. Тогда мощность, потребляемая за 1 час, равна 518 400 Дж = 0.144 кВтч.

Примечания:

  • 1 джоуль = 0,24 калории тепловой энергии
  • 1 киловатт-час = 1 кВтч = 1000 ватт x 3600 секунд = 3,6 x 10 6 джоулей (1 джоулей)

Джеймс Джоуль – MagLab

Джеймс Прескотт Джоуль экспериментировал с двигателями, электричеством и теплом на протяжении всей своей жизни.

Открытия

Джоуля привели к его разработке механической теории тепла и закона Джоуля , который количественно описывает скорость, с которой тепловая энергия вырабатывается из электрической энергии сопротивлением в цепи. Первоначально многие ученые XIX века скептически относились к работе Джоуля, но его усилия оказались фундаментальными для современного понимания термодинамики. Единица работы СИ, джоулей , была названа в честь его значительного научного вклада.

Уроженец Англии Джоуль родился 24 декабря 1818 года в Солфорде, Ланкашир. Его семья была довольно богатой благодаря успеху семейного пивоваренного бизнеса. Подростком Джоуль начал учиться у известного химика Джона Далтона в Манчестерском университете, но внезапное ухудшение здоровья Далтона преждевременно положило конец опеке.Несмотря на их недолгое время вместе, акцент Дальтона на количественных экспериментах оказал длительное влияние на научные методы Джоуля. Джоуль продолжил свое образование под руководством Джона Дэвиса, который стал соучредителем Королевской галереи Виктории для поощрения и иллюстрации практической науки.

Первые научные интересы Джоуля касались электромагнитных двигателей, их сильных и слабых сторон по сравнению с паровыми двигателями. Его участие в семейной пивоварне помогло ему обратить внимание на эту область, поскольку более эффективные двигатели могли существенно повысить прибыльность бизнеса.Первой опубликованной статьей Джоуля было «Описание электромагнитного двигателя» , появившееся в 1838 году в Annals of Electricity . Недовольный своим открытием, что паровые двигатели оказались намного лучше в производстве, чем электромагнитные двигатели, доступные в то время, он предпринял экспериментальное путешествие, в котором пытался улучшить характеристики электромагнитного двигателя, изменяя расположение железа в устройство.

Преданность

Джоуля экспериментам в конечном итоге привела к формулировке закона, который теперь носит его имя в 1840 году.Согласно закону Джоуля теплота, выделяемая в электрическом проводе, пропорциональна квадрату силы тока, умноженному на сопротивление. Закон часто записывают как P=I 2 R , где P равняется потерям мощности, I — току в амперах, а R — сопротивлению, указанному в омах. Джоуль включил закон в состав трактата «О производстве тепла с помощью гальванического электричества» , который был опубликован в сокращенном виде в Proceedings of the Royal Society .Однако молодость ее автора и восприятие другими, что он был просто любителем, помешали многим членам Общества сразу осознать важность работы Джоуля.

Прохладный прием, который он получил, не остановил Джоуля, который продолжил дополнительные эксперименты с электричеством и теплом. Вскоре после этого он начал читать лекции в Королевской галерее Виктории, а к 1843 году начал публично рассуждать об обратимости энергии. В том же году он опубликовал свои ранние расчеты количества работы, необходимой для получения единицы тепла, которую он назвал механическим эквивалентом тепла .На протяжении своей карьеры Джоуль постоянно совершенствовал свои методы определения механического эквивалента теплоты и неоднократно уточнял значение единицы. Его окончательный расчет для устройства составил около 772 футо-фунтов силы, то есть, согласно Джоулю, теплота, необходимая для повышения температуры одного фунта воды на один градус по Фаренгейту, эквивалентна (и может быть преобразована) в механическую силу, которая может поднять примерно 772 фунта высотой один фут.

В конце 1840-х Джоуль женился на Амелии Граймс.Вскоре после этого современники Джоуля стали более восприимчивы к его работам, в основном благодаря его знакомству и сотрудничеству с Уильямом Томсоном, позже более известным как лорд Кельвин. Томсон, который был свидетелем одной из лекций Джоуля в Британской ассоциации содействия развитию науки, очень заинтересовался его термодинамическими экспериментами. Тем не менее, он также был обеспокоен их явным противоречием с широко принятой в то время теорией калорийности , первоначально предложенной Антуаном Лавуазье, в которой утверждалось, что тепло существует как тип жидкости, которая течет от более теплых тел к более холодным.Переписка между Джоулем и Томсоном в течение многих лет, а также дополнительные эксперименты (некоторые из которых были предложены Томсоном) и усовершенствования техники в конечном итоге привели Томсона к полной поддержке механической теории теплоты Джоуля. Их связь друг с другом также привела к открытию эффекта Джоуля-Томсона , явления, при котором свободно расширяющийся газ испытывает изменение температуры. Эффект Джоуля-Томсона положил начало возникновению холодильного бизнеса.

В последние годы своей карьеры Джоуль получил большую часть внимания и похвал, которых ему не давали в ранние годы. В 1850 году, после публикации одного из своих наиболее последовательных расчетов механического эквивалента тепла, Джоуль стал членом Королевского общества, от которого он получил Королевскую медаль в 1852 году и медаль Копли в 1870 году. Различные высшие учебные заведения , включая Дублинский Тринити-колледж, Оксфордский и Эдинбургский университеты, также наградили его почетными степенями, а Королевское общество искусств наградило его медалью Альберта (1880).

Тем не менее, некоторые споры были связаны с приоритетом термодинамической работы Джоуля. Немецкий физик Юлиус Роберт фон Майер утверждал, что предложил эквивалентность теплоты и работы по крайней мере за год до того, как Джоуль объявил о своей механической теории теплоты. Чтобы помочь решить проблему с как можно меньшей враждебностью, Джоуль в конечном итоге признал заявление Майера о более раннем развитии теории, заявив при этом о своем приоритете в экспериментальном подтверждении теории. Однако, несмотря на уступку, большинство публикаций с тех пор уделяли основное внимание Джоулю, скончавшемуся в своем доме 11 октября 1889 года.

Закон нагревания Джоуля – Постановка, формула и вывод

Задумывались ли вы, как работает электрическая плита? Как готовится еда в электрической плите? Как нагреваются жидкости в электрочайнике? Ответ на ваш вопрос: Закон нагревания Джоуля . Это еще одна интересная тема в физике.

История

Закон Джоуля о нагреве был впервые опубликован в 1840 в виде реферата в Proceedings of the Royal Society автором Джеймсом Прескоттом Джоулем .Закон предполагал, что теплота может генерироваться при пропускании электрического тока по проводу .

Джоуль погрузил отрезок провода в фиксированную массу воды и измерил повышение температуры из-за известного тока, протекающего по проводу в течение 30 минут . Варьируя силу тока и длину провода, устанавливали зависимость между выделяемым теплом и током, прошедшим через провод.

Объяснение закона нагрева Джоуля

Закон Джоуля о нагреве в основном говорит нам о тепле, выделяемом проводником (с некоторым сопротивлением), когда через него проходит ток.{2}\)

(b) Теплота, выделяемая в данном резисторе данным током, пропорциональна времени (t), в течение которого в нем существует ток
\(H ∝ t \)

( в) Тепло, выделяемое в данном резисторе данным током, пропорционально его сопротивлению (R)
\(H ∝ R\)

Нагрев вызван взаимодействиями между электронами и атомными ионами проводника. Разность потенциалов между двумя точками проводника создает электрическое поле , которое заставляет электроны ускоряться в направлении поля, придавая им таким образом кинетическую энергию . {2}Rt\)

Где,
\(H\) – Выработано тепла (Здесь в калориях, кал)
\(I\) – Ток прошел (ампер, А)
\(R\) – Сопротивление из провод (Ом, Ом)
\(t\) – Время , за которое проходит ток (секунды, с)
\(Дж\) – Постоянная Джоуля или Механический эквивалент Джоуля тепла (Дж = Вт /H = выполненная работа/выработанное тепло)

Очевидно, что значение Дж будет зависеть от выбора единиц работы и теплоты .{2}Рт\)

Нагрев

Джоуля также известен как омический нагрев или резистивный нагрев из-за его связи с законом Ома.

Нагрев

Джоуля имеет множество применений. Однако во многих случаях этот нагрев является нежелательным побочным продуктом и называется резистивными потерями . Для уменьшения таких потерь в системах передачи электроэнергии специально используются высоковольтные высокого напряжения . Применяются также сверхпроводящие материалы , в которых отсутствует джоулев нагрев из-за нулевого сопротивления в сверхпроводящем состоянии.

Применение теплового закона Джоуля
  • Электронагреватель – Электрический утюг, электронагреватель, электротостер – это некоторые из приборов, которые работают по принципу нагревательного эффекта тока.
  • Электрическая лампочка — еще одно приложение, работающее по принципу джоулевого нагрева. Поскольку сопротивление нити в колбе велико, тепло, выделяемое в колбе, также велико.
  • Плавкий провод соединен последовательно в электрическую цепь.Обладает высокой стойкостью и низкой температурой плавления. Когда большой ток протекает через цепь из-за короткого замыкания, плавкая проволока плавится из-за нагрева, и, следовательно, цепь размыкается. Таким образом, электроприборы спасаются от повреждений.
  • Электрическая лампочка
  • Электрический утюг
Применение джоулевого нагрева (Pixabay)

Примеры закона Джоуля

Вопрос 1. Электрическая лампочка потребляет ток силой 8 А и работает от напряжения 250 вольт в среднем 8 часов в день.2Rt\)
\(H = 52*10*5*60 = 250*300\)
∴ \(H =75 кДж\)

Часто задаваемые вопросы Дайте определение или сформулируйте закон Джоуля для нагревания.

Скорость производства тепла постоянным током прямо пропорциональна сопротивлению цепи и квадрату тока.

Что такое закон Ома?

Закон Ома гласит, что ток между двумя точками проводника прямо пропорционален напряжению в этих точках.
\(V = IR\)

Почему электроприборы нагреваются при длительной эксплуатации?

Электрические устройства работают на электричестве. Некоторая часть используемой энергии рассеивается в виде тепла за счет электрического тока, протекающего через устройство. Также из-за перегрузки электричества в приборе возникает его нагрев. Следовательно, электрические приборы нагреваются после длительного использования.

Джеймс Прескотт Джоуль – биография, факты и фотографии

Джеймс Прескотт Джоуль изучил природу теплоты и установил ее связь с механической работой.Он заложил основу теории сохранения энергии, которая впоследствии повлияла на первый закон термодинамики. Он также сформулировал закон Джоуля, который касается передачи энергии.

Объявления

Ранняя жизнь и образование:

Родился в Солфорде, Ланкашир, 24 декабря 1818 года. Отец Джеймса Прескотта Джоуля, Бенджамин Джоуль, был богатым пивоваром, а его матерью была Элис Прескотт. Джеймс в основном обучался дома из-за слабого здоровья.Он изучал арифметику и геометрию у Джона Дальтона в Манчестерском литературно-философском обществе. Позже его обучал известный ученый и лектор Джон Дэвис.

В возрасте пятнадцати лет он начал работать на пивоварне в дополнение к учебе. Джеймсу нравилось экспериментировать с электричеством, и служанка потеряла сознание, когда он случайно ударил ее электрическим током.

Вклады и достижения:

Джоуль управлял семейной пивоварней с 1837 по 1856 год и проводил эксперименты в лабораториях у себя дома и на пивоварне.

Его первые эксперименты касались электродвигателей с целью замены паровых машин на пивоваренном заводе электрическими. Это привело его к открытию «Закона Джоуля» в 1840 году.

Он установил зависимость между протеканием тока через сопротивление и выделяемым теплом. Закон Джоуля гласит, что количество тепла в секунду, которое выделяется в проводе с током, пропорционально электрическому сопротивлению провода и квадрату силы тока.

P = I 2 R, где P = мощность, I = ток и R = сопротивление

Затем

Джоуля провели эксперименты с использованием крыльчатого колеса и калориметра, а в 1843 году Джоуль объявил о своем определении количества работы, необходимой для производства единицы тепла (механического эквивалента тепла).

Результаты его экспериментов были полностью описаны в его знаменитой статье 1845 года «О механическом эквиваленте теплоты», в которой было установлено, что теплота и механическая работа являются формами энергии. Его усилия стали краеугольным камнем теории преобразования энергии (первого закона термодинамики).

Он сотрудничал с лордом Кельвином в разработке абсолютной шкалы температур. В 1852 году они открыли эффект Джоуля-Томсона, показав, что при расширении газа без совершения работы его температура падает.Позднее эта концепция была использована в холодильной технике.

Джоуля также провели обширные исследования магнитострикции; свойство ферромагнитных материалов, заставляющее их изменять свою форму под воздействием магнитного поля. Он был первым ученым, выявившим это свойство в 1842 году во время эксперимента с образцом никеля.

Ему также приписывают первое в истории вычисление скорости молекулы газа.

Производная единица энергии или работы, Джоуль (Дж), названа в его честь.

Джоуля был избран членом Лондонского королевского общества в 1850 году, а в 1852 году он получил Королевскую медаль за статью «О механическом эквиваленте тепла».

В 1870 году он был награжден престижной медалью Копли Королевского общества «за свои экспериментальные исследования по динамической теории тепла».

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.