Ο νόμος Joule-Lenz

Ξεπερνώντας την αντίσταση του σύρματος, λειτουργεί το ηλεκτρικό ρεύμα, κατά το οποίο παράγεται θερμότητα στο καλώδιο. Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια κατά την κίνησή τους συγκρούονται με άτομα και μόρια και κατά τη διάρκεια αυτών των συγκρούσεων η μηχανική ενέργεια των κινούμενων ηλεκτρονίων μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια.

Η εξάρτηση της θερμικής ενέργειας από την ισχύ του ρεύματος στον αγωγό καθορίζεται από το νόμο Joule-Lenz. Όταν ένα ηλεκτρικό ρεύμα ρέει μέσα από ένα καλώδιο, η ποσότητα θερμότητας που παράγεται από το ρεύμα στο καλώδιο είναι ευθέως ανάλογη με την ισχύ του ρεύματος που λαμβάνεται στη δεύτερη ισχύ, το μέγεθος της αντίστασης του σύρματος και τη διάρκεια του ρεύματος .

Εάν η ποσότητα θερμότητας συμβολίζεται με το γράμμα Q, η ισχύς του ρεύματος στο a είναι Α, η αντίσταση σε ohms — R και ο χρόνος σε δευτερόλεπτα — t, τότε μαθηματικά ο νόμος Joule-Lenz μπορεί να αναπαρασταθεί ως εξής:

Q = aI2Rt

NS για a = 1, η ποσότητα θερμότητας Q θα είναι joules. NSpa a = 0,24 η ποσότητα θερμότητας Q λαμβάνεται σε μικρές θερμίδες. Ο συντελεστής 0,24 εμφανίζεται στον τύπο επειδή ένα ρεύμα 1 A σε ένα καλώδιο αντίστασης 1 ohm για 1 δευτερόλεπτο. εκπέμπει 0,24 μικρές θερμίδες θερμότητας. Μια μικρή θερμίδα χρησιμεύει ως μονάδα για τη μέτρηση της ποσότητας της θερμότητας. Μια μικρή θερμίδα ισούται με την ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για να θερμανθεί 1 g νερού κατά 1 °C.

Αυτός ο νόμος ανακαλύφθηκε ανεξάρτητα το 1840 από τον Άγγλο φυσικό James Joule και τη Ρωσίδα φυσικό Emily Kristianovich Lenz. Αυτός ο φυσικός νόμος καθορίζει την ποσότητα θερμότητας Q που απελευθερώνεται σε έναν αγωγό όταν διέρχεται ηλεκτρικό ρεύμα μέσα από αυτόν.

Έτσι, η θερμότητα παράγεται πάντα σε έναν αγωγό όταν το ρεύμα ρέει μέσα από αυτόν. Ωστόσο, δεν πρέπει να επιτρέπεται η υπερβολική θέρμανση των καλωδίων και των ηλεκτρικών συσκευών, καθώς αυτό θα τα καταστρέψει. Η υπερθέρμανση είναι ιδιαίτερα επικίνδυνη όταν βραχυκύκλωμα καλώδια, δηλαδή στην ηλεκτρική σύνδεση των καλωδίων που παρέχουν ηλεκτρική ενέργεια στον καταναλωτή.

Σε περίπτωση βραχυκυκλώματος, η αντίσταση των καλωδίων που παραμένουν κάτω από το ρεύμα είναι συνήθως αμελητέα, επομένως το ρεύμα φτάνει σε μεγάλη δύναμη και απελευθερώνεται θερμότητα σε τέτοια ποσότητα που προκαλεί ατύχημα. Για προστασία από βραχυκυκλώματα και υπερθέρμανση, το κύκλωμα περιλαμβάνει ασφάλειες… Είναι μικρά κομμάτια λεπτού σύρματος ή πλάκας που καίγονται μόλις το ρεύμα φτάσει σε μια συγκεκριμένη τιμή. Η επιλογή των ασφαλειών γίνεται ανάλογα με την περιοχή διατομής των καλωδίων.

Δείτε επίσης: Πώς μια ηλεκτροπληξία θερμαίνει ένα καλώδιο