61 Закон на Джаул-Ленц-V
§61 Закон на Джаул-Ленц.
Генерирането на топлина е едно от основните явления, съпътстващи преминаването на електрически ток в проводниците.
В резултат на експериментите беше установено, чеколичеството топлина, генерирано от тока при преминаване през проводника, зависи от съпротивлението на проводника, силата на тока и времето на неговото преминаване.
За първи път тази зависимост е изследвана експериментално през 1844 г. от българския академик Емил Христианович Ленц (1804–1865) и независимо от него от английския физик Дж. Джаул (на него е кръстена единицата за енергия).
Количествените съотношения, които възникват при нагряване на проводника от ток, установени от тях, се наричат закона на Джаул-Ленц,
От закона за запазване на енергията можем да получимзакона на Джаул-Ленц,без да прибягваме до експеримент. Извършената работа за преместване на заряда е Uq, но зарядът q е It. Получава се общата работа на полето при движение на заряда по протежение на проводника
От закона на Ом U=IR. Замествайки получените зависимости, като приемем, че цялата работа на полето отива за нагряване на проводника, можем да изразим, както следва
От формулата A =U I t можем да получим изразаза мощносттана електрическия ток. Спомнете си, чемощносттае отношението на работата към времето, за което е извършена тази работа. N=A/t, следователно,
Както знаете, mмощността се измерва във ватове.
При плащане на електроенергия се използва енергийната единица1 киловат*час. Това е енергията, освободена при mмощност1 kW на час. Има 3600 секунди в един час, 1 kW = 1000 W, така че 1 kWh е 3 600 000 J.
В електрическите вериги протичат токове с определена сила. Тези токове се изчисляват според товара /уреди и консуматори/ включени във веригата. Изберете специално напречните сечения на захранващите проводници итяхната изолация. Но има моменти, когато много потребители са включени във веригата едновременно, повече от очакваното. Тогава токът се увеличава рязко (тъй като общото съпротивление на веригата намалява) и в него възниква претоварване. Оловните проводници стават много горещи, което може да причини пожар.
Токът може да се увеличи рязко, ако при паралелно включване на консуматори включим успоредно на тях елемент с много малко съпротивление. Например, ако поради повреда на изолацията се образува контакт между проводниците, отиващи към електрическата крушка. Възниквакъсо съединение. Късо съединение е бързо намаляване на импеданса на верига.
или случаен контакт на оголени проводници. В такива случаи те казват: "кабелите са накъсо".
Във всички случаи, когато токът във веригата се увеличи рязко, проводниците могат да прегреят и да причинят пожар. За да не се случи това, в електрическата верига са включенипредпазители.
Предпазителитеса различни видове. Но всеки има основна част, която при рязко увеличаване на тока става много гореща. За предпазител fпредпазител
Това е оловен проводник, който при нагряване се топи и отваря електрическа верига. Запредпазител, чийто външен вид е показан на
е метална пластина, която се разширява при нагряване и прекъсва контакта във веригата.
^ Количеството топлина, генерирано от тока при преминаване през проводника, зависи от съпротивлението на проводника, силата на тока и времето на неговото преминаване.
Закон на Джаул-Ленц. Q = I 2 R t
Мощността се измерва във ватове.
Късо съединение се нарича бързо намаляване на общата сумасъпротивление на веригата.
Упражнение §61.
- Защо проводникът, с който настолната лампа е свързана към мрежата, практически не се нагрява, докато нишката на лампата свети в бяло?
- От какви материали са направени предпазителите? Защо?
- По веригата протича ток от 2 A. Съпротивлението на веригата е 100 ома. Колко топлина ще се отдели във веригата за 15 минути?
- Два резистора от 5 ома и 10 ома са свързани последователно. Колко топлина се отделя във всеки резистор за 5 минути, ако напрежението на втория резистор е 20 V?
- Два резистора от 4 ома и 8 ома са свързани паралелно. В първия протича ток 2 А. Колко топлина отделят двата резистора за 20 s?
- * Електрически бойлер с намотка 150 ома се поставя в съд, съдържащ 0,5 kg вода с температура 20 ° C, и се свързва към мрежа 220 V. След 30 минути намотката се изключва. Колко вода е изкипяла, ако ефективността на бобината е 80%?
Беше забелязано, че когато токът преминава през проводника, последният се нагрява. Зависимостта на количеството отделена топлина от силата на тока е изследвана от английския физик Джеймс Джаул и българския физик Е. X. Ленц. Те прокараха ток през спирала, поставена в калориметър с вода. След известно време водата се стопли. От неговата температура беше лесно да се изчисли количеството отделена топлина. От проведените експерименти Джаул и Ленц стигат до извода, че количеството топлина, отделено от проводник, когато през него преминава електрически ток, е право пропорционално на квадрата на силата на тока, съпротивлението на проводника и времето, необходимо за преминаване на тока. Това е известният закон.Джаул-Ленц.
През 1821 г. немският физик Томас Зеебек (1770-1831) прави неочаквано откритие. Веднъж постави бисмутова плоча върху медна, свързвайки ги с жица. Когато Зеебек стисна тези плочи с ръка, той откри, че в жицата има слаб електрически ток. Зеебек разбра, че токът се дължи на затоплянето на плочите от топлината на ръката му.
За да изследва това явление, той построи специално устройство, състоящо се от две бисмутови пластини, свързани с медна жица, запоена към тях. Едното кръстовище беше спуснато в съд с гореща вода, а другото в съд със студена вода. Тогава във веригата беше открит електрически ток.
Нагревателни проводници с ток и получаване на ток поради топлина - тези явления скоро бяха използвани в технологията.
Вече беше споменато, че В.В. Петров получи ярка електрическа дъга, която освети лабораторията му. Това откритие беше използвано за осветяване на градските улици по-късно, когато се появиха мощни източници на електрически ток.
Опит за използване на електрическа дъга за осветление е направен през 1821 г. от Г. Дейви. Прокарвайки ток от 2000 елемента през близки въглеродни електроди, той получава електрическа дъга.
По-късно българският физик академик Б. С. Якоби (1801 - 1874) се опитва да организира електрическо осветление в Санкт Петербург, като инсталира дъгова лампа на Адмиралтейската кула. Въпреки това въглеродните електроди изгоряха доста бързо, разстоянието между тях се увеличи и дъгата изгасна.
Дъговата лампа придобива практическо значение едва когато В. Н. Чиколев (1845-1898) изобретява механизъм, който събира въглища, докато горят. Но още преди това българският електроинженер П.Н. Яблочков (1847-1894). в известната му "електрическа свещ". Свещта на Яблочков се състоешеот две въглеродни пръчки, успоредни една на друга и разделени от изолационен слой. Краищата на прътите бяха свързани с въглеродна плоча. При преминаване на ток тази пластина изгаряше и между краищата на въглеродните пръти се появяваше електрическа дъга. Докато въглените изгарят, изолационният слой се изпарява и светещата дъга не изгасва. За съжаление изобретението на П. Н. Яблочков по това време не намира приложение в България. "Българска светлина" е използвана първо в Париж, а след това в Лондон и други градове на Западна Европа.
Почти едновременно с това друг български електроинженер А. Н. Лодигин (1847-1923) предлага крушка с нажежаема жичка.
Въглеродна пръчка светеше в електрическата крушка на Лодигин. Когато въздухът беше изпомпван от крушката на крушката, тя стана доста издръжлива и практически използваема. Лампите на Лодигин през 1873 г. осветяват една от улиците на Санкт Петербург.
Американският изобретател Томас Едисон (1847-1931) подобрява лампата с нажежаема жичка, като заменя въглеродния прът с тънка въглеродна нишка. Той също така изобретява винтовата основа на лампата, въртящия се превключвател, предпазителя със стопяема вложка и щепселната връзка. Електрическата крушка с нажежаема жичка стана много удобна за осветяване на жилищни помещения, фабрики и фабрични етажи. Водолазите получиха възможност да работят с ярко електрическо осветление. Във фаровете започват да се използват електрически лампи.
В металургията електрическите пещи са широко разпространени. Електрическата пещ е камера, облицована с високо огнеупорен материал. Пещта се нагрява от електрически ток, преминаващ през специални нагревателни елементи или директно през рудата, която трябва да се стопи. В някои случаи работата на електрически фурнивъз основа на използването на електрическа дъга (топене на алуминий и др.).