Закон Джоуля-Ленца
Преодолевая сопротивление проводника, электрический ток выполняет работу, в процессе которой в проводнике выделяется тепло. Свободные электроны при своем движении сталкиваются с атомами и молекулами и при этих столкновениях механическая энергия движущихся электронов переходит в тепловую.
Зависимость тепловой энергии от силы тока в проводнике определяется по закону Джоуля-Ленца. При прохождении электрического тока по проводнику количество тепла, выделяемого током в проводнике, прямо пропорционально силе тока, взятой во второй степени, величине сопротивления проводника и времени действия тока.
Если количество тепла обозначать буквой Q, силу тока в а — I , сопротивление в ом — R и время в сек.— t, то математически закон Джоуля-Ленца можно представить так:
П ри а=1 количество тепла Q получится в джоулях. П ри а=0,2 4 количество тепла Q получится в малых калориях . Коэффициент 0,24 в формуле фигурирует потому, что ток в 1 а в проводнике с сопротивлением в 1 ом за 1 сек. выделяет 0,24 малых калорий тепла. Малая калория служит единицей для измерения количества тепла. Малая калория равна количеству тепла, которое необходимо для нагревания 1 г воды на 1° С .
Этот закон независимо друг от друга открыли в 1840-м году английский физик Джеймс Джоуль и русский физик Эмилий Христианович Ленц. Этот физический закон определяет количество теплоты Q, выделяемой в проводнике при прохождении через него электрического тока.
Итак, тепло всегда выделяется в проводнике, когда в нем проходит ток. Однако, чрезмерный нагрев проводников и электротехнических устройств допускать нельзя, так как это приведет к их повреждению. Особенно опасен перегрев при коротком замыкании проводов, то есть при электрическом соединении проводников, подводящих электрическую энергию к потребителю.
При коротком замыкании обычно сопротивление остающихся под током проводников ничтожно, ток из-за этого достигает большой силы, и тепло выделяется в таком количестве, которое вызывает аварию. Для предохранения от коротких замыканий и чрезмерных перегревов в цепь включаются плавкие предохранители. Они представляют собой небольшие куски тонкой проволоки или пластинки, которые перегорают как только ток достигает определенной величины. Выбор плавких предохранителей производится в зависимости от площади сечения проводов.
electricalschool.info
Закон Джоуля-Ленца
Особенно тщательные исследования были выполнены для установления количества теплоты, которое выделяется в проводниках при прохождении тока. Английский физик Джеймс Прескотт Джоуль (1818—1889) в 1841 г. и независимо от него русский физик Эмилий Христианович Ленц (1804—1865) в 1842 г. установили, что
количество теплоты, выделяющееся в проводнике при прохождении в нем тока, пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока:
Этот вывод в науке получил название закона Джоуля-Ленца, а полученная формула является его математическим выражением.
В наиболее общем виде закон Джоуля-Ленца можно получить, если установить, какая энергия выделяется в единице объема проводника за единицу времени (плотность тепловой мощности):
Джоуль Джеймс Прескотт (1818 — 1889) — английский физик, член Лондонского королевского общества с 1859 г. Получил домашнее образование; первые уроки по физике с ним провел Джон Дальтон. Написал выдающиеся работы по теплоте и электромагнетизму, один из первооткрывателей закона сохранения энергии, в 1841 г. (независимо от Э. X. Ленца) открыл закон, который называется законом Джоуля—Ленца.
Ленц Эмилий Христианович (1804 — 1865) — русский физик, член Петербургской АН с 1830 г. Учился в Дерптском университете, а в 1836 г. возглавил кафедру физики и физической географии Петербургского университета, с 1840 г. — декан физико-математического факультета, а с 1863 г. — ректор. Преподавал также в морском корпусе, Михайловской артиллерийской академии, педагогическом институте. В 1833 г. установил правило для определения направления индукционного тока (закон Ленца), а в 1842 г. (независимо от Джоуля) — закон теплового действия электрического тока.
Необходимо величины, характеризующие проводник и электрическое поле в нем в целом (сопротивление проводника R, силу тока в нем I), выразить через величины, характеризующие вещество проводника в каждой его точке (удельное сопротивление или удельная электропроводимость — ρ или σ) и электрическое поле в каждой точке проводника (напряженность поля E).
Рассмотрим проводник (рис. 5.15) длиной l, площадью поперечного сечения S, удельное сопротивление которого ρ (удельная электропроводимость σ), в котором существует ток силой I.
Сопротивление такого проводника R = ρ • l / S, объем — V = S • l, сила тока I = j • S, где j — плотность тока, определяющаяся через напряженность электрического поля E: Материал с сайта http://worldofschool.ru
Подставляем необходимые данные в формулу для определения плотности тепловой мощности w.
В этом случае закон Джоуля-Ленца формулируется так:
плотность тепловой мощности в проводнике с током равна произведению удельной электропроводимости вещества проводника на квадрат напряженности электрического поля проводника в данной точке.
worldofschool.ru
закон Джоуля — Ленца
Джоуля — Ленца закон, определяет количество тепла Q, выделяющегося в проводнике при прохождении через него электрического тока: Q пропорционально сопротивлению R проводника, квадрату силы тока I в цепи и времени прохождения тока t,
Здесь а — коэффициент пропорциональности, зависящий от выбранных единиц измерения; если / измеряется в амперах, R — в омах, t — в секундах, то при а = 0,239Q выражено в калориях, при а = 1 — в джоулях. На Д. — Л. з. основан расчЈт электроосветительных установок, нагревательных и отопительных электроприборов.
Д. — Л. з. установлен в 1841 английским физиком Дж. Джоулем и независимо от него в 1842 русским учЈным Э. Х. Ленцем.
Мало ли что я обещал гоям?
Российскую пенсию будут получать только израильтяне!
Мой кошелёк — Минц всё равно уже вывез деньги ПФ за рубеж.
Андрей Савельев: Грефа и компанию в тюрьму!
Дело в том, что в его постановке и выводах произведена подмена, аналогичная подмене в школьной шуточной задачке на сообразительность, в которой спрашивается:
— Cколько яблок на березе, если на одной ветке их 5, на другой ветке — 10 и так далее
При этом внимание учеников намеренно отвлекается от того основополагающего факта, что на березе яблоки не растут, в принципе.
В эксперименте Майкельсона ставится вопрос о движении эфира относительно покоящегося в лабораторной системе интерферометра. Однако, если мы ищем эфир, как базовую материю, из которой состоит всё вещество интерферометра, лаборатории, да и Земли в целом, то, естественно, эфир тоже будет неподвижен, так как земное вещество есть всего навсего определенным образом структурированный эфир, и никак не может двигаться относительно самого себя.
Удивительно, что этот цирковой трюк овладел на 120 лет умами физиков на полном серьезе, хотя его прототипы есть в сказках-небылицах всех народов всех времен, включая барона Мюнхаузена, вытащившего себя за волосы из болота, и призванных показать детям возможные жульничества и тем защитить их во взрослой жизни. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.
bourabai.ru
Объединение учителей Санкт-Петербурга
Основные ссылки
Закон Ома для участка цепи. Закон Джоуля — Ленца. Работа и мощность электрического тока. Виды соединения проводников.
Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка.
Выполняется для металлов и электролитов.
Закон Джоуля — Ленца.
Дж. Джоуль (1841—1843) Э. X. Ленц (1842—1843) независимо друг от друга экспериментально установили
В электрической цепи происходит преобразование энергии упорядоченного движения заряженных частиц в тепловую. Согласно з-ну сохранения энергии работа тока равна количеству выделившегося тепла.
Количество теплоты, выделившееся при прохождении электрического тока по проводнику, прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени, в течение которого шел ток:
Работа и мощность электрического тока.
Работа электрического тока:
Мощность электрического тока (работа в единицу времени):
В электричестве иногда применяется внесистемная единица работы — кВт . ч (киловатт-час).
1 кВт . ч = 3,6 . 10 6 Дж.
Виды соединения проводников.
Последовательное соединение.
1. Сила тока во всех последовательно соединенных участках цепи одинакова:
I1=I2=I3=. =In=.
2. Напряжение в цепи, состоящей из нескольких последовательно соединенных участков, равно сумме напряжений на каждом участке:
U=U1+U2+. +Un+.
3. Сопротивление цепи, состоящей из нескольких последовательно соединенных участков, равно сумме сопротивлений каждого участка:
R=R1+R2+. +Rn+.
Если все сопротивления в цепи одинаковы, то:
R=R1 . N
При последовательном соединении общее сопротивление увеличивается (больше большего).
Параллельное соединение.
1. Сила тока в неразветвленном участке цепи равна сумме сил токов во всех параллельно соединенных участках.
2. Напряжение на всех параллельно соединенных участках цепи одинаково:
U1=U2=U3=. =Un=.
3. При параллельном соединении проводников проводимости складываются (складываются величины, обратные сопротивлению):
Если все сопротивления в цепи одинаковы, то:
При параллельном соединении общее сопротивление уменьшается (меньше меньшего).
4. Работа электрического тока в цепи, состоящей из последовательно соединенных участков, равна сумме работ на отдельных участках:
5. Мощность электрического тока в цепи, состоящей из последовательно соединенных участков, равна сумме мощностей на отдельных участках:
P=P1+P2+. +Pn+.
6. Т.к. силы тока во всех участках одинаковы, то: U1:U2. Un. = R1:R2. Rn.
Для двух резисторов: — чем больше сопротивление, тем больше напряжение.
4. Работа электрического тока в цепи, состоящей из параллельно соединенных участков, равна сумме работ на отдельных участках:
A=A1+A2+. +An+.
т.к. .
5. Мощность электрического тока в цепи, состоящей из параллельно соединенных участков, равна сумме мощностей на отдельных участках:
P=P1+P2+. +Pn+.
6. Т.к. напряжения на всех участках одинаковы, то:
Для двух резисторов: — чем больше сопротивление, тем меньше сила тока.
www.eduspb.com
Закон джоули ленса
Рассмотрим произвольный участок цепи, к концам которого приложено напряжение U. За время dt через каждое сечение проводника проходит заряд
При этом силы электрического поля, действующего на данном участке, совершают работу:
Разделив работу на время, получим выражение для мощности:
Полезно вспомнить и другие формулы для мощности и работы:
В 1841 г. манчестерский пивовар Джеймс Джоуль и в 1843 г. петербургский академик Эмилий Ленц установили закон теплового действия электрического тока.
Независимо друг от друга Джоуль и Ленц показали, что при протекании тока, в проводнике выделяется количество теплоты:
Если ток изменяется со временем, то
.
Это закон Джоуля–Ленца в интегральной форме.
Отсюда видно, что нагревание происходит за счет работы, совершаемой силами поля над зарядом.
Соотношение (7.7.4) имеет интегральный характер и относится ко всему проводнику с сопротивлением R, по которому течет ток I. Получим закон Джоуля-Ленца в локальной-дифференциальной форме, характеризуя тепловыделение в произвольной точке.
Тепловая мощность тока в элементе проводника Δl, сечением ΔS, объемом равна:
.
Удельная мощность тока
.
Согласно закону Ома в дифференциальной форме . Отсюда закон Джоуля — Ленца в дифференциальной форме характеризующий плотность выделенной энергии:
Так как выделенная теплота равна работе сил электрического поля
,
то мы можем записать для мощности тока:
Мощность, выделенная в единице объема проводника .
Приведенные формулы справедливы для однородного участка цепи и для неоднородного.
ens.tpu.ru