Закон Джоуля — Ленца.

Закон, що визначає кількість теплоти, яку виділяє провідник зі струмом у навколишнє середовище, був установлений експериментально англійським вченим Д. Джоулем і російським вченим Е. X. Ленцем.

Закон Джоуля — Ленца: кількість теплоти, що виділяється провідником зі струмом, дорівнює добутку квадрата сили струму на опір провідника й час проходження струму по провіднику:

Якщо в даній ділянці кола відсутні сторонні сили, то в ній вся енергія перетворюється тільки на теплову. Отже, і . Тоді

Якщо в ділянці кола є сторонні сили, то і .

4. Теплова дія струму

Теплову дію струму вивчали на дослідах англійський учений Дж. Джоуль і російський учений Е. X. Ленц.

Hезалежно один під одного нони дійшли однакового нисновку. Якщо на ділянці кола, в якій тече струм, не виконується механічна робота й не відбуваються хімічні реакції, то робота електричного струму приводить тільки до нагрівання провідника. Нагрітий провідник шляхом теплопередачі віддає отриману енергію навколишнім тілам. Отже, згідно із законом збереження енергії кількість виділеної теплоти ф в цьому випадку дорівнюватиме роботі А струму: Я = А.

Кількість теплоти, яка виділяється у провіднику зі струмом, прямо пропорційна квадрату сили струму, опору провідника й часу проходження струму:

Для одержання математичного виразу закона Джоуля—Ленца ми скористалися деякими припущеннями, але, як виявилося з подальших досліджень, кількість теплоти, яка виділяється в процесі проходження струму в ділянці кола, завжди можна обчислити за формулою.

На рис. зображено схему досліду, який доводить закон Джоуля—Ленца.

5. Вивчаємо електронагрівальні пристрої

Електричні нагрівальні пристрої широко застосовують у сільському господарстві, промисловості, на транспорті, у побуті. Незважаючи на зовнішнє різноманіття, усі електронагрівники, використовувані на практиці, мають деякі спільні риси.

По-перше, робота всіх електричних нагрівників Грунтується на тепловій дії струму, тобто в таких пристроях енергія електричного струму перетворюється на внутрішню енергію нагрівника, який, у свою чергу, шляхом теплопередачі віддає енергію довкіллю.

По-друге, основною частиною будь-якого електронагрівника є нагрівальний елемент — провідник, який нагрівається при проходженні в ньому струму.

Нагрівальні елементи мають витримувати нагрівання до дуже високої температури, тому їх виготовляють із тугоплавких матеріалів, тобто з матеріалів, що мають високу температуру плавлення.

Щоб уникнути ураження струмом, нагрівальні елементи ізолюють від корпусу нагрівального пристрою.

За законом Джоуля—Ленца кількість теплоти Я, що виділяється у нагрівальному елементі, становить. Отже, змінюючи силу струму в нагрівальному елементі, можна регулювати температуру нагрівника (рис. 17.5).

Підвідні проводи та нагрівальний елемент з'єднані послідовно, отже, сила струму в них є однаковою. Щоб проводи нагрівалися набагато менше, ніж нагрівальний елемент, його опір має бути в багато разів більшим за опір ніднідпих ііронодіп. Тому нагрівальні елементи найчастіше виготовляють із речовин з великим питомим опором.

Контрольні запитання

1. Напишіть формулу для визначення роботи постійного струму.

2. Доведіть, що робота струму виміряється в джоулях.

3. Як записується закон Джоуля-Ленца?

4. Як залежить кількість теплоти, що виділяється під час проходження струму у провідниках, від опору цих провідників у разі їх послідовного і паралельного з'єднання?

5. Запишіть формулу потужності постійного струму.

6. Доведіть, що потужність струму виражається у ватах.

7. Яким приладом вимірюють потужність постійного струму?

8. Яка кількість теплоти щосекунди виділяється ксеноновим електричним світиль-ником потужністю 300 кВт?

9. Два провідники опором 10 і 23 Ом ввімкнені в мережу напругою 100 В. Яка кіль-кість теплоти виділиться за 1 с в кожному провіднику, якщо їх з’єднати паралельно?

10. Елемент замикається дротом одного разу з опором 4 Ом, іншого – 9 Ом. В обох випадках кількість тепла Q, що виділяється в провіднику за один і той самий час, ви-являється однаковою. Яким є внутрішній опір елемента?

11. У спіралі електроплитки, ввімкненої в розетку з напругою 220 В, за сили струму 3,5 А виділилося 690 кДж теплоти. Скільки часу була ввімкнена в мережу плитка?

12. У кипятильнику місткістю 5 л з ККД 70 % вода нагрівається від 10 до 100 С за 20 хв. Якої сили струм проходить по обмотці нагрівника, якщо напруга дорівнює 220 В?

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Канцерогени в харчових продуктах: звідки і що робити?	\|	Примусовий поділ

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.004 сек.