Меню

Тепловое действие электрического тока закон джоуля ленца ответы

Тепловое действие электрического тока закон джоуля ленца ответы

Формулы, используемые на уроках «Задачи на Закон Джоуля-Ленца»

Название величины

Обозначение

Единица измерения

Формула

Сила тока

I

I = U / R

Напряжение

U

U = IR

Время

t

t = Q / I 2 R

Количество теплоты

Q

Q = I 2 Rt

1 мин = 60 с; 1 ч = 60 мин; 1 ч = 3600 с.

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Задача № 1. Какое количество теплоты выделит за 20 мин спираль электроплитки сопротивлением 25 Ом, если сила тока в цепи 1,2 А?

Задача № 2. Какое количество теплоты выделит за 30 мин спираль электроплитки, если сила тока в цепи 2 А, а напряжение 220 В?

Задача № 3. Сколько времени нагревалась проволока сопротивлением 20 Ом, если при силе тока 1 А в ней выделилось 6 кДж теплоты.

Задача № 4. Электрическая плитка при силе тока 5 А за 30 мин потребляет 1080 кДж энергии. Рассчитайте сопротивление плитки.

Задача № 5. Какое количество теплоты выделится за 25 мин в обмотке электродвигателя, если ее активное сопротивление равно 125 Ом, а сила тока, протекающего в ней, равна 1,2 А?

Краткая теория для решения Задачи на Закон Джоуля-Ленца.

ЗАДАЧИ на Закон Джоуля-Ленца

Это конспект по теме «ЗАДАЧИ на Закон Джоуля-Ленца». Выберите дальнейшие действия:

30 Комментарии

Какое количество теплоты выделяется за 30 мин проволочной спиралью сопротивлением в 20 ом при силе тока 5 а

Q = I^2 • R • t = 25 • 20 • 1800 = 900 кДж.

Два резистора подключены к источнику напряжением 120В последовательно. В первом резисторе сопротивлением 10 Ом за 5минут выделяется 80кДж теплоты. Каково сопротивление второго резистора?

Визначте, на скільки градусів нагріваються 100 г води, якщо на нагрівання їх витрачено всю кількість теплоти, що виділяється при протіканні струму 5 А по провіднику опором 10 Ом протягом 2 хв.​

Дано: m = 100 г = 0,1 кг; I = 5 A; R = 10 Ом; t = 2 мин = 120 с; с = 4200 Дж/(кг•°С)
Решение: Q1 = cmΔt (нагревание воды); Q2 = I^2Rt; Q1 = Q2.
Δt = (I^2Rt) / cm = (5^2 • 10 • 120) / (4200 • 0,1) ≈ 71 °С
Ответ: Δt ≈ 71 °С.

Участок цепи состоит из параллельно соединенных резистора сопротивлением 1,0 Ом и стального проводника длиной 10 м и сечением 1,2 мм2. Определите количество теплоты, выделяющейся в данном участке цепи за 10с, если общая сила тока в участке 3,0 А. Удельное сопротивление стали 1,2 ∙10-2 Ом∙ мм2 /м.

Дано: R = 1 Ом, lп = 10 м, S = 1,2 мм^2, I = 3 A, t = 10 c, ρ = 1,2 ∙10^-2 Ом∙ мм^2/м (видимо выдуманное значение, так как не соответствует реальному 0,12).

Решение: Q = P*t = I^2*Rобщ*t, Rобщ = R*Rп/(R+Rп), Rп = ρ*l/S ⇒ Rобщ = R*ρ*l/(S*R + ρ*l)

Q = P*t = I^2*[R*ρ*l/(S*R + ρ*l)]*t = 3^2*[1*0,012*10/(1,2*1 + 0,012*10)]*10 = 8,18 Дж

Два дроти однакових довжин та перерiзу залiзный та нiкелiновий зьеднанi паралельно. Через них пропускают электричний струм. В якому з них видiлиться бiльша кiлькiсть теплоты? У скiльки разiв? Вiдповiть пояснiть.

Решать по аналогии с этой задачей:
Две проволоки, медная и железная, равной длины и одинаковой площади поперечного сечения включены в цепь параллельно. В какой проволоке выделится большее количество теплоты? Почему?

При параллельном соединении падения напряжения на проволоках одинаковые, и больше тепла выделится на проволоке, которая имеет меньшее удельное сопротивление, т. к. при одинаковом падении напряжения сила тока в ней будет больше по закону Ома I = U/R, соответственно больше нагреется медная проволока, имеющая меньшее сопротивление.

Дано: Р — 1120кг; η – 86.8%. Найти М -?
М- теоретически полученный металл, Р- практически полученный металл, η- выход по току).
Помогите пожалуйста решить

Нагрівник, ККД якого 75%, нагріває воду від 25 до 75 градусів. Його виготовлено з 11м нікелінового дроту з площею перерізу 0,5 міліметрів квадратних. Напруга 220В. Визначте масу води, що проходить через нагрівник за 2 хвилини

Q1/Q = 0.75 (75%)
Q1 = c * m * ▲T (c — удельная теплоёмкость, ▲T — разность температур);
Q = U * I * t (Закон Джоуля-Ленца);
I = U/R (U — напряжение, R — сопротивление провода),
Q = (U^2 * t)/R;
R = p*(l/S) (удельное сопротивление умножить на отношение длины к площади);
Конечная формула: m = (0,75 * U^2 * t * S) / (c * ▲T * p * l).

Задача 1. Дано: I1 = 1 A, R3 =20 Ом, Р1 = 10 Вт, U = 40 B. Користуюсь
законами Ома, Кирхгофа та Джоуля-Ленца розрахувати I2.

Найти сопротивление цепи, которая за 1 мин выделяет в пространство 9 кДж теплоты.
Сила тока в цепи 1 А.

Электроплитка сопротивлением 40 Ом
включена в сеть с напряжением 120 В. Какое
количество теплоты выделится в этой плитке за 5 мин.
Ответ дать в кДж

Для нагрева среды в термостате в течении 19 мин необходимо теплота 240 кДж. На какую мощность должен быть рассчитан электронагреватель термостата, если его кпд равен 64 %? Определить ток, если нагреватель подключен к сети напряжением 230 В.

Яку кількість теплоти виділить дротина опором 11 Ом за 20 хв увімкнена в електричне коло з напругою 220 В?

Определите количество тепла, выделяемого за 20 минут на неподвижном проводе с напряжением 5 В и током 0,01 А.

2. Ток через лампу 2 А. Напряжение на лампе 10 В, что определяет сопротивление провода лампы.
3. Сопротивление катушки варочной панели, подключенной к сети 220 В, составляет 55 Ом, ток в катушке.
4. Вольтметр 12 кОм показывает напряжение 220 В. Какой ток через него протекает?
5. Какое сопротивление у медного провода длиной 100 м и сечением 2 мм2?

6. Катушка электрочайника сопротивлением 30 Ом подключается к сети напряжением 120 В. Определите ток в катушке чайника.

на сколько градусов нагреются 30 кг алюминия потратив 4,6 мдж тепла

t=Q/S. ответ пожалуйста

Читайте также:  Повышенное напряжение для двигателя постоянного тока

В проводнике сопротивлением 20 ом за 30 с выделилось 2400 Дж теплоты Какой силы ток идёт по проводнику

Электрочайник мощностью 1500 Вт забыли выключить.Через какое время выкипет вся вода в чайнике?Объём чайника 2 л,КПД чайника 50%,начальная температура воды 20°С?

на сколько градусов измениться температура 0,2 кг Газа при сообщении ему 390 кг дж. теплоты . уделная теплоемкость газа в этом процессе -650 кг дж. ( кг.К)

Сопротивление 55 Ом при подключении к сети 220В.
Рассчитайте ток в катушке электронагревателя.

R=2 om
T=2c
Q=16 Дж

Два одинаковых проводника сопротивлением R, работающих от одного источника тока напряжением U, соединяют сначала последовательно, а потом параллельно. Найти отношение количества теплоты, выделившейся в первом случае, к количеству теплоты – во втором.

Сопротивление каждого из двух проводников равно 240 Ом. Напряжение на участке цепи, содержащем эти проводники, равно 120В. Определите силу тока, протекающего по каждому проводнику, при их: а) последовательном соединении; б) параллельном соединении.

Электрическая плитка мощностью 0,6 кВт рассчитана на включение в электрическую сеть напряжением 220 В. Какое количество теплоты выделится в спирали электроплитки за 1 минуту работы?

Электроплитка сопротивлением 40 Ом включена в цепь с напряжением 120 В. Какое количество теплоты выделится в этой плитке за 5 минут.Ответ дать в кДж.

Добавить комментарий Отменить ответ

Конспекты по физике:

7 класс

  • Физические величины
  • Строение вещества
  • Механическое движение. Траектория
  • Прямолинейное равномерное движение
  • Неравномерное движение. Средняя скорость
  • ЗАДАЧИ на движение с решением
  • Масса тела. Плотность вещества
  • ЗАДАЧИ на плотность, массу и объем
  • Силы вокруг нас (силы тяжести, трения, упругости)
  • ЗАДАЧИ на силу тяжести и вес тела
  • Давление тел, жидкостей и газов
  • ЗАДАЧИ на давление твердых тел с решениями
  • ЗАДАЧИ на давление жидкостей с решениями
  • Закон Архимеда
  • Сообщающиеся сосуды. Шлюзы
  • ЗАДАЧИ на силу Архимеда с решениями
  • Механическая работа, мощность и КПД
  • ЗАДАЧИ на механическую работу с решениями
  • ЗАДАЧИ на механическую мощность
  • Простые механизмы. Блоки
  • Рычаг. Равновесие рычага. Момент силы
  • ЗАДАЧИ на простые механизмы с решениями
  • ЗАДАЧИ на КПД простых механизмов
  • Механическая энергия. Закон сохранения энергии
  • Физика 7: все формулы и определения

8 класс

  • Введение в оптику
  • Тепловое движение. Броуновское движение
  • Диффузия. Взаимодействие молекул
  • Тепловое равновесие. Температура. Шкала Цельсия
  • Внутренняя энергия
  • Виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция, излучение
  • Количество теплоты. Удельная теплоёмкость
  • Уравнение теплового баланса
  • Испарение. Конденсация
  • Кипение. Удельная теплота парообразования
  • Влажность воздуха
  • Плавление и кристаллизация
  • Тепловые машины. ДВС. Удельная теплота сгорания топлива
  • Электризация тел
  • Два вида электрических зарядов. Взаимодействие зарядов
  • Закон сохранения электрического заряда
  • Электрическое поле. Проводники и диэлектрики
  • Постоянный электрический ток
  • Сила тока. Напряжение
  • Электрическое сопротивление
  • Закон Ома. Соединение проводников
  • Работа и мощность электрического тока
  • Закон Джоуля-Ленца и его применение
  • Электромагнитные явления
  • Колебательные и волновые явления
  • Физика 8: все формулы и определения
  • ЗАДАЧИ на количество теплоты с решениями
  • ЗАДАЧИ на сгорание топлива с решениями
  • ЗАДАЧИ на плавление и отвердевание
  • ЗАДАЧИ на парообразование и конденсацию
  • ЗАДАЧИ на КПД тепловых двигателей
  • ЗАДАЧИ на Закон Ома с решениями
  • ЗАДАЧИ на сопротивление проводников
  • ЗАДАЧИ на Последовательное соединение
  • ЗАДАЧИ на Параллельное соединение
  • ЗАДАЧИ на Работу электрического тока
  • ЗАДАЧИ на Мощность электрического тока
  • ЗАДАЧИ на Закон Джоуля-Ленца
  • Опыты Эрстеда. Магнитное поле. Электромагнит
  • Магнитное поле постоянного магнита
  • Действие магнитного поля на проводник с током
  • Электромагнитная индукция. Опыты Фарадея
  • Явления распространения света
  • Дисперсия света. Линза
  • Оптические приборы
  • Электромагнитные колебания и волны

9 класс

  • Введение в квантовую физику
  • Формула времени. Решение задач
  • ЗАДАЧИ на Прямолинейное равномерное движение
  • ЗАДАЧИ на Прямолинейное равноускоренное движение
  • ЗАДАЧИ на Свободное падение с решениями
  • ЗАДАЧИ на Законы Ньютона с решениями
  • ЗАДАЧИ закон всемирного тяготения
  • ЗАДАЧИ на Движение тела по окружности
  • ЗАДАЧИ на искусственные спутники Земли
  • ЗАДАЧИ на Закон сохранения импульса
  • ЗАДАЧИ на Механические колебания
  • ЗАДАЧИ на Механические волны
  • ЗАДАЧИ на Состав атома и ядерные реакции
  • ЗАДАЧИ на Электромагнитные волны
  • Физика 9 класс. Все формулы и определения
  • Относительность движения
  • Равномерное прямолинейное движение
  • Прямолинейное равноускоренное движение
  • Свободное падение
  • Скорость равномерного движения тела по окружности
  • Масса. Плотность вещества
  • Сила – векторная физическая величина
  • Первый закон Ньютона
  • Второй закон Ньютона. Третий закон Ньютона
  • Трение покоя и трение скольжения
  • Деформация тела
  • Всемирное тяготение. Сила тяжести
  • Импульс тела. Закон сохранения импульса
  • Механическая работа. Механическая мощность
  • Кинетическая и потенциальная энергия
  • Механическая энергия
  • Золотое правило механики
  • Давление твёрдого тела. Давление газа
  • Закон Паскаля. Гидравлический пресс
  • Закон Архимеда. Условие плавания тел
  • Механические колебания и волны. Звук
  • МКТ. Агрегатные состояния вещества
  • Радиоактивность. Излучения. Распад
  • Опыты Резерфорда. Планетарная модель атома
  • Состав атомного ядра. Изотопы
  • Ядерные реакции. Ядерный реактор

10-11 классы

  • Молекулярно-кинетическая теория
  • Кинематика. Теория и формулы + Шпаргалка
  • Динамика. Теория и формулы + Шпаргалка
  • Законы сохранения. Работа и мощность. Теория, Формулы, Шпаргалка
  • Статика и гидростатика. Теория и формулы + Шпаргалка
  • Термодинамика. Теория, формулы, схемы
  • Электростатика. Теория и формулы + Шпаргалка
  • Постоянный ток. Теория, формулы, схемы
  • Магнитное поле. Теория, формулы, схемы
  • Электромагнитная индукция
  • Закон сохранения импульса. Задачи ЕГЭ с решениями
  • Колебания и волны. Задачи ЕГЭ с решениями
  • Физика 10 класс. Все формулы и темы
  • Физика 11 класс. Все формулы и определения
  • Световые кванты
  • ЕГЭ Квантовая физика. Задачи с решениями
  • Излучения и спектры
  • Атомная физика (физика атома)
  • ЕГЭ Закон Кулона. ЗАДАЧИ с решениями
  • Электрическое поле. ЗАДАЧИ с решениями
  • Потенциал. Разность потенциалов. ЗАДАЧИ с решениями
  • Закон Ома. Соединение проводников. ЗАДАЧИ на ЕГЭ
  • Закон Ома для всей цепи. ЗАДАЧИ на ЕГЭ

Найти конспект

О проекте

Сайт «УчительPRO» — некоммерческий школьный проект учеников, их родителей и учителей. Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie и других пользовательских данных в целях функционирования сайта, проведения статистических исследований и обзоров. Если вы не хотите, чтобы ваши данные обрабатывались, покиньте сайт.

Читайте также:  Трансформаторы тока для ячеек кру

Возрастная категория: 12+

(с) 2021 Учитель.PRO — Копирование информации с сайта только при указании активной ссылки на сайт!

Источник

Билет 39 Тепловое действие электрического тока. Закон Джоуля-Ленса

Тепловое действие электрического тока

Тепловое действие электрического тока. При передаче электрической энергии по проводнику часть ее расходуется на преодоление сопротивления проводника. Проводник при этом нагревается, т. е. часть электрической энергии превращается в тепловую. Количество выделенного тепла зависит от величины тока, напряжения на зажимах потребителя и времени действия тока.

Явление электромагнетизма. При прохождении тока по проводнику вокруг проводника возникает магнитное поле. Если, свернуть проводник в виде катушки и пропустить по нему постоянный электрический ток, то магнитные поля отдельных витков сложатся друг с другом и усилят магнитное поле внутри катушки. Помещенный внутрь такой катушки стальной сердечник намагничивается и, становясь сам магнитом, усиливает магнитное поле катушки. Такое устройство получило название электромагнита. Электромагниты нашли применение в генераторах, реле-регуляторах, звуковых сигналах и т. п.

Электромагнитная индукция. При перемещении проводника в магнитном поле или перемещении магнитного поля относительно проводника проводник будет пересекать магнитные силовые линии и в нем будет наводиться эдс. Если проводник замкнуть в нем появится электрический ток.

Закон Джо́уля — Ле́нца — физический закон, дающий количественную оценку теплового действия электрического тока. Установлен в 1841 году Джеймсом Джоулем и независимо от него в 1842 году Эмилием Ленцем [1] .

В словесной формулировке звучит следующим образом [2]

Мощность тепла, выделяемого в единице объёма среды при протекании электрического тока, пропорциональна произведению плотности электрического тока на величину напряженности электрического поля

Математически может быть выражен в следующей форме:

где — мощность выделения тепла в единице объёма, — плотность электрического тока, — напряжённость электрического поля, σ — проводимость среды.

Закон также может быть сформулирован в интегральной форме для случая протекания токов в тонких проводах [3] :

Количество теплоты, выделяемое в единицу времени в рассматриваемом участке цепи, пропорционально произведению квадрата силы тока на этом участке и сопротивления участка

В математической форме этот закон имеет вид

где dQ — количество теплоты, выделяемое за промежуток времени dt, I — сила тока, R — сопротивление, Q — полное количество теплоты, выделенное за промежуток времени от t1 до t2. В случае постоянных силы тока и сопротивления:

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник



Тест по физике Тепловое действие электрического тока для 11 класса

Тест по физике Тепловое действие электрического тока. Закон Джоуля-Ленца для 11 класса с ответами. Тест включает в себя 2 варианта. В каждом варианте по 5 заданий.

1 вариант

1. Найдите работу, совершенную силами электрического поля при прохождении зарядом 6 мкКл разности потен­циалов 220 В.

А. 1,32 мДж
Б. 2,64 мДж
В. 0,66 мДж

2. Определите количество теплоты, выделяемое в провод­нике за 2 минуты. Сопротивление проводника равно 10 Ом при силе тока 5 А.

А. 30 кДж
Б. 60 кДж
В. 40 кДж

3. Два резистора, имеющие сопротивления R1 = 3 Ом и R2 = 6 Ом, включены параллельно в цепь постоянного то­ка. Чему равно отношение мощностей электрического то­ка в этих резисторах?

А. 1 : 1
Б. 1 : 2
В. 2 : 1

4. Три резистора, имеющие сопротивления R1 = 3 Ом, R2 = 6 Ом и R3 = 9 Ом, включены последовательно в цепь постоянного тока. Каково отношение количества теплоты, выделяющегося на этих резисторах за одинаковое время?

А. 1 : 1 : 1
Б. 1 : 2 : 3
В. 3 : 2 : 1

5. Две лампочки, имеющие номинальные мощности Р1 = 50 Вт и Р2 = 100 Вт, включены последовательно в цепь с напряжением U = 220 В. На какой из лампочек бу­дет выделяться большее количество теплоты?

А. На первой
Б. На второй
В. Выделится одинаковое количество теплоты

2 вариант

1. Какова работа, совершенная силами электрического поля при прохождении зарядом 4 мкКл разности потен­циалов 120 В?

А. 0,96 мДж
Б. 0,48 мДж
В. 0,24 мДж

2. Какое количество теплоты выделяется за 3 мин в про­воднике, имеющем сопротивление 20 Ом, при прохожде­нии по нему тока силой 2 А?

А. 14,4 кДж
Б. 28,8 кДж
В. 20 кДж

3. Два резистора, имеющие сопротивления R1 = 3 Ом и R2 = 6 Ом, включены параллельно в цепь постоянного то­ка. Чему равно отношение количества теплоты, выделившегося на этих резисторах за одинаковое время?

А. 1 : 1
Б. 1 : 2
В. 2 : 1

4. Три резистора, имеющие сопротивления R1 = 3 Ом, R2 = 6 Ом и R3 = 9 Ом, включены последовательно в цепь постоянного тока. Каково отношение мощностей элект­рического тока на этих резисторах?

А. 1 : 1 : 1
Б. 1 : 2 : 3
В. 3 : 2 : 1

5. Две лампочки, имеющие номинальные мощности Р1 = 100 Вт и Р2 = 25 Вт, включены последовательно в цепь с напряжением U = 220 В. На какой из лампочек бу­дет выделяться большее количество теплоты?

А. На первой
Б. На второй
В. Выделится одинаковое количество теплоты

Ответы на тест по физике Тепловое действие электрического тока. Закон Джоуля-Ленца для 11 класса
1 вариант
1-А
2-А
3-В
4-Б
5-А
2 вариант
1-Б
2-А
3-В
4-Б
5-Б

Источник

Закон Джоуля-Ленца: определение, формулы

Мы ежедневно пользуемся электронагревательными приборами, не задумываясь, откуда берётся тепло. Разумеется, вы знаете, что тепловую энергию вырабатывает электричество. Но как это происходит, а тем более, как оценить количество выделяемого тепла, знают не все. На данный вопрос отвечает закон Джоуля-Ленца, обнародованный в позапрошлом столетии.

Читайте также:  Как протекает ток в электросети

В 1841 году усилия английского физика Джоуля, а в 1842 г. исследования русского учёного Ленца увенчались открытием закона, применение которого позволяет количественно оценить результаты теплового действия электрического тока [ 1 ]. С тех пор изобретено множество приборов, в основе которых лежит тепловое действие тока. Некоторые из них, изображены на рис. 1.

Тепловые приборы

Рис. 1. Тепловые приборы

Определение и формула

Тепловой закон можно сформулировать и записать в следующей редакции: «Количество тепла, выработанного током, прямо пропорционально квадрату приложенного к данному участку цепи тока, сопротивления проводника и промежутка времени, в течение которого электричество действовало на проводник».

Обозначим символом Q количество выделяемого тепла, а символами I, R и Δt – силу тока, сопротивление и промежуток времени, соответственно. Тогда формула закона Джоуля-Ленца будет иметь вид: Q = I 2 *R*Δt

Согласно законам Ома I=U/R, откуда R = U/I. Подставляя выражения в формулу Джоуля-Ленца получим: Q = U 2 /R * Δt ⇒ Q = U*I*Δt.

Выведенные нами формулы – различные формы записи закона Джоуля-Ленца. Зная такие параметры как напряжение или силу тока, можно легко рассчитать количество тепла, выделяемого на участке цепи, обладающем сопротивлением R.

Дифференциальная форма

Чтобы перейти к дифференциальной форме закона, проанализируем утверждение Джоуля-Ленца применительно к электронной теории. Приращение энергии электрона ΔW за счёт работы электрических сил поля равно разности энергий электрона в конце пробега (m/2)*(u=υmax) 2 и в начале пробега (mu 2 )/2 , то есть

формула приращение энергии электрона

Здесь u скорость хаотического движение (векторная величина), а υmax – максимальная скорость электрического заряда в данный момент времени.

Поскольку установлено, что скорость хаотического движения с одинаковой вероятностью совпадает с максимальной (по направлению и в противоположном направлении), то выражение 2*u*υmax в среднем равно нулю. Тогда полная энергия, выделяющаяся при столкновениях электронов с атомами, образующими узлы кристаллической решётки, составляет:

Формула полной энергии

Это и есть закон Джоуля-Ленца, записанный в дифференциальной форме. Здесь γ – согласующий коэффициент, E – напряжённость поля.

Интегральная форма

Предположим, что проводник имеет цилиндрическую форму с сечением S. Пусть длина этого проводника составляет l. Тогда мощность P, выделяемая в объёме V= lS составляет:

Формула мощности P выделяемой в объеме

гдеR – полное сопротивление проводника.

Учитывая, чтоU = I×R, из последней формулы имеем:

  • P = U×I;
  • P = I 2 R;
  • P = U 2 /R.

Если величина тока со временем меняется, то количество теплоты вычисляется по формуле:

Формула количества теплоты

Данное выражение, а также вышеперечисленные формулы, которые можно переписать в таком же виде, принято называть интегральной формой закона Джоуля-Ленца.

Формулы очень удобны при вычислении мощности тока в нагревательных элементах. Если известно сопротивление такого элемента, то зная напряжение бытовой сети легко определить мощность прибора, например, электрочайника или паяльника.

Физический смысл

Вспомним, как электрический ток протекает по металлическому проводнику. Как только электрическая цепь замкнётся, то под действием ЭДС движение свободных электронов упорядочивается, и они устремляются к положительному полюсу источника питания. Однако на их пути встречаются стройные ряды кристаллических решёток, атомы которых создают препятствия упорядоченному движению, то есть оказывают сопротивление.

На преодоление сопротивления уходит часть энергии движущихся электронов. В соответствии с фундаментальным законом сохранения энергии, она не может бесследно исчезнуть. Она-то и превращается в тепло, вызывающее нагревание проводника. Накапливаемая тепловая энергия излучается в окружающее пространство или нагревает другие предметы, соприкасающиеся с проводником.

На рисунке 2 изображёна схема опыта, демонстрирующего закон теплового действия тока, разогревающего участок провода в электрической цепи.

Тепловое действие тока

Рис. 2. Тепловое действие тока

Явление нагревания проводников было известно практически с момента получения электротока, но исследователи не могли тогда объяснить его природу, и тем более, предложить способ оценки количества выделяемого тепла. Эту проблему решает закон Джоуля-Ленца, которым мы пользуемся по сегодняшний день.

Практическая польза закона Джоуля-Ленца

При сильном нагревании можно наблюдать излучение видимого спектра света, что происходит, например, в лампочке накаливания. Слабо нагретые тела тоже излучают тепловую энергию, но в диапазоне инфракрасного излучения, которого мы не видим, но можем ощутить своими тепловыми рецепторами.

Допускать сильное нагревание проводников нельзя, так как чрезмерная температура разрушает структуру металла, проще говоря – плавит его. Это может привести к выводу из строя электрооборудования, а также стать причиной пожара. Для того, чтобы не допустить критических параметров нагревания необходимо делать расчёты тепловых элементов, пользуясь формулами, описывающими закон Джоуля-Ленца.

Проанализировав выражение U 2 /R убеждаемся, что когда сопротивление стремится к нулю, то количество выделенного тепла стремится к бесконечности. Такая ситуация возникает при коротких замыканиях. В это основная опасность КЗ.

В борьбе с короткими замыканиями используют:

  • автоматические выключатели:
  • электронные защитные блоки;
  • плавкие предохранители;
  • другие защитные устройства.

Применение и практический смысл

Непосредственное превращение электричества в тепловую энергию нельзя назвать экономически выгодным. Однако, с точки зрения удобства и доступности современного человечества к источникам электроэнергии различные нагревательные приборы продолжают массово применяться как в быту, так и на производстве.

Перечислим некоторые из них:

  • электрочайники;
  • утюги;
  • фены;
  • варочные плиты;
  • паяльники;
  • сварочные аппараты и многое другое.

На рисунке 3 изображены бытовые нагревательные приборы, которыми мы часто пользуемся.

Бытовые нагревательные приборы

Рис. 3. Бытовые нагревательные приборы

Использование тепловых мощностей в химической, металлургической и в других промышленных отраслях тесно связно с использованием электрической энергии.

Без знания физического закона Джоуля-Ленца было бы невозможно сконструировать безопасный нагревательный прибор. Для этого нужны расчёты, которые невозможно сделать без применения рассмотренных нами формул. На основе расчётов происходит выбор материалов с нужным удельным сопротивлением, влияющим на нагревательную способность устройств.

Закон Джоуля-Ленца без преувеличения можно назвать гениальным. Это один из тех законов, которые повлияли на развитие электротехники.

Источник