Золотая квартира    

Определение и формула закона Джоуля-Ленца: работа и мощность тока

cdcaed2a

Содержание

При включении утюга рядовой потребитель не задумывается о формулировке физических процессов, провоцирующих нагрев подошвы. Однако электротехник при создании линии питания вынужден определять подходящую кабельную продукцию с учетом допустимого нагрева проводника. Отмеченные явления определяет закон Джоуля Ленца (q i2rt). Он устанавливает зависимость электрических параметров и базовых правил термодинамики. С его помощью создают функциональные устройства и средства защиты, разрывающие токопроводящую цепь при чрезмерной нагрузке.

Эта техника выполняет свои функции с применением теплового воздействия

Основные понятия

Базовое определение можно сформулировать следующим образом: количество тепла, которое выделяет проводник, пропорционально проходящему через него току и электрическому сопротивлению контрольного участка. С учетом классических отношений, установленных законом Ома, можно выражать эту зависимость через проводимость и разницу потенциалов, которая провоцирует движение заряженных частиц.

Суть теплового закона

Тепловое действие тока

Упомянутые выше ученые (Джоуль Ленц) практически одновременно (1841-1842 гг.) установили зависимость нагрева от силы тока. Для наглядного эксперимента можно использовать следующий комплект:

  • проводник размещают в емкости с водой;
  • термометром будет измеряться изменение температуры жидкости при подключении цепи к источнику электропитания;
  • с помощью вольтметра и амперметра уточняют напряжение и ток в контрольных точках.
Аналогичный опыт можно воспроизвести в емкости с раствором соли, который обладает определенной проводимостью

По закону Ома ток (I) можно определить через напряжение (U) и электрическое сопротивление (R):

I= U/R.

Выполняемую работу (A) записать следующим образом:

A = I * U * t = I * (I*R) * t = (U/R) * U * t = I2*R*t = (U2/R) * t.

Здесь t обозначает соответствующий интервал времени.

На этом этапе следует вспомнить первый закон термодинамики, который определяет сохранение энергии в замкнутой системе. Этот постулат позволяет описывать рассматриваемое явление с помощью созданной формулы. Подразумевается равенство количества тепла (Q) выполненной работе (A). Итоговое выражение (закон Ленца):

Q = I2*R*t = (U2/R) * t = I * U * t.

Суть явления объясняется столкновением заряженных частиц с молекулами проводника. Если образец – твердый материал, речь идет об электронах и компонентах кристаллической решетки, соответственно.

Интегральная и дифференциальная формулы

Формула ЭДС индукции

Установленные в предыдущем разделе зависимости справедливы при неподвижности проводника. В этом случае можно считать, что работа приложенных сторонних сил расходуется непосредственно на повышение температуры. С учетом заданной темы перемещение зарядов (q) обеспечивает разница потенциалов, которая эквивалентна напряжению (U = ϕ1 – ϕ2). Соответственно, A = q * (ϕ1 – ϕ2) = q * U. Заряд можно выразить через ток:

q = I*t.

После элементарных математических преобразований получится A = Q = I * U * t. Если взять изменение теплоты (dQ) за интервал времени (dt), можно составить выражение закона Джона Ленца в интегральной форме:

dQ = I2 * R * dt.

Для дальнейших рассуждений нужно ввести понятие плотности тепловой мощности (W). Этим термином обозначают количество энергии, которое выделяется за единицу времени в единичном объеме (V) контрольного проводника:

W = Q/(V*t).

Электрическое сопротивление можно выражать через удельный показатель (p):

R = p* (dL/dS),

где:

  • L – длина;
  • S – поперечное сечение.

Добавив плотность тока (j = I/S = G *E) и понятие проводимости (G = 1/R), можно записать закон Ленца в дифференциальном виде следующим образом:

W = G * E2.

Практическое значение

Явление электромагнитной индукции

Как правило, оперируют с током. Именно по этому параметру определяется плотность электронов в определенном сечении. С учетом параметров материала (примесей) несложно установить рабочие зависимости нагрева. Для расчета количества теплоты в проводнике формула приобретает следующий вид:

Q = a* I2 * R * t.

Если специальный коэффициент а=1, единица измерения – джоуль.

Для удобства применяют производную величину а = 0,24. При таком значении поправочного множителя формула Ленца позволяет рассчитать выделение тепла в «малых калориях». Единичное количество необходимо для нагрева на один градус Цельсия одного грамма воды.

Снижение потерь энергии

Соответствующая закону Джоуля Ленца формула объясняет реальный КПД линий электропередач. При эксплуатации соответствующих систем нагрев проводников не выполняет полезную функцию. Этот процесс сопряжен с затратами дополнительной энергии.

Для расчета можно рассмотреть формулу:

Рпр = Rпр * (Pн2 / Uн2),

где:

  • Рпр (Pн) – мощность потребления проводника (нагрузки);
  • Rпр – электрическое сопротивление;
  • Uн – напряжение линии питания подключенного потребителя.

Проводимость – постоянный показатель, обусловленный материалом и количеством примесей. Зависимостью от температуры в большинстве случаев можно пренебречь. В соответствии с формулой уменьшить потери можно увеличением напряжения в нагрузке. Однако этот способ сопряжен с ухудшением общего уровня безопасности. Увеличение слоя изоляции в комплексе с другими мероприятиями повышает себестоимость соответствующих изделий. С другой стороны, применение качественных материалов с высокой проводимостью сопровождается дополнительными затратами при создании линий электропередач.

Выбор проводов для цепей

По действующим правилам кабельную продукцию для передачи электроэнергии выбирают с учетом допустимого выделения тепла. Расчеты выполняют по рассмотренным в публикации формулам. Кроме длительного воздействия, учитывают возможность сохранения целостности жил в аварийном режиме короткого замыкания.

Допустимые параметры кабеля при монтаже скрытой проводки

Чтобы упростить выбор, специальными нормативами ПУЭ утверждены рекомендованные значения для популярных алюминиевых (медных) жил. На картинке показан пример для скрытой проводки. Аналогичные допуски установлены для воздушных ЛЭП. Рекомендуется приобретать кабельную продукцию с запасом, который предотвратит опасные ситуации при подключении мощных дополнительных нагрузок.

Электронагревательные приборы

Если в одну цепь включить параллельно две лампы накаливания разной мощности, визуально можно определить разницу свечения. Подобным образом распределяется выделяемая теплота. Этот же принцип используют при создании нагревательных приборов. Функциональный узел «ТЭН» изготавливают с применением нихромовой проволоки либо иного материала с высоким удельным сопротивлением. Именно этот участок отличается высокой температурой.

Для дистанционного нагрева применяют индукцию. Электромагнитный генератор варочной панели в паре с катушкой создает поле, которое образует токи в донной части посуды. Этим обеспечивается направленное повышение температуры донной области.

К сведению. В проводящем контуре при определенных условиях возникает самоиндукция. Это явление наблюдается при пропускании переменного тока, который изменяет магнитный поток и провоцирует образование электродвижущей силы.

Плавкие предохранители

Во всех представленных ситуациях прохождение тока повышает температуру проводника. При увеличении силы теплового воздействия на определенном уровне материал разрушается. Этот механизм применяют для создания плавких предохранителей. Расчет изделий выполняют на основе рассмотренных формул. В данном случае определяющим значением является время сгорания вставки.

Изделия этой категории выпускают в широком ассортименте. Отдельные классы группируют по токам и типоразмерам. Применяют разделение по типу конструкции (вилочные, ножевые). В зависимости от напряжения, установлены критерии по времени срабатывания.

Видео



Отзывы (через Facebook):

Оставить отзыв с помощью аккаунта FaceBook:


Эксплуатация электросчетчика Энергомера-СЕ301: снятие показаний и виды ошибок

Энергомера С Е 301: конструкция электросчетчика и измеряемые величины. Особенности эксплуатации счетчика С Е-301: возможные программные настройки, преимущества электрического счетчика. Порядок снятия показаний с прибора С Е301....

19 06 2021 2:58:50

Установка розеток в квартире - полная пошаговая инструкция

Установка розеток в квартире - полная пошаговая инструкция Чтобы произвести монтаж розеток в доме, нужно подготовить штробы или воспользоваться кабель каналом, установить подрозетники и сделать разводку проводов....

18 06 2021 17:39:54

Формула расчета частоты вращений

Формула расчета частоты вращений Частота вращения: формула. Синхронные и асинхронные электромашины. Синхронная скорость и скольжение. Расчет и регулировка частоты вращений. Номинальная скорость вращения в двигателях постоянного тока....

17 06 2021 8:54:56

О трехклавишном выключателе с розеткой: подключение, ремонт, установка в ванной

О трехклавишном выключателе с розеткой: подключение, ремонт, установка в ванной Применение, преимущества и способы использования трехклавишного выключателя с розеткой. Виды устройств и особенности подключения. Методы подключения: с распределительной коробки и без нее. Ошибки при монтаже....

16 06 2021 23:17:35

О креплении люстр к натяжным потолкам: правильная установка потолочного светильника

О креплении люстр к натяжным потолкам: правильная установка потолочного светильника Как правильно крепить люстру к натяжному потоку своими руками. Установка светильников на натяжной потолок: необходимый инструмент и крепежный материал. Схема размещения проводки....

15 06 2021 15:13:25

О светодиодных светильниках: схема изготовления своими руками в домашних условиях

О светодиодных светильниках: схема изготовления своими руками в домашних условиях Особенности выбора светодиодов: требования к осветительным элементам. Устройство, особенности конструкции и схема светодиодной лампы. Схемные решения и необходимые детали. Светодиодные светильники своими руками....

14 06 2021 10:23:22

Установка розетки в бетонную стену - инструкция по монтажу

Установка розетки в бетонную стену - инструкция по монтажу Бетонные стены идеальное место для установки розеток, если у вас есть специальное оборудование и план действий по монтажу. Мы покажем как легко это сделать!...

13 06 2021 13:35:45

Формула и определение электрического напряжения в цепи в физике

Что такое электрическое напряжение: формула для вычисления. Основные факторы, влияющие на норматив напряжения электрических токов. Меры предосторожности при измерении напряжений электротоков....

12 06 2021 17:14:24

Сколько телевизоров можно подключить к одной антенне или на один кабель

Сколько телевизоров можно подключить к одной антенне или на один кабель Как подключить два телевизора к одной антенне: виды подключения к активной или пассивной антенне. Сколько телевизоров можно подключить к одной антенне. Можно ли к активной антенне подключить усилитель....

11 06 2021 19:18:36

Способы крепления каналов для кабеля: установка кабель-канала в бетонной стене

Назначение и достоинства кабельных каналов для размещения проводки. Виды кабель-каналов. Настенные П В Х короба жёсткого типа. Инструментарий, необходимый для прокладки кабель-канала. Виниловый кабель канал....

10 06 2021 0:26:51

Электромагнитная индукция: формулировка закона Фарадея, физическая формула

Формулирование закона электромагнитной индукции (закон Фарадея). Опыты с электромагнитыми катушками. Э Д С индукции в проводнике: расчет индуктивного напряжения. Законы электролиза. Электромагнитная индукция: история и современное применение....

09 06 2021 12:30:58

Релейная защита: АПВ, АВР, АЧР назначение и требования

Релейная защита: АПВ, АВР, АЧР назначение и требования Виды релейных защит их назначение и классификация. Основные требования к релейным защитам, таким как А В Р, А П В, А Ч Р....

08 06 2021 4:43:58

Розетка 380 вольт: подключение, маркировка, конструкция

Розетка 380 вольт: подключение, маркировка, конструкция Розетка на 380 вольт служит для подключения мощных электроприборов. Мы расскажем все о классификации и монтаже данной розетки....

07 06 2021 19:19:49

Схема подключения стабилизатора напряжений: в квартире и в частном доме

Виды стабилизаторов по классам. Выбор типа защитного устройства. Подготовка места для монтажа стабилизатора напряжения. Стабилизатор напряжений: типовая схема подключения. Порядок проведения работ. Стабилизация трёхфазного питающего напряжения....

06 06 2021 1:27:45

О цветовой температуре светодиодных ламп: таблица цветности, маркировки изделий

О цветовой температуре светодиодных ламп: таблица цветности, маркировки изделий Цветовая температура светодиодных ламп: определения, условные обозначения, влияние на зрение человека. О цветовой температуре светодиодных ламп: таблица цветности, маркировки изделий. Что такое теплый и холодный свет....

05 06 2021 2:39:29

Векторные диаграммы токов и напряжений: правила построения диаграмм, онлайн построение

Векторные диаграммы токов и напряжений: правила построения диаграмм, онлайн построение Разновидности векторных диаграмм. Построение векторной диаграммы токов и напряжений. Векторные диаграммы токов и напряжений: правила построения диаграмм, онлайн построение. Уравнения и формулы....

04 06 2021 21:32:45

Кабель ПУГНП: техническая характеристика, назначение, варианты монтажа кабеля

Кабель ПУГНП: техническая характеристика, назначение, варианты монтажа кабеля Технические характеристики кабельной продукции. Кабели П У Г Н П: назначение кабеля, сфера применения, отличия кабелей серии П У Г Н П от прочих проводов. Материал изготовления П У Г Н П-кабеля....

03 06 2021 0:29:53

Рейтинг производителей автомобильных аккумуляторных батарей (АКБ)

Рейтинг производителей автомобильных аккумуляторных батарей (АКБ) Особенности выбора автомобильной аккумуляторной батареи. Выбор А К Б по параметрам двигателя автомобиля. Параметры разрядки, габариты, дата выпуска аккумулятора. Производители аккумуляторных батарей. Рейтинг лучших автомобильных аккумуляторов....

02 06 2021 1:36:44

Изоляционный материал, виды изоляции, жидкая изоляция для проводов

Изоляционный материал, виды изоляции, жидкая изоляция для проводов Понятие изоляционных материалов, свойства и виды изоляции. Твердая и жидкая изоляция. Газообразные изолирующие диэлектрики. Свойства изоляционного вещества. Виды изоляций кабеля. Традиционные изоляционные материалы....

01 06 2021 2:36:34

Маркировка полярности: обозначение плюсов и минусов красным и черным

Маркировка полярности: обозначение плюсов и минусов красным и черным Назначение маркировок в электронных устройствах. Правила и виды маркировок согласно действующим нормативам (в т.ч. П У Э): красный, черный: плюс, минус. Определение полярности в отсутствии маркировки с помощью измерительных приборов или светодиода....

31 05 2021 10:37:59

Расчет параметрического стабилизатора напряжения на стабилитроне

Принцип работы параметрического стабилизатора на стабилитроне ( П С Н). Основные параметры. Параметрический стабилизатор напряжения: расчет исходных параметров. Возможности по увеличение мощности....

30 05 2021 23:11:56

Трехфазный счетчик электроэнергии: выбор, монтаж, подключение

Трехфазный счетчик электроэнергии: выбор, монтаж, подключение Как правильно выбрать, произвести монтаж и подключить трехфазный счетчик электроэнергии в домашних условиях без помощи электрика....

29 05 2021 23:44:57

Сварочный инвертор: обзор инверторов, параметры, классификация

Сварочный инвертор: обзор инверторов, параметры, классификация Важнейшей характеристикой сварочного инвертора является максимальный ток сваривания или мощность - это определяющая способность устройства...

28 05 2021 23:32:50

Как изготовить блок питания для шуруповерта 12в своими руками: схема сборки

Как изготовить блок питания для шуруповерта 12в своими руками: схема сборки Требования шуруповертов к источнику питания. Схемотехническое и конструктивное исполнение самодельных Б П для шуруповертов. Изготовление блок питания для шуруповерта 12в своими руками: использование блока питания компьютера....

27 05 2021 7:10:56

Таблица расчета мощности и напряжения: определяем число ватт и ампер

Таблица расчета мощности и напряжения: определяем число ватт и ампер Как можно рассчитать число ампер в сети с применением закона Ома. Амперы как единицы измерения силы. Таблица единиц измерения и расчета мощности и напряжения. Для чего нужен амперметр. Техника безопасности при работе с электрическим током....

26 05 2021 14:12:30

Определение и использование эффекта Холла: аномальный, квантовый и спиновый эффекты

Происхождение эффекта Холла, виды его проявления. Направление Лоренцовой силы. Определение напряжения Холла. Как можно использовать эффект Холла. Эдвин Герберт Холл: небольшая историческая справка....

25 05 2021 8:24:59

Список изобретений Томаса Эдисона: от телеграфа до лампочки

Список изобретений Томаса Эдисона: от телеграфа до лампочки Томас Эдисон - историческая справка, биография, научные работы великого американского ученого. Изобретения Томаса Эдисона. Тату-машинка изобретенная Томасом Эдисоном. Лампочка- Светлана: изобретение века....

24 05 2021 20:37:58

Светильник с датчиком движения - преимущества и классификация

Светильник с датчиком движения - преимущества и классификация Светильники с датчиками движения – вид современного освещения, позволяющий значительно экономить расход электроэнергии и придать уникальность любому объекту...

23 05 2021 10:34:21

Зарядное устройство для аккумулятора 18650

Зарядное устройство для аккумулятора 18650 Аккумуляторная батарея 18650: преимущества и недостатки, маркировка аккумулятора. Определение эффекта памяти аккумуляторных батарей. Порядок заряда А К Б-18650. Схемы зарядных устройств для аккумуляторов типа 18650....

22 05 2021 17:47:21

Стабилизатор напряжения TL431: микросхема, параметры и характеристики микросхемы

Эксплуатационные характеристики и преимущества TL431. Виды цоколевки микросхемы и особенности распиновки в зависимости от исполнения. Схема включения TL-431, формулы для расчетов. Применение TL 431 в виде стабилизатора тока....

21 05 2021 9:26:32

Схема подключения электромагнитных пускателей на 220В и 380В: через кнопочный пост

Разница между контактором и пускателем. Виды магнитных пускателей: классификация приборов по способу размещения и защищённости от вредных воздействий. Схема подключения электромагнитного контактора....

20 05 2021 4:15:34

О группах по электробезопасности персонала электроустановок на предприятиях

О группах по электробезопасности персонала электроустановок на предприятиях Процедура присвоения группы по электробезопасности. Уровни допуска персонала к электроустановкам на предприятиях. Нюансы и ограничения групп по электробезопасности....

19 05 2021 16:35:30

Устройство светодиодного индикатора зарядки аккумуляторной батареи

Устройство светодиодного индикатора зарядки аккумуляторной батареи Виды индикаторов заряда аккумуляторной батареи: встроенные и внешние. Заводские индикаторы зарядки А К Б в виде панелей. Как собрать светодиодный индикатор самостоятельно: схема изготовления светодиодного индикатора....

18 05 2021 11:56:55

Какой генератор потянет инверторные сварочные аппараты: какой бензогенератор выбрать

Какой генератор потянет инверторные сварочные аппараты: какой бензогенератор выбрать Генератор для мобильного инвертора. Расчет мощности генератора (эффективная и реактивная мощность). Какой генератор потянет инверторные сварочные аппараты: какой бензогенератор выбрать....

17 05 2021 11:31:31

Подвесные светильники: классификация, решения для интерьера

Подвесные светильники: классификация, решения для интерьера Источники света в виде подвесных светильников, играют важную роль для создания комфорта и уюта в помещениях частных владений, квартирах....

16 05 2021 23:59:15

О свободной энергии эфира: генераторы свободной энергии нового поколения

О свободной энергии эфира: генераторы свободной энергии нового поколения Теоретические основы: эфир и теория относительности. Генераторы Тесла и колебательный контур. Свободная энергия эфира: генераторы свободной энергии своими руками. Другие типы генераторов....

15 05 2021 15:20:11

Об основных мерах по защите от поражений электрическим током

Об основных мерах по защите от поражений электрическим током Требования и нормативы по основным мерам защиты от поражения электрическим током. Технические термины основных нормативных документов. Основные мероприятия по безопасности. Комплекс защитных мероприятий и индивидуальные средства защиты....

14 05 2021 16:23:59

Норматив потребления электроэнергии на общедомовые нужды: как начисляется

Что такое О Д Н по электроэнергии? Нормативы на О Д Н по электроэнергии в многоквартирных домах в разных регионах. Порядок расчета О Д Н по общедомовому счетчику. Сверхнормативное потребление электроэнергии на общедомовые нужды....

13 05 2021 4:13:42

Стабилизаторы напряжения на полевых транзисторах: схема включения и регулировки

Принцип стабилизации тока и требования к управляющему элементу. Суть стабилизации. Выбор схемы включения. Устройство и работа полевого транзистора: особенности полевых структур. Принцип управления переходом. Пример стабилизатора на полевом транзисторе....

12 05 2021 9:28:38

О светодиодных лентах 220в: схема сборки ленты, выбор драйвера и блока питания

О светодиодных лентах 220в: схема сборки ленты, выбор драйвера и блока питания Конструкция светодиодной ленты. Основные параметры LED-лент 220в. О светодиодных лентах 220в: схема сборки ленты, выбор драйвера и блока питания. Способы подключить светодиодную ленту 12в к сети 220в....

11 05 2021 4:31:15

Применение термоусадочного кембрика для проводов: что это такое и способ установки

Применение термоусадочного кембрика в электронике и электротехнике. Значение диаметра и коэффициента усадки. Устойчивость термокембрика к агрессивному воздействию. Термоусадочный кембрик: материалы изготовления и расшифровка по цвету....

10 05 2021 0:44:19

Расшифровка и технические характеристики телефонного провода ТППЭП

Расшифровка и технические характеристики телефонного провода ТППЭП Расшифровка и технические характеристики кабеля Т П П Э П. Маркировка жил на основе алюминия согласно Г О С Т. Т П П Э П-кабель: области применения, правила монтажа и эксплуатационный срок....

09 05 2021 14:57:24

Проверка сопротивления резистора с помощью мультиметра

Проверка сопротивления резистора с помощью мультиметра Признаки повреждения резисторов. Проверка сопротивления мультиметром. Порядок проверки «подозрительного» резистора. Переменный резистор: правила проверки (прозвона). Измеряем позистор. Мультиметр: правила эксплуатации....

08 05 2021 21:30:26

Дифференциальная защита электрооборудования

Дифференциальная защита электрооборудования Принцип действия дифференциальной защиты оборудования. Продольная и поперечная дифзащита генераторов. Защита шин от короткого замыкания....

07 05 2021 12:46:55

Аккумуляторная батарея своими руками: все о самодельном аккумуляторе

Аккумуляторная батарея своими руками: все о самодельном аккумуляторе Как сделать аккумулятор: кислота и свинец. Соль, уголь и графит: изготовление аккумуляторной батареи в домашних условиях. Лимоны и апельсины в качестве ёмкости для электричества. А К Б своими руками из подручных средств....

06 05 2021 2:46:10

Как правильно выбрать розетку: виды, особенности

Как правильно выбрать розетку: виды, особенности В огромном разнообразии видов розеток мы выделили главные правила по их выбору, в зависимости от поставленных целей. Разобрали все виды существующих розеток...

05 05 2021 12:50:30

Обучение специалиста по электроэнергетика и электротехника: требования и навыки

Что изучает электроэнергетика и электротехника. Какие специалисты нужны в электроэнергетике и электротехнике. Где учат будущих электроэнергетиков и электротехников. Сферы использования электроэнергии....

04 05 2021 9:38:17

УЗИП (молниезащита) - принцип действия, классификация

УЗИП (молниезащита) - принцип действия, классификация Что это такое У З И П ( Устройство для защиты от импульсных перенапряжений) ? Активная молниезащита. Молниезащита зданий. Расчет молниезащиты....

03 05 2021 7:50:59

Нормы потребления электроэнергии

Нормы потребления электроэнергии В зависимости от разных ситуаций (есть счетчик, нет счетчика, нет возможности снять показания и т.д.) существуют разные тарифы на электроэнергию....

02 05 2021 22:28:41

О расчете заземления: программы расчета защитного контура, допустимого сопротивления

О расчете заземления: программы расчета защитного контура, допустимого сопротивления Определение, назначение и конструкция заземляющего контура. Заземление электроустановок. Факторы сопротивления заземления. О расчете заземления: программы расчета защитного контура, допустимого сопротивления....

01 05 2021 17:46:57

Еще:
Электрика -1 :: Электрика -2 :: Электрика -3 :: Электрика -4 ::

Flat d'Oro - Золотая квартира. Так еще в средневековье испанские строители называли жилье, обустроенное по последнему слову тогдашней техники. Например, оборудованную новомодным устройством для смыва воды компании Unitas (да, именно от названия этой компании произошло слово, которым обозначаем сантехническое устройство мы, современные носители русского языка). Мы научим Вас, как сделать Вашу квартиру Золотой!