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


Промышленные светодиодные светильники: классификация рабочего и полного освещения

Промышленные светодиодные светильники: классификация рабочего и полного освещения Промышленное освещение осуществляют с помощью светодиодных светильников и ламп, которые являются наиболее экономичными и полностью соответствуют нормам....

17 10 2021 7:50:20

Определение мощности и сопротивления резисторов по цветовой маркировке

Для чего нужна цветовая маркировка резисторов. Определение сопротивления резистивных элементов. Цветовое кодирование резистора. Правила чтения цветовой маркировки. Отклонения от стандарта. Как расшифровать цветовую маркировку проволочных резисторов....

17 10 2021 7:13:38

Расчет расхода электроэнергии: считаем потребление и затраты на электричество

Учёт расхода электроэнергии по мощности электрооборудования. Влияние на расход электрической энергии применения ламп накаливания, светодиодных или энергосберегающих источников освещения. Как провести расчёт потребления электроэнергии бытовыми приборами....

17 10 2021 15:14:40

Расшифровки обозначений и маркировок диодов СМД: типоразмеры компонентов

Расшифровки обозначений и маркировок диодов СМД: типоразмеры компонентов Технология поверхностного монтажа (SMD-технология). Преимущества использования smd деталей. С М Д-маркировка электрических элементов следующих групп: двух, трех и более контактных деталей. Маркировки резисторов....

17 10 2021 1:25:22

Как сделать гирлянду падающий дождь своими руками

Как сделать гирлянду падающий дождь своими руками Зачем нужны гирлянды метеоритный дождь. Как и где применять гирлянду падающий дождь. Устройство электрической гирлянды звездный дождь. Самостоятельное изготовление гирлянды занавес звезды....

17 10 2021 1:49:25

Формула расчета силы ударного тока коротких замыканий ТКЗ

Что такое ток короткого замыкания. Причины возникновения Т К З. Короткое замыкание: формула расчета, мощности и сил. Описание фактического процесса возникновения и процесса протекания. Ток К З: виды коротких замыканий....

17 10 2021 17:24:48

Закон Ома для неоднородного участка цепи

Закон Ома для неоднородного участка цепи Понятие и классическая формулировка закона Ома для неоднородного участка цепи. Что такое неоднородная цепь. Применение закона для неоднородных участков....

17 10 2021 21:13:19

Изготовление самодельного цифрового вольтметра в домашних условиях

Вольтметр на основе микропроцессора: подготовка платы и блока питания. Изготовление цифрового вольтметра своими руками в домашних условиях. Сборка и настройка прибора. Пайка на плате с применением активного флюса. Милливольтметр переменного тока....

17 10 2021 4:14:17

Плавкий предохранитель: принцип действия,типы, назначение

Плавкий предохранитель: принцип действия,типы, назначение Предохранители в электрической цепи (плавкие вставки). Описание режимов работы. Рассмотрение их технических характеристик, достоинства и недостатки....

17 10 2021 1:41:56

Подсветка потолка: как выбрать осточник освещения

Подсветка потолка: как выбрать осточник освещения Популярным элементом любого интерьера является грамотно выполненная подсветка потолка. Она придаст помещению любого назначения индивидуальность....

17 10 2021 6:12:45

Электротехнический плинтус - конструкция, виды и выбор

Электротехнический плинтус - конструкция, виды и выбор Электротехнический плинтус предназначен для укладки электрических проводов, а также для осуществления подсветки в помещении и отопления выполняют важную роль....

17 10 2021 15:50:25

Схема осцилятора (плазмотрона) для сварки алюминия своими руками

Характеристики и устройство осцилятора (электронная схема). Типы осцилляторов по принципу непрерывного действия и импульсному способу питания дуги. Порядок изготовления плазмотрона своими руками в домашних условиях. Схема осциллятора для инвертора....

17 10 2021 0:29:48

Как плавно включать лампы накаливания 220: диммеры плавного включения

Как плавно включать лампы накаливания 220: диммеры плавного включения Подключение с использованием блока защиты. Как изготовить блок защиты самостоятельно: принцип работы устройства. Использование диммирования. Микросхемы для фазового регулирования....

17 10 2021 20:55:54

Терморегулятор с выносным датчиком температуры воздуха: характеристики и применение

Назначение и принцип работы терморегуляторов с датчиком температуры воздуха. Важные функции выполняемые термореле или термостатом. Особенности датчиков температур. Особенности эксплуатации терморегулятора оснащенного выносными датчиками....

17 10 2021 4:21:40

Работа с индикаторной отверткой (индикаторный пробник) для поиска напряжения

Работа с индикаторной отверткой (индикаторный пробник) для поиска напряжения Виды и принцип действия индикаторных отверток. Конструкция обычного пробника напряжений. Стоимость различных индикаторных отверток в зависимости от вида прибора. Индикаторная отвертка и определение двух фаз....

17 10 2021 8:32:22

Счетчики электроэнергии Нева: какие бывают модели

Счетчики электроэнергии Нева: какие бывают модели Все о счетчики электроэнергии Нева: предназначенные для установки в сетях переменного тока. Применение – энергетическое, промышленное и быт....

17 10 2021 21:54:17

Кабель КДБС и ПНСВ: обогрев бетона греющим кабелем, принцип действия и виды

Особенности нагревательной процедуры: типовая методика. Особенности греющих кабелей: методики подключения к трансформатору. Рекомендации по монтажу провода для прогрева бетона: расчеты параметров кабельной системы....

17 10 2021 16:22:39

Все о второй группе электробезопасности: обучение персонала и необходимые документы

Все о второй группе электробезопасности: обучение персонала и необходимые документы Кому присваивают 2 группу по электробезопасности, какие документы на допуск выдаются аттестованным специалистам. Особенности удаленного обучения по 2 группе электробезопасности. Экзаменационный режим....

17 10 2021 12:42:45

О паяльном фене: изготовление самодельного термофена в домашних условиях

О паяльном фене: изготовление самодельного термофена в домашних условиях Назначение и конструкция самодельного фена паяльника. Температура нагрева спирали. Изготовление держателя для паяльника. Монтаж схемы управления, распайка платы контроллера. Изоляция нагревательного элемента....

17 10 2021 10:26:39

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....

17 10 2021 3:33:36

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....

17 10 2021 10:51:32

Пиковая зона электроэнергии и другие виды тарификации

Пиковая зона электроэнергии и другие виды тарификации Виды существующих зон их время, в суточном понимании. Выбор многотарифных счётчиков для их учёта и экономическая выгодность....

17 10 2021 0:16:21

Применение резисторов в электрических цепях: работа резистора

Отличительные черты резистора. Принцип работы и области применения. Классифицирование видов резисторов по составу резистивного слоя. Из чего состоит резистор. Для чего нужен резистор в электрической цепи....

17 10 2021 23:14:33

Импульсные стабилизаторы постоянного тока на транзисторах: схема и принцип работы

Импульсные стабилизаторы постоянного тока на транзисторах: схема и принцип работы Особенность стабилизатора на транзисторах. Стабилизатор тока на одном транзисторе: схема. Реле тока на микросхемах импульсных стабилизаторов. Как сделать светодиодный стабилизатор-LM317....

17 10 2021 17:21:24

Гибкие кабель-каналы для проводки: назначение и правила монтажа

Разновидность кабель каналов: цепеобразный, трубчатый (гофрированный), секционный. Различие гибких каналов для кабеля по способу укладки и типу. Сфера применения, требования пожарной и электробезопасности к гибкому каналу для кабелей....

17 10 2021 15:58:13

О диоде Шоттки: общий принцип работы, маркировка, обозначение

О диоде Шоттки: общий принцип работы, маркировка, обозначение Диод Шоттки - полупроводниковый, применяющий в принципе своей работы барьерный эффект. Принцип работы диода Шоттки. Сдвоенный диод с барьером. Диоды Шоттки в источниках питания. Проверка диодов Шоттки....

17 10 2021 2:24:36

Какими огнетушителями нельзя тушить электропроводку под напряжением электротока

Какими огнетушителями нельзя тушить электропроводку под напряжением электротока Неисправность электропроводки как одна из наиболее распространенных причин короткого замыкания. Действия при возгорании электропроводки. Виды и область применения огнетушителей. Каким огнетушителем нельзя тушить электропроводку под напряжением....

17 10 2021 18:52:24

Защита IP: стандарт по ГОСТ (степени защит)

Защита IP: стандарт по ГОСТ (степени защит) От чего защищается электрооборудование. Государственный стандарт ( Г О С Т) степеней защиты IP. Интерпретация кодов. Применение устройств с конкретными индексами. Расшифровка дополнительных букв в кодах. Особенности использования IP-кодировки...

17 10 2021 11:12:51

Характеристика и аналоги диода SS-14 с барьером Шоттки

Основные электрические параметры диодов с барьером (переходом) Шоттки SS14. Способы монтажа, температура пайки и другие отличительные особенности диода SS 14. Подбор аналогов диоду SS-14....

17 10 2021 4:12:44

Чертежи станка по разделке (зачистке) провода от изоляции

Чертежи станка по разделке (зачистке) провода от изоляции Почему выгодна разделка кабелей и проводов. Виды оборудования: от простых устройств к универсальным стрипперам. Порядок изготовления самодельного стриппера. Чертежи станка для разделки кабеля своими руками....

17 10 2021 18:14:49

Технические характеристики и маркировка кабелей из сшитого полиэтилена

Технические характеристики и маркировка кабелей из сшитого полиэтилена Преимущества кабеля из сшитого полиэтилена. Особенности конструкции и варианты исполнения С П Э кабелей. Кабель из сшитых полиэтиленов: устройство и обязательные элементы. Специфика применения и классы продукции....

17 10 2021 10:25:38

Крепеж для электропроводки: дюбеля-хомуты, клипсы, скобы для крепления к стене и потолку

Крепеж для электропроводки: дюбеля-хомуты, клипсы, скобы для крепления к стене и потолку Что такое дюбель-хомут: применение, разновидности и особенности монтажа электропроводки. Как крепить кабеля без сверления: классификация крепежа. Способы крепления кабеля к стене или потолку с помощью металлического хомута....

17 10 2021 3:58:18

Нормы освещения многоквартирных домов, подъездов и придомовых территорий

Нормы освещения многоквартирных домов, подъездов и придомовых территорий Какие требования должны быть учтены при оформлении и организации освещения подъездов, подвалов и придомовых территорий многоквартирных зданий....

17 10 2021 7:41:37

Особенности подключения контактора и его применение

Особенности подключения контактора и его применение Принцип работы и конструктивные особенности контактора. Способы подключения его к сети и к нагрузке. Защита цепей электромагнитного контактора....

17 10 2021 22:32:53

Виды клеммников и клеммных колодок для DIN рейки: маркировка и пломбировка клемм

Что такое дин-рейка. Клеммы (клемники) и клеммные колодки для DIN реек. Какими бывают клеммные зажимы: проходной с зажимом пружиной, клеммы с размыкающим приспособлением и пр....

17 10 2021 16:25:32

Принцип работы и устройство электрического теплового конвектора: нагревательный элемент

Принцип работы и устройство электрического теплового конвектора: нагревательный элемент Что такое тепловой конвектор, устройство конвектора. Тип разогрева воздуха в разных моделях отопительного электрического устройства. Принцип работы тепловых конвекторов. Преимущества и недостатки теплового конвектора....

17 10 2021 5:52:17

Определение мощности электрического тока: обозначение и единицы измерения

Определение мощности электрического тока: обозначение и единицы измерения Электрический ток: единицы мощности, способы измерения, определение. Активная и реактивная мощность тока. Прямые и косвенные замеры. Как обозначается мощность тока. Аналоговые и цифровые приборы для вычисления силы (мощности) токов....

17 10 2021 3:34:55

Как разобрать лампочки для ремонта: демонтаж цоколя светодиодной лампы

Как разобрать лампочки для ремонта: демонтаж цоколя светодиодной лампы Конструкция лампочек накаливания и светодиодных источников освещения. Методы отделения цоколей разных ламп. Дальнейшее применение колб и цоколей. Ремонт светодиодной лампы. Декоративное применение колбы лампы накаливания....

17 10 2021 17:48:41

О постоянных магнитах: назначение, свойства, принципы взаимодействия магнитов

О постоянных магнитах: назначение, свойства, принципы взаимодействия магнитов Природа магнетизма: демонстрация свойств магнита в притягивании к себе металлических предметов. Виды магнитов: естественные и искусственные. Применение постоянных магнитов....

17 10 2021 3:34:41

Проверка емкости и заряда батареек прибором-тестером — мультиметром

Проверка емкости и заряда батареек прибором-тестером — мультиметром Аккумуляторная и обычная батарейка: технические характеристики и основные различия. Проверка заряда элемента питания с помощью мультиметра без нагрузки. Как проверить заряд батарейки мультиметром под нагрузкой....

17 10 2021 7:27:54

Галогеновые лампы: классификация, преимущества, виды

Галогеновые лампы: классификация, преимущества, виды Галогеновые лампы обладают высокой яркостью и цветопередачей, что позволяет выполнять освещение в быту, промышленности и медицине....

17 10 2021 18:34:40

Схема автоматического ввода резерва: устройство АВР переключателя

Схема автоматического ввода резерва: устройство АВР переключателя Требования к устройствам автоматического ввода резерва и их типы. Принцип действия А В Р. Автоматический ввод резерва на мощных контакторах: особенности и преимущества....

17 10 2021 4:42:52

Изготовление mimo антенн 4g lte своими руками в домашних условиях

Изготовление mimo антенн 4g lte своими руками в домашних условиях Технологии приема и отправки информации в линиях беспроводной связи. Mimo антенна 4g lte своими руками или как изготовить антенну Харченко в домашних условиях. Сборка самодельной антенны для приема 4G....

17 10 2021 9:21:22

Подключение УЗО, его разновидности и принцип работы

Подключение УЗО, его разновидности и принцип работы Правила установки устройства защиты. Подключение У З О, подключение У З О с заземлением. Как установить У З О без ошибок....

17 10 2021 11:50:42

Электрические станции и сети: правила технической эксплуатации

Организационные вопросы, которым придается большое значение при эксплуатации и обслуживании электроустановок в рамках П Т Э. Сдача энергетических объектов в эксплуатацию. Электрические станции и сети: правила технической эксплуатации....

17 10 2021 22:46:55

Что такое сопротивление проводников и от чего оно зависит: длина или сечение

Понятие электрического сопротивления проводника. Что такое сопротивление проводников: что важнее - длина или сечение. Формула для определения сопротивления проводника. Зависимость напряжения от материалов или геометрии проводников....

17 10 2021 7:37:47

Виды светильников и их ремонт в домашних условиях

Виды светильников и их ремонт в домашних условиях Ремонт энергосберегающих ламп, их разборка и самые распространенные неисправности. Ремонт настольных ламп. Советы профессионалов....

17 10 2021 4:54:51

Измерительные трансформаторы тока: отличие от трансформатора напряжения

Измерительные трансформаторы тока: отличие от трансформатора напряжения Понятие трансформаторов тока: для чего нужны и из чего состоят. Схемы подключения измерительных трансформаторов тока. Чем трансформатор тока отличается от трансформатора напряжения. Классификация измерительных трансформаторов....

17 10 2021 18:25:25

Ряды номиналов резисторов: сопротивление номинала Е 24

Как образуется типовой ряд номиналов резисторов. Технологические нюансы производства радиотехнических изделий. Особенность изготовления резистивных элементов. Ряды сопротивлений резистора: таблица. Ряд сопротивления Е24....

17 10 2021 21:39:34

Двухтарифный счетчик электроэнергии: монтаж, преимущества, настройка

Двухтарифный счетчик электроэнергии: монтаж, преимущества, настройка Многотарифный счетчик поможет легко экономить на электроэнергии. А его монтаж, установка и выбор это очень простая задача!...

17 10 2021 3:30:28

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!