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

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

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) пpaктически 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.

Пpaктическое 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 потрeбления 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 пpeдoxpaнители

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 пpeдoxpaнителей. 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 сpaбатывания.

Видео


Перевод мощности: киловатт в лошадиную силу – калькулятор онлайн

Перевод мощности: киловатт в лошадиную силу – калькулятор онлайн Как перевести лошадиные силы в квт. Таблица расхождений при определении лошадиной силы. Пpaктический аспект перевода мощности. Мощность двигателя: переводим лошадиную силу (ЛС) в киловатты....

06 07 2022 21:10:19

Назначение и классификация полупроводниковых диодов: технические хаpaктеристики

Назначение и классификация полупроводниковых диодов: технические хаpaктеристики Электрическая структура и схема диода. Классификация и маркировка диодов. Полупроводниковые диоды: преимущества непосредственного включения в схему. Выпрямительный полупроводниковый диод: принцип работы выпрямителя....

05 07 2022 16:42:10

Контроллер для умного дома: выбор, конфигурации, состав

Контроллер для умного дома: выбор, конфигурации, состав Что собой представляет контроллер, его принцип работы. Типы связи контроллера системами управления. Их популярные производители и модели....

04 07 2022 21:44:55

Выбор паяльной станции для работы и дома - какая лучше, на что обратить внимание

Выбор паяльной станции для работы и дома - какая лучше, на что обратить внимание Для чего нужна паяльная станция. Правильный выбор прибора. Правила работы, температурные режимы, принцип действия. Разновидности, типы нагревательных элементов паяльников. Дополнительные возможности устройства....

03 07 2022 23:47:57

В какой день празднуют профессиональный праздник электроэнергетики России

В какой день празднуют профессиональный праздник электроэнергетики России В какой день празднуют профессиональный праздник электроэнергетики России? Кого поздравляют с праздником энергетика. История дня электрика и традиции празднования. Когда впервые отметили день электроэнергетика в России?...

02 07 2022 17:46:18

Расчет параметрического стабилизатора напряжения на стабилитроне

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

01 07 2022 20:45:14

Технические хаpaктеристики и принцип работы регулируемых стабилизаторов напряжения

Технические хаpaктеристики и принцип работы регулируемых стабилизаторов напряжения Технические хаpaктеристики и принцип работы трехвыводного управляемого стабилизатора напряжения. Варианты использования регулируемых стабилизаторов напряжений в электронных схемах. Управляемый стабилизатор: настройка и ремонт....

30 06 2022 20:57:39

Как сделать новогоднюю электрическую гирлянду своими руками

Как сделать новогоднюю электрическую гирлянду своими руками Инструкция по изготовлению елочной электрической гирлянды: из ламп накаливания или из светодиодов. Модернизация старой электрогирлянды. Как выбрать необходимые материалы и элементную базу для электрической гирлянды....

29 06 2022 12:49:41

Бездоговорное потрeбление элетроэнергии

Бездоговорное потрeбление элетроэнергии Использование безучетной электроэнергии это незаконно, за такое использование энергии существует ответственность и последствия для потребителя....

28 06 2022 0:17:45

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....

27 06 2022 22:52:21

Стандарты условно графического обозначения электрооборудования на схемах (ГОСТ)

Стандарты условно графического обозначения электрооборудования на схемах (ГОСТ) Стандарты УГО (условно графического обозначения) и буквенно-цифровой идентификации радиоэлементов, и различных видов электрооборудования на схемах согласно ГОСТам. Описание основных документов по условно-графическому обозначению в различных электросхемах....

26 06 2022 4:43:22

Светодиодные светильники для офиса потолочные: типы, приемущества

Светодиодные светильники для офиса потолочные: типы, приемущества Светодиодные светильники потолочного типа встраиваемые, накладные и подвесные нашли применение для освещения площадей офисных помещений....

25 06 2022 0:41:12

Зависимость сопротивления от температуры: определение термосопротивления

Зависимость сопротивления от температуры: определение термосопротивления Термосопротивление: назначение изделий. Типы термообразователей и принцип их действия. Металлические или полупроводниковые термометра сопротивления. Формула зависимости сопротивления от температуры....

24 06 2022 1:57:23

Как подключить двухклавишный выключатель - монтаж и установка

Как подключить двухклавишный выключатель - монтаж и установка Монтаж выключателей освещения имеющих одну или несколько клавиш. Знакомство с проходными выключателями, их применение и схемы подключения....

23 06 2022 2:19:22

Электрический потенциал и правила их выравнивания в электроустановках: коробка и шина

Электрический потенциал и правила их выравнивания в электроустановках: коробка и шина Что такое электрический потенциал и его уравнивание. Отличия уравнивания от выравнивания. Системы уравнивания и что в них входит. Конструкция и подключение коробки уравнивания потенциалов (КУП). Модели коробок: ШДУП, ДСУП....

22 06 2022 17:55:40

Формула емкостного сопротивления конденсатора в цепи переменного тока

Формула емкостного сопротивления конденсатора в цепи переменного тока Параметры емкостного сопротивления в различных схемах. Определение емкостных сопротивлений в цепях электрического тока по формуле. Векторное представление ёмкости. Ёмкостное сопротивление: единицы измерения и пример расчетов....

21 06 2022 15:47:10

Выбор дозиметра - бытового прибора для измерения излучения и радиоактивного фона

Выбор дозиметра - бытового прибора для измерения излучения и радиоактивного фона Состав устройства дозиметр и его назначение. Типы дозиметров: от профессиональных устройств до бытовых приборов. Другие типы регистрирующих устройств. Бытовые дозиметры: особенности устройств и выбор. Порядок измерения радиации и излучений....

20 06 2022 14:48:36

Катоды и аноды: отрицательно и положительно заряженные электроды

Катоды и аноды: отрицательно и положительно заряженные электроды Определение положительно и отрицательно заряженного электрода. Применение катода и анода в теории и пpaктике. Применение в электрохимии. Использование катодов и анодов в вакуумных электронных приборах. Маркировки....

19 06 2022 17:31:53

Хаpaктеристика и свойства выпрямительного диода 1N4001: аналоги

Хаpaктеристика и свойства выпрямительного диода 1N4001: аналоги Кремниевые выпрямительные диоды универсального назначения на примере диода 1N4007. Общая информация, эксплуатационные и предельные параметры диодов 1 N 4007. Особенности применения 1-N-4007. Технические хаpaктеристики 1n4007....

18 06 2022 6:48:13

Определение общего сопротивления в электрической цепи: как найти и чему оно равно

Определение общего сопротивления в электрической цепи: как найти и чему оно равно Определение общего сопротивления в электрической цепи. Способы совмещения элементов. Виды сопряжений: последовательное, параллельное, смешанное. Особенности расчетов. Общее сопротивление электрической цепи: расчеты и формулы....

17 06 2022 11:25:22

Определение электрического поля: проводники и диэлектрики в электрических полях

Определение электрического поля: проводники и диэлектрики в электрических полях Определение и основные хаpaктеристики электрического поля. Особенности и свойства электрических полей. Проводники и диэлектрики в электро полях. Статическое распределение зарядов присущее электрическому полю....

16 06 2022 2:47:46

О ремонте светодиодных ламп: как разобрать лампочку и отремонтировать драйвер

О ремонте светодиодных ламп: как разобрать лампочку и отремонтировать драйвер Конструкция и принцип работы светодиодных ламп. Определение неисправности и разборка. Проверка светодиода. Ремонт светодиодной лампы: необходимые инструменты и материалы. О ремонте светодиодных люстр....

15 06 2022 1:36:21

Расшифровка и технические хаpaктеристики телефонного провода ТППЭП

Расшифровка и технические хаpaктеристики телефонного провода ТППЭП Расшифровка и технические хаpaктеристики кабеля ТППЭП. Маркировка жил на основе алюминия согласно ГОСТ. ТППЭП-кабель: области применения, правила монтажа и эксплуатационный срок....

14 06 2022 4:17:53

Перечень средств относящихся к средствам индивидуальной защиты

Перечень средств относящихся к средствам индивидуальной защиты Определение средств индивидуальной защиты. Меры по снижению влияния вредных факторов, снижения степени опасности и предотвращения несчастных случаев. Перечень и классификация СИЗ. Порядок приобретения и выдачи, ответственность за использование....

13 06 2022 22:35:51

Настенные светильники: классификация, как правильно выбрать

Настенные светильники: классификация, как правильно выбрать С помощью светильников настенного типа создается основное и локальное освещение. Они имеют современный дизайн, легко монтируются и долго служат....

12 06 2022 14:50:44

Расшифровка маркировки трaнcформатора (ТМГ, ТЗЛМ, ОСМ, ТСМ)

Расшифровка маркировки трaнcформатора (ТМГ, ТЗЛМ, ОСМ, ТСМ) Tрaнcформаторы, самые часто применяемые и используемые в быту, а также на производстве электрические аппараты. Они бывают разных типов и назначений....

11 06 2022 18:22:55

О новых генераторах энергии: трaнcгенераторы и другие новинки отрасли

О новых генераторах энергии: трaнcгенераторы и другие новинки отрасли Источники свободной энергии. Типы радиантных генераторов: трaнcмиттер-усилитель Тесла. Вихревые устройства и ХЯС. О новых генераторах энергии: трaнcгенераторы и другие новинки отрасли...

10 06 2022 23:51:51

Обозначение кварцевого резонатора на схеме: принцип работы и конструкция

Обозначение кварцевого резонатора на схеме: принцип работы и конструкция Кварцевые резонаторы: технический элемент резонансных схем. Принцип действия. Устройство резонатора. Для чего нужен кварцевый резонатор. Отличия кварцевого резонатора от кварцевого генератора....

09 06 2022 6:23:22

Свойства полупроводниковых материалов: применение полупроводников

Свойства полупроводниковых материалов: применение полупроводников Что такое полупроводники. Как обеспечивается проводимость. Проводимость p-типа и n-типа. Основные понятия: атом, электрон, ион. Использование проводников. Легирование полупроводников. Разновидности полупроводниковых материалов. Полимеры....

08 06 2022 18:53:43

О дециметровой антенне: конструкция антенны дециметрового диапазона для телевизора

О дециметровой антенне: конструкция антенны дециметрового диапазона для телевизора Современное цифровое телевещание и преимущества диапазона ДМВ. Самодельные дециметровые антенны. Параметры самодельных дециметровых антенн. Особенности самостоятельного изготовления и последующего подключения к телевизору.....

07 06 2022 8:58:57

Профиль для светодиодной ленты: классификация, выбор, инструкция по монтажу

Профиль для светодиодной ленты: классификация, выбор, инструкция по монтажу Описана установка алюминиевого профиля для светодиодной ленты, а также рассказано какие бывают виды профиля для светодиодов....

06 06 2022 11:35:23

Как ток в квартирной розетке - постоянный или переменный?

Как ток в квартирной розетке - постоянный или переменный? Классификация типов тока на два вида: постоянный и переменный. Сила тока. Требования к сети и виды квартирных розеток. В розетке постоянный ток или переменный?...

05 06 2022 21:53:57

Уличные светильники: виды, способы применения, выбор

Уличные светильники: виды, способы применения, выбор Основные хаpaктеристики уличных светильников – мощность светового потока, экономичность и срок службы. В последнее время популярны светодиодные приборы....

04 06 2022 0:37:33

Как подключить счётчик через трaнcформатор тока

Как подключить счётчик через трaнcформатор тока Принцип работы и выбор измерительных трaнcформаторов применяемых для учёта электроэнергии. Самые распространённые схемы подключения....

03 06 2022 8:31:19

Коммерческий учет электроэнергии: особенности, автоматизированные системы

Коммерческий учет электроэнергии: особенности, автоматизированные системы Коммерческий учет это финансовый расчет между предприятием поставляющим электрическую энергию или производящими ее и конечным потребителем....

02 06 2022 20:18:39

Дифференциальный автомат: устройство, принцип работы

Дифференциальный автомат: устройство, принцип работы Дифавтомат это электрозащитное устройство, которое защищает проводку, оборудование и человека от воздействия электричества при неполадках в эл.цепи....

01 06 2022 9:32:42

Освещение аварийное - виды, требования и назначние

Освещение аварийное - виды, требования и назначние Аварийное освещение имеет ряд требований и является обязательным при строительстве объектов, относящихся к определенной категории....

31 05 2022 23:19:39

О программе по электробезопасности: 2 группа - кому присваивается

О программе по электробезопасности: 2 группа - кому присваивается Программа по электробезопасности 2 группа - кому присваивается, дистанционное обучение и аттестационные центры. Требования для получения: что входит в курс. Аттестация сотрудников предприятий....

30 05 2022 18:17:12

Самодельные датчики движения в домашних условиях: порядок изготовления, материалы и инструменты

Самодельные датчики движения в домашних условиях: порядок изготовления, материалы и инструменты Кольцевой выключатель: самый простой датчик движения. Световые датчики движения. Использование емкостных реле. Изготовление лазерных датчиков в домашних условиях. Платформы для конструирования самоделок....

29 05 2022 2:31:48

О термоэлектрическом генераторе: изготовление термоэлектрогенератора своими руками

О термоэлектрическом генераторе: изготовление термоэлектрогенератора своими руками Определение и физическое объяснение эффекта Пельтье. Особенности функционирования, принцип действия и конструкция термоэлектрического генератора. Достоинства и недостатки ТЭМ. Самостоятельное изготовление термоэлектрогенератора своими руками....

28 05 2022 7:15:54

Должностные обязанности электромонтера: общая инструкция

Рабочая категория электромонтера. Основные функции, права и обязанности по ремонту. За что он ответственен и с какими службами взаимодействует. Фото, видео....

27 05 2022 2:57:46

Принцип работы терморезистора и что такое термосопротивление

Принцип работы терморезистора и что такое термосопротивление Принцип действия терморезистора. Виды и особенности конструкции терморезисторов, технические хаpaктеристики. Отличие позисторов от термисторов. Терморезистор: области применения, преимущества и недостатки....

26 05 2022 10:36:38

Аккумулятор: принцип работы аккумуляторной батарей и схема АКБ

Аккумулятор: принцип работы аккумуляторной батарей и схема АКБ Назначение свинцово-кислотных аккумуляторных батарей в современном автомобиле. Устройство кислотной аккумуляторной батареи. Принцип работы аккумулятора. Поддержание рабочего режима (правила подзарядки) аккумуляторов. Конструкция щелочных батарей....

25 05 2022 10:30:26

О щитках для электросчетчиков и автоматов: щит электрический - монтаж и обслуживание

О щитках для электросчетчиков и автоматов: щит электрический - монтаж и обслуживание Что собой представляет щиток для электросчетчика и автоматов. В каком месте устанавливается электрощитки. Особенности выбора щитка для электросчетчиков. Минусы уличного размещения электрического щита. Как установить счетчик в щиток....

24 05 2022 21:45:15

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....

23 05 2022 16:29:38

Каким прибором измерить силы удара, тяги и вращения

Каким прибором измерить силы удара, тяги и вращения Прибор для измерения силы: динамометр. Измерение сил в системе СИ. Принцип действия и история изобретения динамометра. механические (рычажные или пружинные), электрические и гидравлические динамометры....

22 05 2022 3:10:18

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

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....

21 05 2022 23:49:28

Измерение работы и мощности электрического тока по формуле

Измерение работы и мощности электрического тока по формуле Определение работы электротока. Как выглядит формула по которой измеряется работа электрического тока. Определение мощности тока с помощью формулы. Производные единицы мощности и работы....

20 05 2022 3:50:13

Монтаж освещения - советы, основы и рекомендации

Монтаж освещения - советы, основы и рекомендации Монтаж освещения выполняется после составления проекта в соответствии с требованиями электротехнической безопасности и с учетом особенностей интерьера....

19 05 2022 16:26:22

Как обозначается напряжение и единицы силы электрического тока

Как обозначается напряжение и единицы силы электрического тока Что такое электрическое напряжение, случаи требующие его измерения, единицы измерений. Действующее значение напряжения и определение его величины. Сеть постоянного и переменного тока. Требования к измерительным приборам....

18 05 2022 0:25:25

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