Κινούμενο σε οποιονδήποτε αγωγό, ένα ηλεκτρικό ρεύμα μεταφέρει κάποια ενέργεια σε αυτόν, η οποία προκαλεί τη θέρμανση του αγωγού. Η μεταφορά ενέργειας πραγματοποιείται σε επίπεδο μορίων: ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης ηλεκτρονίων ρεύματος με ιόντα ή άτομα του αγωγού, μέρος της ενέργειας παραμένει στον τελευταίο.
Η θερμική επίδραση του ρεύματος οδηγεί σε ταχύτερη κίνηση των σωματιδίων του αγωγού. Τότε η εσωτερική του ενέργεια αυξάνεται και μετατρέπεται σε θερμότητα.
Τύπος υπολογισμού και τα στοιχεία του
Η θερμική επίδραση του ρεύματος μπορεί να επιβεβαιωθεί με διάφορα πειράματα, όπου το έργο του ρεύματος περνά στην ενέργεια του εσωτερικού αγωγού. Ταυτόχρονα, το τελευταίο αυξάνεται. Στη συνέχεια ο αγωγός το δίνει στα γύρω σώματα, δηλαδή η μεταφορά θερμότητας πραγματοποιείται με θέρμανση του αγωγού.
Ο τύπος για τον υπολογισμό σε αυτήν την περίπτωση είναι ο εξής: A=UIt.
Η ποσότητα της θερμότητας μπορεί να συμβολιστεί με Q. Μετά Q=A ή Q=UIt. Γνωρίζοντας ότι U=IR,αποδεικνύεται Q=I2Rt, που διατυπώθηκε στο νόμο Joule-Lenz.
Ο νόμος της θερμικής δράσης του ρεύματος - ο νόμος Joule-Lenz
Ο αγωγός όπου ρέει το ηλεκτρικό ρεύμα έχει μελετηθεί από πολλούς επιστήμονες. Ωστόσο, τα πιο αξιοσημείωτα αποτελέσματα πέτυχαν οι James Joule από την Αγγλία και Emil Khristianovich Lenz από τη Ρωσία. Και οι δύο επιστήμονες εργάστηκαν χωριστά και τα συμπεράσματα με βάση τα αποτελέσματα των πειραμάτων έγιναν ανεξάρτητα το ένα από το άλλο.
Έβγαλαν έναν νόμο που σας επιτρέπει να υπολογίσετε τη θερμότητα που λαμβάνεται ως αποτέλεσμα της δράσης του ρεύματος σε έναν αγωγό. Το ονόμασαν νόμο Joule-Lenz.
Ας εξετάσουμε στην πράξη τη θερμική επίδραση του ρεύματος. Πάρτε τα ακόλουθα παραδείγματα:
- Μια κανονική λάμπα.
- Heaters.
- Ασφάλεια στο διαμέρισμα.
- Ηλεκτρικό τόξο.
Λαμπτήρας πυρακτώσεως
Η θερμική επίδραση του ρεύματος και η ανακάλυψη του νόμου συνέβαλαν στην ανάπτυξη της ηλεκτρικής μηχανικής και αύξησαν τις ευκαιρίες για τη χρήση της ηλεκτρικής ενέργειας. Το πώς εφαρμόζονται τα αποτελέσματα της έρευνας φαίνεται στο παράδειγμα ενός συνηθισμένου λαμπτήρα πυρακτώσεως.
Είναι σχεδιασμένο με τέτοιο τρόπο ώστε να τραβιέται μέσα ένα νήμα από σύρμα βολφραμίου. Αυτό το μέταλλο είναι πυρίμαχο με υψηλή αντίσταση. Όταν διέρχεται από μια λάμπα, εκτελείται η θερμική επίδραση ενός ηλεκτρικού ρεύματος.
Η ενέργεια του αγωγού μετατρέπεται σε θερμότητα, η σπείρα θερμαίνεται και αρχίζει να λάμπει. Το μειονέκτημα του λαμπτήρα έγκειται στις μεγάλες απώλειες ενέργειας, αφού μόνο λόγωένα μικρό μέρος της ενέργειας, αρχίζει να λάμπει. Το κύριο μέρος μόλις ζεσταίνεται.
Για την καλύτερη κατανόηση αυτού, εισάγεται ένας συντελεστής απόδοσης, ο οποίος καταδεικνύει την αποδοτικότητα λειτουργίας και μετατροπής σε ηλεκτρική ενέργεια. Η απόδοση και η θερμική επίδραση του ρεύματος χρησιμοποιούνται σε διαφορετικές περιοχές, καθώς υπάρχουν πολλές συσκευές που κατασκευάζονται με βάση αυτήν την αρχή. Σε μεγαλύτερο βαθμό, πρόκειται για συσκευές θέρμανσης, ηλεκτρικές σόμπες, λέβητες και άλλες παρόμοιες συσκευές.
Η συσκευή των συσκευών θέρμανσης
Συνήθως, στο σχεδιασμό όλων των συσκευών θέρμανσης υπάρχει μια μεταλλική σπείρα, η λειτουργία της οποίας είναι η θέρμανση. Εάν το νερό θερμαίνεται, τότε το πηνίο εγκαθίσταται μεμονωμένα και σε τέτοιες συσκευές διατηρείται μια ισορροπία μεταξύ της ενέργειας από το δίκτυο και της ανταλλαγής θερμότητας.
Οι επιστήμονες καλούνται συνεχώς να μειώσουν τις απώλειες ενέργειας και να βρουν τους καλύτερους τρόπους και τα πιο αποτελεσματικά σχήματα για την υλοποίησή τους προκειμένου να μειωθεί η θερμική επίδραση του ρεύματος. Για παράδειγμα, χρησιμοποιείται μια μέθοδος αύξησης της τάσης κατά τη μετάδοση ισχύος, μειώνοντας έτσι την ισχύ του ρεύματος. Αλλά αυτή η μέθοδος, ταυτόχρονα, μειώνει την ασφάλεια της λειτουργίας των ηλεκτρικών γραμμών.
Ένας άλλος τομέας έρευνας είναι η επιλογή καλωδίων. Εξάλλου, η απώλεια θερμότητας και άλλοι δείκτες εξαρτώνται από τις ιδιότητές τους. Επιπλέον, κατά τη λειτουργία των συσκευών θέρμανσης, απελευθερώνεται μεγάλη ποσότητα ενέργειας. Επομένως, οι σπείρες κατασκευάζονται από υλικά ειδικά σχεδιασμένα για το σκοπό αυτό, ικανά να αντέχουν υψηλά φορτία, υλικά.
Ασφάλειες διαμερισμάτων
Ειδικές ασφάλειες χρησιμοποιούνται για τη βελτίωση της προστασίας και της ασφάλειας των ηλεκτρικών κυκλωμάτων. Το κύριο μέρος είναι ένα σύρμα από μέταλλο χαμηλής τήξης. Τρέχει σε φελλό από πορσελάνη, έχει βιδωτό σπείρωμα και επαφή στο κέντρο. Ο φελλός εισάγεται στο φυσίγγιο που βρίσκεται στο πορσελάνινο κουτί.
Το καλώδιο μολύβδου είναι μέρος μιας κοινής αλυσίδας. Εάν η θερμική επίδραση του ηλεκτρικού ρεύματος αυξηθεί απότομα, η διατομή του αγωγού δεν θα αντέξει και θα αρχίσει να λιώνει. Ως αποτέλεσμα αυτού, το δίκτυο θα ανοίξει και δεν θα συμβούν τρέχουσες υπερφορτώσεις.
Ηλεκτρικό τόξο
Το ηλεκτρικό τόξο είναι ένας αρκετά αποδοτικός μετατροπέας ηλεκτρικής ενέργειας. Χρησιμοποιείται κατά τη συγκόλληση μεταλλικών κατασκευών και επίσης χρησιμεύει ως ισχυρή πηγή φωτός.
Η συσκευή βασίζεται στα εξής. Πάρτε δύο ράβδους άνθρακα, συνδέστε τα καλώδια και στερεώστε τα σε μονωτικές βάσεις. Μετά από αυτό, οι ράβδοι συνδέονται με μια πηγή ρεύματος, η οποία δίνει μια μικρή τάση, αλλά είναι σχεδιασμένη για μεγάλο ρεύμα. Συνδέστε το ρεοστάτη. Απαγορεύεται το άναμμα κάρβουνων στο δίκτυο της πόλης, καθώς μπορεί να προκληθεί πυρκαγιά. Αν αγγίξετε το ένα κάρβουνο στο άλλο, μπορείτε να δείτε πόσο ζεστό είναι. Είναι καλύτερα να μην κοιτάτε αυτή τη φλόγα, γιατί είναι επιβλαβής για τα μάτια. Το ηλεκτρικό τόξο χρησιμοποιείται σε κλιβάνους τήξης μετάλλων, καθώς και σε ισχυρές συσκευές φωτισμού όπως προβολείς, προβολείς ταινιών κ.λπ.
