Efekt Joule: co to jest, formuła, zastosowania, ćwiczenia

O To jest zrobioneDżul jest zjawiskiem fizycznym, które składa się z konwersjaenergiaelektrycznyw ciepło. Zjawisko to występuje, gdy prąd elektryczny przepływa przez dowolne ciało. Ciągłe zderzenia zachodzące między elektronami a atomami tworzącymi strukturę krystaliczną ciała powodują jego temperatura wzrasta, powodując, że część energii elektrycznej zawartej w nośnikach ładunku jest przekształcana w ciepło.

Popatrzrównież:Jaka jest prędkość prądu elektrycznego?

Formuła efektu Joule'a

Od prawo Joule'a, można obliczyć ilość ciepła rozpraszanego przez przewodnik, przez który przepływa prąd elektryczny. Aby skorzystać z tego prawa, konieczne jest, aby opór elektryczny materiału był stały, podobnie jak przepływający przez niego prąd elektryczny.

Q – ciepło (J lub wapno)

ja – prąd elektryczny (A)

R – rezystancja elektryczna (Ω)

t - Interwały czasowe)

Przedstawiony wzór pokazuje, że ilość rozpraszanego ciepła jest wprost proporcjonalna do kwadratu prąd elektryczny pomnożony przez opór elektryczny i przez czas potrzebny na przejście prądu Ciało.

Popatrzrównież: Fizyczne odkrycia, które wydarzyły się przez wypadek

Narzędzia efektu Joule'a

Dzięki efektowi Joule’a możliwa jest zamiana energii elektrycznej na ciepło, tak jak robimy to w:

• prysznice,

• garnki,

• grille elektryczne,

• żelazka itp.

Efekt Joule'a występuje na dowolnym materiale, przewodnik lub izolator, który ma niezerową rezystancję elektryczną.

Zjawisko to jest bardziej wyraziste w materiałyizolatory, których opory elektryczne są na ogół wyższe. Jednak gdy przez materiały izolacyjne przepływają intensywne prądy elektryczne, możliwe jest, że w nich powstaną wady nie do naprawienia ze względu na duży wzrost temperatury.

Grille elektryczne nagrzewają się, przepuszczając prąd elektryczny dzięki efektowi Joule'a.

Ryzyko związane z efektem Joule'a

Główne zagrożenia związane z efektem Joule'a wynikają z: wzrost temperatury. W instalacjach elektrycznych przewody przewodzące i inne urządzenia elektroniczne muszą działać w bezpiecznych temperaturach, jednak czynniki takie jak: instalacjeniechlujny, obecnośćwwilgoć,kurzwnadmiar,wątkiobrane i utlenianiekomponentów elektronicznych mogą powodować wzrost ich rezystancji elektrycznej, co prowadzi do większego rozpraszania ciepła, a tym samym zwiększa prawdopodobieństwo wystąpienia pożary, na przykład.

Popatrzrównież:Wszystko o kalorymetrii

Eksperyment z efektem Joule'a

Oni istnieją eksperymenty w niska cena wystarczy dostępny co można zrobić w klasie, aby udowodnić istnienie efektu Joule'a. Jednym z nich jest dotknięcie zacisków Bateria 9V w kawałku wełna stalowa.

Kiedy dotkniemy wełny stalowej do zacisków akumulatora, powstaje prąd elektryczny, a zatem proces ogrzewania. Szybko wzrasta temperatura wełny stalowej, aż do czerwoności.

Heads-up: ten eksperyment może powodować oparzenia i pożary, przeprowadzaj go tylko w obecności rodziców lub opiekunów.

Ćwiczenia dotyczące efektu Joule'a

Pytanie 1) Przez przewód przewodzący o rezystancji elektrycznej równej 0,5 Ω przepływa prąd elektryczny 2,0 A w czasie 2,0 minut. Określ ilość ciepła rozpraszanego przez ten drut w dżulach.

a) 240 J

b) 4 J

c) 400J

d) 40J

e) 120 J

Szablon: Litera a

Rozkład:

Aby obliczyć ilość rozpraszanego ciepła, konieczne jest skorzystanie z prawa Joule'a:

W powyższej kalkulacji konieczne było przekształcenie przedziału czasu podanego w minutach na sekundy. W ten sposób można było obliczyć ilość rozpraszanego ciepła, równą 240 J.

Pytanie 2) Jeśli chodzi o efekt Joule'a, sprawdź, co jest poprawne.

a) Efekt Joule'a występuje tylko w wysokich temperaturach.

b) Efekt Joule'a powstaje w wyniku zderzeń nośników ładunku z atomami tworzącymi sieć krystaliczną materiału.

c) Możliwe jest kontrolowanie strat energii przez efekt Joule'a poprzez zwiększenie natężenia prądu elektrycznego.

d) Ilość ciepła rozpraszanego przez efekt Joule'a jest odwrotnie proporcjonalna do oporu elektrycznego materiału.

e) Materiały przewodzące nie podlegają efektowi Joule'a.

Szablon:Literka B

Rozkład:

Spójrzmy na odpowiedzi:

) FAŁSZYWE – efekt Joule'a może wystąpić w każdej temperaturze, jednak efekt ten narasta w reżimach wysokotemperaturowych.

B) REAL

do) FAŁSZYWE - ilość ciepła rozpraszanego przez efekt Joule'a jest wprost proporcjonalna do kwadratu natężenia prądu elektrycznego.

re) FAŁSZYWE - ilość ciepła rozpraszanego przez efekt Joule'a jest wprost proporcjonalna do modułu rezystancji elektrycznej.

i) FAŁSZYWE – wszystkie materiały, które mają oporność elektryczną podlegają efektowi Joule'a.

Pytanie 3) Drut przewodzący płynie prądem elektrycznym 0,5 A przez 30 s. Ponieważ rezystancja elektryczna tego drutu wynosi 0,8 Ω, ilość kalorii uwalnianych przez drut w tym czasie, dzięki efektowi Joule'a, jest równa

Dane: 1 cal = 4 J

a) 15,0 cal.

b) 12,0 cal.

c) 1,5 cal.

d) 6,0 cal.

e) 4,5 cal.

Szablon: Litera C

Rozkład:

Użyjemy prawa Joule'a do obliczenia ilości ciepła rozpraszanego przez przewód przewodzący:

Zgodnie z wykonanymi obliczeniami ilość ciepła, które jest rozpraszane przez ten przewodzący drut, wynosi 1,5 cal, więc prawidłową alternatywą jest litera C.

Przeze mnie Rafael Helerbrock