Джоуля ленца закон: Урок 30. закон джоуля-ленца. эдс — Физика — 10 класс

Содержание

Закон Джоуля-Ленца



При прохождении электрического тока через металлический проводник электроны сталкиваются то с нейтральными молекулами, то с молекулами, потерявшими электроны.
Движущийся электрон либо отщепляет от нейтральной молекулы новый электрон, теряя свою кинетическую энергию и образуя новый положительный ион, либо соединяется с молекулой, потерявшей электрон (с положительным ионом), образуя нейтральную молекулу.
При столкновении электронов с молекулами расходуется энергия, которая превращается в тепло.
Любое движение, при котором преодолевается сопротивление, требует эатраты определенной энергии.

Так, например, для перемещения какого -либо тела преодолевается сопротивление трения, и работа, затраченная на это, превращается в тепло.
Электрическое сопротивление проводника играет ту же роль, что и сопротивление трения.

Таким образом, для проведения тока через проводник источник тока затрачивает некоторую энергию, которая превращается в тепло.
Переход электрической энергии в тепловую отражает закон Ленца — Джоуля

или закон теплового действия тока.

Русский ученый Ленц и английский физик Джоуль одновременно и независимо один от другого установили, что

при прохождении электрического тока по проводнику количество теплоты, выделяемое в проводнике, прямо пропорционально квадрату тока, сопротивлению проводника и времени, в течение которого электрический ток протекал по проводнику.

Это положение называется законом Ленца — Джоуля.
Если обозначить количество теплоты, создаваемое током, буквой Q (Дж),  ток, протекающий по проводнику — I, сопротивление проводника — R и время, в течение которого ток протекал по проводнику — t, то закону Ленца — Джоуля можно придать следующее выражение:
Q = I2Rt.
Так как I = U/R

и R = U/I, то Q = (U2/R) t = UIt.

Значение мощности, при выделении определённого количества тепла

Скачать можно здесь


(Подробно и доходчиво в видеокурсе «В мир электричества — как в первый раз!»)

Закон Джоуля-Ленца или почему провода нагреваются

Если проводник, в котором течет постоянный ток, и он при этом остается неподвижным, то работа сторонних сил расходуется на его нагревание.

Электрическая энергия, полученная от источника тока, в металлических проводниках превращается в энергию хаотического движения атомов, то есть в теплоту. Опыты полностью подтверждают данную теорию – при протекании тока по любому проводнику происходит выделение теплоты, равной работе, совершаемой электрическими силами по переносу заряда вдоль проводника.

Представим, что на концах участка проводника существует разность потенциалов φ1 – φ2 = U. Тогда на этом участке работа по переносу заряда равна:

По определению I = q/τ, откуда q = Iτ, где τ – время прохождения заряда, то есть:

Сила тока измеряется в амперах, напряжение в вольтах, время в секундах, а работа, соответственно, в джоулях: 1 Дж = 1 А·1 В·1 с.

Поскольку работа А идет на нагревание проводника, то вполне можно написать, что выделяющаяся в проводнике теплота Q равна работе А электрических сил:

Данная формула носит название

закона Джоуля – Ленца. Это явление было открыто в 1841 году английским физиком Дж. Джоулем и независимо от него в 1842 году русским физиком Э. Х. Ленцем.

В системе СИ теплота и работа измеряются в джоулях.

Использовав закон Ома для участка цепи, запишем формулу (2) следующим образом:

Из формулы следует, что теплота, выделяемая в проводнике при прохождении электрического тока, зависит силы тока, времени его прохождения и сопротивления проводника.

Если измерять теплоту во внесистемных единицах – калориях, а остальные величины в единицах СИ, то в формулу (3) следует подставить коэффициент пропорциональности k = 0.24 кал/Дж, и тогда получим:

Энергия электрического тока может быть израсходована не только на нагревание проводников, но и испытывать самые разные превращения.

Например, если во внешнюю цепь подключен электродвигатель, то часть электрической энергии преобразуется в механическую. Если во внешнюю цепь включены электролиты (проводники второго рода), то часть энергии превратится в химическую и так далее. Если во внешнюю цепь включены только металлические проводники, то энергия источника будет превращаться только в теплоту, а если проводники имеют высокую температуру, то будет расходоваться на излучение.

Давайте преобразуем закон Джоуля – Ленца в другой вид. Введем понятие плотность тепловой мощности ω – величину, равную энергии, выделенной за время τ прохождения тока в каждой единице объема проводника:

Где l – длина проводника, Q – теплота, а S – поперечное сечение проводника.

Приняв во внимание, что Q = I2Rτ, а R=ρl/S, получим:

Но I/S = j – это плотность тока, а ρ = l/γ, где γ – удельная проводимость, тогда:

Если учесть закон Ома в дифференциальной форме, то тогда:

Данное соотношение имеет название закон Джоуля – Ленца в дифференциальной форме. Из него делаем вывод, что плотность тепловой мощности равна произведению удельной проводимости проводника на квадрат напряженности  Е электрического поля.

 Формулы (3) можно применить для расчета мощности N тока, равной работе электрических сил за единицу времени:

В системе СИ мощность тока измеряется в ваттах: 1 Ватт = 1 А· 1 В.

Нагревание проводника током в одних случаях является нежелательным явлением и с ним активно борются, а в других наоборот – полезным явлением. К нежелательным тепловым явлениям относят явлениям потери электрической энергии в линиях электропередач, разрушение изоляции проводов и кабелей из-за перегрева. Также во многих случаях теплота, выделяемая электрическим током при прохождении через проводник успешно используется технике (бытовые электронагревательные приборы, электропечи в промышленности).

Закон Джоуля — Ленца. Основные формулы и применение в быту

Автор newwebpower На чтение 7 мин. Просмотров 49 Опубликовано Обновлено

Джеймс Прескотт Джоуль (слева) и Эмилий Христианович Ленц (справа)

Электрические нагреватели всевозможных типов используются человечеством уже столетия, благодаря свойству электрического тока выделять тепло при прохождении через проводник. У этого явления есть и негативный фактор – перегретая электропроводка из-за слишком большого тока часто становилась причиной короткого замыкания и возникновения пожаров. Выделение тепла от работы электрического тока изучалось в школьном курсе физики, но многие позабыли эти знания.

Впервые зависимость выделения теплоты от силы электрического тока была сформулирована и математически определена Джеймсом Джоулем в 1841 году, и чуть позже, в 1842 г., независимо от него, Эмилем Ленцем. В честь этих физиков и был назван закон Джоуля-Ленца, по которому рассчитывают мощность электронагревателей и потери на тепловыделение в линиях электропередач.

Определение закона Джоуля – Ленца

В словесном определении, согласно исследований Джоуля и Ленца закон звучит так:

Количество теплоты, выделяемой в определенном объеме проводника при протекании электрического тока прямо пропорционально умножению плотности электрического тока и величины напряженности электрического поля

В виде формулы данный закон выглядит следующим образом:

Выражение закона Джоуля — Ленца

Поскольку описанные выше параметры редко применяются в обыденной жизни, и, учитывая, что почти все бытовые расчеты выделения теплоты от работы электрического тока касаются тонких проводников (кабели, провода, нити накаливания, шнуры питания, токопроводящие дорожки на плате и т. п.), используют закон Джоуля Ленца с формулой, представленной в интегральном виде:

Интегральная форма закона

В словесном определении закон Джоуля Ленца звучит так:

Словесное определение закона Джоуля — Ленца

Если принять, что сила тока и сопротивление проводника не меняется в течение времени, то закон Джоуля — Ленца можно записать в упрощенном виде:

Применив закон Ома и алгебраические преобразования, получаем приведенные ниже эквивалентные формулы:

Эквивалентные выражения теплоты согласно закона Ома

Применение и практическое значение закона Джоуля – Ленца

Исследования Джоуля и Ленца в области тепловыделения от работы электрического тока существенно продвинули научное понимание физических процессов, а выведенные основные формулы не претерпели изменений и используются по сей день в различных отраслях науки и техники. В сфере электротехники можно выделить несколько технических задач, где количество выделяемой при протекании тока теплоты имеет критически важное

значение при расчете таких параметров:

  • теплопотери в линиях электропередач;
  • характеристики проводов сетей электропроводки;
  • тепловая мощность (количество теплоты) электронагревателей;
  • температура срабатывания автоматических выключателей;
  • температура плавления плавких предохранителей;
  • тепловыделение различных электротехнических аппаратов и элементов радиотехники.
Электроприборы, в которых используется тепловая работа тока

Тепловое действие электрического тока в проводах линий электропередач (ЛЭП) является нежелательным из-за существенных потерь электроэнергии на тепловыделение.

По различным данным в линиях электропередач теряется до 40% всей производимой электрической энергии в мире. Для уменьшения потерь при передаче электроэнергии на большие расстояния, поднимают напряжение в ЛЭП, производя расчеты по производным формулам закона Джоуля – Ленца.

Диаграмма всевозможных потерь электроэнергии, среди которых теплопотери на воздушных линиях составляют львиную долю (64%)

Очень упрощенно тепловую работу тока можно описать следующим образом: двигаются электроны между молекулами, и время от времени сталкиваются с ними, отчего их тепловые колебания становятся более интенсивными. Наглядная демонстрация тепловой работы тока и ассоциативные пояснения процессов показаны на видео ниже:


Расчеты потерь электроэнергии в линиях электропередач

В качестве примера можно взять гипотетический участок линии электропередач от электростанции до трансформаторной подстанции. Поскольку провода ЛЭП и потребитель электроэнергии (трансформаторная подстанция) соединены

последовательно, то через них течет один и тот же ток I. Согласно рассматриваемому тут закону Джоуля – Ленца количество выделяемой на проводах теплоты Qw (теплопотерь) рассчитывается по формуле:

Производимая электрическим током мощность (Qc) в нагрузке рассчитывается согласно закону Ома:

Таким образом, при равенстве токов, в первую формулу можно вставить вместо I выражение Qc/Uc, поскольку I = Qc/Uc:

Если проигнорировать зависимость сопротивления проводников от изменения температуры, то можно считать Rw неизменным (константой). Таким образом, при стабильном энергопотреблении потребителя (трансформаторной подстанции), тепловыделение в проводах ЛЭП будет обратно пропорционально квадрату напряжения в конечной точке линии. Другими словами, чем больше напряжение электропередачи, тем меньше потери электроэнергии.

Для передачи электроэнергии высокого напряжения требуются большие опоры ЛЭП

Работа закона Джоуля – Ленца в быту

Данные расчеты справедливы также и в быту при передаче электроэнергии на малые расстояния – например, от ветрогенератора до инвертора. При автономном энергоснабжении ценится каждый Ватт выработанной низковольтным ветряком энергии, и возможно, будет выгодней поднять напряжение трансформатором  прямо у ветрогенератора, чем тратиться на большое сечение кабеля, чтобы уменьшить потери электроэнергии при передаче.

При значительном удалении низковольтного ветрогенератора переменного тока для уменьшения потерь электроэнергии будет выгодней подключение через повышающий трансформатор

В бытовых сетях электропроводки расстояния крайне малы, чтобы уменьшения тепловых потерь поднимать напряжение, поэтому при расчете проводки учитывается тепловая работа тока, согласно закону Джоуля – Ленца при выборе поперечного сечения проводов, чтобы их тепловой нагрев не привел к оплавлению и возгоранию изоляции и окружающих материалов. Выбор кабеля по мощности и расчеты сечения электропроводки проводятся согласно таблиц и нормативных документов ПУЭ, и подробно описаны на других страницах данного ресурса.

Соотношения силы тока и поперечного сечения проводников

При расчете температуры нагрева радиотехнических элементов, биметаллической пластины автоматического выключателя или плавкого предохранителя используется закон Джоуля – Ленца в интегральной форме, так как при росте температуры изменяется сопротивление данных материалов. При данных сложных расчетах также учитываются теплоотдача, нагрев от других источников тепла, собственная теплоемкость и множество других факторов.

Программное моделирование тепловыделения полупроводникового прибора

Полезная тепловая работа электрического тока

Тепловыделяющая работа электрического тока широко применяется в электронагревателях, в которых используется последовательное соединение проводников с различным сопротивлением. Данный принцип работает следующим образом: в соединенных последовательно проводниках течет одинаковый ток, значит, согласно закону Джоуля – Ленца, тепла выделится больше у материала проводника с большим сопротивлением.

Спираль с повышенным сопротивлением накаляется, но питающие провода остаются холодными

Таким образом, шнур питания и подводящие провода электроплитки остаются относительно холодными, в то время как нагревательный элемент нагревается до температуры красного свечения. В качестве материала для проводников нагревательных элементов используются сплавы с повышенным (относительно меди и алюминия электропроводки) удельным сопротивлением — нихром, константан, вольфрам и другие.

Нить лампы накаливания изготовляют из тугоплавких вольфрамовых сплавов

При параллельном соединении проводников тепловыделение будет больше на нагревательном элементе с меньшим сопротивлением, так как при его уменьшении возрастает ток относительного соседнего компонента цепи. В качестве примера можно привести очевидный пример свечения двух лампочек накаливания различной мощности – у более мощной лампы тепловыделение и световой поток больше.

Если прозвонить омметром лампочки, то окажется, что у более мощной лампы сопротивление меньше. На видео ниже автор демонстрирует последовательное и параллельное подключение, но к сожалению, он ошибся в комментарии — будет ярче светить лампа с большим сопротивлением, а не наоборот.


 

7.1. Оборачиваемость электрической и тепловой энергии. Закон Джоуля-Ленца

7.1. Оборачиваемость электрической и тепловой энергии. Закон Джоуля-Ленца

Многочисленные опыты, проведенные в конце XVIII – начале XIX века, позволили не только установить основные свойства и законы электричества, но и сформулировать эпохальный по своей значимости вывод об эквивалентности между теплотой и механической работой: работа, или, как впоследствии стали формулировать, «энергия», никогда не теряется, а лишь переходит из одного вида в другой. Этот вывод, получивший впоследствии название закона сохранения и превращения энергии (см. подраздел 1.2), и заключался в том, что теплоту можно обратить в механическую работу и наоборот и что из определенного количества теплоты можно получить только определенное количество механической работы. Можно привести тысячи примеров, когда с помощью этого закона нашли свое объективное толкование результаты опытов в различных областях естествознания.

Основными положениями закона сохранения энергии воспользовались и электротехники при определении, например, количества тепловой энергии, выделяющегося в гальванической батарее вследствие химической реакции и превращающегося впоследствии в электрическую энергию. Однако особенность электрической энергии состоит в том, что само по себе электричество неприменимо. Человечество не может использовать его непосредственно подобно тому, как оно согревается теплотой, видит благодаря свету и т.п. Можно пользоваться только действием электрического тока, при котором электричество переходит в другие формы энергии.

Одним из первых глубоко исследовал свойства электрического тока в 1801–1802 годах петербургский академик В.В. Петров (1761– 1834), который провел множество экспериментов по изучению неизвестных в то время законов электрического тока. Изучив работы своих предшественников, Петров пришел к выводу, что более полное и всестороннее исследование электрического тока возможно лишь с помощью крупных гальванических батарей, действие которых будет более интенсивным и легче наблюдаемым. Для своих опытов Петров построил самую крупную в мире в те годы батарею из 4200 медных и цинковых кружков, уложенных в четырех деревянных ящиках, и получил от нее электродвижущую силу около 1700 вольт. Благодаря «лежачей» конструкции тяжелые металлические кружки не выдавливали жидкости, которой пропитывались бумажные кружки, разделяющие цинковые и медные элементы. Для изоляции он покрыл внутренние стенки ящиков сургучным лаком. Общая длина батареи составила 12 м. Все это позволило ему построить «огромную наипаче» батарею, которой не знал ещё мир. Уже в 1801 году он нашел зависимость силы тока от поперечного сечения проводника, в то время как немецкий физик Ом, работавший над этими проблемами, опубликовал результаты своих опытов только в 1827 году. Очень скоро им было замечено, что при прохождении электрического тока по проводнику последний нагревается.

В своих работах В.В. Петров описывает опыты по электролизу растительных масел, в результате которых он обнаружил высокие электроизоляционные свойства этих масел. Позднее масла получили широкое применение в качестве электроизоляционного материала. Желая продемонстрировать явление электролиза одновременно в нескольких трубках с водой, Петров впервые применил параллельное соединение приемников электрического тока. Работы этого выдающегося ученого установили возможность практического использования электрического тока для нагревания проводников.

Эмилий Христианович Ленц (1804–1865) – известный российский физик и электротехник, академик Петербургской академии наук, ректор Петербургского университета – родился в Дерпте (ныне Тарту, Эстония) в семье чиновника. После второго курса Дерптского университета отправился в 1823 году в трехлетнее кругосветное плавание. С помощью сконструированных им приборов (глубометра и батометра) занимался физическими исследованиями в водах Берингова пролива, Тихого и Индийского океанов, установил происхождение теплых и холодных морских течений, открыл закон океанических циркуляций. В 1829 г. принял участие в экспедиции на Кавказ, где проводил магнитные, термометрические и барометрические измерения в горных районах Кавказа и на побережье Каспийского моря. В 1830 году был назначен экстраординарным профессором и директором физического кабинета при Петербургской АН, в 1836 г. возглавил кафедру физики в Петербургском университете, а в 1863 г. стал ректором этого университета. Основные его работы посвящены электромагнетизму, вопросам теории и практического применения электричества, исследования в области которого Ленц начал в 1831 году в лаборатории первого русского электротехника – академика В.В. Петрова. Ленц стоял у истоков первой в России школы физиков-электротехников, последователями которой стали А. С. Попов, Ф.Ф. Петрушевский, В.Ф. Миткевич и др.

Зависимость количества выделяемой теплоты от силы тока изучали английский физик Джеймс Джоуль и русский физик Эмилий Ленц. Они пропускали ток по спирали, помещенной в калориметр с водой. Через некоторое время вода нагревалась. По её температуре легко было вычислить количество выделившейся теплоты. Из проведенных опытов практически одновременно Джоуль и Ленц пришли к выводу, что при прохождении гальванического тока I по проводнику, обладающему определенным сопротивлением R, в течение времени t совершается работа А :

А = I 2 Rt,

проявляющаяся в виде выделившейся теплоты.

Этот важнейший вывод обратимости электрической и тепловой энергии, теоретически обоснованный Уильямом Томсоном, получил название закона Джоуля–Ленца, а именем Джоуля названа единица механической работы в системе СИ.

Комбинируя проводники различного сопротивления, включенные последовательно в общую цепь, можно добиться концентрированного выделения большого количества теплоты на малом участке проводника с большим сопротивлением. На таком концентрировании выделения теплоты были основаны все первоначальные опыты превращения энергии электрического тока в тепловую и даже в световую энергию.

Всю свою жизнь В.В. Петров – член двух академий – прожил скромно и незаметно. 41 год он проработал в Медико-хирургической академии. За это время он провел много физических опытов, написал три книги и учебник по физике, которым пользовались в гимназиях всей России. Книги и научные статьи Петров писал на русском языке, чтобы их читало как можно больше людей, хотя в то время научные работы было принято писать на латыни. Он писал: «Я надеюсь, что просвещенные и беспристрастные физики по крайней мере некогда согласятся отдать трудам моим ту справедливость, которую важность сих последних опытов заслуживает».

 

Закон Джоуля — Ленца

                                     

1. Определение.

(Definition)

В словесной формулировке выглядит следующим образом:

Мощность тепла, выделяемого в единице объема среды при протекании постоянного электрического тока, равная произведению плотности тока на величину электрического поля. {2}t / R\ =IUt.}

Закон Джоуля-Ленца | Физика. Закон, формула, лекция, шпаргалка, шпора, доклад, ГДЗ, решебник, конспект, кратко

Особенно тщательные исследования бы­ли выполнены для установления количества теплоты, которое выделяется в проводниках при прохождении тока. Английский физик Джеймс Прескотт Джоуль (1818—1889) в 1841 г. и независимо от него русский физик Эмилий Христианович Ленц (1804—1865) в 1842 г. установили, что

количество теплоты, выделяющееся в проводнике при прохож­дении в нем тока, пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и вре­мени прохождения тока:

Q = I2RΔt.

Этот вывод в науке получил название закона Джоуля-Ленца, а полученная форму­ла является его математическим выражением.

В наиболее общем виде закон Джоуля-Ленца можно получить, если установить, какая энергия выделяется в единице объема проводника за единицу времени (плотность тепловой мощности):

w = Q / VΔt.

Джоуль Джеймс Прескотт
Ленц Эмилий Христианович

Джоуль Джеймс Прескотт (1818 — 1889) — английский физик, член Лондонского королевского общества с 1859 г. По­лучил домашнее образование; первые уроки по физике с ним провел Джон Дальтон. Написал выдающиеся работы по теплоте и электромагнетизму, один из первооткрывателей закона сохране­ния энергии, в 1841 г. (независимо от Э. X. Ленца) открыл закон, который называется законом Джоуля—Ленца.

Ленц Эмилий Христианович (1804 — 1865) — русский физик, член Петербург­ской АН с 1830 г. Учился в Дерптском университете, а в 1836 г. возглавил ка­федру физики и физической географии Петербургского университета, с 1840 г. — декан физико-математического факульте­та, а с 1863 г. — ректор. Преподавал также в морском корпусе, Михайловской артил­лерийской академии, педагогическом ин­ституте. В 1833 г. установил правило для определения направления индукционного тока (закон Ленца), а в 1842 г. (независимо от Джоуля) — закон теплового действия электрического тока.

Необходимо величины, характеризующие проводник и электрическое поле в нем в целом (сопротивление проводника R, силу тока в нем I), выразить через величины, характеризующие вещество проводника в каж­дой его точке (удельное сопротивление или удельная электропроводимость — ρ или σ) и электрическое поле в каждой точке про­водника (напряженность поля E).

Рис. 5.15. Проводник с током

Рассмотрим проводник (рис. 5.15) дли­ной l, площадью поперечного сечения S, удельное сопротивление которого ρ (удель­ная электропроводимость σ), в котором су­ществует ток силой I.

Сопротивление такого проводника R = ρ • l / S, объем — V = S • l, сила тока I = j • S, где j — плотность тока, определяющаяся через на­пряженность электрического поля E: Материал с сайта http://worldofschool.ru

j = σE или j = (1 / ρ) • E.

Подставляем необходимые данные в фор­мулу для определения плотности тепловой мощности w.

w = Q / VΔt = σ2E2S2lΔt / SlSΔtσ = σE2.

w = σE2 или w = (1 / ρ) • E2.

В этом случае закон Джоуля-Ленца фор­мулируется так:

плотность тепловой мощнос­ти в проводнике с током равна произведению удельной электропроводимости вещества про­водника на квадрат напряженности электри­ческого поля проводника в данной точке.

На этой странице материал по темам:
  • Краткий доклад о ленце по физике

  • Доклад про джоуля ленца физика

  • Закон джоуля ленца доклад кратко

  • Закон джоуля ленца кратко

  • Реферат на тему закон джоуля ленца

Вопросы по этому материалу:
  • Сформулируйте закон Джоуля-Ленца?

  • Что такое плотность тепловой мощности в проводнике?

  • Как формулируется закон Джоуля-Ленца через удельную элект­ропроводимость (или удельное сопротивление) проводника и напряженность электрического поля в каждой точке провод­ника с током?

Закон Джоуля-Ленца. Физика, 8 класс: уроки, тесты, задания.

1. Приборы на основе теплового действия тока

Сложность: лёгкое

1
2. Закон Джоуля—Ленца— формула

Сложность: лёгкое

1
3. Закон Джоуля—Ленца — определение

Сложность: лёгкое

1
4. Закон Джоуля—Ленца — физические величины

Сложность: лёгкое

1
5. Анализ величин, входящих в закон Джоуля — Ленца.

Сложность: среднее

2
6. Сравнение количества теплоты, выделяемого в последовательно соединенных проводниках

Сложность: среднее

1
7. Расчет количества теплоты в нагревательном элементе чайника

Сложность: среднее

2
8. Расчет количества теплоты в нити накаливания лампы

Сложность: среднее

2
9. Расчет количества теплоты, выделяемой реостатом

Сложность: среднее

2
10. Время работы чайника

Сложность: среднее

1
11. Сила тока в подводящих проводах

Сложность: среднее

1
12. Сопротивление паяльника

Сложность: среднее

1
13. Сила тока в спирали электроплитки

Сложность: среднее

1
14. Сопротивление нагревательного элемента мультиварки

Сложность: среднее

1
15. Напряжение, к которому подключен фен

Сложность: среднее

1
16. Время работы электровафельницы

Сложность: среднее

2
17. Количество теплоты, выделяемое нагревательными элементами

Сложность: сложное

1
18. Различные схемы соединения резисторов

Сложность: сложное

2
19. Количество теплоты, выделяемое нагревательными элементами

Сложность: сложное

1
20. Реостат в цепи

Сложность: сложное

5
21. Коэффициент полезного действия утюга

Сложность: сложное

1
22. Сила тока в спирали плитки

Сложность: сложное

1
23. Коэффициент полезного действия

Сложность: сложное

1
24. Работа с формулой закона Джоуля — Ленца

Сложность: лёгкое

4
Мощность

— Закон Джоуля – Ленца .. Забытая история?

Закрыт . Этот вопрос основан на мнении. В настоящее время он не принимает ответы.

Хотите улучшить этот вопрос? Обновите вопрос, чтобы на него можно было ответить с помощью фактов и цитат, отредактировав это сообщение.

Закрыт 3 года назад.

Мы все или должны быть очень хорошо знакомы с этим рисунком.

Это, конечно, магический треугольник, символизирующий закон Ома.

Мы все должны быть хорошо знакомы с подобным треугольником власти.

Что мне любопытно, так это то, что все мы сразу узнаем закон Ома и говорим о нем, но мне интересно, сколько именно из нас знает, кто отвечает за треугольник власти.

Даже такие красивые учебные страницы, как эта, бойко рассказывают о законе Ома, а затем переходят в треугольник власти, как будто он каким-то образом является его частью. Фактические создатели никогда не упоминаются.

На самом деле закон P = IV является результатом нагрева Джоуля, первого закона Джоуля, также известного как закон Джоуля – Ленца, независимо открытого Джеймсом Прескоттом Джоулем и Эмилем Ленцем в 1842 году.

Почему Георгу Ому уделяется столько внимания, в то время как Джоуль и Ленц с законом, который, на мой взгляд, не менее важен, чем закон Ома, отодвинуты на задний план?

Стоит задаться вопросом, кто с кем спал, чтобы его узнали или забыли.

Я понимаю, что это похоже на вопрос для обсуждения, но я действительно хочу знать, есть ли какая-то причина не называть это тем, что есть. Я понимаю, что Первый закон Джоуля — это гораздо более обширная работа, чем просто электрическое нагревание. Возможно, проблема в этом.

Без каких-либо оснований для обратного, я собираюсь сделать своей миссией использование указанного имени для формулы в будущем, как, возможно, и все мы.

PS: Интересно, что тега здесь тоже нет.Ленца даже нет, и единственное упоминание, которое получает Джоуль, — это «Джоуль-вор» …. вздох

PPS: Закон Ома был опубликован в 1827 году, интересно, как они выяснили, какого размера резисторы должны быть за прошедшие 15 лет …

Закон нагрева Джоуля | Electrical4U

Когда ток течет по электрической цепи, столкновение между электронами и атомами провода вызывает выделение тепла. Сколько тепла выделяется при протекании тока по проводу и от каких условий и параметров зависит выделение тепла? Джеймс Прескотт Джоуль, английский физик, придумал формулу, которая точно объясняет это явление. Это известно как закон Джоуля .

Что такое закон нагрева Джоуля

Тепло, которое выделяется из-за протекания тока в электрическом проводе, выражается в джоулях. Теперь математическое представление и объяснение закона Джоуля дается следующим образом.

  1. Количество тепла, производимого в токопроводящем проводе, пропорционально квадрату количества тока, протекающего через провод, когда электрическое сопротивление провода и время протекания тока постоянны.
  2. Количество выделяемого тепла пропорционально электрическому сопротивлению провода, когда ток в проводе и время протекания тока постоянны.
  3. Тепло, выделяемое из-за протекания тока, пропорционально времени протекания тока, когда электрическое сопротивление и величина тока постоянны.

Когда эти три условия объединяются, результирующая формула выглядит так:

Здесь «H» — это тепло, выделяемое в Джоулях, «i» — ток, протекающий по проводящему проводу в амперах, а «t» — это время в секундах. В уравнении четыре переменные. Когда известны какие-либо три из них, можно вычислить еще один. Здесь «J» — постоянная величина, известная как механический эквивалент тепла Джоуля. Механический эквивалент тепла можно определить как количество рабочих единиц, которые при полном преобразовании в тепло дают одну единицу тепла. Очевидно, что значение J будет зависеть от выбора единиц работы и тепла. Было обнаружено, что J = 4,2 джоуля / кал (1 джоуль = 10 7 эрг) = 1400 фут-фунт / CHU = 778 фут.фунты / B Th U. Следует отметить, что приведенные выше значения не очень точны, но их достаточно для общей работы.

Теперь, согласно закону Джоуля, I 2 Rt = работа, выполненная электрически в джоулях, когда ток в 1 амперах поддерживается через резистор сопротивлением R Ом в течение t секунд.

Удалив по очереди I и R в приведенном выше выражении с помощью закона Ома, мы получим альтернативные формы как.

Закон Джоуля — Пояснение к видео

Если вы предпочитаете видеообъяснение, мы подробно обсудим закон Джоуля на видео ниже.

Закон Джоуля — эффект Джоуля или эффект нагрева тока

Закон Джоуля — эффект Джоуля или эффект нагрева тока и его приложения

Английский физик Джеймс Прескотт Джоуль открыл закон Джоуля (также известный как Эффект Джоэля, закон Джоуля-Ленца или первый закон Джоуля) в 1840-43 гг., Который показывает связь между током, теплотой и сопротивлением в определенное время, т.е. когда ток течет через материал, он выделяет в нем тепло.

Закон Джоуля

Закон Джоуля гласит, что «если через резистор« R »протекает ток« I »в течение« t »секунд, то объем выполненной работы (преобразование электрической энергии в тепловую) равен равно

Выполненная работа = Нагрев = I 2 Rt… Джоулей

или

WD = Тепло = VIt… Джоули… (∴ R = V / I)

или

WD = Нагрев = Wt… Джоули… (∴ W = VI)

или

WD = Тепло = V 2 т / R… Джоули… (∴ I = V / R)

Выполненная работа — это количество тепловой энергии, преобразованной из электричества, которое рассеивается в воздухе. В этом случае количество произведенного тепла можно рассчитать, используя следующие формулы и уравнения.

Количество произведенного тепла = H = выполненная работа / Механический эквивалент тепла = WD / J

Где:

  • J = 4187 джоулей / ккал = 4200 джоулей / ккал (прибл.)
  • ∴ H = I 2 Rt / 4200 ккал = VIt / 4200 ккал = Wt / 4200 ккал = V 2 т / 4200 ккал

Одна килокалория (ккал) — это количество тепла, необходимое для повышения температуры на один килограмм (кг ) воды на один градус по Цельсию (1 ° C).

Похожие сообщения

Эффект нагрева от тока

Почти все мы испытали, что когда ток течет по проводнику или кабелю и проводу, он позже нагревается. Причина этой сцены в том, что когда ток течет через проводник, приложенная электрическая энергия преобразуется в тепловую, что увеличивает температуру проводника.

Мы знаем, что поток электронов в веществе известен как электрический ток. Дрейфующие электроны в веществе сталкиваются друг с другом и с электронами атомов молекул вещества.Столкновение электронов производит тепло. Вот почему при прохождении электрического тока в веществе выделяется тепло. Этот эффект известен как эффект нагрева от тока.

Тепло, выделяемое электрическим током, зависит от силы тока и материала этого вещества. Например,

Электрический ток выделяет больше тепла в изоляторах (тех материалах, которые сильно препятствуют протеканию в нем тока, например, вольфрам, нихром), в то время как количество тепла, выделяемого протекающим током в проводниках (тех материалах, в которых ток течет очень легко из-за к меньшему или почти незначительному сопротивлению e.грамм. золото, медь, алюминий) меньше, чем у изоляторов).

Похожие сообщения:

Почему элемент обогревателя светится от тепла, а не шнур обогревателя?

Как правило, нагревательный элемент обогревателей состоит из нихрома, который имеет очень высокое сопротивление. Когда к нагревательному элементу через провод подается напряжение питания, материал сильно противодействует потоку электронов в нем. Из-за дрейфа электронов внутри нагревающего материала электроны сталкиваются с электронами в атомах материала.Это непрерывное столкновение электронов нагревает и зажигает нагревательный элемент, который дополнительно обеспечивает тепловую энергию. Проще говоря, нагревательный элемент из нихрома преобразует электрическую энергию в тепловую. Весь этот процесс известен как эффект нагрева от тока.

С другой стороны, шнур, подключенный к нагревателю, сделан из проводника, по которому легко протекает ток без заметного сопротивления. Поэтому светится только нагревательный элемент, а не кабель нагревателя.

Похожие сообщения:

Решенный пример закона Джоуля нагревания Эффект тока

Пример:

Электрический нагреватель содержит 1,6 кг воды при 20 ° C. Для повышения температуры до 100 ° C требуется 12 минут. Примем потери из-за излучения и нагрева чайника равными 10 кг калорий. Найдите номинальную мощность обогревателя.

Раствор

Тепло, необходимое для повышения температуры 1,6 кг воды до точки кипения = 1,6 x 100 x 1 x (100-20) кал.

= 128000 кал.

Потери тепла = 10 x 1000 = 10000 кал.

Всего тепла = 128000) + 10000 = 138000 кал.

Итак, произведенное тепло = Wt = (W x 12 x 60) / 4,2 кал.

Выработанное тепло = тепло, забираемое нагревателем, т.е.

= (Ш x 12 x 60) /4,2 = 138000

Вт = (138000 x 4,2) /) 12 x 60)

W = 805 Вт = 0,8 кВт

Применение эффекта Джоуля или теплового эффекта тока

Закон Джоуля или теплового эффекта электрического тока используются во многих домашних и промышленных приложениях.Ниже представлены приборы и устройства, использующие воздействие электрического тока.

  • Электрические обогреватели, плиты, водонагреватели и нагревательные элементы
  • Электрический утюг для одежды
  • Электрическая плита
  • Электросварка
  • Пищевая промышленность
  • Нить накаливания и лампочки
  • Инфракрасное тепловидение (Инфракрасная термография (IRT) ) лампочки
  • Катушки сопротивления, обогреватель помещения (электрический радиатор), погружные обогреватели PTC обогреватели, патронные обогреватели и тепловентиляторы
  • Фены
  • Паяльник
  • Предохранители и плавкие элементы

Помимо этих полезных приложений Из-за теплового воздействия тока, есть некоторые недостатки, такие как потеря электроэнергии (I 2 R) в линиях электропередачи и передачи HVAC (переменный ток высокого напряжения) из-за того, что существует некоторое сопротивление линий электропередачи материал. Более того, это приводит к серьезным проблемам с нагревом в электрических машинах и устройствах, таких как трансформатор, генератор, двигатели и т. Д.

Кроме того, термический КПД или эффективность нагрева тока вообще не могут использоваться, потому что есть некоторые потери тепла из-за излучение (передача тепла в виде волн нагрева) и конвекция (движение молекул в материале, используемом для передачи тепла).

Похожие сообщения:

(PDF) Квантовые аспекты закона Джоуля-Ленца

S.Ольшевский

период времени T электромагнитной волны, возникшей в результате перехода.

В качестве приложения теории были вычислены и сопоставлены классические и квантовые скорости излучения энергии в двух системах (гармонический осциллятор

и атом водорода), взятых в качестве примеров.

Ссылки

[1] Planck, M. (1910) Acht Vorlesungen ueber Theoretische Physik. Verlag S. Hirzel, Лейпциг.

[2] Эйнштейн, А. (1917) Physikalische Zeitschrift, 18, 121.

[3] Ван дер Варден Б. (1968) Источники квантовой механики. Дувр, Нью-Йорк.

[4] Шифф Л. И. (1968) Квантовая механика. 3-е издание, Макгроу-Хилл, Нью-Йорк.

[5] Слейтер Дж. К. (1960) Квантовая теория атомной структуры. Макгроу-Хилл, Нью-Йорк.

[6] Бете Х. и Джеки Р. (1969) Промежуточная квантовая механика. Бенджамин, Нью-Йорк.

[7] Ласс, Х. (1950) Векторный и тензорный анализ. Макгроу-Хилл, Нью-Йорк.

[8] Матвеев А.Н. (1964) Электродинамика и теория относительности. Изд. Wyzszaja Szkola, Москва.

[9] Гейзенберг В. (1927) Zeitschrift fuer Physik, 43, 172–198.

http://dx.doi.org/10.1007/BF01397280

[10] Зоммерфельд А. (1939) Atombau und Spektrallinien, Vol. 2. 2-е издание, Vieweg, Брауншвейг.

[11] Tomonaga, S.-I. (1962) Квантовая механика. Interscience, Нью-Йорк.

[12] Шоммерс В. (1989) Пространство-время и квантовые явления.В: Schommers, W., Ed., Quantum Theory and Pictures

of Reality, Springer, Berlin, 217-277. http://dx.doi.org/10.1007/978-3-642-95570-9_5 ​​

[13] Бунге М. (1970) Canadian Journal of Physics, 48, 1410-1411. http://dx.doi.org/10.1139/p70-172

[14] Олкок, Г.Р. (1969) Annals of Physics, 53, 253-285. http://dx.doi.org/10.1016/0003-4916(69)

-6

[15] Айзекс А. (1990) Краткий физический словарь. Издательство Оксфордского университета, Оксфорд.

[16] Вайнберг, С.(2013) Лекции по квантовой механике. Издательство Кембриджского университета, Кембридж.

[17] Джаммер М. (1966) Концептуальное развитие квантовой механики. Макгроу-Хилл, Нью-Йорк.

[18] Ruark, A.E. (1928) Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 14, 322-328.

http://dx.doi.org/10.1073/pnas.14.4.322

[19] Флинт, H.E. (1928) Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 117, 630-

637.http://dx.doi.org/10.1098/rspa.1928.0025

[20] Флинт, H.E. и Ричардсон, О. (1928) Труды Королевского общества A: математика, физика и инженерия

Sciences, 117, 637-649. http://dx.doi.org/10.1098/rspa.1928.0026

[21] Ольшевский С. (2011) Журнал современной физики, 2, 1305-1309. http://dx.doi.org/10.4236/jmp.2011.211161

[22] Ольшевский С. (2012) Journal of Modern Physics, 3, 217-220. http://dx.doi.org/10.4236/jmp.2012.33030

[23] Ольшевский, С.(2012) Quantum Matter, 1, 127-133. http://dx.doi.org/10.1166/qm.2012.1010

[24] Ольшевский С. (2014) Journal of Modern Physics, 5, 1264-1271. http://dx.doi.org/10.4236/jmp.2014.514127

[25] Ольшевский С. (2014) Журнал современной физики, 5, 2022-2029. http://dx.doi.org/10.4236/jmp.2014.518198

[26] Ольшевский С. (2014) Журнал современной физики, 5, 2030-2040. http://dx.doi.org/10.4236/jmp.2014.518199

[27] Зоммерфельд А. (1931) Atombau und Spekrallinien.5-е издание, т. 1, Vieweg, Брауншвейг.

[28] Гриффитс, Д.Дж. (1999) Введение в электродинамику. 3-е издание, Prentice Hall, Upper Saddle River.

[29] Макдональд А.Х. (1989) Квантовый эффект Холла. Перспектива. Клувер, Милан.

http://dx.doi.org/10.1007/978-94-010-9709-3

[30] Ольшевский С. (2015) Журнал современной физики, 6, 1277-1288. http://dx.doi.org/10.4236/jmp.2015.69133

[31] Слейтер Дж. К. (1967) Квантовая теория молекул и твердых тел, Vol.3, Макгроу-Хилл, Нью-Йорк.

[32] Роуз М.Е. (1961) Теория релятивистского электрона. Вили, Нью-Йорк.

[33] Айринг, Х., Уолтер, Дж. И Кимбалл, Г.Е. (1957) Квантовая химия. Вили, Нью-Йорк.

[34] Зоммерфельд А. (1949) Mechanik. 4-е издание, Akademische Verlagsgesellschaft, Лейпциг.

[35] Landau, L.D. и Лифшиц Е.М. (1969) Механика. Электродинамика. Изд. Наука, Москва.

[36] Борн М. (1933) Оптик. Спрингер, Берлин.http://dx.doi.org/10.1007/978-3-642-99599-6

[37] Ладенбург Р. (1921) Zeitschrift für Physik, 4, 451-468. http://dx.doi.org/10.1007/BF01331244

Калькулятор закона Ленца

Закон Фарадея. Формула закона Ампера Закон Ампера позволяет нам рассчитывать магнитные поля на основе соотношения между электрическими токами, которые генерируют эти магнитные поля. Как видно на рис. 1 (b), уровень освещенности увеличивается, так как увеличивается закрытая площадь. Вывод закона Фарадея Вселенная любит симметрию, и в уравнениях Максвелла ее много.- Если петля — хороший проводник, я предложил представить, как… Ленц был тем парнем, который понял минус. Калькулятор объектива вычисляет поле зрения, фокусное расстояние или расстояние до объекта, задав два других свойства. Мы знаем, что электрический ток порождает магнитное поле, но благодаря Фаради мы также знаем, что магнитное поле внутри петли порождает электрический ток. Величина зависит от сопротивления цепи. Как получить 40000 вольт на свече зажигания в автомобиле, если для начала у вас всего 12 вольт постоянного тока? Закон Ленца и реакция на изменение потока. Закон Ленца определяет только направление индуцированного тока.Закон Фарадея дает формулу для напряжения, индуцируемого в катушке с проволокой, как функции скорости изменения магнитного потока, проходящего через замкнутую область катушки. Уравнение [2] известно как закон Ленца. Чтобы определить направление индуцированного поля, направление тока и полярность наведенной ЭДС, мы применяем закон Ленца, как это объясняется в Законе индукции Фарадея: Закон Ленца. Джоулев нагрев, также известный как резистивный, резистивный или омический нагрев, — это процесс, при котором прохождение электрического тока через проводник производит тепло.. Первый закон Джоуля, также известный как закон Джоуля-Ленца, гласит, что мощность нагрева, создаваемая электрическим проводником, пропорциональна произведению его сопротивления на квадрат тока: основная задача зажигания свечей зажигания для воспламенения бензина -смешивание воздуха осуществляется в соответствии с законом Фарадея.

Большое R, малое индуцированное I легче изменить поток через цепь. Закон Фарадея гласит, что абсолютная величина или величина циркуляции электрического поля E вокруг замкнутого контура равна скорости изменения магнитного потока через область, ограниченную контуром.В нем говорится, что для замкнутого пути сумма по элементам составляющей магнитного поля равна… закону Фарадея и самовоспламенению. Закон Фарадея — одно из уравнений Максвелла. Напряжение также зависит от количества витков в катушке. Приведенное ниже уравнение выражает закон Фарадея в математической форме.

Turnin ‘On The Screw Тексты песен, Python для чайников, Спрайты звездных лис, Фернандо Муслера Гол, Дочь Росомахи Актриса, Возраст Салли Стразерс, Шляпа Сейбу Льва, Акции Tesla и Spacex, Крушение авиакомпании Medview, Перки для гранатомета Destiny 2, Мастер озвучивания Ксеханорта, Подсказки 5-го класса, Откровенный документальный фильм, Мобильный чек Netspend не работает, Маленький возраст Mac, Дома праздников Показать дома на продажу, Цена акций Айвза, Thomson Reuters Datastream, Эффективен ли крав-мага, Дома на продажу в Айдахо, Пищевая ценность апельсинового сока Golden Circle, Часы с вечным календарем Високосный год О, моя дорогая, не плачь, Сколько стоит Amazon Prime UK, Кошки Mod Apk, Джеральдин Вишванатан Блокеры, Сколько игр доступно на Roblox, Вечный календарь из деревянных блоков, Солнце по-японски, Способности Силы Старкиллера, Смотреть онлайн 9 сезон The Block Season 9, Шаппи Хорсанди Тур 2020, Dw Conflict Zone — Youtube, Анализ темного города, Музыка Deep Forest, Кристаллическая фруктоза вики, Актеры Австралийского выжившего 2019, Таблица размеров мужской обуви, дюймы, Как не позволить другим вас сбить, Иск в Польше о родниковой воде, Интернет FM Radio Телугу Виджаявада, Персона 3 Геймплей, Брант Уокер республиканец, Адрес электронной почты для заключенных Nz, Хронология истории Nike, Базовые программы на Java для начинающих Pdf, Задержки в школе на сегодня, Сжатые игры для Ps3, Майл Фланаган Возраст, Джуван Ховард Шак, Центр науки Орландо Хэллоуин, Как долго длится цепочка воспоминаний Gba, Игры на выживание на острове онлайн, Темно-синие босоножки на каблуке с котенком, Классные футболки женские Великобритания, Школы округа Льюис, Карта железных дорог России, Астероиды приближаются к Земле, Элвис Креспо Youtube, Европа Погода Февраль, Открыта гора Стинс, Калорийность 3/4 стакана коричневого сахара, Forza Horizon 4 Aston Martin Dbs Superleggera, Пембрукская школа Люк Томсон, Как узнать, что вы потеряли девственность, Значение «повязка на глаза» на тамильском, Необработанные изображения Юпитера, Элвис Креспо Youtube, Темное воссоединение Читать онлайн, Как размножаться в компьютере, Fafsa Вход для родителей Забыли пароль, Дил Ке Тукде Тукде Карке Тексты, Google Profit 2019, Обед Soul Hackers, Ag Jeans 36 Inseam, Официальный сайт Egypt New Capital, Баскетбольная разминка Песни 2019 Clean Youtube, Команды пробных игр Knights Vs Roosters, Свадебный контрольный список из дробовика, Чудесная божья коровка Маринетт, Сколько зарабатывает Майк Холмс за серию, Guido Cars Wiki, Танцевальная вечеринка США,

Калькулятор закона ленца на 2020 год

8.

3. Закон Ома, Джоуля-Ленца, Видеманна-Франца, их рассмотрение на основе теории Друде-Лоренца

К концу свободного пробега электрон приобретает дополнительную кинетическую энергию, среднее значение из которых

. (8,9)

Когда столкнулся с ионом, предполагается, что электрон полностью передает полученный дополнительная энергия к кристаллической решетке.Эта энергия увеличивает внутренняя энергия металла, приводящая к его нагреву. Каждый электрон имеет в среднем столкновения 1 с, каждый раз преобразовывая энергию в решетку (8.9). Соответственно, в единице объема в единицу времени следует выделить тепло Q :

,

где n — количество электронов проводимости в единице объема, Q — удельная теплоемкость тока.

Согласно уравнению (8.8) , затем

.

Или через плотность тока: , что является законом Джоуля-Ленца.

Разрешите нам рассмотрим закон Видемана-Франца: все металлы имеют высокую термическую проводимость. Отношение теплопроводности к коэффициент проводимости примерно одинакова для всех металлов и изменяется пропорционально абсолютная температура. Таким образом, при комнатной температуре он составляет 5,8 ∙ 10 -6. Дж ∙ Ω / с ∙ C для алюминия, 6,4 ∙ 10 -6 Дж ∙ Ω / с ∙ C для меди, 7,0 ∙ 10 -6 Дж ∙ Ω / с ∙ C для свинца.

Некристаллический металлы также обладают способностью проводить тепло, но термическое проводимость металлов намного выше теплопроводности диэлектриков.Тогда можно сделать вывод, что тепло передается не кристаллической решеткой, но свободными электронами. Учитывая эти электронов как одноатомного газа, теплопроводность может быть использована для выражение кинетической теории газов:

æ =.

Лекция 9

Глава 9 Контактные и объемные разности потенциалов

9. 1. работа освобождения электронов

В электроны проводимости, обусловленные классической теорией электрического проводимость создают так называемый «электронный газ», участвуют в тепловое движение.В результате электроны проводимости удерживается внутри металла, мы утверждаем, что вблизи поверхности металла на них действуют силы, направленные внутрь металла. Электрон может покинуть поверхность металла только тогда, когда он может работа против этих сил. Эта работа называется внутренней работой функция.

Если электрон покинул поверхность металла, то он положительный заряд на его поверхности и в соответствии с законом Кулона он взаимодействует с ушедшим электроном и поворачивает его обратно.

Работа против этой силы является частью работы выхода. Самые быстрые электроны при тепловом движении может отходить от поверхности металла на несколько межмолекулярных расстояний. Таким образом, облако, которое образованный электронами. Плотность облака быстро уменьшается с расстоянием от поверхности, которая становится положительно заряженной.

Положительно заряженная металлическая поверхность и отрицательно заряженное облако образуют «конденсатор» (две руки, одна из которых заряжена положительно, а другая — отрицательный).Поле будет по центру между «оболочкой». Вне него не будет электрического поля. Чтобы пройти это двойной слой, электрон должен делать работу, то есть абсолютную работа выхода, вызванная двумя вышеуказанными условиями.

Потенциал разность Δφ. Между поверхностью и облаком находится этот потенциал. разность называется потенциальным барьером. Он противостоит подъему процесс выпуска, так как определенная рабочая функция должна быть выполнена для преодолеть потенциальный барьер при выходе электронов из металл.

Если электрон внутри металла имеет кинетическую энергию Ek, он может покинуть металлическая поверхность при условии, что .

Работа функция отличается:

.

Работа функция выражается в электронвольтах (эВ). 1 эВ — энергия приобретенный электроном, который прошел разность потенциалов 1В. 1 эВ = 1В ∙ 1,6 ∙ 10-19Кл = 1,6 ∙ 10-19Дж.

В комнате температура, количество электронов, со скоростью, достаточной для уход электронов из металла очень мал, так как работа выхода металла имеет порядка нескольких электрон-вольт, а кинетическая энергия электрона определяется энергией его тепловое движение при этой температуре () :

кТ = 1.38 ∙ 10-23 (Дж / К) ∙ 300 (К) = 4,15 ∙ 10-29Дж = 0,026 эВ.

Электрон Работа выхода меди составляет 4,2 эВ, вольфрам — 4,5 эВ, литий — 2,3 эВ, платина — 6,3 эВ.

9.2 Термоэмиссия.

Термоэмиссионный Эмиссия — это явление высвобождения электронов из вещества под воздействием температуры, которая существует из-за термического энергия возбуждения. Механизм термоэлектронной эмиссии: для каждого электрон, который покидает поверхность металла, можно проиллюстрировать зависимость потенциальной энергии от термоэлектронной эмиссии (9.2).

В на электрон внутри металла не действуют никакие силы, поэтому потенциальная энергия не меняется.

Сделать полная диаграмма потенциальной энергии металла, о котором стоит упомянуть что:

-Вакуум-металл граница — потенциальный барьер;

Вт

0 х

Вт n

W F

инжир.9,1

— металл в общем случае для электрона представляется как потенциальная яма с глубина ;

— в допустимые значения потенциальной энергии электрона внутри металла представлен как очень близко расположенные дискретные уровни.

В температура T = 0 K, электроны заполняют нижний уровень потенциала ну на какой-то высший уровень. Этот уровень называется уровнем Ферми, а уровень энергия, соответствующая высшим заполненным уровням — энергия Ферми (). Таким образом, при T = 0 K энергия электрона находится в диапазоне:

.

это очевидно, что в таких условиях электрон не может покинуть металл, но если электрону дать дополнительную энергию ( например, световое облучение), чем может нарушить границу.

Этот дополнительная энергия должна быть не меньше разницы , это минимальная энергия, необходимая для высвобождения электрона из металл называется рабочей функцией:

.

При T> 0 K движение электронов более активно за счет энергии теплового возбуждения электроны перераспределяются среди населения.В некоторых случаях электроны получают от решетки дополнительную энергию, которая больше, чем работа их выпуска, и у них есть способность оставить металл. Это явление называется термоэмиссией. Энергия Ферми — это энергия, которой обладает электрон при температуре 0 К.

В явление термоэлектронной эмиссии используется в диодах. Если там есть поле в вакуумной электронной среде нагретого металла направленный от поверхности металла, он будет захватывать электроны и ток течет через вакуум.Этот ток называется термоэмиссионный.

рис.9.2

9,3 Термоэлектронное явление. Термо-ЭДС. Эффект Зеебека

рис. 9.3

Идея Эффект Зеебека проявляется в замкнутом электрическом круге, состоящем из двух различных металлов термоЭДС появляется при соединении иметь разную температуру.

Два металла называются термопарами, а ток — термоэлектрическими.

Термоэлектрический мощность (термоЭДС) бывает двух видов: контактная и объемная. Учитывать два случая.

1. Два соприкасаются проводники разного типа. В отношении контактное электронное равновесие нарушается из-за потенциальной разница в проводниках.

Для части то электроны Это является энергично благоприятный к двигаться из один проводник к еще один. Они оставаться в Закрыть контакт ко второму дирижер под затронутый заряд, который является нет компенсированный к то второй дирижер.

На контакт то двойной электронный слой формируется, которые могут рассматриваться как а плоский конденсатор атомных толщина. В процесс продолжается до того как то электрическое поле то двойной слой является повысился к такой ценность который буду не допустить дальше передача из электроны.

падение напряжения в это двойной слой является называется контакт потенциал разница. Контакт потенциал разница зависит от по температуре из контакт Т.

E k (T 1 ) E k (T 2 )

—— ——

+++ +++

инжир.9.3.

Там находятся два термопары какой контакт термоЭДС в горячий и холодный переходы. Когда прохождение классифицировать из то термопара по часовой стрелке, полный рост потенциал в перекрестки является численно равно

.

Это значение называется то контакт компонент из термоЭДС. Это это вызвано то температурная зависимость то контакт потенциал разница.

  1. Если то дирижер является с подогревом равномерно вдоль длина, баланс из электроны

дюйм громкость является сломанный и электроны поток из одна область дирижер к то Другой. Там это распределение зарядов в проводнике который Создайте ан электрическое поле. Этот процесс продолжается до того как то поле буду не быть препятствием для последующий перераспределение из электроны.

Поле интенсивность E буду быть пропорциональный к градиент из то температура из кондуктор:

,

где β — коэффициент пропорциональности, что зависит от тип дирижер. Если мы интегрировать то выражение для то напряженность поля вдоль длина, получаем разность потенциалов.

.

дюйм в случае если термопары есть два потенциала отличия:

,

.

Соответственно, то прохождение классифицировать из то термопара по часовой стрелке увеличивать то объемный компонент из потенциал:

,

.

ε об — пространственный компонент из термоЭДС. Обычно то горячей конец из провод и то средняя энергия

α 1

++++ ——-

++++ ——-

α 2

рис. 9,4

плотность из электроны проводимости является выше чем то холодный конец. Следовательно, Текущий буду поток из горячий конец к холод, в результате есть а недостаток из электроны на холодном конце и избыток на горячую.

Полный термоЭДС — является то алгебраическая сумма то контакт и масса компонент термоЭДС, пока прохождение а по часовой стрелке круг термопара

.

Лекция 10

Раздел 7. электрический ток в жидкостях

Закон Джоуля-Ленца

Эмиль Христианович Ленц (1804-1865) — русский физик.Он один из основоположников электромеханики. Его имя связано с открытием закона, определяющего направление индукционного тока, и закона, определяющего электрическое поле в проводнике с током.

Кроме того, Эмили Ленц и английский физик Джоуль, изучая тепловые эффекты тока независимо друг от друга, открыли закон, согласно которому количество тепла, выделяемого в проводнике, будет прямо пропорционально квадрату электрический ток, который проходит через проводник, его сопротивление и время, в течение которого электрический ток сохраняется в проводнике без изменений.

Этот закон получил название закона Джоуля-Ленца, его формула выглядит следующим образом:

Q = kl²Rt, (1)

где Q — количество выделяемого тепла, l — ток, R — сопротивление проводника. , t — время; величина k называется тепловым эквивалентом работы. Числовое значение этой величины зависит от выбора единиц измерения остальных величин в формуле.

Если количество тепла измеряется в калориях, ток — в амперах, сопротивление — в Омах, а время — в секундах, то k численно равно 0.24. Это означает, что ток в 1a обеспечивает в проводнике с сопротивлением 1 Ом в секунду тепловое число, равное 0,24 ккал. Исходя из этого, количество выделяемого в проводнике тепла в калориях можно рассчитать по формуле:

Q = 0,24l²Rt.

В системе единиц СИ энергия, количество тепла и работа измеряются в единицах — джоулях. Следовательно, коэффициент пропорциональности в законе Джоуля-Ленца равен единице. В этой системе формула Джоуля-Ленца имеет вид:

Q = l²Rt.(2)

Закон Джоуля-Ленца можно проверить на опыте. Ток пропускается через проволочную спираль, погруженную в жидкость, налитую в калориметр. Затем подсчитывают количество тепла, выделяемого в калориметре. Сопротивление спирали известно заранее, ток измеряется амперметром, а время — секундомером. Изменяя ток в цепи и используя разные спирали, можно проверить закон Джоуля-Ленца.

На основании закона Ома

I = U / R,

Подставляя ток в формулу (2), мы получаем новое выражение для закона Джоуля-Ленца:

Q = (U² / R) t.

Удобно использовать формулу Q = l2Rt для расчета количества тепла, выделяемого при последовательном соединении, поскольку в этом случае электрический ток во всех проводниках одинаков. Следовательно, когда несколько проводников соединены последовательно, каждому из них будет передано количество тепла, пропорциональное сопротивлению проводника. Если, например, последовательно соединить три провода одинакового размера — медь, железо и никель, то наибольшее количество тепла будет отдавать никель, так как его удельное сопротивление наибольшее, он сильнее и нагревается.

Если жилы соединить параллельно, то электрический ток в них будет разным, а напряжение на концах таких проводников будет одинаковым. Расчет количества тепла, которое будет выделяться при таком подключении, лучше проводить, используя формулу Q = (U² / R) t.

Эта формула показывает, что при параллельном подключении каждый проводник будет выделять столько тепла, сколько будет обратно пропорционально его проводимости.

Если вы соедините три провода одинаковой толщины — медь, железо и никель — параллельно друг другу и пропустите через них ток, то в медном проводе будет выделяться наибольшее количество тепла, и он будет нагреваться больше, чем другие.

Взяв за основу закон Джоуля-Ленца, произведем расчет различных электроосветительных установок, нагревательных и нагревательных электрических приборов. Также широко используется преобразование энергии электричества в тепло.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *