Закон Джоуля — Ленца определение и формулы

Знаменитый русский физик Ленц и английский физик Джоуль, проводя опыты по изучению тепловых действий электрического тока, независимо друг от друга вывели закон Джоуля-Ленца. Данный закон отражает взаимосвязь количества теплоты, выделяемого в проводнике, и электрического тока, проходящего по этому проводнику в течение определенного периода времени.

Свойства электрического тока

Когда электрический ток проходит через металлический проводник, его электроны постоянно сталкиваются с различными посторонними частицами. Это могут быть обычные нейтральные молекулы или молекулы, потерявшие электроны. Электрон в процессе движения может отщепить от нейтральной молекулы еще один электрон. В результате, его кинетическая энергия теряется, а вместо молекулы происходит образование положительного иона. В других случаях электрон, наоборот, соединиться с положительным ионом и образовать нейтральную молекулу.

В процессе столкновений электронов и молекул происходит расход энергии, в дальнейшем превращающейся в тепло. Затраты определенного количества энергии связаны со всеми движениями, во время которых приходится преодолевать сопротивление. В это время происходит превращение работы, затраченной на преодоление сопротивления трения, в тепловую энергию.

Сопротивление в электрических проводниках обладает теми же качествами, как и у обычного сопротивления. Для того чтобы провести ток через проводник, источником тока затрачивается определенное количество энергии, превращающейся в тепло. Данное превращение как раз и отражает закон Джоуля – Ленца, известного также, как закон теплового действия тока.

Закон джоуля Ленца формула и определение

Согласно закону джоуля Ленца, электрический ток, проходящий по проводнику, сопровождается количеством теплоты, прямо пропорциональным квадрату тока и сопротивлению, а также времени течения этого тока по проводнику.

В виде формулы закон Джоуля-Ленца выражается следующим образом: Q = I²Rt, в которой Q отображает количество выделенной теплоты, I – силу тока, R – сопротивление проводника, t – период времени. Величина “к” представляет собой тепловой эквивалент работы и применяется в тех случаях, когда количество теплоты измеряется в калориях, сила тока – в амперах, сопротивление – в Омах, а время – в секундах. Численное значение величины к составляет 0,24, что соответствует току в 1 ампер, который при сопротивлении проводника в 1 Ом, выделяет в течение 1 секунды количество теплоты, равное 0,24 ккал. Поэтому для расчетов количества выделенной теплоты в калориях применяется формула Q = 0,24I²Rt.

При использовании системы единиц СИ измерение количества теплоты производится в джоулях, поэтому величина “к”, применительно к закону Джоуля-Ленца, будет равна 1, а формула будет выглядеть: Q = I²Rt. В соответствии с законом Ома I = U/R. Если это значение силы тока подставить в основную формулу, она приобретет следующий вид: Q = (U²/R)t.

Основная формула Q = I²Rt очень удобна для использования при расчетах количества теплоты, которое выделяется в случае последовательного соединения. Сила тока во всех проводниках будет одинаковая. При последовательном соединении сразу нескольких проводников, каждый из них выделит столько теплоты, которое будет пропорционально сопротивлению проводника. Если последовательно соединить три одинаковые проволочки из меди, железа и никелина, то максимальное количество теплоты будет выделено последней. Это связано с наибольшим удельным сопротивлением никелина и более сильным нагревом этой проволочки.

При параллельном соединении этих же проводников, значение электрического тока в каждом из них будет различным, а напряжение на концах – одинаковым. В этом случае для расчетов больше подойдет формула Q = (U²/R)t. Количество теплоты, выделяемое проводником, будет обратно пропорционально его проводимости. Таким образом, закон Джоуля – Ленца широко используется для расчетов установок электрического освещения, различных отопительных и нагревательных приборов, а также других устройств, связанных с преобразованием электрической энергии в тепловую.

Закон Джоуля-Ленца. Работа и мощность электрического тока

Закон Джоуля-Ленца | Практическая электроника

Электричество – неотъемлемый признак нашей эпохи. Абсолютно всё вокруг завязано на нём. Любой современный человек, даже без технического образования, знает, что электрический ток, текущий по проводам, способен в некоторых случаях нагревать их, зачастую до очень высоких температур. Казалось бы, это заведомо всем известно и не стоит упоминания. Однако, как объяснить это явление? Почему и как происходит нагрев проводника?

Опыты Ленца

Перенесемся в 19 век-эпоху накопления знаний и подготовки к технологическому прыжку 20 века. Эпоха, когда по всему миру различные учёные и просто изобретатели-самоучки чуть ли не ежедневно открывают что-то новое, зачастую тратя огромное количество времени на исследования и, при этом, не представляя конечный результат.

Один из таких людей, русский учёный Эмилий Христианович Ленц, увлекался электричеством, на тогдашнем примитивном уровне, пытаясь рассчитывать  электрические цепи. В 1832 году  Эмилий Ленц “застрял” с расчётами, так как параметры его смоделированной цепи “источник энергии – проводник – потребитель энергии” сильно разнились от опыта к опыту. Зимой 1832-1833 года учёный обнаружил, что причиной нестабильности является кусочек платиновой проволоки, принесённый им с холода. Отогревая или охлаждая проводник, Ленц также заметил что  существует некая  зависимость между силой тока, электрическим сопротивлением  и температурой проводника.

При определённых параметрах электрической цепи проводник быстро оттаивал и даже слегка нагревался. Измерительных приборов в те времена практически никаких не существовало – невозможно было точно измерить ни силу тока, ни сопротивление. Но это был русский физик, и он проявил смекалку. Если это зависимость, то почему бы ей не быть обратимой?

Для того чтобы измерить количество тепла, выделяемого проводником, учёный сконструировал простейший “нагреватель” – стеклянная ёмкость, в которой находился  спиртосодержащий раствор и погружённый в него платиновый проводник-спираль. Подавая различные величины электрического тока на проволоку, Ленц замерял время, за которое раствор нагревался до определённой температуры. Источники электрического тока в те времена  были слишком слабы, чтобы разогреть раствор до серьёзной температуры, потому визуально определить количество испарившегося  раствора не представлялось возможным. Из-за этого процесс исследования очень затянулся – тысячи вариантов подбора параметров источника питания, проводника, долгие замеры и последующий анализ.

Закон Джоуля-Ленца

В итоге, спустя десятилетие, в 1843 году Эмилий Ленц выставил на  всеобщее обозрение научного сообщества результат своих опытов в виде закона. Однако, оказалось, что его опередили! Пару лет назад английский физик Джеймс Прескотт Джоуль уже проводил аналогичные опыты и также представил общественности свои результаты. Но, тщательно проверив все работы Джеймса Джоуля, русский учёный выяснил что собственные опыты гораздо точнее, наработан больший объём исследований, потому, русской науке есть чем дополнить английское открытие.

Научное сообщество рассмотрело оба результата исследований и объединила их в одно, тем самым закон Джоуля переименовали в закон Джоуля-Ленца. Закон утверждает, что

количество теплоты, выделяемое проводником при протекании по нему электрического тока , равно произведению силы этого тока в квадрате, сопротивлению проводника и времени, за которое по проводнику течёт ток. Или формулой:

Q=I²Rt

где

Q — количество выделяемого тепла (Джоули)

I — сила тока, протекающего через проводник (Амперы)

R — сопротивление проводника (Омы)

t — время прохождения тока через проводник (Секунды)

Почему греется проводник

Как же объясняется нагрев проводника? Почему он именно греется, а не остаётся нейтральным или охлаждается? Нагрев происходит из-за того, что свободные электроны, перемещающиеся в проводнике под действием электрического поля, бомбардируют атомы молекул металла, тем самым передавая им собственную энергию, которая переходит в тепловую. Если изъясняться совсем просто: преодолевая материал проводника, электрический ток как бы “трётся”, соударяется электронами о молекулы проводника. Ну а , как известно, любое трение сопровождается нагревом. Следовательно, проводник будет нагреваться пока по нему бежит электрический ток.

Из формулы также следует –  чем выше удельное сопротивление проводника и чем выше сила тока протекающего по нему, тем выше будет нагрев . Например, если последовательно соединить проводник-медь (удельное сопротивление  0,018 Ом·мм²/м) и проводник-алюминий (0,027 Ом·мм²/м), то при протекании через цепь электрического тока алюминий будет нагреваться сильнее чем медь из-за более высокого сопротивления. Поэтому, кстати, не рекомендуется в быту делать скрутки медных и алюминиевых проводов друг с другом – будет неравномерный нагрев в месте скрутки. В итоге –  подгорание с последующим пропаданием контакта.

Применение закона Джоуля-Ленца в жизни

Открытие закона Джоуля-Ленца имело огромные последствия для практического применения электрического тока. Уже в 19 веке стало возможным создать более точные измерительные приборы, основанные на сокращении проволочной спирали при её нагреве протекающим током определённой величины – первые стрелочные вольтметры и амперметры. Появились первые прототипы электрических обогревателей, тостеров, плавильных печей – использовался проводник с высоким удельным сопротивлением, что позволяло получить довольно высокую температуру.

Были изобретены плавкие предохранители, биметаллические прерыватели цепи (аналоги современных тепловых реле защиты), основанные на разнице нагрева проводников с разным удельным сопротивлением. Ну и, конечно же, обнаружив что при определённой силе тока проводник с высоким удельным сопротивлением способен нагреться докрасна , данный эффект использовали в качестве источника света. Появились первые лампочки.

Проводник (угольная палочка, бамбуковая нить, платиновая проволока и т.д.) помещали в стеклянную  колбу, откачивали воздух для замедления процесса окисления и получали  незатухаемый, чистый и стабильный источник света – электрическую лампочку

Заключение

Таки образом, можно сказать что на законе Джоуля-Ленца держится чуть ли не вся электрика и электротехника. Открыв этот закон, появилась возможность уже заранее предсказать  некоторые будущие проблемы в освоении электричества. Например, из-за нагрева проводника передача электрического тока на большое расстояние сопровождается потерями этого тока на тепло. Соответственно, чтобы компенсировать эти потери  нужно занизить передаваемый ток, компенсируя это высоким напряжением. А уже на оконечном потребителе, понижать напряжение и получать более высокий ток.

Закон Джоуля-Ленца неотступно следует из одной эпохи технологического развития  в другую. Даже сегодня мы постоянно наблюдаем его в быту – закон проявляется всюду, и не всегда люди ему рады. Сильно греющийся процессор персонального компьютера, пропадание света из-за обгоревшей скрутки  «медь-алюминий»,выбитая вставка-предохранитель, выгоревшая из-за высокой нагрузки электропроводка – всё это тот самый закон Джоуля-Ленца.

Формула теплоты в электрической цепи. Закон Джоуля – Ленца. Определение, формула, физический смысл

Закон Джоуля-Ленца определяет количество теплоты, выделяющейся в проводнике, обладающим сопротивлением за время t, при прохождении через него электрического тока.

Q = a*I*2R*t, где
Q — колическтво выделяемой теплоты (в Джоулях)
a — коэффициент пропорциональности
I — сила тока (в Амперах)
R — Сопротивление проводника (в Омах)
t — Время прохождения (в секундах)

Закон Джоуля-Ленца объясняет, что электрический ток — это заряд, который перемещается под действием электрического поля. При этом поле совершает работу, а ток обладает мощностью и выделяется энергия. Когда эта энергия проходит по неподвижному металлическому проводнику, то она становится тепловой, так как направлена на нагревание проводника.

В дифференциальной форме закон Джоуля-Ленца выражается как объемная плотность тепловой мощности тока в проводнике будет равна произведению удельной электрической проводимости на квадрат напряженности электрического поля.

Применение закона Джоуля-Ленца

Лампы накаливания были придуманы в 1873 году русским инженером Лодыгиным. В лампах накаливания, как и в электронагревательных приборах, применяется закон Джоуля-Ленца. В них используют нагревательный элемент, который является проводником с высоким сопротивлением. За счет этого элемента можно добиться локализованного выделения тепла на участке. Выделение тепла будет появляться при повышении сопротивления, увеличении длины проводника, выбором определенного сплава.

Одной из областей применения закона Джоуля-Ленца является снижение потерь энергии.
Тепловое действие силы тока ведет к потерям энергии. При передаче электроэнергии, передаваемая мощность линейно зависит от напряжения и силы тока, а сила нагрева зависит от силы тока квадратично, поэтому если повышать напряжение, при этом понижая силу тока перед подачей электроэнергии, то это будет более выгодно. Но повышение напряжения ведет к снижению электробезопасности. Для повышения уровня электробезопасности повышают сопротивление нагрузки соответственно повышению напряжения в сети.

Также закон Джоуля-Ленца влияет на выбор проводов для цепей. При неправильном подборе проводов возможен сильный нагрев проводника, а так же его . Это происходит когда сила тока превышает предельно допустимые значения и выделяется слишком много энергии. При правильном подборе проводов для стоит следовать нормативным документам.

Источники:

• Физическая энциклопедия

Между силой тока и напряжением существует прямо пропорциональная зависимость, описанная законом Ома. Этот закон определяет связь силы тока, напряжения и сопротивления на участке электрической цепи.

Инструкция

Вспомните, ток и напряжение.
— Электрический ток — это упорядоченное течение заряженных частиц (электронов). Для количественного определения используется величина I, называемая силой тока.
— Напряжение U — это разность потенциалов на концах участка электрической цепи. Именно это различие заставляет двигаться электроны, подобно потоку жидкости.

Сила тока измеряется в амперах. В электрических цепях силу тока определяют прибором амперметр. Единицей напряжения является , измерить напряжение в цепи можно с помощью вольтметра. Соберите простейшую электрическую цепь из источника тока, резистора, амперметра и вольтметра.

При замыкании цепи и прохождении по ней тока запишите показания приборов. Измените напряжение на концах сопротивления. Вы увидите, что показания амперметра будут расти с увеличением напряжения и наоборот. Такой опыт демонстрирует прямо пропорциональную зависимость между силой тока и напряжением.

Математически может быть выражен в следующей форме:

где w — мощность выделения тепла в единице объёма, — плотность электрического тока, — напряжённость электрического поля , σ — проводимость среды.

Закон также может быть сформулирован в интегральной форме для случая протекания токов в тонких проводах :

В математической форме этот закон имеет вид

где dQ — количество теплоты, выделяемое за промежуток времени dt , I — сила тока, R — сопротивление, Q — полное количество теплоты, выделенное за промежуток времени от t 1 до t 2 . В случае постоянных силы тока и сопротивления:

Практическое значение

Снижение потерь энергии

При передаче электроэнергии тепловое действие тока является нежелательным, поскольку ведёт к потерям энергии. Поскольку передаваемая мощность линейно зависит как от напряжения, так и от силы тока, а мощность нагрева зависит от силы тока квадратично, то выгодно повышать напряжение перед передачей электроэнергии , понижая в результате силу тока. Однако, повышение напряжения снижает электробезопасность линий электропередачи .

Для применения высокого напряжения в цепи для сохранения прежней мощности на полезной нагрузке приходится увеличивать сопротивление нагрузки. Подводящие провода и нагрузка соединены последовательно . Сопротивление проводов () можно считать постоянным. А вот сопротивление нагрузки () растёт при выборе более высокого напряжения в сети. Также растёт соотношение сопротивления нагрузки и сопротивления проводов. При последовательном включении сопротивлений (провод — нагрузка — провод) распределение выделяемой мощности () пропорционально сопротивлению подключённых сопротивлений.

Ток в сети для всех сопротивлений постоянен. Следовательно, выполняются соотношение

И для в каждом конкретном случае являются константами. Следовательно, мощность, выделяемая на проводах, обратно пропорциональна сопротивлению нагрузки, то есть уменьшается с ростом напряжения, так как . Откуда следует, что . В каждом конкретном случае величина является константой, следовательно, тепло выделяемое на проводе обратно пропорционально квадрату напряжения на потребителе.

Выбор проводов для цепей

Тепло, выделяемое проводником с током, в той или иной степени выделяется в окружающую среду. В случае, если сила тока в выбранном проводнике превысит некоторое предельно допустимое значение, возможен столь сильный нагрев, что проводник может спровоцировать возгорание находящихся рядом с ним объектов или расплавиться сам. Как правило, при сборке электрических цепей достаточно следовать принятым нормативным документам, которые регламентируют, в частности, выбор сечения проводников.

Электронагревательные приборы

Если сила тока одна и та же на всём протяжении электрической цепи, то в любом выбранном участке будет выделять тепла тем больше, чем выше сопротивление данного участка.

За счёт сознательного увеличения сопротивления участка цепи можно добиться локализованного выделения тепла в этом участке. По этому принципу работают электронагревательные приборы . В них используется нагревательный элемент — проводник с высоким сопротивлением. Повышение сопротивления достигается (совместно или по отдельности) выбором сплава с высоким удельным сопротивлением (например, нихром , константан), увеличением длины проводника и уменьшением его поперечного сечения. Подводящие провода имеют обычное низкое сопротивление и поэтому их нагрев, как правило, незаметен.

Плавкие предохранители

Для защиты электрических цепей от протекания чрезмерно больших токов используется отрезок проводника со специальными характеристиками. Это проводник относительно малого сечения и из такого сплава, что при допустимых токах нагрев проводника не перегревает его, а при чрезмерно больших перегрев проводника столь значителен, что проводник расплавляется и размыкает цепь.

См. также

Примечания

Ссылки

• Эффективная физика. Джоуля-Ленца закон копия из веб-архива
• http://elib.ispu.ru/library/physics/tom2/2_3.html Закон Джоуля-Ленца
• http://eltok.edunet.uz/dglens.htm Законы постоянного тока. Закон Джоуля-Ленца
• http://slovari.yandex.ru/dict/bse/article/00023/23600.htm БСЭ. Джоуля-Ленца закон
• http://e-science.ru/physics/theory/?t=27 Закон Джоуля-Ленца

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое «Закон Джоуля — Ленца» в других словарях:

— (по имени английского физика Джеймса Джоуля и русского физика Эмилия Ленца, одновременно, но независимо друг от друга открывших его в 1840г) закон, дающий количественную оценку теплового действия электрического тока. При протекании тока по… … Википедия

ЗАКОН ДЖОУЛЯ-ЛЕНЦА — закон, определяющий тепловое действие электрического тока; согласно этому закону количество теплоты Q, выделяющееся в проводнике при прохождении по нему постоянного электрического тока, равно произведению квадрата силы тока I, сопротивления… … Большая политехническая энциклопедия

закон Джоуля-Ленца — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN Joule Lenz s lawJoule s law … Справочник технического переводчика

закон Джоуля-Ленца

закон Джоуля-Ленца — Joule o dėsnis statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. Joule s law vok. Joulesches Gesetz, n rus. закон Джоуля Ленца, m pranc. loi de Joule, f ryšiai: sinonimas – Džaulio dėsnis … Automatikos terminų žodynas

закон Джоуля — Džaulio dėsnis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. Joule law vok. Joule Lentzsches Gesetz, n; Joulesches Gesetz, n rus. закон Джоуля, m; закон Джоуля Ленца, m pranc. loi de Joule, f … Fizikos terminų žodynas

Закон Джоуля–Ленца — количество теплоты Q, выделяющейся в единицу времени на участке электрической цепи с сопротивлением R при протекании по нему постоянного тока I, равно Q = RI2. Закон установлен в 1841 Дж. П. Джоулем (1818 1889) и подтверждён в 1842 точными… … Концепции современного естествознания. Словарь основных терминов

Определяет кол во теплоты Q, выделяющееся в проводнике с сопротивлением Л за время t при прохождении через него тока I: Q=aI2Rt. Коэфф. пропорциональности а зависит от выбора ед. измерений: если I измеряется в амперах, R в омах, t в секундах, то… … Физическая энциклопедия

Передача электричества во время движения тока в другую энергию происходит на молекулярном уровне. Во время подобного процесса температура проводника повышается на определенную величину. описывает данное явление взаимодействия атомов и ионов токопроводника с электронами тока.

Свойства электроэнергии

Во время движения по проводнику из металла наблюдается сталкивание электронов с множеством хаотично расположенных посторонних частиц. Периодически в результате соприкосновения из нейтральной молекулы выделяются новые электроны. Происходит образование из молекулы положительного иона, а в электроне пропадает кинетическая энергия. Иногда встречается и второй вариант – образование молекулы нейтрального вида благодаря соединению положительного иона и электрона.

Все эти процессы сопровождаются расходованием определенного количества энергии, превращающейся далее в тепло. Преодоление сопротивления в ходе всех этих движений определяет затраты энергии и превращение работы, необходимой для этого, в тепло.

Параметры R идентичны показателям стандартного сопротивления. В той или иной степени в тепло преобразуется какой-то объем энергии при прохождении тока через любой проводник. Именно такое превращение рассматривается законом Джоуля-Ленца.

Формула и ее составляющие

Переход во внутреннюю энергию проводника результатов работы тока подтвержден многочисленными опытами. После накопления критического объема выполняется отдача избытка энергии окружающим телам с нагреванием проводника.

Классическая формула расчетов для данного явления:

Берем Q для обозначения количества выделяемой теплоты и подставляем его вместо А. Теперь в получившемся выражении Q= U*I*t заменяем U=IR и выводим классическую формулу Джоуля-Ленца:

В схемах с последовательным соединением для расчетов использование этой основной формулы будет самым удобным методом. В этом случае во всех проводниках сила тока всегда остается одинаковой. Выделенный объем тепла пропорционален сопротивлению каждого из имеющихся проводников.

А вот при параллельном подключении одинаковым будет напряжение на концах, а номинальное значение электротока в каждом элементе существенно отличается. Можно утверждать, что имеется обратная пропорциональность между количеством теплоты и проводимостью отдельно взятого проводника. Здесь более уместной становится формула:

Q = (U2/R)t

Практические примеры явления теплового действия тока

Многие исследователи и ученые занимались изучением особенностей протекания электричества. Но наиболее впечатляющие результаты получили российский ученый Эмилий Христианович Ленц и англичанин Джеймс Джоуль. Независимо друг от друга был сформулирован закон, с помощью которого производилась оценка получаемого в процессе действия электричества на проводник тепла. Итоговое выражение получило название в честь его авторов.

На нескольких примерах можно уяснить природу и характеристики теплового воздействия тока.

Обогревательные приборы

Функцию нагревания в конструкции подобных устройств выполняет металлическая спираль. При необходимости нагрева воды важно соблюсти баланс между параметрами сетевой энергии и тепловым обменом. Установка спирали выполняется изолировано.

Различными способами решаются задачи по минимизации потерь энергии. Один из вариантов – повышение напряжение, но он чреват снижением уровня эксплуатационной безопасности линий.

Применяется и методика подбора проводов, потери тепла в которых зависят от свойств различных металлов и сплавов. Изготовление спиралей выполняется из предназначенных для работы с высокими нагрузками материалов.

Лампа накаливания

Открытие закона Джоуля-Ленца способствовало быстрому прогрессу электротехники. Особенно показательным остается пример его использования для осветительных элементов.

Внутри подобной лампочки протягивается нить из вольфрама. Весь процесс основан на высоком удельном сопротивлении и тугоплавкости этого металла.

Трансформация энергии в тепловую вызывает эффект нагревания и свечения спирали. Минусом всегда остается расходование основного объема энергии на нагревание, а само свечение выполняется за счет ее небольшой части.

Для более точного понимания данного процесса вводится такое понятие, как коэффициент полезного действия, с помощью которого определяется эффективность рабочего процесса.

Электрическая дуга

В этом случае мы говорим о мощном источнике света и способе сваривания конструкций из металла.

Принцип протекания подобного процесса – подключение к паре угольных стержней источника тока большой мощности и минимального напряжения с последующим контактом этих элементов.

Бытовые предохранители

При использовании электроцепей применяются специальные устройства. Главным элементом в таких предохранителях будет легкоплавкая проволока. Она вкручена в фарфоровом корпусе, который вставляется в патрон.

Являясь частью общей цепи, такой проводник при резком возрастании выделения тепла плавится и размыкает сеть.

Физика 8 класс: закон Джоуля-Ленца

Подробное изучение прохождения электричества по проводнику и происходящего при этом нагревания изложено в школьной программе. На практических примерах показаны все нюансы, влияющие на величину теплового действия тока.

План проведения учебного занятия обычно строится по следующей схеме:

1. Необходимые, для демонстрации зависимости объема тепла от сопротивления и силы тока, опыты.
2. Детальное изучение закона Джоуля-Ленца, его основной формулы и значения всех ее составляющих.
3. Исторические факты, исключающие вероятность плагиата со стороны обоих авторов.
4. Подведение общих итогов урока.
5. Практическое применение для выполнения расчетов.
6. Решение задач на основе полученной информации.

Закрепление материала происходит во время выполнения домашних заданий по оценке количества тепла, выделяемого в ходе протекания тока по проводнику с обозначенными параметрами.

Закон Джоуля – Ленца – закон физики, определяющий количественную меру теплового действия электрического тока. Сформулирован этот закон был в 1841 году английским учёным Д. Джоулем и совершенно отдельно от него в 1842 году известным русским физиком Э. Ленцем. Поэтому он получил своё двойное название — закон Джоуля – Ленца.

Определение закона и формула

Словесная формулировка имеет следующий вид: мощность тепла, выделяемого в проводнике при протекании сквозь него , пропорционально произведению значения плотности электрического поля на значение напряженности.

Математически закон Джоуля — Ленца выражается следующим образом:

ω = j E = ϭ E²,

где ω — количество тепла, выделяемого в ед. объема;

E и j – напряжённость и плотность, соответственно, электрического полей;

σ — проводимость среды.

Физический смысл закона Джоуля – Ленца

Закон можно объяснить следующим образом: ток, протекая по проводнику, представляет собой перемещение электрического заряда под воздействием . Таким образом, электрическое поле совершает некоторую работу. Эта работа расходуется на нагрев проводника.

Другими словами, энергия переходит в другое свое качество – тепло.

Но чрезмерный нагрев проводников с током и электрооборудования допускать нельзя, поскольку это может привести к их повреждению. Опасен сильный перегрев при проводов, когда по проводниках могут протекать достаточно большие токи.

В интегральной форме для тонких проводников закон Джоуля – Ленца звучит следующим образом: количество теплоты, которое выделяется в единицу времени в рассматриваемом участке цепи, определяется как произведение квадрата силы тока на сопротивление участка.

Математически эта формулировка выражается следующим образом:

Q = ∫ k I² R t,

при этом Q – количество выделившейся теплоты;

I – величина тока;

R — активное сопротивление проводников;

t – время воздействия.

Значение параметра k принято называть тепловым эквивалентом работы. Величина этого параметра определяется в зависимости от разрядности единиц, в которых выполняются измерения значений, используемых в формуле.

Закон Джоуля-Ленца имеет достаточно общий характер, поскольку не имеет зависимости от природы сил, генерирующих ток.

Из практики можно утверждать, что он справедлив, как для электролитов, так проводников и полупроводников.

Область применения

Областей применения в быту закона Джоуля Ленца – огромное количество. К примеру, вольфрамовая нить в лампе накаливания, дуга в электросварке, нагревательная нить в электрообогревателе и мн. др. Это наиболее широко распространенный физический закон в повседневной жизни.

Содержание:

Знаменитый русский физик Ленц и английский физик Джоуль, проводя опыты по изучению тепловых действий электрического тока, независимо друг от друга вывели закон Джоуля-Ленца. Данный закон отражает взаимосвязь количества теплоты, выделяемого в проводнике, и электрического тока, проходящего по этому проводнику в течение определенного периода времени.

Свойства электрического тока

Когда электрический ток проходит через металлический проводник, его электроны постоянно сталкиваются с различными посторонними частицами. Это могут быть обычные нейтральные молекулы или молекулы, потерявшие электроны. Электрон в процессе движения может отщепить от нейтральной молекулы еще один электрон. В результате, его кинетическая энергия теряется, а вместо молекулы происходит образование положительного иона. В других случаях электрон, наоборот, соединиться с положительным ионом и образовать нейтральную молекулу.

В процессе столкновений электронов и молекул происходит расход энергии, в дальнейшем превращающейся в тепло. Затраты определенного количества энергии связаны со всеми движениями, во время которых приходится преодолевать сопротивление. В это время происходит превращение работы, затраченной на преодоление сопротивления трения, в тепловую энергию.

Закон джоуля Ленца формула и определение

Согласно закону джоуля Ленца, электрический ток, проходящий по проводнику, сопровождается количеством теплоты, прямо пропорциональным квадрату тока и сопротивлению, а также времени течения этого тока по проводнику.

В виде формулы закон Джоуля-Ленца выражается следующим образом: Q = I 2 Rt, в которой Q отображает количество выделенной теплоты, I — , R — сопротивление проводника, t — период времени. Величина «к» представляет собой тепловой эквивалент работы и применяется в тех случаях, когда количество теплоты измеряется в калориях, сила тока — , сопротивление — в Омах, а время — в секундах. Численное значение величины к составляет 0,24, что соответствует току в 1 ампер, который при сопротивлении проводника в 1 Ом, выделяет в течение 1 секунды количество теплоты, равное 0,24 ккал. Поэтому для расчетов количества выделенной теплоты в калориях применяется формула Q = 0,24I 2 Rt.

При использовании системы единиц СИ измерение количества теплоты производится в джоулях, поэтому величина «к», применительно к закону Джоуля-Ленца, будет равна 1, а формула будет выглядеть: Q = I 2 Rt. В соответствии с I = U/R. Если это значение силы тока подставить в основную формулу, она приобретет следующий вид: Q = (U 2 /R)t.

Основная формула Q = I 2 Rt очень удобна для использования при расчетах количества теплоты, которое выделяется в случае последовательного соединения. Сила тока во всех проводниках будет одинаковая. При последовательном соединении сразу нескольких проводников, каждый из них выделит столько теплоты, которое будет пропорционально сопротивлению проводника. Если последовательно соединить три одинаковые проволочки из меди, железа и никелина, то максимальное количество теплоты будет выделено последней. Это связано с наибольшим удельным сопротивлением никелина и более сильным нагревом этой проволочки.

При параллельном соединении этих же проводников, значение электрического тока в каждом из них будет различным, а напряжение на концах — одинаковым. В этом случае для расчетов больше подойдет формула Q = (U 2 /R)t. Количество теплоты, выделяемое проводником, будет обратно пропорционально его проводимости. Таким образом, закон Джоуля — Ленца широко используется для расчетов установок электрического освещения, различных отопительных и нагревательных приборов, а также других устройств, связанных с преобразованием электрической энергии в тепловую.

Закон Джоуля-Ленца. Работа и мощность электрического тока

Закон Джоуля Ленца

Дата публикации: 12 февраля 2015.
Категория: Статьи.

В результате опытов было установлено, что количество тепла выделяемого током при прохождении по проводнику, зависит от сопротивления самого проводника, тока и времени его прохождения.

Этот физический закон был впервые установлен в 1841 году английским физиком Джоулем, а несколько позднее (в 1844 году) независимо от него русским академиком Эмилем Христиановичем Ленцем (1804 – 1865).

Количественные соотношения, имеющие место при нагревании проводника током, называются законом Джоуля-Ленца.

Выше было установлено:

откуда

Так как 1 кал = 0,472 кГм, то

Таким образом,

1 Дж = 0,24 кал.

Энергия электрического тока определяется по формуле

A = I² × r × t Дж .

Так как энергия тока идет на нагрев, то количество тепла, выделяемое током в проводнике, равно:

Q = 0,24 × I² × r × t кал .

Эта формула, выражающая закон Джоуля-Ленца, показывает и дает определение закону, что количество тепла в калориях, выделяемое током при прохождении по проводнику, равно коэффициенту 0,24, умноженному на квадрат тока в амперах, сопротивление в омах и время в секундах.

Видео – «Закон Джоуля-Ленца, физика 8 класс»:

Пример 1. Определить, сколько тепла выделит ток в 6 А, проходя по проводнику сопротивлением 2 Ом, в течение 3 минут.

Q = 0,24 × I² × r × t = 0,24 × 36 × 2 × 180 = 3110,4 кал.

Формулу закона Джоуля-Ленца можно написать так:

Q = 0,24 × I × I × r × t ,

а так как I × r = U, то можно написать:

Q = 0,24 × I × U× t кал .

Пример 2. Электрическая плитка включена в сеть напряжением 120 В. Ток, протекающий по спирали плитки, 5 А. Требуется определить, сколько тепла выделит ток за 2 часа.

Q = 0,24 × I × U× t = 0,24 × 5 × 120 × 7200 = 1 036 800 кал = 1036,8 ккал .

Видео – «Нагревание проводников электрическим током»:

Э. Х. Ленц обобщил опыты электромагнитной индукции, изложив это обобщение в виде «правила Ленца». В своих трудах по теории электрических машин Ленц изучил явление «реакции якоря» в машинах постоянного тока, доказал принцип обратимости электрических машин. Ленц, работая с Якоби, исследовал силу притяжения электромагнитов, установил зависимость магнитного момента от намагничивающей силы.

Эмилий Христианович Ленц
12 (24) февраля 1804 — 29 января (10 февраля) 1865 (60 лет)

Ленц был членом Петербургской Академии Наук и ректором Петербургского университета.

Источник: Кузнецов М. И., «Основы электротехники» — 9-е издание, исправленное — Москва: Высшая школа, 1964 — 560с.

Определение и применение на практике закона Джоуля-Ленца — формула и правила расчета

Физики из Англии Джеймс Джоуль и Эмилий Ленц, по отдельности, но примерно в одно время 1841-1842 годах выяснили взаимосвязь количества тепла и поток тока внутри проводника. Эта зависимость была названа «Закон Джоуля-Ленца».

Английский физик заметил эту зависимость, раньше, чем русский физик на 1 год, однако назвали закон, соединив обе фамилии, т.к. как вклад каждого из них был велик. Закон Джоуля-Ленца описывает не теорию, а практику.

Давайте рассмотрим закон Джоуля-Ленца, его определение и применение в жизни.

Когда в проводнике протекает ток, то происходит работа поперек силам трения. При движении электроном через провод происходит столкновение электронов с иными электронами, атомами и другими частицами, в следствие чего вырабатывается тепло.

Рассматриваемый нами закон объясняет то количество тепла, которое вырабатывается при движении тока по проводнику.

При увеличении силы тока, сопротивления и времени протекания, количество тепла тоже увеличится, и наоборот при уменьшении этих показателей произойдет уменьшение количества тепла.

Формула закона Джоуля-Ленца представлена на рисунке.рис.1

Рисунок 1. Формула закона Джоуля-Ленца, при последовательном соединении

Сила тока – I считается в амперах, сопротивление- R в омах, время t- в секундах. Теплота Q измеряется в джоулях. Для перевода в калории умножаем на 0,24. 1 калория рассчитывается, как то тепло, которое необходимо дать воде, чтобы повысить ее на 1 градус.

Эта формула применяется, если проводники соединяются последовательно, при проходе равной величины тока, а на концах падает разное напряжение. Мощность определяется как сила тока в квадрате, умноженная на сопротивление.

Увеличение мощности сопровождает увеличение квадрата напряжения и уменьшает сопротивление, и наоборот. Если электрические цепи соединяются параллельно, то закон Джоуля-Ленца выглядит: рис.2

Рисунок 2. Формула закона Джоуля-Ленца, при параллельном соединении

При использовании дифференциальной формы, формула такая: рис.3

Рисунок 3. Дифференциальная форма формулы закона Джоуля-Ленца

j является плотностью тока в А/см2, E — напряженностью электрического поля, сигма — удельным сопротивлением проводника.

Если участок цепи однородный, то сопротивление будет одинаково. При наличии в цепях проводников с различным сопротивлением, то самое большое тепло выделится там, где находится максимальное сопротивление. К такому выводу мы приходим, анализируя формулу Джоуля-Ленца.

Нередкие проблемы

Итак, проблема нахождения времени, т.е. тот период, когда ток проходит по проводнику (замкнутая цепь)

Вторая проблема, нахождение сопротивления проводника. Используется формула рельс:рис.4

Рисунок 2. Формула нахождение сопротивления проводника

«Р» удельное сопротивление, измеряемое в Ом*м/см2, l и S является длина и площадь поперечного сечения. При математических операциях метры и сантиметры2 сокращаются и получаются Омы.

Удельным сопротивлением является величина, указанная в таблице, индивидуальная для каждого металла. Рассмотрим с какой целью это используется.

При электротехнических подсчетах широко используется закон Джоуля-Ленца. Можно использовать его, когда рассчитываются приборы нагревания. Нагревающий элемент – проводник с высоким сопротивлением, например нихром.

Для расчета мощности тепла прибора нужно определить, что и в каком объеме нужно нагреть, количество теплоты и времени на передачу тепла телу.

После расчета определится сопротивление и сила тока в данной цепи. Учитывая полученные данные, выбирается материал сечение и длина проводника.

Использование закона Джоуля-Ленца для передачи электроэнергии на расстояние

Закон Джоуля-Ленца

Когда происходит передача электричества на расстояние, появляется проблема потери на линиях передач. Закон показывает количество тепла, которое выделяется проводником при проходе тока.

ЛЭП используются предприятиями и городами, следственно необходимо больше мощности и больше тока.

Количество теплоты связано с сопротивлением тока и проводника, для того чтобы избежать нагрева, необходимо уменьшить количество тепла.

Не всегда можно использовать сечение провода, это дорого стоит из-за цены меди и веса кабелей, следовательно, увеличивается  стоимость несущей конструкции.

На рисунке показаны высоковольтные линии электропередач. Это огромные конструкции из металла, создающиеся для поднятия кабеля на высоту, безопасную для людей на земле, чтобы избежать удара током.

Для этого необходимо снизить ток, следовательно, повышается напряжение.

Линии электропередач между городами используют напряжение 220 и 110 кВ, а у того, кто потребляет, понижают до необходимой величины, используя трансформатные подстанции. Или множеством КТП медленно понижая до безопасной величины, например, 6кВ.

То есть ток уменьшится в тысячи раз, но при той же потребляемой мощности. По закону Джоуля-Ленца, теплота в данном случае определится мощностью, которая теряется на кабеле.

Плавкие предохранители

Закон Джоуля-Ленца используется для расчета плавких предохранителей. Это элементы, защищающие электрическое устройство от высоких для него токов, которые могут появится из-за скачка напряжения, короткого замыкания для охраны от поломки электрической системы и пожара. Они представляют собой корпус, изолятор и тонкую проволоку.

Проволока используется с сечением, подходящим для прохода номинального тока через нее, но при увеличении выделения тепла, она пережигается.

Следовательно, можно сделать вывод, что рассматриваемый нами закон Джоуля-Ленца очень широко применяется и сильно значим для электротехники.

Используя информацию про количество теплоты, исчисляемое по рассмотренным формулам, можно разузнать о режимах работы устройств, определить подходящий материал и сечение для обеспечения безопасности, увеличения срока использования прибора или цепи.

На этом я закончу данную статью. Надеюсь, эта информация стала полезной и интересной для вас.

Закон Джоуля-Ленца — методическая рекомендация. Физика, 8 класс.

1.	Приборы на основе теплового действия тока	1 вид — рецептивный	лёгкое	1 Б.	Учащиеся из списка выбирают приборы на основе теплового действия тока
2.	Закон Джоуля—Ленца— формула	1 вид — рецептивный	лёгкое	1 Б.	Учащиеся проверяют знание формулы, выражающей закон Джоуля-Ленца.
3.	Закон Джоуля—Ленца — определение	1 вид — рецептивный	лёгкое	1 Б.	Учащиеся проверяют знание формулировли закона Джоуля — Ленца.
4.	Закон Джоуля—Ленца — физические величины	1 вид — рецептивный	лёгкое	1 Б.	Учащиеся проверяют знание физических величин, входящих в закон Джоуля — Ленца.
5.	Анализ величин, входящих в закон Джоуля — Ленца.	1 вид — рецептивный	среднее	2 Б.	Учащиеся анализируют изменение величины, входящей в закон Джоуля — Ленца и делают вывод об изменении количества теплоты, которое выделяется в проводнике с током.
6.	Сравнение количества теплоты, выделяемого в последовательно соединенных проводниках	1 вид — рецептивный	среднее	1 Б.	Учащиеся делают вывод о количестве теплоты, выделяющегося в последовательно соединенных проводниках.
7.	Расчет количества теплоты в нагревательном элементе чайника	1 вид — рецептивный	среднее	2 Б.	Учащиеся находят количество теплоты по закону Джоуля—Ленца, переводят время, данное в минутах, в секунды
8.	Расчет количества теплоты в нити накаливания лампы	1 вид — рецептивный	среднее	2 Б.	Учащиеся находят количество теплоты по закону Джоуля—Ленца, переводят время, данное в минутах, в секунды
9.	Расчет количества теплоты, выделяемой реостатом	1 вид — рецептивный	среднее	2 Б.	Учащиеся находят количество теплоты по закону Джоуля—Ленца, используют закон Ома переводят время, данное в минутах, в секунды
10.	Время работы чайника	1 вид — рецептивный	среднее	1 Б.	Учащиеся, зная формулу закона Джоуля — Ленца, выражают из нее время и находят его.
11.	Сила тока в подводящих проводах	1 вид — рецептивный	среднее	1 Б.	Учащиеся, зная формулу закона Джоуля — Ленца, выражают из него силу тока. Переводят время, данное в минутах, в секунды.
12.	Сопротивление паяльника	1 вид — рецептивный	среднее	1 Б.	Учащиеся, зная законы Ома и Джоуля — Ленца, находят сопротивление. Работают с единицами измерения физических величин.
13.	Сила тока в спирали электроплитки	1 вид — рецептивный	среднее	1 Б.	Учащиеся находят силу тока из закона Джоуля—Ленца, работают с единицами измерения физических величин.
14.	Сопротивление нагревательного элемента мультиварки	1 вид — рецептивный	среднее	1 Б.	Учащиеся находят сопротивление нагревательного элемента из закона Джоуля—Ленца, работают с единицами измерения физических величин.
15.	Напряжение, к которому подключен фен	1 вид — рецептивный	среднее	1 Б.	Учащиеся находят напряжение из закона Джоуля—Ленца, используя закон Ома, работают с единицами измерения физических величин.
16.	Время работы электровафельницы	1 вид — рецептивный	среднее	2 Б.	Учащиеся находят время из закона Джоуля—Ленца, используя закон Ома, работают с единицами измерения физических величин.
17.	Количество теплоты, выделяемое нагревательными элементами	2 вид — интерпретация	сложное	1 Б.	Учащиеся находят количество теплоты, выделяемое нагревательными элементами, используя формулу мощности, количества теплоты и закон Ома.
18.	Различные схемы соединения резисторов	2 вид — интерпретация	сложное	2 Б.	Учащиеся вычисляют общее сопротивление участка цепи, а также количество теплоты, выделяющееся на этом участке за некоторое время.
19.	Количество теплоты, выделяемое нагревательными элементами	2 вид — интерпретация	сложное	1 Б.	Учащиеся находят количество теплоты, выделяемое нагревательными элементами, используя формулу мощности, количества теплоты и закон Ома.
20.	Реостат в цепи	2 вид — интерпретация	сложное	5 Б.	Учащиеся по изменению положения движка реостата делают вывод об изменении количества теплоты, выделяемого в цепи.
21.	Коэффициент полезного действия утюга	2 вид — интерпретация	сложное	1 Б.	Учащиеся работают с формулой работы тока, количества теплоты и коэффициента полезного действия.
22.	Сила тока в спирали плитки	2 вид — интерпретация	сложное	1 Б.	Учащиеся работают с формулой работы тока, количества теплоты (процессы — нагревание и плавление) и коэффициента полезного действия.
23.	Коэффициент полезного действия	2 вид — интерпретация	сложное	1 Б.	Учащиеся работают с формулой работы тока, количества теплоты и коэффициента полезного действия.
24.	Работа с формулой закона Джоуля — Ленца	1 вид — рецептивный	лёгкое	4 Б.	Учащиеся, видя перед собой формулу закона Джоуля — Ленца, вычисляют неизвестные физические величины.

Закон Джоуля-Ленца: определение, физический смысл, формула

Определение закона и формула

Словесная формулировка имеет последующий вид: мощность тепла, выделяемого в проводнике при протекании через него электрического тока, пропорционально произведению значения плотности электрического поля на значение напряженности.

Математически закон (Закон (право) — в узком смысле нормативно-правовой акт, который принимается законодательным органом государственной власти, регулирует определённые общественные отношения) Джоуля — Ленца выражается последующим образом:

ω = j • E = ϭ E²,

где ω — количество тепла, выделяемого в ед. размера;

E и j – напряжённость и плотность, соответствующе, электрического полей;

σ — проводимость среды.

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ

Часть 1

1. Силу тока в проводнике прирастили в 2 раза. Как поменяется количество теплоты, выделяющееся в нём за единицу времени, при постоянном сопротивлении проводника?

1) возрастет в 4 раза
2) уменьшится в 2 раза
3) возрастет в 2 раза
4) уменьшится в 4 раза

2. Длину спирали электроплитки уменьшили в 2 раза. Как поменяется количество теплоты, выделяющееся в спирали за единицу времени, при постоянном напряжении сети?

1) возрастет в 4 раза
2) уменьшится в 2 раза
3) возрастет в 2 раза
4) уменьшится в 4 раза

3. Сопротивления резистор ​( R_1 )​ в четыре раза (коммуна во Франции, находится в регионе Франш-Конте) меньше сопротивления резистора ​( R_2 )​. Работа тока в резисторе 2

1) в 4 раза больше, чем в резисторе 1
2) в 16 раз больше, чем в резисторе 1
3) в 4 раза меньше, чем в резисторе 1
4) в 16 раз меньше, чем в резисторе (пассивный элемент электрических цепей, обладающий определённым или переменным значением электрического сопротивления, предназначенный для линейного преобразования силы тока в напряжение и) 1

4. Сопротивление резистора ​( R_1 )​ в 3 раза больше сопротивления (многозначный термин) резистора ​( R_2 )​. Количество теплоты, которое выделится в резисторе 1

1) в 3 раза больше, чем в резисторе 2
2) в 9 раз больше, чем в резисторе 2
3) в 3 раза меньше, чем в резисторе 2
4) в 9 раз меньше, чем в резисторе 2

5. Цепь собрана из источника тока, лампочки и узкой стальной проволоки, соединенных поочередно. Лампочка станет гореть бросче, ежели

1) проволоку заменить на наиболее узкую металлическую
2) уменьшить длину проволоки
3) поменять местами проволоку и лампочку
4) металлическую проволоку заменить на нихромовую

6. На наброске приведена столбчатая диаграмма. На ней представлены значения напряжения на концах 2-ух проводников (1) и (2) схожего сопротивления. Сопоставите значения работы тока ​( A_1 )​ и ​( A_2 )​ в этих проводниках за одно и то же время.

1) ​( A_1=A_2 )​
2) ( A_1=3A_2 )
3) ( 9A_1=A_2 )
4) ( 3A_1=A_2 )

7. На наброске приведена столбчатая диаграмма. На ней представлены значения силы тока в 2-ух проводниках (1) и (2) схожего сопротивления. Сопоставите значения работы тока ( A_1 )​ и ​( A_2 ) в этих проводниках за одно и то же время.

1) ​( A_1=A_2 )​
2) ( A_1=3A_2 )
3) ( 9A_1=A_2 )
4) ( 3A_1=A_2 )

8. Ежели в люстре для освещения помещения использовать лампы мощностью 60 и 100 Вт, то

А. Крупная сила тока будет в лампе мощностью 100 Вт.
Б. Большее сопротивление имеет лампа мощностью 60 Вт.

Верным(-и) является(-ются) утверждение(-я)

1) лишь А
2) лишь Б
3) и А, и Б
4) ни А, ни Б

9. Электрическая плитка, присоединенная к источнику неизменного тока, за 120 с потребляет 108 кДж энергии. Чему равна сила тока в спирали плитки, ежели её сопротивление 25 Ом?

1) 36 А
2) 6 А
3) 2,16 А
4) 1,5 А

10. Электрическая плитка при силе тока 5 А потребляет 1000 кДж энергии. Чему равно время прохождения тока по спирали плитки, ежели её сопротивление 20 Ом?

1) 10000 с
2) 2000 с
3) 10 с
4) 2 с

11. Никелиновую спираль электроплитки заменили на нихромовую таковой же длины и площади поперечного сечения. Установите соответствие меж физическими величинами и их вероятными переменами при включении плитки в электрическую сеть. Запишите в таблицу избранные числа под надлежащими знаками. Числа в ответе могут повторяться.

ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА
A) электрическое сопротивление спирали
Б) сила электрического тока в спирали
B) мощность электрического тока, потребляемая плиткой

Нрав Конфигурации
1) возросла
2) уменьшилась
3) не поменялась

12. Установите соответствие меж физическими величинами и формулами, по которым эти величины определяются. Запишите в таблицу избранные числа под надлежащими знаками.

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ
A) работа тока
Б) сила тока
B) мощность тока

ФОРМУЛЫ
1) ​( frac{q}{t} )​
2) ​( qU )​
3) ( frac{RS}{L} )​
4) ​( UI )​
5) ( frac{U}{I} )​

Часть 2

13. Нагреватель включён поочередно с реостатом сопротивлением 7,5 Ом в сеть с напряжением 220 В. Каковое сопротивление нагревателя, ежели мощность электрического тока в реостате составляет 480 Вт?

Определение закона Джоуля – Ленца

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

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

В виде формулы отданный закон смотрится последующим образом:

Выражение закона Джоуля — Ленца

Так как обрисованные выше характеристики изредка используются в обыденной жизни, и, беря во внимание, что практически все бытовые расчеты выделения теплоты от работы электрического тока касаются узких проводников (кабели, провода, нити накаливания, шнуры питания, токопроводящие дорожки на плате и т. п.), употребляют 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

Ежели принять, что сила тока (может означать: Ток — поток, движение в одном направлении (к примеру, у Пушкина: «вина кометы брызнул ток…»).ФизикаЭлектрический ток — направленное движение электрически заряженных) и сопротивление проводника не изменяется в течение времени, то закон Джоуля — Ленца можно записать в упрощенном виде:

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

Эквивалентные выражения теплоты согласно закона Ома

Закон Джоуля — Введение, определение, уравнение и часто задаваемые вопросы

Определение закона Джоуля

Когда электрический ток течет по цепи, он увеличивает внутреннюю энергию проводника, что приводит к столкновению электронов с атомами проводника, что приводит к выделению тепла. Чтобы измерить количество тепла, выделяемого в результате этих столкновений, английский физик Джоуль ввел закон Джоуля.

Закон Джоуля, когда электрический ток проходит через проводник, выделяется тепло H, которое прямо пропорционально сопротивлению R проводника, времени t, в течение которого течет ток, и квадрату величины тока I .Математически это представлено как H ∝ I² .Rt.

Уравнение закона нагрева Джоуля

(изображение будет загружено в ближайшее время)

Закон Джоуля математически представлен следующим уравнением

1. Тепло, выделяемое в проводнике из-за протекания электрического тока через него, изменяется прямо пропорционально квадрат величины тока при постоянном сопротивлении проводника и времени протекания электрического тока.

H ∝ i²

i.e H ∝ i² [Когда R и t постоянны]

2. Количество тепла, производимого в проводнике из-за протекания электрического тока через него, прямо пропорционально сопротивлению проводника, когда время протекания и величина тока постоянна.

, т.е. H ∝ R [Когда i и t постоянны]

3. Тепло, выделяемое в проводнике из-за протекания тока, прямо пропорционально продолжительности протекания тока, когда электрическое сопротивление и величина ток постоянный.

ie H ∝ t [Когда i и t постоянны]

Если эти три условия объединить, результирующая обобщенная формула будет иметь вид

H ∝ i².Rt [Когда i, R и t все переменные]

H = \ [\ frac {1} {J} \]. I².Rt [∵ J — постоянная Джоуля]

Где H — выделяемое тепло, а его единица СИ — Джоуль, i — ток, протекающий в проводника, t — время протекания тока, а J — константа пропорциональности, известная как механический эквивалент тепла Джоуля.

Механический эквивалент тепла определяется как количество единиц работы, которое должно быть выполнено в системе, чтобы произвести тепло в единицу количества. Величина механического эквивалента тепла зависит от величины работы, выполняемой системой, и производимого ею тепла. Экспериментально было обнаружено, что J = 4,2 джоуля / кал (и 1 джоуль = 107 эрг) = 1400 фут-фунт / CHU = 778 фут-фунт / B Th U. Эти значения дают точные значения, намного точнее реальных. во время экспериментов тепловых расчетов.

Закон электромагнитной индукции Ленца: определение и формула

Что такое закон Ленца?

Закон электромагнитной индукции Ленца гласит, что направление тока, индуцируемого в проводнике изменяющимся магнитным полем (согласно закону электромагнитной индукции Фарадея), таково, что магнитное поле, созданное индуцированным током , противодействует начальное изменяющееся магнитное поле, которое его произвело. Направление этого тока определяется правилом правой руки Флеминга.

Сначала это может быть трудно понять, поэтому давайте рассмотрим пример проблемы.

Помните, что когда ток индуцируется магнитным полем, магнитное поле, создаваемое этим индуцированным током, создает собственное магнитное поле.

Это магнитное поле всегда будет таким, что противостоит магнитному полю, которое его изначально создало.

В приведенном ниже примере, если магнитное поле «B» увеличивается — как показано в (1) — индуцированное магнитное поле будет действовать против него.

Когда магнитное поле «B» уменьшается — как показано в (2) — индуцированное магнитное поле снова будет действовать против него. Но на этот раз «в оппозиции» означает, что она действует, чтобы увеличить поле — поскольку она противостоит уменьшающейся скорости изменения.

Закон Ленца основан на законе индукции Фарадея. Закон Фарадея гласит, что изменяющееся магнитное поле индуцирует ток в проводнике.

Закон Ленца сообщает нам направление этого индуцированного тока, которое противостоит начальному изменяющемуся магнитному полю, которое его породило.Это обозначено в формуле закона Фарадея отрицательным знаком («-»).

Это изменение магнитного поля может быть вызвано изменением напряженности магнитного поля при перемещении магнита по направлению к катушке или от нее, или перемещении катушки в магнитное поле или из него.

Другими словами, мы можем сказать, что величина ЭДС, наводимая в цепи, пропорциональна скорости изменения магнитного потока.

Формула закона Ленца

Закон Ленца гласит, что, когда ЭДС создается изменением магнитного потока в соответствии с законом Фарадея, полярность наведенной ЭДС такова, что она производит индуцированный ток, магнитное поле которого противоположно начальному. изменение магнитного поля, которое его породило

Отрицательный знак, используемый в законе электромагнитной индукции Фарадея, указывает на то, что индуцированная ЭДС (ε) и изменение магнитного потока (δΦ _B ) имеют противоположные знаки.Формула закона Ленца показана ниже:

Где:

• ε = Индуцированная ЭДС
• δΦ _B = изменение магнитного потока
• N = Количество витков в катушке

Закон Ленца и сохранение энергии

Чтобы подчиняться закону сохранения энергии, направление тока, индуцированного по закону Ленца, должно создавать магнитное поле, которое противодействует магнитному полю, которое его создало. Фактически закон Ленца является следствием закона сохранения энергии.

Почему это спросите вы? Что ж, давайте представим, что это не так, и посмотрим, что произойдет.

Если магнитное поле, создаваемое индуцированным током, имеет то же направление, что и поле, которое его породило, то эти два магнитных поля объединятся и создадут большее магнитное поле.

Это комбинированное большее магнитное поле, в свою очередь, индуцирует в проводнике другой ток, в два раза превышающий величину первоначального индуцированного тока.

А это, в свою очередь, создаст еще одно магнитное поле, которое вызовет еще один ток.И так далее.

Итак, мы можем видеть, что если бы закон Ленца не требовал, чтобы индуцированный ток создавал магнитное поле, которое противодействует полю, которое его создало, тогда мы бы получили бесконечную петлю положительной обратной связи, нарушив закон сохранения энергия (поскольку мы фактически создаем бесконечный источник энергии).

Закон Ленца также подчиняется третьему закону движения Ньютона (т.е. на каждое действие всегда есть равное и противоположное противодействие).

Если индуцированный ток создает магнитное поле, равное и противоположное направлению магнитного поля, которое его создает, то только он может противостоять изменению магнитного поля в этой области.Это соответствует третьему закону движения Ньютона.

Объяснение закона Ленца

Чтобы лучше понять закон Ленца, давайте рассмотрим два случая:

Случай 1 : Когда магнит движется к катушке.

Когда северный полюс магнита приближается к катушке, магнитный поток, связанный с катушкой, увеличивается. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, при изменении магнитного потока в катушке индуцируется ЭДС и, следовательно, ток, и этот ток создает собственное магнитное поле.

Итак, согласно закону Ленца, это созданное магнитное поле будет противодействовать своему собственному или, можно сказать, противодействовать увеличению потока через катушку, и это возможно только в том случае, если приближающаяся сторона катушки достигает северной полярности, поскольку мы знаем, что подобные полюса отталкиваются. друг с другом.

Зная магнитную полярность стороны катушки, мы можем легко определить направление индуцированного тока, применив правило правой руки. В этом случае ток течет против часовой стрелки.

Случай 2 : Когда магнит удаляется от катушки

Когда северный полюс магнита удаляется от катушки, магнитный поток, связанный с катушкой, уменьшается. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, в катушке индуцируется ЭДС и, следовательно, ток, и этот ток создает собственное магнитное поле.

Теперь, согласно закону Ленца, это созданное магнитное поле будет противодействовать своему собственному или, можно сказать, противодействовать уменьшению потока через катушку, и это возможно только в том случае, если приближающаяся сторона катушки достигает южной полярности, поскольку мы знаем, что разные полюса притягиваются друг к другу. .

Зная магнитную полярность стороны катушки, мы можем легко определить направление индуцированного тока, применив правило правой руки. В этом случае ток течет по часовой стрелке.

Обратите внимание, что для определения направления магнитного поля или тока используйте правило большого пальца правой руки, т.е. если пальцы правой руки расположены вокруг провода так, чтобы большой палец указывал в направлении потока тока, то искривление пальцы покажут направление магнитного поля, создаваемого проводом.

Закон Ленца можно сформулировать следующим образом:

• Если магнитный поток Ф, соединяющий катушку, увеличивается, направление тока в катушке будет таким, что он будет противодействовать увеличению потока, и, следовательно, индуцированный ток будет создавать свой поток. в направлении, как показано ниже (с использованием правила Флеминга для большого пальца правой руки)

• Если магнитный поток Ф, соединяющий катушку, уменьшается, поток, создаваемый током в катушке, таков, что он будет способствовать главному потоку и, следовательно, направление тока показано ниже.

Закон Ленца Применение

Закон Ленца включает:

• Закон Ленца можно использовать для понимания концепции накопленной магнитной энергии в индукторе. Когда к индуктору подключен источник ЭДС, через него начинает течь ток. Этому увеличению тока через катушку индуктивности препятствует обратная ЭДС. Чтобы установить ток, внешний источник ЭДС должен проделать некоторую работу, чтобы преодолеть это противодействие. Эта работа может быть выполнена за счет того, что ЭДС сохраняется в катушке индуктивности, и ее можно восстановить после удаления внешнего источника ЭДС из схемы.
• Этот закон указывает, что индуцированная ЭДС и изменение потока имеют противоположные знаки, что обеспечивает физическую интерпретацию. выбора знака в законе индукции Фарадея.
• Закон Ленца также применяется к электрическим генераторам. Когда в генераторе индуцируется ток, направление этого индуцированного тока таково, что он противодействует и вызывает вращение генератора (как в соответствии с законом Ленца), и, следовательно, генератору требуется больше механической энергии. Он также обеспечивает обратную ЭДС в случае электродвигателей.
• Закон Ленца также используется в электромагнитных тормозных и индукционных варочных панелях.

Государственный Закон Ленца

Закон Ленца гласит, что направление тока, индуцируемого в проводнике изменяющимся магнитным полем, таково, что магнитное поле, создаваемое индуцированным током, противодействует начальному изменяющемуся магнитному полю, которое его породило.

Закон Ленца назван в честь немецкого ученого Х.Ф. Ленца в 1834 году. Закон Ленца подчиняется третьему закону движения Ньютона (т.е. на каждое действие всегда существует равная и противоположная реакция) и закону сохранения энергии (т.е. разрушены, и поэтому сумма всех энергий в системе постоянна).

Закон Ленца | Что такое, история, формула, приложения, пример, кто это предложил

Физика

Закон Ленца , также называемый законом Ленца-Фарадея, используется в электромагнетизме и позволяет определять направление индуцированного тока. Это можно сформулировать следующим образом: изменение состояния электромагнитной системы вызывает явление, эффекты которого имеют тенденцию противодействовать этому изменению . Генрих Фридрих Ленц, физик немецкого происхождения, в 1834 году предположил, что индуцированные напряжения будут противодействовать чувству изменения, создаваемому магнитным потоком, который их производит, с целью создания закона, по которому рассматривается сохранение электрической энергии.

Что такое закон Ленца?

Закон Ленца связан с электромагнитной областью , поскольку его подход основан на соотношении изменений или напряжений, вызванных изменениями свойств магнитного потока, из которых эти изменения представлены в направлении, противоположном потоку, который их производит.В честь своего создателя закон Ленца носит его фамилию. Физик Генрих Ленц сформулировал его в начале 19 века с целью сохранения энергии.

О законе Ленца

Цель закона Ленца — предсказать направление электродвижущей силы, генерируемой в электрической цепи. Это происходит из-за того, что генерируемая электродвижущая сила (или направление тока) такова, что ее магнитные последствия противодействуют или отталкивают изменение потока магнитного поля, в котором оно создается.

Этот магнитный поток нарастает по спирали, и обнаруживается электрический ток, который может генерировать магнитное поле с отрицательным магнитным потоком, которое постепенно уменьшается с увеличением первоначального провисания.

Кто предложил закон Ленца?

Закон Ленца назвал так тот, кто его создал, Генрих Фридрих Ленц , физик немецкого происхождения, изучавший химию и физику . Этот ученый сначала сосредотачивается на изучении климатических условий, до 1831 года, когда он решает сосредоточиться на изучении электромагнетизма, внося наиболее значительный вклад за всю свою карьеру: «Чувство токов или наведенной электродвижущей силы таково, что оно всегда в противоположность причине, которая его порождает, то есть изменению потока ».

Таким образом, это завершает теорию, представленную Фарадеем, в одной из наиболее важных ассоциаций с развитием физики.

История

Генрих Фридрих Ленц на протяжении своей карьеры посвятил себя области физики и химии, став профессором, а затем ректором Университета и Академии наук города Санкт-Петербурга. Вначале он изучал эффект Пельтье , проводимость металлов и изменение электрического сопротивления в зависимости от температуры.Ленц изучает электрическую проводимость , а затем он обнаруживает, что такое эффект Джоуля в настоящее время, добиваясь на его основе исследования независимости электрических вариаций , в обмене опытом и выводами, которые позволяют ему хорошо сформулировать -известен закон Ленца 1834 г. . Таким образом, Ленц вносит свой вклад в важный прогресс в электромагнетизме, позволяя определять смысл и направление изменения потоков энергии.

Формула

Закон Ленца математически выражается следующим образом:

• E означает ЭДС (электродвижущая сила).
• N представляет собой количество спиралей.
• ∆ϕ представлен на веберах и представляет поток магнитной индукции.
• ∆t представляет время, выраженное в секундах.

Следует отметить, что знак — указывает на то, что полярность напряжения такова, что оно противодействует причине, вызвавшей его.

Применение закона Ленца

Генераторы переменного тока — это устройства, вырабатывающие переменные электрические токи, отсюда и их название.Они состоят из двух основных элементов: ротора, который заставляет все вращаться, и статора, который окружает предыдущий и вращается вокруг своей оси. Эти генераторы переменного тока вырабатывают переменный ток с целью использования в двигателях, вырабатывающих, в свою очередь, механическую энергию, начиная с электрической энергии; с помощью только соединения щеток генератора переменного тока с другим генератором. Это вызывает переориентацию и неопределенный поворот спирали второго генератора переменного тока при подсчете вклада тока.

Пример

Одним из примеров закона Ленца, встречающихся в повседневной жизни, является приближение южного полюса магнита к петле , что приводит к тому, что индуцированная электродвижущая сила отрицательна и противодействует причине, которую она создает; ток проходит через него таким образом, что петля ведет себя как южный полюс перед магнитом, который он должен попытаться оттолкнуть.

Написано Габриэлой Брисеньо В.

Закон Джоуля-Ленца. Определение, формула, физический смысл.Формула и определение закона Джоуля Ленца Количество тепла, выделяемого на резисторе формула

Содержание:

Известный русский физик Ленц и английский физик Джоуль, проводя эксперименты по изучению тепловых эффектов электрического тока, независимо друг от друга вывели закон Джоуля-Ленца. Этот закон отражает взаимосвязь между количеством тепла, выделяемого в проводнике, и электрическим током, проходящим через этот проводник за определенный период времени.

Свойства электрического тока

Когда электрический ток проходит через металлический проводник, его электроны постоянно сталкиваются с различными инородными частицами.Это могут быть обычные нейтральные молекулы или молекулы, потерявшие электроны. Электрон в процессе движения может отщепить другой электрон от нейтральной молекулы. В результате его кинетическая энергия теряется, и вместо молекулы образуется положительный ион. В других случаях электрон, наоборот, соединится с положительным ионом и образует нейтральную молекулу.

В процессе столкновения электронов и молекул расходуется энергия, которая впоследствии превращается в тепло.Затрата определенного количества энергии связана со всеми движениями, во время которых приходится преодолевать сопротивление. При этом работа, затрачиваемая на преодоление сопротивления трения, преобразуется в тепловую энергию.

Формула и определение закона Джоуля Ленца

Согласно закону Джоуля Ленца, электрический ток, проходящий через проводник, сопровождается количеством тепла, которое прямо пропорционально квадрату тока и сопротивления, а также времени, в течение которого этот ток протекает через проводник.

В форме формулы закон Джоуля-Ленца выражается следующим образом: Q = I 2 Rt, где Q отображает количество выделяемого тепла, I -, R — сопротивление проводника, t — сопротивление проводника. временной период. Значение «k» является тепловым эквивалентом работы и используется в случаях, когда количество тепла измеряется в калориях, ток -, сопротивление — в омах, а время — в секундах. Числовое значение k равно 0,24, что соответствует току в 1 ампер, который при сопротивлении проводника 1 Ом выделяет количество тепла, равное 0.24 ккал за 1 секунду. Поэтому для расчета количества выделяемого тепла в калориях используется формула Q = 0,24I 2 Rt.

При использовании системы единиц СИ количество тепла измеряется в джоулях, поэтому значение «k» по закону Джоуля-Ленца будет равно 1, а формула будет иметь вид: Q = I 2 Рт. Согласно I = U / R. Если это значение силы тока подставить в основную формулу, оно примет следующий вид: Q = (U 2 / R) t.

Основная формула Q = I 2 Rt очень удобно использовать при расчете количества тепла, которое выделяется в случае последовательного соединения.Сила тока во всех проводниках будет одинаковой. При последовательном соединении сразу нескольких проводников каждый из них будет выделять столько тепла, которое будет пропорционально сопротивлению проводника. Если три одинаковых провода из меди, железа и никеля соединить последовательно, то максимальное количество тепла будет отдавать последний. Это связано с самым высоким удельным сопротивлением никеля и более сильным нагревом этой проволоки.

При параллельном соединении одинаковых проводов величина электрического тока в каждом из них будет разной, а напряжение на концах будет одинаковым.В этом случае для расчетов больше подходит формула Q = (U 2 / R) t. Количество тепла, выделяемого проводником, обратно пропорционально его проводимости. Таким образом, закон Джоуля-Ленца широко используется для расчета электроосветительных установок, различных нагревательных и нагревательных устройств, а также других устройств, связанных с преобразованием электрической энергии в тепловую.

Закон Джоуля-Ленца. Работа и мощность электрического тока

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

Все виды электрических обогревателей использовались человечеством на протяжении веков из-за свойства электрического тока выделять тепло при прохождении через проводник.Это явление также имеет негативный фактор — перегрев электропроводки из-за слишком большого тока часто вызывает короткое замыкание и возгорание. Выделение тепла при работе электрического тока изучалось в школьном курсе физики, но многие забыли эти знания.

Впервые зависимость тепловыделения от силы электрического тока была сформулирована и математически определена Джеймсом Джоулем в 1841 году, а немного позже, в 1842 году, независимо от него, Эмилем Ленцем.В честь этих физиков был назван закон Джоуля-Ленца, по которому рассчитываются мощность электронагревателей и тепловые потери в линиях электропередач.

Определение закона Джоуля-Ленца

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

Количество тепла, выделяемого в определенном объеме проводника при протекании электрического тока, прямо пропорционально произведению плотности электрического тока и величины напряженности электрического поля

В виде формулы этот закон выглядит так:

Закон Джоуля-Ленца Выражение

Поскольку описанные выше параметры редко используются в повседневной жизни, и, учитывая, что почти все бытовые расчеты тепловыделения от работы электрического тока относятся к тонким проводникам (кабелям, проводам, нити, шнурам питания) , токопроводящие дорожки на плате и т. д.) воспользуйтесь законом Джоуля Ленца с формулой, представленной в интегральной форме:

Интегральная форма закона

В словесном определении закон Джоуля Ленца звучит так:

Словесное определение закона Джоуля-Ленца

Если предположить, что сила тока и сопротивление проводника не меняются с течением времени, то закон Джоуля-Ленца можно записать в упрощенной форме:

Применяя закон Ома и алгебраические преобразования, получаем следующие эквивалентные формулы:

Эквивалентные выражения для тепла по закону Ома

Применение и практическое значение закона Джоуля-Ленца

Исследования Джоуля и Ленца в области тепловыделения при работе электрического тока значительно продвинули научное понимание физических процессов, а полученные основные формулы не изменились и используются по сей день в различных областях науки и техники.В области электротехники можно выделить несколько технических проблем, в которых количество тепла, выделяемого при протекании тока, критически важно. означает при расчете таких параметров:

• потери тепла в линиях электропередач;
• характеристики проводов электрических сетей;
• тепловая мощность (количество тепла) электронагревателей;
• температура выключателей;
• температура плавления предохранителей;
• Отвод тепла различных электротехнических устройств и элементов радиотехники.

Электроприборы, использующие тепловую работу тока

Тепловое воздействие электрического тока в проводах линий электропередачи (ЛЭП) нежелательно из-за значительных потерь электроэнергии на выработку тепла.

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

Схема всех видов потерь электроэнергии, среди которых тепловые потери на воздушных линиях составляют львиную долю (64%)

В очень упрощенном виде тепловую работу тока можно описать следующим образом: электроны движутся между молекулами, и время от времени сталкиваются с ними, что усиливает их тепловые колебания. Наглядная демонстрация тепловой работы текущих и ассоциативные объяснения процессов показаны на видео ниже:

Расчет потерь электроэнергии в ЛЭП

Примером является гипотетический участок линии электропередачи от электростанции до трансформаторной подстанции.Поскольку провода ЛЭП и потребителя электроэнергии (трансформаторной подстанции) соединены последовательно , то по ним протекает один и тот же ток I. Согласно рассмотренному здесь закону Джоуля-Ленца количество тепла, выделяемого на проводах Q w (тепловые потери), рассчитывается по формуле:

Мощность, производимая электрическим током (Q c) в нагрузке, рассчитывается по закону Ома:

Таким образом, если токи равны, выражение Q c / U c может быть вставлено в первую формулу вместо I, поскольку I = Q c / U c:

Если не учитывать зависимость сопротивления проводников от изменения температуры, то R w можно считать неизменным (постоянным).Таким образом, при стабильном энергопотреблении потребителя (трансформаторной подстанции) тепловыделение в линиях электропередачи будет составлять обратно пропорционально квадрату напряжения в конечной точке линии. Другими словами, чем выше напряжение передачи, тем меньше потери мощности.

Для передачи электроэнергии высокого напряжения требуются большие опоры электропередачи

Действие закона Джоуля-Ленца в повседневной жизни

Эти расчеты справедливы и в повседневной жизни при передаче электроэнергии на короткие расстояния — например, от ветрогенератора на инвертор.При автономном энергоснабжении ценится каждый ватт энергии, вырабатываемой низковольтной ветряной турбиной, и может быть выгоднее поднять напряжение с помощью трансформатора прямо у ветрогенератора, чем тратить деньги на большой участок кабеля по порядку. снизить потери электроэнергии при передаче.

При значительном удалении от низковольтного ветрогенератора переменного тока для снижения потерь электроэнергии будет выгоднее подключаться через повышающий трансформатор

В бытовых электрических разводочных сетях расстояния крайне малы, чтобы снизить тепловые потери до повышают напряжение, поэтому при расчете проводки учитывается тепловая работа тока, согласно закону Джоуля-Ленца при выборе сечения проводов таким образом, чтобы они термический нагрев не приводил к оплавлению и возгорание изоляции и окружающих материалов.Выбор кабеля для питания и проводки осуществляется в соответствии с таблицами и нормативными документами ПУЭ, и подробно описаны на других страницах этого ресурса.

Коэффициент тока и сечение проводника

При расчете температуры нагрева элементов радиотехники, биметаллической пластины автоматического выключателя или предохранителя используется закон Джоуля-Ленца в интегральной форме, так как сопротивление этих материалов изменяется с увеличением температура. Эти сложные расчеты также учитывают теплопередачу, нагрев от других источников тепла, внутреннюю теплоемкость и многие другие факторы.

Программное моделирование тепловыделения полупроводниковых приборов

Полезная тепловая работа электрического тока

Теплогенерирующая работа электрического тока широко применяется в электронагревателях, в которых используется последовательное соединение проводов с разным сопротивлением. Этот принцип работает следующим образом: в проводниках, соединенных последовательно, протекает один и тот же ток, что означает, согласно закону Джоуля-Ленца, больше тепла будет выделяться из материала проводника с высоким сопротивлением.

Катушка с высоким сопротивлением нагревается, но питающие провода остаются холодными.

Таким образом, шнур питания и подводящие провода конфорки остаются относительно холодными, в то время как нагревательный элемент нагревается до температуры красного свечения. В качестве материала проводников нагревательных элементов используются сплавы с повышенным (по сравнению с медной и алюминиевой проводкой) удельным сопротивлением — нихром, константан, вольфрам и другие.

Нить накаливания лампы накаливания изготовлена ​​из тугоплавких вольфрамовых сплавов.

При параллельном соединении проводников тепловыделение будет больше на нагревательном элементе с меньшим сопротивлением, так как при его уменьшении ток по отношению к соседнему компоненту цепи увеличивается. .В качестве примера можно привести наглядный пример свечения двух ламп накаливания разной мощности — более мощная лампа имеет тепловыделение и больший световой поток.

Если прозвонить лампочку омметром, то окажется, что у более мощной лампы меньшее сопротивление. На видео ниже автор демонстрирует последовательное и параллельное подключение, но, к сожалению, в комментарии он ошибся — лампа будет светить ярче при большом сопротивлении , а не наоборот.

Закон Джоуля-Ленца — это физический закон, который определяет количественную меру теплового эффекта электрического тока. Этот закон сформулировал в 1841 г. английский ученый Д. Джоуль и полностью отдельно от него в 1842 г. знаменитый русский физик Э. Ленц. Поэтому он получил двойное название — закон Джоуля-Ленца.

Определение закона и формулы

Словесная формулировка выглядит следующим образом: мощность тепла, выделяемого в проводнике при его протекании, пропорциональна произведению значения плотности электрического поля на значение напряженности.

Математически закон Джоуля-Ленца выражается следующим образом:

ω = j E = ϭ E²,

где ω — количество выделяемого тепла в единицах. объем;

E и j — напряженность и плотность электрического поля соответственно;

σ — проводимость среды.

Физический смысл закона Джоуля-Ленца

Закон можно объяснить следующим образом: ток, протекающий по проводнику, представляет собой движение электрического заряда под воздействием.Таким образом, электрическое поле выполняет некоторую работу. Эта работа идет на нагрев проводника.

Другими словами, энергия переходит в другое свое качество — тепло.

Но нельзя допускать чрезмерного нагрева токопроводов и электрооборудования, так как это может привести к их повреждению. Опасен сильный перегрев при работе проводов, когда по проводникам могут протекать достаточно большие токи.

В интегральной форме для тонких проводников Закон Джоуля-Ленца звучит так: количество тепла, которое выделяется в единицу времени на рассматриваемом участке цепи, определяется как произведение квадрата тока прочность и сопротивление секции.

Математически эта формулировка выражается следующим образом:

Q = ∫ k I² R t,

, где Q — количество выделяемого тепла;

I — текущее значение;

R — активное сопротивление жил;

т — время выдержки.

Значение параметра k обычно называют тепловым эквивалентом работы. Значение этого параметра определяется в зависимости от разрядности единиц, в которых выполняются измерения значений, используемых в формуле.

Закон Джоуля-Ленца носит довольно общий характер, поскольку он не зависит от природы сил, генерирующих ток.

На практике можно утверждать, что это справедливо как для электролитов, так и для проводников и полупроводников.

Область применения

В повседневной жизни существует огромное количество областей применения закона Джоуля Ленца. Например, вольфрамовая нить в лампе накаливания, дуга при электросварке, нагревательная нить в электронагревателе и многое другое.и т. д. Это самый распространенный физический закон в повседневной жизни.

Задание на тему «Законы постоянного тока». Задание может быть интересно ученикам 10-х классов и выпускникам для подготовки к ЕГЭ. Кстати, такая задача была на экзамене в части 1 с несколько другим вопросом (нужно было найти соотношение количеств тепла, выделяемого на резисторах).

Какой из резисторов будет выделять наибольшее (наименьшее) количество тепла? R1 = R4 = 4 Ом, R2 = 3 Ом, R3 = 2 Ом.Дайте решение. Чтобы ответить на вопрос о проблеме, необходимо сравнить количество тепла, выделяемого на каждом из их резисторов. Для этого воспользуемся формулой закона Джоуля-Ленца. То есть основной задачей будет определение силы тока (или сравнения), протекающего через каждый резистор.

Согласно законам последовательного соединения ток, протекающий через резисторы R1 и R2, R3 и R4, одинаков. Для определения силы тока в верхней и нижней ветвях воспользуемся законом параллельного соединения, согласно которому напряжение на этих ветвях одинаково.При записи напряжения на нижней и верхней ветвях по закону Ома для участка цепи имеем: Подставляя числовые значения сопротивлений резисторов, получаем: То есть получаем соотношение между токи, протекающие в верхней и нижней ветвях: определив ток через каждый из этих резисторов, мы определяем количество тепла, выделяемого на каждом из резисторов. Сравнивая числовые коэффициенты, мы приходим к выводу, что максимальное количество тепла будет выделяться на четвертом резисторе, а минимальное — на втором.

Вы можете оставить комментарий, или поставить трекбэк со своего сайта.

Написать комментарий

fizika-doma.ru

Тепловая мощность — формула расчета

Теплотехническими расчетами приходится заниматься владельцам частных домов, квартир или любых других объектов. Это основа строительного дизайна.

Разобраться в сути этих расчетов в официальных бумагах не так сложно, как кажется.

Для себя вы также можете научиться проводить расчеты, чтобы решить, какую изоляцию использовать, какой она должна быть, какой мощности покупать котел и хватит ли имеющихся радиаторов для данной площади.

Ответы на эти и многие другие вопросы можно найти, если разобраться, что такое тепловая мощность. Формула, определение и объем — читайте в статье.

Что такое тепловой расчет?

Проще говоря, тепловой расчет помогает точно узнать, сколько тепла здание хранит и теряет, и сколько энергии необходимо для отопления, чтобы поддерживать комфортные условия в доме.

При оценке теплопотерь и степени теплоснабжения учитываются следующие факторы:

1. Что это за объект: сколько в нем этажей, наличие угловых помещений, жилое или производственное. , так далее.
2. Сколько человек будет «жить» в доме.
3. Важная деталь — зона остекления. И размеры крыши, стен, пола, дверей, высота потолков и т.д.
4. Какова продолжительность отопительного сезона, климатические особенности региона.
5. Согласно СНиПам определяются нормы температур, которые должны быть в помещениях.
6. Толщина стен, полов, избранные утеплители и их свойства.

Также могут быть учтены другие условия и особенности, например, для производственных помещений, рабочих и выходных дней, мощности и типа вентиляции, ориентации жилья по сторонам света и т. Д.считаются.

Для чего нужен тепловой расчет?

Как же в прошлом строители обходились без тепловых расчетов?

Сохранившиеся купеческие дома показывают, что все делалось просто с запасом: окна меньше, стены толще. Получилось тепло, но экономически невыгодно.

Теплотехнический расчет позволяет строить наиболее оптимальным образом. Материалов берут не больше — не меньше, а ровно столько, сколько нужно.Уменьшаются габариты здания и затраты на его возведение.

Расчет точки росы позволяет строить так, чтобы материалы не ухудшались как можно дольше.

Для определения необходимой мощности котла также незаменимы расчеты. Его общая мощность складывается из затрат на электроэнергию для обогрева помещений, нагрева горячей воды для бытовых нужд и способности покрывать тепловые потери от вентиляции и кондиционирования. Запас хода прибавляется на период пиковых холодов.

При газификации объекта требуется согласование со службами. Рассчитан годовой расход газа на отопление и общая мощность источников тепла в гигакалориях.

Нужны расчеты при выборе элементов системы отопления. Рассчитана система труб и радиаторов — можно узнать, какой у них должна быть длина, площадь поверхности. Учитываются потери мощности при изгибах трубопровода, на стыках и прохождении арматуры.

При расчете затрат на тепловую энергию может пригодиться знание того, как перевести Гкал в кВт и наоборот.В следующей статье мы подробно рассмотрим эту тему с примерами расчетов.

В этом примере показан полный расчет теплого водяного пола.

Знаете ли вы, что количество секций радиатора отопления отсчитывается не от потолка? Слишком мало их приведет к тому, что в доме будет холодно, а слишком много создаст тепло и приведет к чрезмерной сухости воздуха. Ссылка http://microklimat.pro/sistemy-otopleniya/raschet-sistem-otopleniya/kolichestva-sekcij-radiatorov.html предоставляет примеры правильного расчета радиаторов отопления.

Расчет тепловой мощности: формула

Рассмотрим формулу и приведем примеры ее расчета для зданий с разными коэффициентами рассеивания.

Vx (дельта) TxK = ккал / ч (тепловая мощность), где:

• Первый показатель «V» — это объем расчетного помещения;
• Дельта «Т» — разница температур — это величина, показывающая, на сколько градусов внутри помещения теплее, чем снаружи;
• «К» — коэффициент рассеяния (также называемый «коэффициентом теплопередачи»).Значение взято из таблицы. Обычно показатель колеблется от 4 до 0,6.

Приблизительные значения коэффициента рассеяния для упрощенного расчета

• Если это неизолированный металлический профиль или плита, то «K» будет = 3-4 единицы.
• Одиночная кирпичная кладка и минимальная изоляция — «К» = от 2 до 3.
• Стена в два кирпича, стандартный пол, окна и
• двери — «К» = от 1 до 2.
• Самый теплый вариант. Стеклопакеты, кирпичные стены с двойным утеплением и т. Д.- «К» = 0,6 — 0,9.

Более точный расчет можно произвести, рассчитав точные размеры различающихся по свойствам поверхностей дома в м2 (окна, двери и т. Д.), Сделав расчет для них отдельно и сложив полученные показатели.

Пример расчета теплопроизводительности

Возьмем некую комнату площадью 80 м2 с высотой потолка 2,5 м и посчитаем, сколько мощности котла нам нужно для ее обогрева.

Сначала посчитаем кубатуру: 80 х 2.5 = 200 м3. У нас дом утеплен, но недостаточно — коэффициент рассеяния 1,2.

Морозы могут быть до -40 ° С, а в помещении, в котором вы хотите иметь комфортные +22 градуса, перепад температур (дельта «Т») составляет 62 ° С.

Подставляем числа в формулу для мощность тепловых потерь и умножить:

200 х 62 х 1,2 = 14880 ккал / ч.

Полученные килокалории в киловатты конвертируем с помощью конвертера:

• 1 кВт = 860 ккал;
• 14880 ккал = 17302.3 Вт.

Округляем с запасом, и понимаем, что в самый лютый мороз -40 градусов нам нужно 18 кВт энергии в час.

Умножаем периметр дома на высоту стен:

(8 + 10) х 2 х 2,5 = 90 м2 поверхности стен + 80 м2 потолка = 170 м2 поверхности, контактирующей с холодами. Рассчитанная нами выше потеря тепла составила 18 кВт / ч, мы разделим площадь дома на рассчитанную потребляемую энергию, получаем, что 1 м2 теряет около 0,1 кВт или 100 Вт каждый час при температуре наружного воздуха -40 ° C, и в комнате +22 ° С…

Эти данные могут стать основой для расчета необходимой толщины утеплителя на стенах.

Приведем еще один пример расчета, в некоторых точках он сложнее, но точнее.

Формула:

Q = S x (дельта) T / R:

• Q — требуемая величина теплопотерь дома в Вт;
• S — площадь охлаждающих поверхностей в м2;
• T — разница температур в градусах Цельсия;
• R — термическое сопротивление материала (м2 x K / Вт) (квадратные метры, умноженные на Кельвина и разделенные на Вт).

Итак, чтобы найти «Q» того же дома, что и в примере выше, давайте посчитаем площадь его поверхностей «S» (мы не будем считать пол и окна).

• «S» в нашем случае = 170 м2, из которых 80 м2 потолок и 90 м2 — стены;
• Т = 62 ° С;
• R — термическое сопротивление.

Ищем «R» по таблице термических сопротивлений или по формуле. Формула для расчета коэффициента теплопроводности следующая:

R = H / K.Т. (H — толщина материала в метрах, KT — коэффициент теплопроводности).

В данном случае в нашем доме стены из двух кирпичей, обшитые пенопластом толщиной 10 см. Потолок покрыт опилками толщиной 30 см.

Система отопления частного дома должна быть устроена с учетом экономии энергоресурсов. Расчет системы отопления частного дома, а также рекомендации по выбору котлов и радиаторов — читайте внимательно.

Как и как утеплить деревянный дом изнутри, вы узнаете, прочитав эту информацию.Выбор утеплителя и технологии утепления.

Из таблицы коэффициентов теплопроводности (измеренные Вт / (м2 x К) Ватт, деленные на произведение квадратного метра на Кельвин). Находим значения для каждого материала, они будут:

• кирпич — 0,67; Пена
• — 0,037;
• опилки — 0,065.

Подставляем данные в формулу (R = H / K.T.):

• R (потолок толщиной 30 см) = 0,3 / 0,065 = 4,6 (м2 x K) / Вт;
• R (стена кирпичная 50 см) = 0.5 / 0,67 = 0,7 (м2 х К) / Вт;
• R (пенопласт 10 см) = 0,1 / 0,037 = 2,7 (м2 x K) / Вт;
• R (стены) = R (кирпич) + R (пена) = 0,7 + 2,7 = 3,4 (м2 x K) / Вт.

Теперь можно приступить к расчету теплопотерь «Q»:

• Q для потолка = 80 x 62 / 4,6 = 1078,2 Вт.
• Q стен = 90 x 62 / 3,4 = 1641,1 Вт.
• Осталось добавить 1078,2 + 1641,1 и переводя в кВт, получается (если сразу округлить) 2,7 кВт энергии за 1 час.

Вы можете обратить внимание на то, насколько велика была разница в первом и втором случаях, хотя объем домов и температура за окном в первом и втором случаях были совершенно одинаковыми.

Все дело в степени утомляемости домов (хотя, конечно, данные могли бы быть другие, если бы мы просчитывали пол и окна).

Заключение

Приведенные формулы и примеры показывают, что при теплотехнических расчетах очень важно учитывать как можно больше факторов, влияющих на теплопотери. Сюда входит и вентиляция, и площадь окон, и степень их усталости, и т. Д.

И подход, когда на 10 м2 дома берется 1 кВт мощности котла, слишком приблизительный, чтобы на него серьезно полагаться. .

Видео по теме

microklimat.pro

13 Тепловой расчет

10. Тепловой расчет.

Конструкция ИС должна быть такой, чтобы тепло, выделяющееся при ее работе, в самых неблагоприятных условиях эксплуатации не приводило к отказу элементов в результате перегрева. К основным твэлам относятся, прежде всего, резисторы, активные элементы и компоненты. Мощность, рассеиваемая конденсаторами и катушками индуктивности, мала. Пленочное переключение ИС из-за низкого электрического сопротивления и высокой теплопроводности металлических пленок помогает отводить тепло от наиболее нагретых элементов и выравнивать температуру платы КРУЭ и кристалла полупроводниковой ИС.

Рис. 10.1. Вариант крепления платы к корпусу.

Тепловой расчет резисторов.

Тепловое сопротивление резистора рассчитывается по формуле (10.1)

p = 0,03 [Вт / см ° C] — коэффициент теплопроводности материала подложки;

δп = 0,06 см — толщина плиты.

RT = 0,06 / 0,03 = 2 см2 ∙ ° С / Вт

Рассчитаем температуру пленочных резисторов по формуле

PR — мощность, рассеиваемая на резисторе;

SR — площадь, занимаемая резистором на плате;

P0 — суммарная мощность, выделяемая всеми компонентами микросхемы;

Sп — бортовая площадка.

PR = 0,43 мВт — мощность, рассеиваемая на резисторе;

SR = 0,426мм2 — площадь, занимаемая резистором;

Sn = 80 мм2 — площадь платы;

RT = 2 см2 ∙ ° С / Вт — тепловое сопротивление резистора;

Tkr.av = 40С — максимальная температура окружающей среды;

T = 125С = максимально допустимая температура пленочных резисторов.

TR = (0,43 ∙ 10-3 ∙ 200) /0,426+ (24,82 ∙ 10-3 ∙ 200) /80+40=40,26 С

Температура остальных резисторов рассчитывается аналогично с использованием программа MathCad.Результаты расчетов представлены в таблице 10.1.

Табл. 10.1

Из таблицы видно, что для всех пленочных резисторов указанный тепловой режим соблюдается.

Тепловой расчет навесного элемента.

Термическое сопротивление рассчитывается по формуле:

k = 0,003 [Вт / см ° С] — коэффициент теплопроводности клея;

δк1 = 0,01 см — толщина клея.

Rt = (0,06 / 0,03) + (0,01 / 0,003) = 5,33 см2 ∙ ° С / Вт

Рассчитаем температуру навесного элемента по формуле:

Расчет транзистора КТ202А, VT14

Pne = 2.6 мВт — мощность, выделяемая на транзистор;

Sne = 0,49 мм2 — площадь, занимаемая транзистором;

P0 = 24,82 мВт — мощность, рассеиваемая всеми компонентами платы;

Sn = 80 мм2 — площадь платы;

Т0С = 40С — максимальная температура окружающей среды;

T = 85С = максимально допустимая температура транзистора.

Tne = (2,6 ∙ 10-3 ∙ 533) /0,49+ (24,82 ∙ 10-3 ∙ 533) /80+40=42,99С

Следовательно, указанный тепловой режим соблюдается.

Температура остальных транзисторов рассчитывается таким же образом с помощью программы MathCad.Результаты расчетов представлены в таблице 10.2.

Таблица 10.2

Из таблицы видно, что для всех транзисторов соблюдается указанный тепловой режим. Следовательно, тепловые условия для всего контура также соблюдаются.

studfiles.net

Тепловая мощность электрического тока и ее практическое применение

Причина нагрева проводника заключается в том, что энергия движущихся в нем электронов (иными словами энергия тока) в процессе последовательных столкновений частицы с ионами молекулярной решетки металлического элемента преобразуются в теплый тип энергии, или Q, таким образом формируется понятие «тепловая мощность».

Работа по току измеряется с использованием международной системы единиц СИ, к которой прилагаются джоули (Дж), мощность тока определяется как «ватт» (Вт). Отходя от системы на практике, они также могут использовать несистемные единицы измерения работы тока. Среди них ватт-час (Вт × ч), киловатт-час (сокращенно кВт × ч). Например, 1 Вт × ч обозначает работу тока с удельной мощностью 1 ватт и продолжительностью один час.

Если электроны движутся по неподвижному металлическому проводнику, в этом случае вся полезная работа генерируемого тока распределяется на нагрев металлической конструкции, и, исходя из положений закона сохранения энергии, это можно описать следующим образом: формула Q = A = IUt = I2Rt = (U2 / R) * t.Такие отношения точно выражают известный закон Джоуля-Ленца. Исторически оно было впервые определено эмпирическим путем учёным Д. Джоулем в середине XIX века и одновременно, независимо от него, другим учёным, Э. Ленцем. Тепловая энергия нашла практическое применение в техническом исполнении с момента изобретения в 1873 г. русским инженером А. Ладыгиным обыкновенной лампы накаливания.

Тепловая мощность тока используется в ряде электрических устройств и промышленных установок, а именно в теплоизмерительных приборах, электрических плитах нагревательного типа, электросварочном и инвентарном оборудовании, очень распространены бытовые приборы с эффектом электрического нагрева — котлы. , паяльники, чайники, утюги.

Тепловой эффект также встречается в пищевой промышленности. При высокой степени использования используется возможность нагрева электрических контактов, что гарантирует тепловую мощность. Это вызвано тем, что ток и его тепловая мощность, воздействуя на пищевой продукт, имеющий определенную степень сопротивления, вызывают в нем равномерный нагрев. Пример тому, как делают колбасы: через специальный дозатор фарш подают в металлические формы, стенки которых одновременно служат электродами.Здесь обеспечивается постоянная равномерность нагрева по всей площади и объему продукта, поддерживается заданная температура, поддерживается оптимальная биологическая ценность пищевого продукта, наряду с этими факторами сохраняется продолжительность технологических работ и энергозатраты. самый низкий.

Удельная тепловая мощность электрического тока (ω), другими словами, количество тепла, которое выделяется на единицу объема в единицу времени, рассчитывается следующим образом. Элементарный цилиндрический объем проводника (dV) с поперечным сечением проводника dS, длиной dl, параллельной направлению тока, и сопротивлением представляют собой уравнения R = p (dl / dS), dV = dSdl .

Согласно определениям закона Джоуля-Ленца, за отведенное время (dt) в взятом нами объеме выделяется тепло, равное dQ = I2Rdt = p (dl / dS) (jdS) 2dt = pj2dVdt. В этом случае ω = (dQ) / (dVdt) = pj2 и, применяя здесь закон Ома для установления плотности тока j = γE и отношения p = 1 / γ, сразу получаем выражение ω = jE = γE2. Он дает понятие закона Джоуля-Ленца в дифференциальной форме.

fb.ru

Страница для вставки »Тепловые расчеты

Все электронные компоненты выделяют тепло, поэтому умение рассчитать радиаторы так, чтобы не разлететься на пару порядков, очень пригодится любому электронщику.

Тепловые расчеты очень просты и имеют много общего с расчетами электронных схем. Здесь взгляните на типичную проблему расчета тепла, с которой я только что столкнулся.

Задача

Вам нужно выбрать радиатор для линейного регулятора на 5 вольт, который питается максимум от 12 вольт и выдает 0,5А. Максимальная рассеиваемая мощность составляет (12-5) * 0,5 = 3,5 Вт

Теоретическое погружение

Чтобы не производить сущностей, люди поцарапали тыкву и поняли, что тепло очень похоже на электрический ток, и для тепловых расчетов вы можете используйте обычный закон Ома, только

Напряжение (U) заменяется температурой (T)

Ток (I) заменяется мощностью (P)

Сопротивление заменяется тепловым сопротивлением.Типичное сопротивление — вольт / ампер, тепловое сопротивление — ° C / ватт.

В результате закон Ома заменяется его тепловым аналогом:

Небольшое примечание — чтобы указать, что имеется в виду тепловое (а не электрическое) сопротивление, к букве R добавляется буква тета: Я не есть такая буква на клавиатуре, но копировать из таблицы символов лень, поэтому я просто воспользуюсь буквой R.

Продолжаем

В кристалле стабилизатора выделяется тепло, и наша цель — предотвратить это от перегрева (для предотвращения перегрева самого кристалла, а не корпуса, это важно!).

До какой температуры можно нагревать кристалл, написано в даташите:

Обычно предельная температура кристалла называется Tj (j = junction = junction — термочувствительные внутренности микросхем в основном состоят из pn переходов. Можно считать, что температура перехода равна температуре кристалла. (Rj-a) (что j вы уже знаете, a = ambient = environment)

Обратите внимание, что температура грунта не равна нулю, а температура окружающей среды (Ta).Температура воздуха зависит от условий, в которых находится радиатор. Если на улице, то можно поставить Ta = 40 ° C, а если в закрытом ящике, то температура может быть намного выше!

Запишем тепловой закон Ома: Tj = P * Rj-a + Ta. Подставляя P = 3,5, Rj-a = 65, мы получаем Tj = 227,5 + 40 = 267,5 ° C. Однако многовато!

Цепляемся за радиатор

Тепловая схема нашего примера со стабилизатором на радиаторе принимает вид:

• Rj-c — сопротивление от кристалла к радиатору корпуса (c = case = case).Приведено в даташите. В нашем случае — 5 ° C / Вт — из даташита
• Rc-r — сопротивление корпуса-радиатора. Не все так просто. Это сопротивление зависит от того, что находится между корпусом и радиатором. Например, силиконовая прокладка имеет коэффициент теплопроводности 1-2 Вт / (м * ° С), а паста КПТ-8 — 0,75 Вт / (м * ° С). Тепловое сопротивление может быть получено из коэффициента теплопроводности по формуле:

  R = толщина прокладки / (коэффициент теплопроводности * площадь одной стороны прокладки)

  Rc-r часто можно полностью игнорировать.Например, в нашем случае (мы используем пакет ТО220, с пастой КПТ-8 средняя глубина приклеивания с потолка составляет 0,05 мм). Суммарная Rc-r = 0,5 ° С / Вт. При мощности 3,5Вт разница температур между корпусом стабилизатора и радиатором составляет 1,75 градуса. Это не много. Для нашего примера возьмем Rc-r = 2 ° C / Вт

Rr-a — это тепловое сопротивление между радиатором и атмосферой. Это определяется геометрией радиатора, наличием обдува и множеством других факторов.Этот параметр гораздо проще измерить, чем рассчитать (см. В конце статьи). Например — Rr-c = 12,5 ° C / Вт

Ta = 40 ° C — здесь мы посчитали, что температура атмосферы редко бывает выше, можно взять 50 градусов, так что обязательно будет.

Подставляем все эти данные в закон Ома, и получаем Tj = 3,5 * (5 + 2 + 12,5) + 40 = 108,25 ° C

Это значительно меньше предела 150 ° C. Такой радиатор можно использовать. При этом корпус радиатора будет нагреваться до Tc = 3.5 * 12,5 + 40 = 83,75 ° С. Эта температура уже способна размягчать некоторые пластики, поэтому нужно быть осторожным.

Измерение сопротивления радиатора и атмосферы.

Скорее всего, у вас уже валяется куча радиаторов, которые можно использовать. Термическое сопротивление очень легко измерить. Ему нужно сопротивление и источник питания.

Формируем сопротивление к радиатору с помощью термопасты:

Подключаем источник питания, и устанавливаем напряжение так, чтобы на сопротивлении выделялась некоторая мощность.Лучше, конечно, нагревать радиатор той мощностью, которую он будет рассеивать в конечном устройстве (и в том положении, в котором он будет находиться, это важно!). Такой состав я обычно оставляю на полчаса, чтобы он хорошо прогрелся.

После измерения температуры можно рассчитать тепловое сопротивление.

Rr-a = (T-Ta) / P. Например, мой радиатор нагрелся до 81 градуса, а температура воздуха была 31 градус. таким образом, Rr-a = 50/4 = 12,5 ° C / Вт.

Оценка площади радиатора

В древнем справочнике радиолюбителя был приведен график, по которому можно оценить площадь радиатора.2 радиатора. Этот график завышает площадь и не учитывает множество факторов, таких как принудительный воздушный поток, геометрия ребра и т. Д.

bsvi.ru

В 1841 и 1842 годах, независимо друг от друга, английские и российские физики установил зависимость количества тепла от протекания тока в проводнике. Эта зависимость получила название «Закон Джоуля-Ленца». Англичанин установил зависимость на год раньше россиянина, но свое название закон получил от имен обоих ученых, потому что их исследования были независимыми.Закон не теоретический, но имеет большое практическое значение. Итак, давайте кратко и наглядно выясним определение закона Джоуля-Ленца и где он применяется.

Формулировка

В реальном проводнике при протекании по нему тока совершается работа против сил трения. Электроны движутся по проволоке и сталкиваются с другими электронами, атомами и другими частицами. В результате выделяется тепло. Закон Джоуля-Ленца описывает количество тепла, выделяемого при протекании тока через проводник.Оно прямо пропорционально силе тока, сопротивлению и времени истечения.

В интегральной форме закон Джоуля-Ленца выглядит так:

Ток обозначается буквой I и выражается в амперах, сопротивление — R в омах, а время t — в секундах. Единицей измерения тепла Q является Джоуль; чтобы перевести в калории, нужно результат умножить на 0,24. В этом случае 1 калория равна количеству тепла, которое необходимо подвести к чистой воде, чтобы повысить ее температуру на 1 градус.

Это написание формулы справедливо для участка цепи, когда проводники соединены последовательно, когда через них протекает одно значение тока, но на концах падает другое напряжение. Произведение тока в квадрате на сопротивление равно мощности. В то же время мощность прямо пропорциональна квадрату напряжения и обратно пропорциональна сопротивлению. Тогда для электрической цепи с параллельным включением закон Джоуля-Ленца можно записать в виде:

В дифференциальной форме это выглядит так:

Где j — плотность тока, А / см 2, E — напряженность электрического поля, сигма — удельное сопротивление проводника.

Стоит отметить, что для однородного участка цепи сопротивление элементов будет одинаковым. Если в цепи присутствуют проводники с разным сопротивлением, возникает ситуация, когда максимальное количество тепла выделяется на том, который имеет наибольшее сопротивление, что можно сделать, проанализировав формулу закона Джоуля-Ленца.

FAQ

Как узнать время? Имеется в виду период протекания тока по проводнику, то есть когда цепь замкнута.

Как найти сопротивление проводника? Для определения сопротивления используется формула, которую часто называют «рельсовой», то есть:

Здесь буква «Ro» обозначает удельное сопротивление, оно измеряется в Ом * м / см2, l и S — длина и площадь поперечного сечения. При подсчете уменьшаются квадратные метры и сантиметры и остаются омы.

Удельное сопротивление — табличное значение и для каждого металла свое. Медь на порядки меньше, чем у высокоомных сплавов, таких как вольфрам или нихром.Для чего он используется, мы рассмотрим ниже.

Перейдем к практике

Закон Джоуля-Ленца имеет большое значение для электрических расчетов. В первую очередь, вы можете применить его при расчете отопительных приборов. В качестве нагревательного элемента чаще всего используется проводник, но не простой (например, медный), а с большим сопротивлением. Чаще всего это нихром или кантал, фехраль.

Обладают высоким сопротивлением. Вы можете использовать медь, но тогда вы потратите много кабеля (сарказм, медь для этой цели не используется).Чтобы рассчитать тепловую мощность для нагревательного прибора, нужно определить, какой корпус и в каких объемах нужно его обогреть, учесть количество необходимого тепла и сколько времени его нужно передать телу. После расчетов и преобразований вы получите сопротивление и силу тока в этой цепи. На основании полученных данных по удельному сопротивлению выберите материал проводника, его сечение и длину.

Закон Джоуля — Ленц

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, обнаружили 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 в проводнике остается неизменным.

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, имеющем сопротивление 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 основе закона Ома

I = U / R,

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

Q = (U² / R) t .

Удобно использовать формулу Q = l2Rt для расчета количества тепла, выделяемого при последовательном соединении, потому что 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.

Возможная разница: определение, формула и примеры — видео и стенограмма урока

? !!! Что такое электрический потенциал?

Чтобы понять разность электрических потенциалов, нам нужно сначала понять, что такое электрический потенциал.Лучший способ сделать это — провести аналогию с концепцией, с которой вы должны быть знакомы: потенциальная энергия гравитации.

Электрический потенциал — это простой способ количественной оценки потенциальной энергии, которую электрическая частица имеет в результате ее расположения в электрическом поле. Это похоже на то, как мы говорим об объектах с массой и их потенциальной энергией в результате их расположения в гравитационном поле.

В результате нахождения в гравитационном поле Земли объекты, обладающие массой, испытывают воздействие этого гравитационного энергетического поля — эффект, который они ощущают, заключается в том, что их тянет вниз с некоторой силой, которая пропорциональна их массе и их местоположению в это поле.Означает ли это, что мы можем сказать, что можем просто описать места в гравитационном поле Земли как места с изначально высокой потенциальной энергией? Нет, не обязательно. Почему нет? Потому что потенциальная энергия объекта зависит не только от его положения в поле гравитационной энергии, но и от его массы.

Например, космический челнок на высоте 10 000 футов над поверхностью Земли имеет гораздо больше потенциальной энергии, чем молекула воздуха той же высоты над поверхностью Земли.Они оба находятся в одном месте в гравитационном поле, но их потенциальная энергия сильно различается, потому что их масса очень разная. Однако мы можем определить каждое местоположение как количество потенциальной энергии на единицу массы, необходимое для достижения этого местоположения. Это позволяет нам выровнять игровое поле и сравнивать локации по энергии, необходимой для их попадания. Это делает потенциальную энергию объекта исключительно функцией его местоположения. Мы называем это гравитационным потенциалом, и он определяется как количество потенциальной энергии, которую объект имеет в гравитационном поле на единицу массы.

Электрический потенциал очень похож на гравитационный. Он описывает количество энергии, которое частица имеет в зависимости от ее местоположения. Это способ количественной оценки того, сколько энергии было отдано частице, чтобы заставить ее двигаться против электрического поля. В случае нашей электрической цепи это поле является полем, создаваемым отталкиванием электрической частицы от других частиц. Итак, точно так же, как объект, движущийся через наше гравитационное поле, мы описываем частицу, которая протолкнулась через электрическое поле, чтобы добраться туда, где она находится.И точно так же, как мы « выровняли игровое поле », описывая местоположения в гравитационном поле как количество энергии на единицу массы, чтобы попасть туда, мы описываем электрический потенциал как количество энергии, необходимое заряженной частице для достижения местоположения в электрическое поле известной силы. Опять же, это делает электрический потенциал объекта исключительно функцией его местоположения.

Разница электрических потенциалов

Теперь, когда мы потратили некоторое время на понимание того, что такое электрический потенциал, мы действительно можем понять, что такое разность электрических потенциалов.

Рассмотрим две точки в электрическом поле. Обратите внимание, что точка A находится намного ближе к источнику электрического поля, чем точка B.

peoplephysics.com — законы физики стр. 8

Ом открыл фундаментальный закон электрических цепей по аналогии с явление распространения тепла за счет теплопроводности.
Как тепловой поток Q / t = KS (T ₁ -T ₂ ) / л (калорий / сек) проходит через слой проводящего материала длиной L, между сторонами, имеющими сечение S, существует заданное разность температур T ₁ -T ₂ , с T ₁ > T ₂ , поэтому сила электрического тока I = Q / t (то есть отношение электрического заряда в секунду), которое проходит через провод длиной L и сечением S прямо пропорционален разности потенциалов V ₁ -V ₂ , приложенной к крайним точкам провода:
I = k S (V ₁ — V ₂ ) / L, где k — постоянная величина (так называемая удельная проводимость), зависящая от проводящий материал.
Электрический ток I условно направлен как тепловой, из точек с большим потенциалом (В ₁ ) к тем, у которых более низкий потенциал (V ₂ ).
Фактически, хотя все еще действует эта конвенция, установленная до открытия электрон, однако мы знаем, что эффективное направление тока в электрическом проводник такой же, как и у электронов, что за счет их отрицательного электрического заряда, перемещаются от точек с более низким потенциалом к ​​точкам с большим потенциал.
Если переписать закон Ома в виде V ₁ — V ₂ = I [L / (Sk)] = I R, константа
R = L / (Sk), называемая сопротивлением, свидетельствует о прямом пропорциональность между I и V ₁ — V ₂ , и прямо пропорциональна длине L токопроводящего провода ed обратно пропорционально его сечению S.

Когда электрический ток течет по проводнику, электрическое поле совершает работу. ускорение зарядов, составляющих ток.
Эта работа из-за сопротивления R трансформируется в тепло по эффекту Джоуля.
Фактически, один из нескольких методов, используемых для экспериментального определения механической эквивалент тепла (то есть количество джоулей, соответствующее одной калории) или тепловой эквивалент работы (то есть количество калорий, соответствующее одному джоулю) равен на основе измерения вольтметром, амперметром и хронометром электрическая энергия W = V I t = R I t = V ² t / R (это формулы эффект Джоуля), который превращается в тепло в резисторе R за время t и одновременно при измерении с помощью калориметра по тепловому увеличению (T ₂ -T ₁ ) заданной массы (M) калориметрической жидкости (воды или минеральное масло) с удельной теплоемкостью c (выраженной в калорий / грамм C), тепло Q = M c (T ₂ -T ₁ ) генерируется резистором R вследствие джоулева эффект.
Соотношение между этими показателями дает эквивалентное соотношение между джоулями и калориями: 4,18 джоулей на калорию или 0,24 калории на джоуль.

МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ

Уже в Древней Греции (VI век до н. Э.) Было известно свойство магнетита. (железная руда, оксид двухвалентного железа, впервые добытая в районе города Магнезия), притяжения железных опилок, действующих как естественный магнит.
Компас, изобретение которого приписывают китайцам, и который был импортирован в западные страны. мир примерно до XII века, представляет собой наглядный пример действия земного магнитное поле на магнитной игле.
Магнитная игла — это тончайший стальной стержень, который намагничивается путем приближения к кусок магнетита и шарнирный, так что он может вращаться без трения в горизонтальная плоскость, до достижения после серии колебаний положения равновесия, которое указывает направление магнитного поля Земли.
Принимая во внимание, что Земля ведет себя как магнит, ось которого образует с полярной осью угол около 11, и который пересекает поверхность Земли в двух точках, магнитные полюса Север и Юг, близкие к соответствующим географическим полюсам, мы условно обозначаем как Северный полюс иглы — полюс, направленный к северному магнитному полюсу в положение равновесия, в то время как южный полюс иглы направлен в сторону Южный магнитный полюс.
Магнитная стрелка — это чувствительный детектор магнитных полей.
В этом отношении мы помним опыт датского физика Эрстеда, который в 1820 году обнаружил, что электрическая цепь, в которой протекает непрерывный электрический ток генерируется батареей, если она находится рядом с магнитной стрелкой, заставляет ее отклоняться из положения равновесия в магнитном поле Земли.

Поскольку тот же эффект наблюдается, если к магнитной игле поднести магнит, он делается вывод, что электрическая цепь создает в окружающем пространстве магнитное поле, и поэтому он эквивалентен магниту, как показал французский физик Ампер. (Теорема эквивалентности Ампера) вскоре после открытия, сделанного Эрстедом.
Для визуализации силовых линий магнитного поля достаточно использовать железные опилки.
Если магнит действительно помещен под лист картона, на котором некоторые железные опилки, они располагаются вдоль многих криволинейных сегментов, так называемых линий силы магнитного поля, которые утолщаются в соответствии с конечностью ( полюсов) магнита; таким образом получается магнитный спектр, который визуализирует, как магнитное поле меняется в пространстве, окружающем магнит.
В аналогичном режиме можно визуализировать магнитные силовые линии, связанные с любым электрическая цепь: прямолинейная цепь, проводящий виток или спираль обмотка (так называемый соленоид), состоящая из множества проводящих витков соединены последовательно, в которых протекает одинаковый ток.
Существенная разница между силовыми линиями магнитного поля и линиями электрического поля состоит в том, что магнитные силовые линии всегда закрыты, потому что у них нет ни начала, ни конца, как показывает классический опыт сломанный магнит.

Разбив магнит на несколько частей, невозможно отделить северный полюс от южный, в отличие от того, что происходит с электрическими зарядами, потому что одиночный магнитных полюсов не существует.
В случае электрического поля, вместо этого, силовые линии поля, создаваемого точечный заряд, условно направлен по радиусам, выходящим из заряда, если он положительный, идет в сторону заряда, если отрицательный.
Как мы уже говорили, спектр, создаваемый каждой из вышеупомянутых схем, может быть получен избавиться от стальных опилок на листе картона, пересеченном проводником или проведение поворотов.

В частности, интенсивность H (выраженная в ампер-витков на метр, Ат / м) магнитного поля, создаваемого электрическим током I, протекающим в прямолинейном проводе, намного длинном по сравнению с расстояние между ним и точкой, где измеряется магнитное поле, прямо пропорциональна силе тока (в амперах) и обратно пропорциональна расстояние d (в метрах) от провода: H = k I / d
(это закон Био и Савара),
, где k = 0,1592 ампер.витков / ампер — постоянная пропорциональность, зависящая от системы единиц измерения.
В данном случае силовые линии магнитного поля представляют собой концентрические окружности с центром на проволоке, и они размещаются в плоскости, перпендикулярной ему.
В случае круглой катушки с радиусом R (в метрах), магнитное поле в центре катушки направлено по перпендикуляру к его плоскость, а его интенсивность H (в Asp / м) прямо пропорционально силе тока I (ампер) и обратно пропорционально радиусу R: H = k I / R, где k = 0,5 ампер.витков / ампер.
В случае прямолинейного соленоида, состоящего из n катушек с радиусом много меньшим, чем его длина L, в котором течет При силе тока I магнитное поле H направлено вдоль оси соленоида, а его напряженность H (в Asp / м) определяется выражением H = n I / L.
Магнитное поле, создаваемое соленоидом, однородно, так как оно имеет постоянную значение внутри него, а его силовые линии параллельны оси симметрии.

ЗАКОН АМПЕРА

Вышеупомянутые формулы основаны на применении закона Ампера, который также известен как теорема о магнитном сцеплении, утверждающая, что электрическая цепь генерирует магнитное поле, силовые линии которого являются замкнутыми линиями, так что, если мы вычислить сумму всех бесконечно малых элементарных произведений типа Hi dli, где dli — бесконечно малое касательное смещения к силовой линии, а Hi — это относительное значение напряженности магнитного поля, когда мы делаем количество таких продукты становятся бесконечными, мы получаем значение, равное силе тока, протекающего в схема.
Если в особых случаях магнитные силовые линии подчеркивают симметрию относительно схема, как это происходит в простом случае прямолинейного провода, который производит магнитное поле H = k I / R, силовые линии которого концентрически окружности радиусом R получаем:
H 2p R = I; H = I / (2p R) = 0,1592 I / R.
Как макроскопические магнитные поля, создаваемые электрическими цепями, так и постоянные магниты и микроскопические, которые связаны с орбитальным движением электронов в атомах и собственному угловому моменту субатомных частиц (спину) равны всегда производится электрическими зарядами, движущимися по сравнению с наблюдателем, который измеряет поля, а затем макроскопическими или микроскопическими электрическими токами соответственно.
Гипотеза о том, что поле постоянных магнитов также создается микроскопическими токов, сформулированных Ампером, было ярко подтверждено открытием электронного спина и связанного с ним элементарного магнитного момента (так называемый магнетон Бора).
Примеры:
1) электронный луч, который создает изображение на экране телевизора или монитор, создает магнитное поле, подобное тому, которое создается прямолинейным провод, по которому течет электрический ток.
2) Круговой пучок заряженных частиц (электронов, мезонов, протонов, ионов), которые вращаются. со скоростью, близкой к скорости света в синхротроне (круговой ускоритель для элементарных частиц) генерирует магнитное поле, подобное тому, которое создается катушкой, совпадающей с круговой траекторией, по которой частицы следуют из-за действия сильного магнитного поле, действующее по перпендикуляру к круговой балке.

ЗАКОН ФАРАДЕ-НЕЙМАНА (ЗАКОН ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ)

В 1831 году Мишель Фарадей обнаружил, что любая электрическая цепь, даже если в ней нет электрогенераторы (динамо, генераторы, блоки питания, батареи) и состоит только из пассивные компоненты (резисторы, соленоиды и конденсаторы, поглощающие электрическую энергию), генерирует индуцированное электрическое напряжение, когда его пересекают силовые линии переменное магнитное поле.
Короче говоря, этот закон гласит, что когда магнитный поток, связанный с электрической цепью, изменяется во времени, создается напряжение за счет электромагнитной индукции, как если бы внутри В цепь был вставлен электрогенератор, напряжение которого прямо пропорционально напряжению. изменение количества магнитных силовых линий в единицу времени.

Изменение во времени магнитного потока, связанного с цепью, может быть проверено с помощью несколько методов:
1) перемещение постоянного магнита, электромагнита или другой цепи электрического индуктора с относительно индуцированной электрической цепи (которая подвергается воздействию электромагнитной индукции).
В этом случае силовые линии магнитного поля перерезаются цепью.
2) поддержание в состоянии покоя постоянного магнита, электромагнита или электрического индуктора. цепи по отношению к индуцированной электрической цепи и деформируя ее контур, в такой режим для определения вариации сечения, пересекаемого магнитными линиями сила.
3) поддержание в состоянии покоя постоянного магнита, электромагнита или электрического индуктора. цепь по отношению к индуцированной электрической цепи и приближение или выход в близость наведенной цепи элементов из ферромагнитных материалов (чугун, сталь, кобальт, никель, ферромагнитные сплавы как Al-Ni-Co), то есть материалы, обладающие большим магнитным проницаемость, способная усилить за счет намагничивания существующее магнитное поле.
4) изменяясь резистором (реостатом) или в любом другом режиме, сила тока в электромагнита или в индуктивной электрической цепи, поддерживая в покое индуцированное электрическая цепь.
5) Размыкание или замыкание цепи электромагнита или электрической цепи индуктора.
Анализ экспериментальных данных, предоставленных такими явно очень разными физическими явлений, Нейман смог вывести закон электромагнитной индукции по формуле: E = -DF / Dt, где E — индуцированное электрическое напряжение, DF — изменение магнитного потока, связанное с индуцированной электрической цепи, а Dt — время изменения.
Насколько быстрее изменяется магнитный поток, чем больше индуцированная электрическое напряжение.
Так объясняются все наблюдаемые явления, независимо от того, что изменение магнитного потока достигается за счет относительного движения между магнитом, электромагнита или электрической цепи индуктора и индуцированной электрической цепи, или в другие способы.
Если индуцированная цепь разомкнута, между ее крайними значениями при условии наличия магнитного потока изменяется со временем, может быть измерена величина индуцированного напряжения, при этом нет ток, потому что цепь разомкнута.
Если вместо этого наведенная цепь замкнута, генерируется индуцированный ток I = E / R, который получается путем применения закона Ома, который делит значение индуцированного напряжения E омическим сопротивлением R цепи.
Знак минус был введен Ленцем для обозначения экспериментального факта, что индуцированная течение всегда имеет такое направление, которое противоречит причине, которая его породила.