Loi Joule-Lenz: sa formulation et son application
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Dans un vrai conducteur, lorsque le courant le traverse, le travail est effectué contre les forces de friction. Les électrons se déplacent à travers un fil et entrent en collision avec d'autres électrons, atomes et autres particules. En conséquence, de la chaleur est générée. La loi Joule-Lenz décrit la quantité de chaleur dégagée lorsque le courant traverse un conducteur. Elle est directement proportionnelle à l'intensité, à la résistance et au temps d'écoulement du courant.
Sous sa forme intégrale, la loi Joule-Lenz ressemble à ceci:
La force actuelle est indiquée par la lettre I et est exprimée en ampères, résistance - R en Ohms et temps t - en secondes. L'unité de mesure de la chaleur Q - Joule, pour convertir en calories, vous devez multiplier le résultat par 0,24. Dans ce cas, 1 calorie est égale à la quantité de chaleur qui doit être apportée à l'eau pure pour augmenter sa température de 1 degré.
Une telle entrée de formule est valable pour une section de circuit avec une connexion en série de conducteurs, lorsqu'un courant y circule, mais une tension différente chute aux extrémités. Le produit du courant au carré de la résistance est égal à la puissance. Dans le même temps, la puissance est directement proportionnelle au carré de la tension et inversement proportionnelle à la résistance. Ensuite pour un circuit électrique avec une connexion parallèle, la loi de Joule-Lenz peut s'écrire:
Sous forme différentielle, cela ressemble à ceci:
Où j est la densité de courant A / cm2, E est l'intensité du champ électrique, sigma est la résistance spécifique du conducteur.
Il est à noter que pour une section homogène du circuit, la résistance des éléments sera la même. S'il y a des conducteurs avec une résistance différente dans le circuit, une situation se produit lorsque la quantité maximale de chaleur est libérée sur celui qui a la plus grande résistance, ce qui peut être conclu en analysant la formule de la loi Joule-Lenz.
Foire aux questions
Comment trouver l'heure? Il s'agit de la période de circulation du courant à travers le conducteur, c'est-à-dire lorsque le circuit est fermé.
Comment trouver la résistance d'un conducteur? Pour déterminer la résistance à l'aide de la formule, souvent appelée "rail", c'est-à-dire:
Ici, la lettre "Po" désigne la résistivité, elle est mesurée en Ohm * m / cm2, l et S sont la longueur et la section transversale. Dans les calculs, les mètres carrés et les centimètres sont réduits et les Ohms restent.
La résistivité est une valeur tabulaire et elle est différente pour chaque métal. Le cuivre est de plusieurs ordres de grandeur inférieur à celui des alliages à haute résistance tels que le tungstène ou le nichrome. Pour ce qu'il est appliqué, nous considérerons ci-dessous.
Passons à la pratique
La loi Joule-Lenz est d'une grande importance pour les calculs de génie électrique. Tout d'abord, vous pouvez l'appliquer lors du calcul des appareils de chauffage. Un conducteur est le plus souvent utilisé comme élément chauffant, mais pas simple (comme le cuivre), mais avec une résistance élevée. Le plus souvent, il est nichrome ou cantal, féchral.
Ils ont une grande résistivité. Vous pouvez utiliser du cuivre, mais vous dépenserez alors beaucoup de câble (sarcasme, le cuivre n'est pas utilisé à cet effet). Pour calculer la puissance thermique d'un appareil de chauffage, vous devez déterminer quel corps et dans quels volumes vous devez chauffer, prendre en compte la quantité de chaleur requise et la durée de son transfert vers le corps. Après calculs et transformations, vous obtiendrez la résistance et l'intensité du courant dans ce circuit. Sur la base des données sur la résistivité, sélectionnez le matériau du conducteur, sa section et sa longueur.
Loi Joule-Lenz pour le transport d'électricité à distance
À transmission de puissance sur des distances un problème important se pose - pertes sur les lignes de transmission (lignes de transmission). La loi Joule-Lenz décrit la quantité de chaleur dégagée par un conducteur lorsque le courant circule. Les lignes électriques alimentent des entreprises et des villes entières, et pour cela, beaucoup d'énergie est nécessaire, en conséquence, un courant important. Étant donné que la quantité de chaleur dépend de la résistance du conducteur et du courant, de sorte que le câble ne chauffe pas, vous devez réduire la quantité de chaleur. Il n'est pas toujours possible d'augmenter la section des fils, car ceci est coûteux en termes de coût du cuivre lui-même et de poids du câble, ce qui entraîne une augmentation du coût de la structure porteuse. Les lignes électriques haute tension sont illustrées ci-dessous. Ce sont des structures métalliques massives conçues pour élever le câble à une hauteur sûre au-dessus du sol, afin d'éviter les chocs électriques.
Par conséquent, il est nécessaire de réduire le courant, pour ce faire, ils augmentent la tension. Entre les villes, les lignes électriques ont généralement une tension de 220 ou 110 kV, et chez le consommateur, elle chute à la valeur souhaitée à l'aide de sous-stations de transformateur (KTP) ou un certain nombre de KTP diminuant progressivement à des valeurs plus sûres pour la transmission, par exemple 6 kV.
Ainsi, avec la même consommation électrique à une tension de 380/220 V, le courant diminuera des centaines et des milliers de fois plus bas. Et selon la loi Joule-Lenz, la quantité de chaleur dans ce cas est déterminée par la puissance perdue sur le câble.
Fusibles et fusibles
La loi Joule-Lenz s'applique aux fusibles. Ce sont des éléments qui protègent un appareil électrique ou électronique contre les courants excessifs pouvant survenir à la suite d'une surtension, court-circuit sur la carte de circuit imprimé ou les enroulements (dans le cas des moteurs) pour se protéger contre une destruction supplémentaire du système électrique dans son ensemble et contre l'incendie. Ils se composent d'un boîtier, d'un isolant et d'un fil mince. Le fil est sélectionné dans une section telle que le courant nominal le traverse et, lorsqu'il est dépassé, la quantité de chaleur générée le brûle.
À la suite de ce qui précède, nous concluons que la loi Joule-Lenz a trouvé une large application et est très importante pour le génie électrique. Grâce aux informations sur la quantité de chaleur fournie par les calculs selon les formules indiquées ci-dessus, nous pouvons en apprendre davantage sur les modes de fonctionnement des appareils, sélectionner les matériaux et la section nécessaires pour augmenter la sécurité, la fiabilité et la durabilité de l'appareil ou du circuit dans son ensemble.
C'est là que nous terminons notre article. Nous espérons que les informations fournies vous ont été utiles et intéressantes. Enfin, nous vous recommandons de regarder une vidéo sur laquelle cette question est discutée plus en détail:
Vous ne savez sûrement pas:
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