Ефект Джоуля або закон Джоуля Це закон, відкритий британським фізиком Джейм Джоулем, який базується на твердженні, що енергія ні створюється, ні руйнується, вона лише трансформується. Наприклад, електрична енергія, яка проходить через праску або тостер, закінчується розсіюванням у вигляді тепла. Цей ефект відомий як ефект Джоуля. У цій статті ми розберемося з найважливішими моментами цієї теми, а потім навчимося розв’язувати вправи без особливих труднощів.
🤔 Що говорить нам Закон Джоуля?
Щоб набагато краще зрозуміти ефект Джоуля, давайте подумаємо про електричний струм, який циркулює через провідник.За цей період часу кінетична енергія електронів перетворюється в тепло і його температура підвищується, що спричиняє знаменитий "Ефект Джоуля".
Можна сказати, що закон Джоуля говорить нам таке твердження:
Тепло, яке виробляє електричний струм, коли він циркулює через провідник, прямо пропорційне квадрату інтенсивності струму, опору та часу, необхідному циркуляції струму.
Formu Формула закону Джоуля
Щоб краще зрозуміти предмет Закону Джоуля, ми можемо проаналізувати формулу, яку ми будемо використовувати для розв’язання різних вправ, які ми подамо тут. Математично наш вираз такий:
W = Кількість тепла (виражене в джоулях)
Я = Поточна інтенсивність (виражена в амперах)
R = Електричний опір (виражене в Омах)
t = Одиниця часу (виражена в секундах)
Загалом, оскільки це тепловтрати, використовуються одиниці калорій, а не джоулів. Отже, коли ми робимо перетворення одиниць, ми отримуємо нову формулу:
Тобто наша формула матиме такий вигляд:
Q = Кількість тепла (виражене в калоріях).
🔸 Вирішені вправи закону Джоуля
Пам'ятайте, що коли ми маємо на увазі Закон Джоуля, ми маємо на увазі ефект Джоуля. Багато авторів книг з фізики розглядають це в обох напрямках, тому тут ми пояснюємо, що вони однакові. Щоб краще поглибити тему, давайте розв’яжемо кілька вправ на цю тему.
Завдання 1.- Через обмотку електродвигуна 5 ампер циркулюють при підключенні до різниці потенціалів 220 В. Яке тепло воно виробляє за дві хвилини?
Рішення:
Коли струм протікає через обмотку електродвигуна, він буде виробляти деяку кількість тепла. Питання, яке задає нам проблема, полягає в тому, щоб знати, скільки тепла генерується за дві хвилини, для цього ми додаємо наші дані:
Перше, що ми зробимо, це перетворення хвилин у секунди
Тепер ми повинні знайти значення опору, для цього ми застосовуємо закон Ома
Тепер, якщо ми можемо замінити це у нашій формулі:
Іншими словами, приблизне значення 31680 калорій за дві хвилини.
Результат:
Завдання 2.- Струм 9А циркулює через опір електричного випромінювача 60 Ом, коли він підключений до різниці потенціалів 120 В. Яку кількість тепла він виробляє за 8 хвилин?
Рішення:
На відміну від попередньої вправи, у цій задачі, якщо ми маємо значення опору та інші дані, необхідні для правильного вирішення прикладу, ми збираємося зі своїми даними та дивимося, як без проблем ввести їх у формулу.
Перше, що ми можемо побачити, це те, що хвилини повинні бути перетворені в секунди, для цього ми застосовуємо коефіцієнт перерахунку і конвертуємо:
Тепер, якщо ми можемо скористатися формулою закону Джоуля
Що дало б нам загальну суму 559 872 калорій виробляється за 8 хвилин.
Результат:
Завдання 3.- Визначте тепло, яке розвивається за три хвилини паяльником потужністю 180 Вт
Рішення:
На відміну від попередніх прикладів, у цьому випадку ми не маємо значення опору, струму чи опору. Ми маємо лише дані часу та сили. Але якщо ми добре проаналізуємо нашу формулу, ми знатимемо, що її легко вирішити. Давайте збирати наші дані.
Перш ніж ми почнемо, спочатку переведемо хвилини в секунди
З теми «Електроенергія» ми знаємо, що потужність - це квадрат струму, помножений на напругу, тому:
Якщо підставити формулу в закон Джоуля, то отримаємо:
Підставивши дані у формулу:
Отже, отримуємо в цілому 7776 калорій.
Результат:
📃 Вправи на практиці закону Джоуля
Зараз вам пора вдосконалити тему, вирішуючи різні вправи на тему ефекту Джоуля.
Завдання 4.- Електрична праска має опір 35 Ом і підключається протягом 30 хвилин при різниці потенціалів 110 В. Скільки тепла вона виробляє?
Завдання 5.- Фен має опір 15 Ом при циркуляції струму 8 А, якщо він підключений до різниці потенціалів 120 В., протягом 32 хвилин. Скільки тепла він виробляє?