ТЕПЛОВИЙ ЕФЕКТ ЕЛЕКТРИЧНОСТІ

ефект

  • Ефект Джоуля.
  • Питома теплоємність.
  • Теплопередача.
  • Розрахунок ділянки провідника.

Ефект Джоуля

Фізик П. Джеймс Джоуль вивчав взаємозв'язок між енергією та її повним перетворенням у тепло. Експериментуючи з калориметром, він дійшов висновку, що енергія 1 Джоуля еквівалентна 0,24 калорії.

Q = 0,24B E

Q = теплота калорій

E = енергія в джоулях

E = P.t; в той самий час P = R.I 2; якщо взяти ці значення до першого виразу, то матимемо:

Рішення: Енергія в джоулях, спожита протягом цього періоду часу:

E = P t = 2000. 300 = 600 000 Джоулів

t = 5. 60 = 300 с

Оскільки кожного липня він перетворюється на 0,24 калорії, нам доведеться:

Q = 0,24 E = 0,24В 600000 = 144000 калорій = 144 Ккал.

2) Обчисліть тепло, яке виділяє мідний провідник довжиною 100 м і перерізом 1,5 мм 2, який живить групу ламп потужністю 1500 Вт при напрузі 230 В протягом однієї доби.

Рішення: Спочатку розраховується інтенсивність струму, що протікає через зазначений провідник:

Розрахуємо тепер опір провідника лінії:

Тепло, яке виробляє провідник, який підвищує свою температуру і вважається втраченою енергією, становить:

Це підвищення залежить від кількох факторів, таких як питома теплоємність матеріалів, їх маса, температура, коефіцієнти пропускання, за допомогою яких тепло поширюється і розсіюється тощо.

Через одну хвилину енергія, яку споживає плита, буде

W = P t = 1500 X 60 = 90 000 Дж

Отже, тепло, яке виробляє піч за цей час, буде

Q = 0,24 Вт = 0,24 Х 90 000 = 21 600 кал = 21,6 ккал

Питома теплоємність

Питома теплоємність речовини - це кількість тепла, необхідна для підвищення температури на 1 ° С масою 1 грам.

Так, наприклад, щоб підняти температуру грама грама води на один градус, вам потрібна одна калорія, значно більше, ніж потрібно, щоб зробити те ж саме з грамом міді (0,093 калорії). Наступна таблиця показує питому теплоємність різних речовин, виражену в калоріях/грам. ВєC.

Речовина Питома теплота в калоріях/грам
мідь 0,093
сталь 0,110
ПВХ 0,210
алюміній 0,220
Вода 1

Знаючи питому теплоємність речовини та її масу, можна розрахувати кількість теплоти, яку необхідно прикласти для підвищення її температури. Для цього ми застосуємо вираз:

4) Визначте тепло, необхідне для підвищення температури 1 літра води з 20ВєС до 50ВєС.

Рішення: Оскільки 1 літр води дорівнює 1000 грамам, питома теплоємність води дорівнює 1, а підвищення температури, яке ми хочемо досягти, становить (50 - 20) = 30 ° С, застосовується тепло:

Примітка: Для проведення розрахунків не враховуйте нагрівання бака або опір нагріванню.

Рішення: Тепло, яке повинен забезпечувати нагрівальний елемент:

Потужність розвивати цю енергію за 1 годину (3600 секунд) буде такою:

6) Якою буде вартість енергії у прикладі 2) вище, якщо ціна КВт-год становить 17 песо.

Рішення: Спочатку ми обчислюємо тепло, яке виробляється.

Тепло, що передається на пластину, становитиме лише 75% від загальної кількості виробленого:

Оскільки питома теплоємність сталі 0,11, підвищення температури становитиме:

Різні вираження теплоти, що виробляється

Перший дозволяє розрахувати вироблену теплоту, починаючи із значень напруги, інтенсивності струму та часу підключення

Q = 0,24 В I т

Другий дозволяє проводити розрахунок на основі значень опору ланцюга, інтенсивності струму та часу підключення.

Q = 0,24 P I 2 т

Нарешті, третій дає значення теплоти, що виробляється із значень напруги, опору ланцюга та часу підключення

Q = 0,24 (V 2/R) т

Кількість виробленого тепла буде

Корисне тепло і втрачене тепло

Тепло, яке виробляється ефектом Джоуля, іноді є корисним, а іноді небажаним, навіть шкідливим .

Втрачене тепло завжди шкодить більшою чи меншою мірою. У крайньому випадку це спричиняє важливі збої внаслідок того, що надмірне нагрівання провідників визначає вуглецювання матеріалів, що утворюють їх ізоляцію. З цієї причини дуже важливо зменшити тепло, яке виробляється ефектом Джоуля, до мінімуму, щоб нагрівання провідників та ізоляції не перевищувало меж, дозволених чинними Стандартами випробувань. .

Перевантаження та коротке замикання

Надмірне нагрівання може виникнути в будь-якому контурі через ненормальне значення інтенсивності струму, що протікає через нього. Надмірне нагрівання може навіть спричинити ефект займання поруч горючих матеріалів .