ТЕПЛОВИЙ ЕФЕКТ ЕЛЕКТРИЧНОСТІ
- 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 .