Prawo Joule’a (prąd elektryczny)

Prawo Joule’a (prąd elektryczny) w encyklopedii

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania

Prawo Joule’a, zwane również prawem Joule’a-Lenza, pozwala wyznaczyć ilość ciepła, które wydziela się podczas przepływu prądu elektrycznego przez przewodnik elektryczny

Ilość ciepła wydzielanego w czasie przepływu prądu elektrycznego przez przewodnik elektryczny jest wprost proporcjonalna do iloczynu oporu elektrycznego przewodnika, kwadratu natężenia prądu i czasu jego przepływu.

Zależność tę można wyrazić wzorem:

Q = R I 2 t {\displaystyle Q=RI^{2}t\,}

gdzie

Q {\displaystyle Q} – ilość wydzielonego ciepła; I {\displaystyle I} – natężenie prądu elektrycznego; R {\displaystyle R} – opór elektryczny przewodnika; t {\displaystyle t} – czas przepływu prądu.

Prawo to jest wyrazem zasady zachowania energii w odniesieniu do przepływu prądu. Wynika z niego, że energia prądu elektrycznego zamienia się w energię wewnętrzną przewodnika.

Wyprowadzenie | edytuj kod

Prawo Joule’a można wyprowadzić z definicji mocy prądu elektrycznego i prawa Ohma. Korzystając ze wzoru, który wynika z prawa Ohma można zapisać związek między napięciem a natężeniem prądu

U = I R {\displaystyle U=IR\,}

gdzie U jest napięciem na końcach przewodnika. Z definicji mocy prądu elektrycznego

P = U I {\displaystyle P=UI\,}

po wstawieniu napięcia z prawa Ohma

P = R I ⋅ I {\displaystyle P=RI\cdot I\,} P = R I 2 {\displaystyle P=RI^{2}\,}

Ilość wydzielonego ciepła jest równa pracy wykonanej przez prąd elektryczny w czasie t, stąd

Q = W = P t = R I 2 t {\displaystyle Q=W=Pt=RI^{2}t\,} Q = R I 2 t {\displaystyle Q=RI^{2}t\,}

Zastosowanie zjawiska | edytuj kod

Zjawisko wydzielania się ciepła podczas przepływu prądu elektrycznego zaobserwowane zostało po raz pierwszy przez Jamesa Joule’a w 1841, a następnie niezależnie przez Heinricha Lenza w 1842. Jest obecnie wykorzystywane do zamiany energii elektrycznej na energię wewnętrzną. Ma to miejsce we wszystkich urządzeniach wyposażonych w grzałki elektryczne np. czajniki elektryczne, pralki, zmywarki, promienniki.

Zjawisko to jest jednak często niepożądane, na przykład przy przesyłaniu energii. Wówczas wydzielane ciepło jest energią traconą. W urządzeniach elektronicznych zjawisko Joule’a powoduje wydzielanie się ciepła wewnątrz aparatury i wymaga usuwania go stamtąd, aby urządzenie mogło stabilnie pracować. Dlatego np. komputery wymagają chłodzenia.

Zobacz też | edytuj kod

Na podstawie artykułu: "Prawo Joule’a (prąd elektryczny)" pochodzącego z Wikipedii
OryginałEdytujHistoria i autorzy