Меню

Закон Джоуля-Ленца

Закон Джоуля-Ленца описывает процессы, происходящие в проводнике, по которому бежит электрический ток. Вы никогда не задумывались, почему греется лампочка, утюг, чайник и даже ваш смартфон, когда тот качает большие объемы информации из интернета? Во всем этом как раз и виноват тот самый закон Джоуля-Ленца.

Для простоты объяснения давайте представим себе переполненный автобус. Знакомая ситуация, не правда ли? Особенно утром в час пик ;-)

Вы стоите почти у самой двери автобуса. Каждый раз, когда автобус останавливается на остановках, поток пассажиров двигается из автобуса и в автобус. Получается, чем больше поток пассажиров будет выходить и входить в автобус, тем больше будут вас толкать, задевать, наступать на ноги. Следовательно, тем бОльшее раздражение охватит вас :-). А если бы двери были шире, то и народ бы спокойно выходил и заходил, задевая вас как можно реже. Или пусть двери останутся такой же ширины, но народу в автобусе будет как можно меньше. Значит, они смогут спокойно проходить и не задевать вас, а следовательно, не раздражать. Ну, и конечно же, важный фактор имеет время. Неужели вы выдержите все это «веселое» мероприятие весь день?

Проводник, будь то медная проволока, или кусочек жестянки — это и есть тот самый автобус. Ширина двери, есть нечто иное как его сопротивление, а количество народа в автобусе — это электроны. В проводнике ну очень много электронов! Когда через проводник бежит электрический ток, электроны проталкиваются через атомы по проводнику и конечно же их задевают, как нас в автобусе. Атомов это все в конечном счете раздражает, и они начинают колебаться, а колебание атомов есть нечто иное, как тепловая энергия. Чем сильнее колеблются атомы, тем горячее стает проводник.

Вентилятор от компьютера совершает работу, крутя свои лопасти, а какую же работу совершает проводник, когда через него течет электрический ток? Он отдает тепло в окружающую среду, тупо преобразуя электрическую энергию в тепловую. А тепловая энергия у нас обозначается буквой  Q и выражается тоже в Джоулях. Формулу работы электрического тока мы знаем из статьи Работа и мощность  тока:

А как мы знаем из статьи Закон Ома , что I=U/R, отсюда получаем, что U=IхR. Подставляем в формулу вместо U, IхR, и получаем формулу

Это и есть закон Джоуля-Ленца как для переменного, так и для постоянного тока.  Получается, что чем тоньше проводник (а сопротивление проводника мы рассматривали в статье Закон Ома), и чем больший ток пропустить через него ( как мы помним I=U/R, значит нужно добавить напряжения да побольше), и все это по времени оставить как можно больше, то тепла выделится столько, что мы сможем согреться холодными зимними вечерами. На этом принципе работают все электронагревательные приборы.

Думаю, вы не раз слышали такое выражение, как мощность, выделяемая на каком-либо радиоэлементе. Например, при протекании электрического тока через резистор, на резисторе выделяется такая-то мощность. Это значит, что  резистор эту выделяемую мощность будет преобразовывать в тепло и отдавать это тепло в окружающее пространство.

Приносит ли пользу закон Джоуля-Ленца?

Вредит или идет на пользу закон Джоуля-Ленца в электротехнике и электронике? Здесь нет однозначного ответа.  Его используют и так и эдак. В паяльника, утюгах, фенах, электрочайниках, тенах его используют на все 100%, но в некоторых случаях он только приносит вред.

В электросетях закон Джоуля-Ленца приносит только вред. Поэтому, напряжение на дальние расстояния от генератора ГЭС, ТЭЦ, АЭС передают в кВ, а до нас доходит только каких-то жалких 220 Вольт. Все дело как раз в том, что напряжение с ГЭС повышают с помощью повышающего трансформатора. Как работает трансформатор, можно прочитать в этой статье. В результате сила тока через высоковольтную линию передачи будет не такой большой, а вот напряжение будет в разы больше, чем  на генераторе ГЭС, ТЭЦ, АЭС. Когда такое напряжение доходит до потребителя (потребителем может быть город, либо маленькое село) то здесь в дело вступает понижающий трансформатор, которые преобразует уже высокое напряжение в нормальное для потребителя.

Почему применяют такой хитрый ход? Дело как раз в том, что если бы напряжение с ГЭС и тд шло напрямую по проводам к потребителю, то бОльшая часть электроэнергии превращалась бы в тепло, потому что по проводам бы неслась бешеная сила тока и они бы грелись, как спираль в вашей электроплитке. Зачем греть воздух на улице? Да и птички не смогут спокойно сидеть на таких проводах, так как обожгут лапки.




Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *