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 ;-)

Закон Джоуля-Ленца

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:

Закон Джоуля-Ленца

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

Закон Джоуля-Ленца

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.

Закон Джоуля-Ленца

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.