Bewegt man sich in einem beliebigen Leiter, überträgt ein elektrischer Strom etwas Energie darauf, wodurch sich der Leiter erwärmt. Die Energieübertragung erfolgt auf der Ebene der Moleküle: Durch die Wechselwirkung von Stromelektronen mit Ionen oder Atomen des Leiters verbleibt ein Teil der Energie bei letzteren.
Die thermische Wirkung des Stroms führt zu einer schnelleren Bewegung der Partikel des Leiters. Dann erhöht sich seine innere Energie und verwandelt sich in Wärme.
Rechenformel und ihre Elemente
Die thermische Wirkung des Stroms kann durch verschiedene Experimente bestätigt werden, bei denen die Arbeit des Stroms in Innenleiterenergie übergeht. Letztere nimmt gleichzeitig zu. Dann gibt der Leiter es an die umgebenden Körper ab, dh die Wärmeübertragung erfolgt unter Erwärmung des Leiters.
Die Formel zur Berechnung lautet in diesem Fall: A=UIt.
Die Wärmemenge kann mit Q bezeichnet werden. Dann ist Q=A oder Q=UIt. Da wir wissen, dass U=IR,es stellt sich heraus, dass Q=I2Rt, das im Joule-Lenz-Gesetz formuliert wurde.
Das Gesetz der thermischen Wirkung des Stroms - das Joule-Lenz-Gesetz
Der Leiter, durch den der elektrische Strom fließt, wurde von vielen Wissenschaftlern untersucht. Die bemerkenswertesten Ergebnisse erzielten jedoch James Joule aus England und Emil Khristianovich Lenz aus Russland. Beide Wissenschaftler arbeiteten getrennt und die Schlussfolgerungen auf der Grundlage der Ergebnisse der Experimente wurden unabhängig voneinander getroffen.
Sie haben ein Gesetz abgeleitet, mit dem Sie die Wärme abschätzen können, die durch die Einwirkung von Strom auf einen Leiter aufgenommen wird. Sie nannten es das Joule-Lenz-Gesetz.
Betrachten wir die thermische Wirkung des Stroms in der Praxis. Nehmen Sie die folgenden Beispiele:
- Eine normale Glühbirne.
- Heizungen.
- Sicherung in der Wohnung.
- Lichtbogen.
Glühlampe
Die thermische Wirkung des Stroms und die Entdeckung des Gesetzes trugen zur Entwicklung der Elektrotechnik bei und erhöhten die Möglichkeiten zur Nutzung von Elektrizität. Wie die Forschungsergebnisse angewendet werden, zeigt das Beispiel einer gewöhnlichen Glühlampe.
Er ist so konstruiert, dass ein Faden aus Wolframdraht hineingezogen wird. Dieses Metall ist feuerfest mit hohem spezifischen Widerstand. Beim Durchgang durch eine Glühbirne wird die thermische Wirkung eines elektrischen Stroms ausgeführt.
Die Energie des Leiters wird in Wärme umgewandelt, die Spirale erwärmt sich und beginnt zu glühen. Der Nachteil der Glühlampe liegt in den großen Energieverlusten, da nur bedingteinen kleinen Teil der Energie, beginnt es zu leuchten. Der Hauptteil erwärmt sich nur.
Um dies besser zu verstehen, wird ein Wirkungsgradfaktor eingeführt, der die Effizienz des Betriebs und der Umwandlung in Strom zeigt. Der Wirkungsgrad und die thermische Wirkung des Stroms werden in verschiedenen Bereichen genutzt, da es viele Geräte gibt, die nach diesem Prinzip hergestellt wurden. Dies sind in größerem Umfang Heizgeräte, Elektroherde, Boiler und ähnliche Geräte.
Heizgeräte
Normalerweise gibt es bei der Konstruktion aller Heizgeräte eine Metallspirale, deren Funktion das Heizen ist. Wenn Wasser erhitzt wird, wird die Spule isoliert installiert, und in solchen Geräten wird ein Gleichgewicht zwischen Energie aus dem Netzwerk und Wärmeaustausch aufrechterh alten.
Wissenschaftler stehen ständig vor der Herausforderung, Energieverluste zu reduzieren und die besten Wege und effizientesten Schemata für ihre Implementierung zu finden, um die thermische Wirkung des Stroms zu reduzieren. Beispielsweise wird ein Verfahren zum Erhöhen der Spannung während der Leistungsübertragung verwendet, wodurch die Stromstärke verringert wird. Gleichzeitig verringert diese Methode jedoch die Betriebssicherheit von Stromleitungen.
Ein weiteres Forschungsgebiet ist die Drahtauswahl. Schließlich hängen Wärmeverlust und andere Indikatoren von ihren Eigenschaften ab. Außerdem wird beim Betrieb von Heizgeräten viel Energie freigesetzt. Daher werden die Spiralen aus speziell für diesen Zweck entwickelten Materialien hergestellt, die hohen Belastungen standh alten, Materialien.
Wohnungssicherungen
Spezielle Sicherungen werden verwendet, um den Schutz und die Sicherheit von Stromkreisen zu verbessern. Der Hauptteil ist ein Draht aus niedrigschmelzendem Metall. Er läuft in einem Porzellankorken, hat ein Schraubgewinde und einen Kontakt in der Mitte. Der Korken wird in die Patrone eingesetzt, die sich in der Porzellandose befindet.
Der Anschlussdraht ist Teil einer gemeinsamen Kette. Wenn die thermische Wirkung des elektrischen Stroms stark ansteigt, hält der Querschnitt des Leiters nicht stand und er beginnt zu schmelzen. Dadurch öffnet sich das Netzwerk und es kommt nicht zu Stromüberlastungen.
Lichtbogen
Der Lichtbogen ist ein ziemlich effizienter Wandler elektrischer Energie. Es wird beim Schweißen von Metallstrukturen verwendet und dient auch als starke Lichtquelle.
Das Gerät basiert auf Folgendem. Nehmen Sie zwei Kohlestäbe, verbinden Sie die Drähte und befestigen Sie sie in isolierenden H alterungen. Danach werden die Stäbe an eine Stromquelle angeschlossen, die eine kleine Spannung liefert, aber für einen großen Strom ausgelegt ist. Schließen Sie den Regelwiderstand an. Es ist verboten, Kohlen im Stadtnetz anzuzünden, da dies zu einem Brand führen kann. Wenn Sie eine Kohle mit einer anderen berühren, können Sie sehen, wie heiß sie sind. Es ist besser, nicht in diese Flamme zu schauen, weil sie schädlich für die Augen ist. Der Lichtbogen wird in Metallschmelzöfen sowie in leistungsstarken Beleuchtungsgeräten wie Scheinwerfern, Filmprojektoren usw. verwendet.
