Закон Джоуля – Ленца: визначення, формула, фізичний зміст

Закон Джоуля – Ленца – закон фізики, який визначає кількісну міру теплового дії електричного струму. Сформульовано цей закон був в 1841 році англійським вченим Д. Джоулем і зовсім окремо від нього в 1842 році відомим російським фізиком Е. Ленцем. Тому він отримав своє подвійну назву – закон Джоуля – Ленца.

Визначення закону і формула

Словесна формулювання має такий вигляд: потужність тепла, що виділяється в провіднику при протіканні крізь нього електричного струму, пропорційно добутку значення щільності електричного поля на значення напруженості.

Математично закон Джоуля – Ленца виражається наступним чином:

ω = j • E = ϭ E²,

де ω – кількість тепла, що виділяється в од. обсягу;

E і j – напруженість і щільність, відповідно, електричного полів;

σ – провідність середовища.

Фізичний сенс закону Джоуля – Ленца

Закон можна пояснити наступним чином: струм, протікаючи по провіднику, являє собою переміщення електричного заряду під впливом електричного поля. Таким чином, електричне поле здійснює деяку роботу. Ця робота витрачається на нагрів провідника.

Іншими словами, енергія переходить в інше своє якість – тепло.

Але надмірний нагрів провідників зі струмом і електрообладнання допускати не можна, оскільки це може привести до їх пошкодження. Небезпечний сильний перегрів при коротких замиканнях проводів, коли по провідниках можуть протікати досить великі струми.

У інтегральної формі для тонких провідників закон Джоуля – Ленца звучить наступним чином: кількість теплоти, що виділяється в одиницю часу в даній ділянці ланцюга, визначається як добуток квадрата сили струму на опір ділянки.

Математично це формулювання виражається наступним чином:

Q = ∫ k • I² • R • t,

при цьому Q – кількість виділилася теплоти;

I – величина струму;

R – активний опір провідників;

t – час впливу.

Значення параметра k прийнято називати тепловим еквівалентом роботи. Величина цього параметра визначається в залежності від розрядності одиниць, в яких виконуються вимірювання значень, використовуваних у формулі.

Закон Джоуля-Ленца має досить загальний характер, оскільки не має залежності від природи сил, що генерують струм.

З практики можна стверджувати, що він справедливий, як для електролітів, так провідників і напівпровідників.

Область застосування

Областей застосування в побуті закону Джоуля Ленца – величезна кількість. Наприклад, шляхом утворення в лампі розжарювання, дуга в електрозварювання, нагрівальна нитка в електрообігрівачі та багато інших. ін. Це найбільш широко поширений фізичний закон в повсякденному житті.

Ссылка на основную публикацию