حرکت در هر هادی، جریان الکتریکی مقداری انرژی به آن منتقل می کند که باعث گرم شدن هادی می شود. انتقال انرژی در سطح مولکول ها انجام می شود: در نتیجه برهم کنش الکترون های فعلی با یون ها یا اتم های هادی، بخشی از انرژی با هادی باقی می ماند.
اثر حرارتی جریان منجر به حرکت سریعتر ذرات هادی می شود. سپس انرژی درونی آن افزایش می یابد و به گرما تبدیل می شود.
فرمول محاسبه و عناصر آن
اثر حرارتی جریان را می توان با آزمایش های مختلف تأیید کرد، جایی که کار جریان به انرژی هادی داخلی منتقل می شود. در همان زمان، دومی افزایش می یابد. سپس هادی آن را به اجسام اطراف می دهد، یعنی انتقال حرارت با گرم شدن هادی انجام می شود.
فرمول محاسبه در این مورد به شرح زیر است: A=UIt.
میزان گرما را می توان با Q نشان داد. سپس Q=A یا Q=UIt. دانستن اینکه U=IR،معلوم می شود که Q=I2Rt، که در قانون ژول-لنز فرموله شده است.
قانون عمل حرارتی جریان - قانون ژول-لنز
هادی که در آن جریان الکتریکی جریان دارد توسط بسیاری از دانشمندان مورد مطالعه قرار گرفته است. با این حال، برجسته ترین نتایج را جیمز ژول از انگلیس و امیل کریستیانوویچ لنز از روسیه به دست آوردند. هر دو دانشمند به طور جداگانه کار کردند و نتیجه گیری بر اساس نتایج آزمایش ها مستقل از یکدیگر انجام شد.
آنها قانونی را استخراج کردند که به شما امکان می دهد گرمای دریافتی را در نتیجه عمل جریان روی یک هادی تخمین بزنید. آنها آن را قانون ژول-لنز نامیدند.
بیایید در عمل اثر حرارتی جریان را در نظر بگیریم. مثال های زیر را در نظر بگیرید:
- یک لامپ معمولی.
- هیترها.
- فیوز در آپارتمان.
- قوس الکتریکی.
لامپ رشته ای
اثر حرارتی جریان و کشف قانون به توسعه مهندسی برق و افزایش فرصت‌ها برای استفاده از برق کمک کرد. نحوه اعمال نتایج تحقیق را می توان در مثال یک لامپ معمولی رشته ای مشاهده کرد.
به گونه ای طراحی شده است که یک نخ ساخته شده از سیم تنگستن به داخل کشیده می شود. این فلز نسوز با مقاومت بالا است. هنگام عبور از یک لامپ، اثر حرارتی جریان الکتریکی انجام می شود.
انرژی هادی به گرما تبدیل می شود، مارپیچ گرم می شود و شروع به درخشش می کند. نقطه ضعف لامپ در تلفات زیاد انرژی نهفته است، زیرا تنها به دلیلبخش کوچکی از انرژی، شروع به درخشش می کند. بخش اصلی فقط داغ می شود.
برای درک بهتر این موضوع، یک ضریب بازده معرفی شده است که کارایی عملیات و تبدیل به برق را نشان می دهد. راندمان و اثر حرارتی جریان در مناطق مختلف مورد استفاده قرار می گیرد، زیرا دستگاه های زیادی بر اساس این اصل ساخته شده اند. اینها تا حد زیادی وسایل گرمایشی، اجاق گازهای برقی، دیگ بخار و سایر وسایل مشابه هستند.
دستگاه وسایل گرمایشی
معمولاً در طراحی تمام وسایل گرمایشی یک مارپیچ فلزی وجود دارد که وظیفه آن گرمایش است. اگر آب گرم شود، سیم پیچ به صورت مجزا نصب می شود و در چنین دستگاه هایی تعادل بین انرژی شبکه و تبادل حرارت برقرار می شود.
دانشمندان دائماً برای کاهش تلفات انرژی و یافتن بهترین راه ها و کارآمدترین طرح ها برای اجرای آنها به منظور کاهش اثر حرارتی جریان به چالش کشیده می شوند. به عنوان مثال، از روشی برای افزایش ولتاژ در حین انتقال نیرو استفاده می شود و در نتیجه قدرت جریان را کاهش می دهد. اما این روش در عین حال ایمنی کارکرد خطوط برق را کاهش می دهد.
یکی دیگر از زمینه های تحقیق انتخاب سیم است. پس از همه، از دست دادن گرما و سایر شاخص ها به خواص آنها بستگی دارد. علاوه بر این، در حین کار دستگاه های گرمایشی، مقدار زیادی انرژی آزاد می شود. بنابراین، مارپیچ ها از موادی ساخته می شوند که به طور ویژه برای این منظور طراحی شده اند و قادر به تحمل بارهای بالا، مواد هستند.
فیوز آپارتمان
فیوزهای ویژه برای بهبود حفاظت و ایمنی مدارهای الکتریکی استفاده می شود. قسمت اصلی سیمی است که از فلز کم ذوب ساخته شده است. در یک چوب پنبه چینی اجرا می شود، دارای یک نخ پیچ و یک تماس در مرکز است. چوب پنبه در کارتریج واقع در جعبه چینی وارد می شود.
سیم سربی بخشی از یک زنجیره مشترک است. اگر اثر حرارتی جریان الکتریکی به شدت افزایش یابد، سطح مقطع هادی مقاومت نمی کند و شروع به ذوب شدن می کند. در نتیجه، شبکه باز می‌شود و اضافه بارهای فعلی اتفاق نمی‌افتد.
قوس الکتریکی
قوس الکتریکی یک مبدل نسبتاً کارآمد انرژی الکتریکی است. هنگام جوشکاری سازه های فلزی استفاده می شود و همچنین به عنوان یک منبع نور قدرتمند عمل می کند.
دستگاه بر اساس موارد زیر است. دو میله کربنی بردارید، سیم ها را به هم وصل کرده و در نگهدارنده های عایق وصل کنید. پس از آن، میله ها به یک منبع جریان متصل می شوند، که ولتاژ کمی می دهد، اما برای جریان زیاد طراحی شده است. رئوستات را وصل کنید. روشن کردن زغال سنگ در شبکه شهری ممنوع است، زیرا باعث آتش سوزی می شود. اگر یک زغال سنگ را به زغال دیگر لمس کنید، می توانید ببینید که چقدر داغ هستند. بهتر است به این شعله نگاه نکنید، زیرا برای چشم مضر است. قوس الکتریکی در کوره های ذوب فلز و همچنین در وسایل روشنایی قدرتمند مانند نورافکن، پروژکتورهای فیلم و غیره استفاده می شود.
