Тепловое действие тока: закон Джоуля-Ленца, примеры

Двигаясь в любом проводнике, электрический ток передает ему какую-то энергию, из-за чего проводник нагревается. Энергетическая передача осуществляется на уровне молекул: в результате взаимодействия электронов тока с ионами или атомами проводника часть энергии остается у последнего.

Тепловое действие тока приводит к более быстрому движению частиц проводника. Тогда его внутренняя энергия возрастает и трансформируется в тепловую.

тепловое действие тока

Формула расчета и ее элементы

Тепловое действие тока может быть подтверждено разными опытами, где работа тока переходит во внутреннюю проводниковую энергию. При этом последняя возрастает. Затем проводник отдает ее окружающим телам, то есть осуществляется теплопередача с нагреванием проводника.


Формула для расчета в этом случае следующая: A=U*I*t.

Количество теплоты можно обозначить через Q. Тогда Q=A или Q=U*I*t. Зная, что U=IR, получается Q=I*R*t, что и было сформулировано в законе Джоуля-Ленца.

тепловое действие тока примеры

Закон теплового действия тока — закон Джоуля-Ленца

Проводник, где протекает электрический ток, изучали многие ученые. Однако, самых заметных результатов удалось добиться Джеймсу Джоулю из Англии и Эмилию Христиановичу Ленцу из России. Оба ученых работали отдельно и выводы по результатам экспериментов делали независимо один от другого.

Они вывели закон, позволяющий оценить тепло, получаемое в результате действия тока на проводник. Его назвали законом Джоуля-Ленца.

Рассмотрим на практике тепловое действие тока. Примеры возьмем следующие:

  1. Обычную лампочку.
  2. Нагревательные приборы.
  3. Предохранитель в квартире.
  4. Электрическую дугу.

Лампочка накаливания

Тепловое действие тока и открытие закона способствовали развитию электротехники и увеличению возможностей для использования электричества. То, как применяются результаты исследований, можно рассмотреть на примере обычной лампочки накаливания.


закон теплового действия тока

Она устроена таким образом, что внутри протягивается нить, изготовленная из вольфрамовой проволоки. Этот металл является тугоплавким с высоким удельным сопротивлением. При проходе через лампочку осуществляется тепловое действие электрического тока.

Энергия проводника трансформируется в тепловую, спираль нагревается и начинает светиться. Недостаток лампочки заключается в больших энергетических потерях, так как лишь за счет незначительной части энергии она начинает светиться. Основная же часть просто нагревается.

Чтобы лучше это понять, вводится коэффициент полезного действия, который демонстрирует эффективность работы и преобразования в электроэнергию. КПД и тепловое действие тока используются в разных областях, так как имеется множество устройств, изготовленных на основании этого принципа. В большей степени это нагревательные приборы, электрические плиты, кипятильники и другие подобные аппараты.

Устройство обогревательных приборов

Обычно в конструкции всех приборов для нагревания есть металлическая спираль, в функцию которой и входит нагрев. Если нагревается вода, то спираль устанавливается изолированно, и в таких приборах предусматривается соблюдение баланса между энергией из сети и тепловым обменом.


Перед учеными постоянно ставится задача по снижению энергетических потерь и поиску лучших путей и наиболее эффективных схем их внедрения, чтобы уменьшить тепловое действие тока. Используется, например, способ повышения напряжения во время передачи энергии, благодаря чему сокращается сила тока. Но такой способ, в то же время, понижает безопасность функционирования линий электропередач.

Другим исследовательским направлением является выбор проводов. Ведь именно от их свойств зависят потери тепла и другие показатели. Кроме того, при работе нагревательных приборов происходит большое выделение энергии. Поэтому спирали изготавливаются из специально предназначенных для этих целей, способных выдержать высокие нагрузки, материалов.

тепловое действие электрического тока

Квартирные предохранители

Чтобы улучшить защиту и обезопасить электрические цепи, используются особые предохранители. В роли главной части выступает проволока из легкоплавкого металла. Она проходит в пробке из фарфора, имеет винтовую нарезку и контакт в центре. Пробку вставляют в патрон, расположенный в фарфоровой коробке.

Свинцовая проволока является частью общей цепи. Если тепловое действие электрического тока резко возрастет, сечение проводника не выдержит, и он начнет плавиться. В результате этого сеть разомкнется, и не случится токовых перегрузок.

Электрическая дуга

тепловое действие тока используется

Электрическая дуга является довольно эффективным преобразователем электрической энергии. Она используется при сварке металлических конструкций, а также служит мощным световым источником.

В основу устройства входит следующее. Берут два угольных стержня, подсоединяют провода и прикрепляют их в изолирующих держателях. После этого стержни подключают к источнику тока, который дает малое напряжение, но рассчитан на большую силу тока. Подключают реостат. Угли в городскую сеть включать запрещается, так как это может стать причиной пожара. Если коснуться одним углем о другой, то можно заметить, как сильно они раскалятся. Лучше не смотреть на это пламя, потому что оно вредно для зрения. Электрическую дугу используют в печах для плавки металла, а также в таких мощных осветительных приборах, как прожекторы, кинопроекторы и прочее.

Тепловое реле для электродвигателя: схема, принцип действия, ...
Что представляет собой тепловое реле, для чего оно служит? На чем основан принцип действия устройства, и какими характеристиками оно обладает? Основные схемы подключения реле. Что нужно учитывать при выборе реле и его установке?
далее
Что это - электрический ток? Условия существования электрического ...
Электрический ток - это электрический заряд в движении. Он может принимать форму внезапного разряда статического электричества, такого как, например, молния. Или это может быть контролируемый процесс в генераторах, батареях, солнечных или топливных ...
далее
Источники тока химические. Виды химических источников тока и их ...
Источники тока химические (сокращенно ХИТ) — приспособления, в которых энергия окислительно-восстановительной химической реакции преобразуется в электрическую. Другие их названия — электрохимический элемент, гальванический элемент, электрохимическая ...
далее
Действие электрического тока на организм человека: особенности и ...
Электрический ток присутствует в нашей повседневной жизни и даже является ее неотъемлемой частью. Конечно же, существует неутешительная статистика смертей от воздействия тока. Но электроток не только убивает, но и спасает жизни!
далее
Тепловая мощность тока: определение
Общеизвестно, что электрический ток способен вызывать некоторую степень нагревания проводника, по которому он движется. В быту и промышленности тепловая мощность тока находит широкое применение.
далее
Тепловая мощность тока: определение
БАД Кордицепс: последние отзывы, инструкция к препарату
Лекарственный препарат «Кордицепс», выпускаемый китайской компанией «Тяньши», является уникальной биологически активной добавкой. Ее рекомендуют принимать в качестве профилактического или лечебного средства (как элемент комплексной терапии).
далее
БАД Кордицепс: последние отзывы, инструкция к препарату
Хлористый кальций: инструкция к препарату, аналоги и отзывы
В аптеках продается много средств, позволяющих восполнить нехватку каких-либо элементов в организме. Одним из них является хлористый кальций. По инструкции, данное средство применяют в лечении патологий, связанных с нехваткой Ca. О правилах лечения с его помощью рассказано в статье.
далее
Хлористый кальций: инструкция к препарату, аналоги и отзывы
Клотримазол: последние отзывы, инструкция к препарату, аналоги
Существует большое количество лекарственных препаратов, призванных бороться с большим количеством грибковых заболеваний. Одним из них является «Клотримазол». Отзывы о данном лекарственном средстве, составные компоненты и выпускаемые формы, рекомендации по применению, мнения врачей и пациентов, а также заменители вы можете прочитать в этой статье.
далее
Клотримазол: последние отзывы, инструкция к препарату, аналоги
Работа электрического тока: общая краткая характеристика, формула расчета, практическое значение
Работа электрического тока является важнейшей физической характеристикой, которую необходимо учитывать практически во всех отраслях промышленности, а также при производстве и передаче энергии на значительные расстояния.
далее
Работа электрического тока: общая краткая характеристика, формула расчета, практическое значение