Закон Джоуля-Ленца. Плавкий предохранитель.

Наверняка многие из вас обращали внимание на то, что при прохождении тока через проводник он нагревается и порой довольно сильно. В чем же тут причина и как можно рассчитать степень нагрева? Сегодня мы обсудим все эти вопросы и найдем на них ответы 🙂

Закон Джоуля-Ленца

В одной из предыдущих статей мы разбирались с понятием тока и выяснили, что возникновение такого явления как электрический ток связано, в первую очередь, с перемещением заряженных частиц (электронов/ионов) по проводнику. Так вот, эти перемещающиеся частицы сталкиваются с молекулами и атомами вещества, из которого состоит проводник, и передают им часть своей кинетической энергии. В результате этого процесса внутренняя энергия проводника увеличивается, что и приводит к нагреву.

Очевидно, что чем больше ток (большее количество электронов перемещается по проводнику), тем больше будет возникать столкновений и, соответственно, проводник будет нагреваться сильнее.

Закон Джоуля-Ленца.

Зависимость количества теплоты от параметров электрической цепи вывели двое ученых — Д. Джоуль и Э. Ленц. Причем они пришли к одинаковому результату независимо друг от друга. И закон этот, что абсолютно логично, получил название закон Джоуля-Ленца 🙂 Формулировка выглядит следующим образом:

При прохождении электрического тока по проводнику количество тепла, выделяемого током в проводнике, прямо пропорционально силе тока, взятой во второй степени, величине сопротивления проводника и времени действия тока.

Давайте запишем формулу:

Q = I^2Rt

Применив уже изученный нами закон Ома, мы можем получить несколько измененные выражения для расчета количества теплоты, выделяемого электрическим током:

Q = UIt

Q = \frac{U^2}{R}t

Явление нагрева проводника при прохождении по нему тока широко применяется в различных бытовых приборах — утюгах, чайниках , обогревателях и т. д. Ключевым элементом любого из этих устройств является, собственно, нагревательный элемент, который чаще всего выполнен в форме спирали. Вот так выглядит нагревательный элемент паяльного фена:

Нагреватель

Плавкий предохранитель.

Кроме того, явление нагрева проводника используется в очень важном элементе практически любой электрической цепи, а именно в плавком предохранителе:

Предохранитель

Давайте разберемся, как он работает и какие функции выполняет.

Любой электрический прибор, любая электрическая цепь рассчитаны на определенные значения тока. При превышении этой величины происходит чрезмерный нагрев элементов цепи и проводников, что приводит в лучшем случае к выходу прибора из строя, а в худшем — к воспламенению. Для того, чтобы обезопасить цепь необходимо как то ограничить протекающий по ней ток. Вот именно эта задача и стоит перед плавким предохранителем 🙂

Главной частью предохранителя является тонкая проволока из легкоплавкого материала, которая расположена внутри специальной трубки. Толщина проволоки рассчитана так, что она выдерживает определенное значение протекающего через нее тока, а при превышении силы тока свинцовая проволока плавится и цепь оказывается разомкнутой. Таким образом, сам предохранитель выходит из строя, но разрывая электрическую цепь, спасает все остальные элементы (более дорогостоящие) от поломки. А конструктивно плавкий предохранитель выполнен таким образом, что никаких нежелательных побочных эффектов, например взрывов и возникновения открытого огня, не возникает. Как видите, это действительно полезнейший элемент практически любой электрической цепи 😉

На этой позитивной ноте мы заканчиваем наш сегодняшний разговор о процессе нагрева проводников при прохождении электрического тока, до встречи в будущих статьях!!!

Понравилась статья? Поделись с друзьями!

Закон Джоуля-Ленца. Плавкий предохранитель.: 2 комментария
  1. тонкая свинцовая проволока из легкоплавкого материала , как то корявенько звучит 🙂 , а так все хорошо….

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *