Liikkuessaan missä tahansa johtimessa sähkövirta siirtää siihen energiaa, mikä saa johtimen kuumenemaan. Energiansiirto tapahtuu molekyylien tasolla: virran elektronien vuorovaikutuksen seurauksena johtimen ionien tai atomien kanssa osa energiasta jää jälkimmäiseen.
Virran lämpövaikutus johtaa johtimen hiukkasten nopeampaan liikkumiseen. Sitten sen sisäinen energia kasvaa ja muuttuu lämmöksi.
Laskentakaava ja sen elementit
Virran lämpövaikutus voidaan vahvistaa erilaisilla kokeilla, joissa virran työ siirtyy sisäiseen johtimen energiaan. Samalla jälkimmäinen lisääntyy. Sitten johdin antaa sen ympäröiville kappaleille, eli lämmönsiirto tapahtuu johtimen kuumentamalla.
Laskentakaava tässä tapauksessa on seuraava: A=UIt.
Lämmön määrää voidaan merkitä Q:lla. Tällöin Q=A tai Q=UIt. Tietäen, että U=IR,osoittautuu Q=I2Rt, joka muotoiltiin Joule-Lenzin laissa.
Virran lämpövaikutuksen laki - Joule-Lenzin laki
Monet tiedemiehet ovat tutkineet johdinta, jossa sähkövirta kulkee. Merkittävimmät tulokset saavuttivat kuitenkin James Joule Englannista ja Emil Khristianovitš Lenz venäläisestä. Molemmat tutkijat työskentelivät erikseen ja kokeiden tulosten perusteella tehdyt johtopäätökset tehtiin toisistaan riippumatta.
He johtivat lain, jonka avulla voit arvioida johtimeen kohdistuvan virran vaikutuksesta saadun lämmön. He kutsuivat sitä Joule-Lenzin laiksi.
Otetaan huomioon käytännössä virran lämpövaikutus. Otetaan seuraavat esimerkit:
- Tavallinen hehkulamppu.
- Lämmittimet.
- Sulake asunnossa.
- Sähkökaari.
Hehkulamppu
Virran lämpövaikutus ja lain löytäminen vaikuttivat sähkötekniikan kehitykseen ja lisäsivät sähkön käyttömahdollisuuksia. Tutkimustulosten soveltaminen näkyy tavallisen hehkulampun esimerkissä.
Se on suunniteltu siten, että sisään vedetään volframilangasta valmistettu lanka. Tämä metalli on tulenkestävää ja sillä on korkea resistiivisyys. Kun se kulkee hehkulampun läpi, syntyy sähkövirran lämpövaikutus.
Johtimen energia muuttuu lämmöksi, spiraali lämpenee ja alkaa hehkua. Hehkulampun haittana ovat suuret energiahäviöt, koska vainpieni osa energiaa, se alkaa hehkua. Pääosa vain kuumenee.
Tämän ymmärtämiseksi paremmin otetaan käyttöön hyötysuhde, joka osoittaa toiminnan tehokkuuden ja muuntamisen sähköksi. Virran hyötysuhdetta ja lämpövaikutusta käytetään eri alueilla, koska tällä periaatteella valmistettuja laitteita on monia. Suuremmassa määrin nämä ovat lämmityslaitteita, sähköliesiä, kattiloita ja muita vastaavia laitteita.
Lämmityslaitteiden laite
Yleensä kaikkien lämmityslaitteiden suunnittelussa on metallispiraali, jonka tehtävänä on lämmitys. Jos vettä lämmitetään, patteri asennetaan erillään, ja tällaisissa laitteissa säilytetään tasapaino verkosta tulevan energian ja lämmönvaihdon välillä.
Tutkijat haastetaan jatkuvasti vähentämään energiahäviöitä ja löytämään parhaat tavat ja tehokkaimmat suunnitelmat niiden toteuttamiseksi virran lämpövaikutuksen vähentämiseksi. Esimerkiksi käytetään menetelmää jännitteen nostamiseksi voimansiirron aikana, mikä vähentää virran voimakkuutta. Mutta tämä menetelmä samalla vähentää voimalinjojen toiminnan turvallisuutta.
Toinen tutkimusalue on lankojen valinta. Loppujen lopuksi lämpöhäviö ja muut indikaattorit riippuvat niiden ominaisuuksista. Lisäksi lämmityslaitteiden käytön aikana vapautuu suuri määrä energiaa. Siksi spiraalit on valmistettu erityisesti tähän tarkoitukseen suunnitelluista materiaaleista, jotka kestävät suuria kuormia, materiaaleja.
Asunnon sulakkeet
Erikoissulakkeita käytetään parantamaan sähköpiirien suojaa ja turvallisuutta. Pääosa on matalassa lämpötilassa sulavasta metallista valmistettu lanka. Se pyörii posliinikorkissa, siinä on ruuvikierre ja kosketin keskellä. Korkki työnnetään posliinilaatikossa olevaan patruunaan.
Lyijylanka on osa yhteistä ketjua. Jos sähkövirran lämpövaikutus kasvaa jyrkästi, johtimen poikkileikkaus ei kestä ja se alkaa sulaa. Tämän seurauksena verkko avautuu, eikä nykyisiä ylikuormituksia tapahdu.
Sähkökaari
Sähkökaari on melko tehokas sähköenergian muunnin. Sitä käytetään metallirakenteiden hitsaukseen, ja se toimii myös tehokkaana valonlähteenä.
Laite perustuu seuraavaan. Ota kaksi hiilitankoa, yhdistä johdot ja kiinnitä ne eristeisiin pidikkeisiin. Sen jälkeen sauvat kytketään virtalähteeseen, joka antaa pienen jännitteen, mutta on suunniteltu suurelle virralle. Liitä reostaatti. Hiilen kytkeminen kaupunkiverkossa on kiellettyä, koska se voi aiheuttaa tulipalon. Jos kosketat hiiltä toiseen, näet kuinka kuumia ne ovat. On parempi olla katsomatta tätä liekkiä, koska se on haitallista silmille. Valokaaria käytetään metallisulatusuuneissa sekä tehokkaissa valaistuslaitteissa, kuten kohdevaloissa, elokuvaprojektoreissa jne.
