Движейки се във всеки проводник, електрическият ток прехвърля малко енергия към него, което причинява нагряване на проводника. Преносът на енергия се извършва на ниво молекули: в резултат на взаимодействието на токови електрони с йони или атоми на проводника, част от енергията остава с последния.
Термичният ефект на тока води до по-бързо движение на частиците на проводника. Тогава вътрешната му енергия се увеличава и се трансформира в топлина.
Формула за изчисление и нейните елементи
Термичният ефект на тока може да бъде потвърден чрез различни експерименти, при които работата на тока преминава във вътрешна енергия на проводника. В същото време последното се увеличава. След това проводникът го отдава на околните тела, тоест топлопреминаването се осъществява с нагряване на проводника.
Формулата за изчисление в този случай е както следва: A=UIt.
Количеството топлина може да бъде обозначено с Q. Тогава Q=A или Q=UIt. Знаейки, че U=IR,оказва се Q=I2Rt, което е формулирано в закона на Джоул-Ленц.
Законът за топлинното действие на тока - законът на Джоул-Ленц
Проводникът, по който протича електрически ток, е изследван от много учени. Най-забележителни резултати обаче постигнаха Джеймс Джоул от Англия и Емил Христианович Ленц от Русия. И двамата учени работиха поотделно и заключенията, базирани на резултатите от експериментите, бяха направени независимо един от друг.
Те са извели закон, който ви позволява да оцените топлината, получена в резултат на действието на тока върху проводник. Нарекоха го закон на Джоул-Ленц.
Нека разгледаме на практика топлинния ефект на тока. Вземете следните примери:
- Обикновена крушка.
- Нагреватели.
- Бушон в апартамента.
- Електрическа дъга.
Крушка с нажежаема жичка
Термичният ефект на тока и откриването на закона допринесоха за развитието на електротехниката и увеличиха възможностите за използване на електроенергия. Как се прилагат резултатите от изследването може да се види на примера на обикновена крушка с нажежаема жичка.
Проектиран е по такъв начин, че вътре се изтегля нишка от волфрамова тел. Този метал е огнеупорен с високо съпротивление. При преминаване през електрическа крушка се осъществява топлинният ефект на електрически ток.
Енергията на проводника се трансформира в топлина, спиралата се нагрява и започва да свети. Недостатъкът на електрическата крушка се крие в големите загуби на енергия, тъй като само порадималка част от енергията, тя започва да свети. Основната част просто се нагрява.
За да се разбере по-добре това, се въвежда коефициент на ефективност, който демонстрира ефективността на работа и преобразуване в електричество. Ефективността и топлинният ефект на тока се използват в различни области, тъй като има много устройства, направени въз основа на този принцип. В по-голяма степен това са отоплителни уреди, електрически печки, бойлери и други подобни устройства.
Устройството на отоплителните уреди
Обикновено в дизайна на всички уреди за отопление има метална спирала, чиято функция е нагряване. Ако водата се нагрява, тогава бобината се монтира изолирано и в такива устройства се поддържа баланс между енергията от мрежата и топлообмена.
Учените са постоянно предизвикателство да намалят загубите на енергия и да намерят най-добрите начини и най-ефективните схеми за тяхното прилагане, за да намалят топлинния ефект на тока. Например, използва се метод за увеличаване на напрежението по време на предаване на мощност, като по този начин се намалява силата на тока. Но този метод в същото време намалява безопасността на работата на електропроводите.
Друга област на изследване е изборът на проводници. В крайна сметка топлинните загуби и други показатели зависят от техните свойства. Освен това по време на работа на отоплителните устройства се отделя голямо количество енергия. Затова спиралите са изработени от материали, специално предназначени за тази цел, способни да издържат на големи натоварвания, материали.
Апартаментни предпазители
Специални предпазители се използват за подобряване на защитата и безопасността на електрическите вериги. Основната част е тел, изработен от нискотопим метал. Работи в порцеланова тапа, има резба за винт и контакт в центъра. Коркът се поставя в патрона, намиращ се в порцелановата кутия.
Водният проводник е част от обща верига. Ако топлинният ефект на електрическия ток се увеличи рязко, напречното сечение на проводника няма да издържи и той ще започне да се топи. В резултат на това мрежата ще се отвори и няма да има текущи претоварвания.
Електрическа дъга
Електрическата дъга е доста ефективен преобразувател на електрическа енергия. Използва се при заваряване на метални конструкции, а също така служи като мощен източник на светлина.
Устройството се основава на следното. Вземете две въглеродни пръчки, свържете проводниците и ги прикрепете в изолационни държачи. След това прътите са свързани към източник на ток, който дава малко напрежение, но е предназначен за голям ток. Свържете реостата. Забранено е включването на въглища в градската мрежа, тъй като това може да предизвика пожар. Ако докоснете един въглен до друг, можете да видите колко са горещи. По-добре е да не гледате този пламък, защото е вреден за очите. Електрическата дъга се използва в пещи за топене на метал, както и в такива мощни осветителни устройства като прожектори, филмови проектори и др.
