Bewegend in een geleider, draagt een elektrische stroom er wat energie aan over, waardoor de geleider opwarmt. Energieoverdracht vindt plaats op het niveau van moleculen: door de interactie van huidige elektronen met ionen of atomen van de geleider blijft een deel van de energie bij deze laatste.
Het thermische effect van de stroom leidt tot een snellere beweging van de deeltjes van de geleider. Dan neemt zijn interne energie toe en wordt deze omgezet in warmte.
Berekeningsformule en zijn elementen
Het thermische effect van de stroom kan worden bevestigd door verschillende experimenten, waarbij het werk van de stroom overgaat in interne geleiderenergie. Tegelijkertijd neemt de laatste toe. Vervolgens geeft de geleider het aan de omringende lichamen, dat wil zeggen, warmteoverdracht wordt uitgevoerd met verwarming van de geleider.
De berekeningsformule in dit geval is als volgt: A=UIt.
De hoeveelheid warmte kan worden aangegeven met Q. Dan Q=A of Q=UIt. Wetende dat U=IR,het blijkt Q=I2Rt, die werd geformuleerd in de wet van Joule-Lenz.
De wet van de thermische werking van de stroom - de wet van Joule-Lenz
De geleider waar de elektrische stroom doorheen stroomt, is door veel wetenschappers bestudeerd. De meest opvallende resultaten werden echter behaald door James Joule uit Engeland en Emil Khristianovich Lenz uit Rusland. Beide wetenschappers werkten afzonderlijk en de conclusies op basis van de resultaten van de experimenten zijn onafhankelijk van elkaar gemaakt.
Ze hebben een wet afgeleid waarmee je de warmte kunt schatten die wordt ontvangen als gevolg van de inwerking van stroom op een geleider. Ze noemden het de wet van Joule-Lenz.
Laten we eens kijken naar het thermische effect van de stroom in de praktijk. Neem de volgende voorbeelden:
- Een gewone gloeilamp.
- Verwarmers.
- Zekering in het appartement.
- Elektrische boog.
Gloeilamp
Het thermische effect van stroom en de ontdekking van de wet hebben bijgedragen aan de ontwikkeling van elektrotechniek en grotere mogelijkheden voor het gebruik van elektriciteit. Hoe de onderzoeksresultaten worden toegepast is te zien aan het voorbeeld van een gewone gloeilamp.
Het is zo ontworpen dat een draad van wolfraamdraad naar binnen wordt getrokken. Dit metaal is vuurvast met een hoge soortelijke weerstand. Bij het passeren van een gloeilamp wordt het thermische effect van een elektrische stroom uitgevoerd.
De energie van de geleider wordt omgezet in warmte, de spiraal warmt op en begint te gloeien. Het nadeel van de gloeilamp ligt in de grote energieverliezen, omdat alleen door:een klein deel van de energie begint te gloeien. Het hoofdgedeelte warmt gewoon op.
Om dit beter te begrijpen, wordt een efficiëntiefactor geïntroduceerd, die de efficiëntie van de werking en omzetting in elektriciteit aantoont. De efficiëntie en het thermische effect van de stroom worden op verschillende gebieden gebruikt, omdat er veel apparaten zijn gemaakt op basis van dit principe. In grotere mate zijn dit verwarmingstoestellen, elektrische fornuizen, boilers en andere gelijkaardige toestellen.
Het apparaat van verwarmingstoestellen
Meestal is er bij het ontwerp van alle apparaten voor verwarming een metalen spiraal, waarvan de functie verwarming is. Als water wordt verwarmd, wordt de spoel geïsoleerd geïnstalleerd en in dergelijke apparaten wordt een balans gehandhaafd tussen energie uit het netwerk en warmte-uitwisseling.
Wetenschappers worden voortdurend uitgedaagd om energieverliezen te verminderen en de beste manieren en meest efficiënte schema's te vinden voor hun implementatie om het thermische effect van de stroom te verminderen. Er wordt bijvoorbeeld een methode gebruikt om de spanning tijdens de vermogensoverdracht te verhogen, waardoor de stroomsterkte wordt verminderd. Maar deze methode vermindert tegelijkertijd de veiligheid van de werking van hoogspanningslijnen.
Een ander onderzoeksgebied is draadselectie. Warmteverlies en andere indicatoren zijn immers afhankelijk van hun eigenschappen. Bovendien komt tijdens de werking van verwarmingsapparaten een grote hoeveelheid energie vrij. Daarom zijn de spiralen gemaakt van speciaal voor dit doel ontworpen materialen die bestand zijn tegen hoge belastingen en materialen.
Appartementzekeringen
Speciale zekeringen worden gebruikt om de bescherming en veiligheid van elektrische circuits te verbeteren. Het belangrijkste onderdeel is een draad gemaakt van laagsmeltend metaal. Het loopt in een porseleinen kurk, heeft een schroefdraad en een contact in het midden. De kurk wordt in de cartridge in de porseleinen doos gestoken.
De geleidingsdraad maakt deel uit van een gemeenschappelijke ketting. Als het thermische effect van de elektrische stroom sterk toeneemt, is de doorsnede van de geleider niet bestand en begint deze te smelten. Als gevolg hiervan zal het netwerk openen en zullen de huidige overbelastingen niet plaatsvinden.
Elektrische boog
De elektrische boog is een redelijk efficiënte omzetter van elektrische energie. Het wordt gebruikt bij het lassen van metalen constructies en dient ook als een krachtige lichtbron.
Het apparaat is gebaseerd op het volgende. Neem twee koolstofstaven, sluit de draden aan en bevestig ze in isolerende houders. Daarna worden de staven aangesloten op een stroombron, die een kleine spanning geeft, maar is ontworpen voor een grote stroom. Sluit de weerstand aan. Het is verboden om kolen aan te steken in het stadsnetwerk, omdat dit brand kan veroorzaken. Als je de ene steenkool met de andere aanraakt, kun je zien hoe heet ze zijn. Het is beter om niet naar deze vlam te kijken, omdat deze schadelijk is voor de ogen. De elektrische boog wordt gebruikt in metaalsmeltovens, maar ook in krachtige verlichtingsapparaten zoals schijnwerpers, filmprojectoren, enz.
