Определете топлината, отделена при съпротивлението. Закон на Джаул-Ленц

Съобщение от администратора:

Момчета! Кой отдавна иска да научи английски?
Отидете на и вземете два безплатни урокав школата по английски език SkyEng!
Самият аз уча там - много е готино. Има прогрес.

В приложението можете да научите думи, да тренирате слушане и произношение.

Пробвам. Два урока безплатно, използвайки моя линк!
Кликнете

Количеството топлина, отделена за единица време в разглеждания участък от веригата, е пропорционално на произведението на квадрата на тока в този участък и съпротивлението на участъка

Законът на Джаул Ленц в интегрална форма в тънки проводници:

Ако силата на тока се променя с течение на времето, проводникът е неподвижен и в него няма химически трансформации, тогава в проводника се генерира топлина.

- Силата на топлината, отделена на единица обем на средата по време на протичане на електрически ток, е пропорционална на произведението на плътността на електрическия ток и стойността на електрическото поле

Преобразуването на електрическа енергия в топлина се използва широко в електрически пещи и различни електрически нагревателни устройства. Същият ефект при електрическите машини и устройства води до неволен разход на енергия (загуба на енергия и намалена ефективност). Топлината, като кара тези устройства да се нагряват, ограничава тяхното натоварване; При претоварване повишаването на температурата може да повреди изолацията или да съкрати експлоатационния живот на инсталацията.

Във формулата използвахме:

Количество топлина

Текуща работа

Напрежение на проводника

Сила на тока в проводника

Времеви интервал

Romanova_1 / kursachi / Kursovik Romanova / ПРИМЕР / 13 Топлинно изчисление. Формула за топлинна мощност на резистор

Задача по темата „Закони на постоянен ток“. Проблемът може да представлява интерес за ученици и завършили 10 клас, за да се подготвят за Единния държавен изпит. Между другото, този вид проблем беше на Единния държавен изпит в част 1 с малко по-различен въпрос (необходимо беше да се намери съотношението на количествата топлина, отделена от резисторите).

Кой резистор ще генерира най-голямо (най-малко) количество топлина? R1 = R4 = 4 ома, R2 = 3 ома, R3 = 2 ома. Дайте решение. За да се отговори на въпроса за проблема, е необходимо да се сравни количеството топлина, генерирано от всеки от техните резистори. За да направим това, ще използваме формулата на закона на Джаул-Ленц. Тоест, основната задача ще бъде да се определи силата на тока (или сравнение), протичаща през всеки резистор.

Съгласно законите на серийното свързване токът, протичащ през резисторите R1 и R2 и R3 и R4, е еднакъв. За да определим силата на тока в горния и долния клон, използваме закона за паралелно свързване, според който напрежението на тези клонове е еднакво.Описвайки напрежението на долния и горния клон според закона на Ом за участък от верига, имаме: Замествайки числените стойности на съпротивленията на резисторите, получаваме: Тоест получаваме връзката между токовете, протичащи в горния и долния клон: След като определихме силата на тока през всеки от тези резистори, определяме количеството на топлина, отделена на всеки от резисторите. Сравнявайки числените коефициенти, стигаме до извода, че максималното количество топлина ще се отдели на четвъртия резистор, а минималното количество топлина ще бъде отделено на втория.

Можете да оставите коментар или да зададете обратна връзка от вашия сайт.

Напиши коментар

fizika-doma.ru

Топлинна мощност - формула за изчисление

Собствениците на частни къщи, апартаменти или всякакви други обекти трябва да се справят с топлотехническите изчисления. Това е основата на основите на строителния дизайн.

Разбирането на същността на тези изчисления в официални документи не е толкова трудно, колкото изглежда.

Можете също така да се научите сами да правите изчисления, за да решите каква изолация да използвате, колко да е дебела, каква мощност да закупите котела и дали наличните радиатори са достатъчни за дадена площ.

Отговорите на тези и много други въпроси могат да бъдат намерени, ако разберете какво е топлинна мощност. Формула, определение и обхват на приложение - прочетете статията.

Какво е топлинен дизайн?

Казано по-просто, топлинните изчисления помагат да се установи точно колко топлина съхранява и губи една сграда и колко енергия отоплението трябва да произвежда, за да поддържа комфортни условия в дома.

При оценката на топлинните загуби и степента на топлоснабдяване се вземат предвид следните фактори:

Какъв вид обект е: на колко етажа е, наличието на ъглови помещения, жилищен или промишлен е и др.
Колко души ще „живеят” в сградата?
Важен детайл е площта на остъкляването. И размерите на покрива, стените, подовете, вратите, височината на тавана и т.н.
Каква е продължителността на отоплителния сезон, климатичните характеристики на региона.
Според SNiPs се определят температурните стандарти, които трябва да бъдат в помещенията.
Дебелина на стени, тавани, избрани топлоизолатори и техните свойства.

Могат да се вземат предвид и други условия и особености, например за производствените помещения се вземат предвид работни дни и почивни дни, мощността и вида на вентилацията, ориентацията на жилищата към кардиналните точки и др.

Защо се нуждаете от термично изчисление?

Как строителите от миналото са успели да се справят без топлинни изчисления?

Оцелелите търговски къщи показват, че всичко е направено просто с резерви: по-малки прозорци, по-дебели стени. Оказа се топло, но не икономически изгодно.

Топлотехническите изчисления ни позволяват да строим по най-оптималния начин. Не се вземат повече или по-малко материали, а точно толкова, колкото е необходимо. Намаляват се размерите на сградата и разходите за нейното изграждане.

Изчисляването на точката на оросяване ви позволява да строите по такъв начин, че материалите да не се влошават възможно най-дълго.

За да определите необходимата мощност на котела, също не можете да правите без изчисления. Общата му мощност се състои от енергийни разходи за отопление на помещения, затопляне на топла вода за битови нужди и възможност за покриване на топлинни загуби от вентилация и климатизация. Добавен е резерв на мощност за периоди на пиково студено време.

При газифициране на съоръжение е необходима координация със службите. Изчислява се годишната консумация на газ за отопление и общата мощност на топлоизточниците в гигакалории.

При избора на елементи на отоплителната система са необходими изчисления. Системата от тръби и радиатори е изчислена - можете да разберете каква трябва да бъде тяхната дължина и площ. Отчита се загубата на мощност при завъртане на тръбопровода, при съединения и преминаване през фитинги.

При изчисляване на разходите за топлинна енергия знанието как да преобразувате Gcal в KW и обратно може да бъде полезно. Следващата статия разглежда тази тема подробно с примери за изчисление.

В този пример е дадено пълно изчисление на топъл воден под.

Знаете ли, че броят на секциите на отоплителните радиатори не се взема от нищото? Твърде малко от тях ще доведе до факта, че къщата ще бъде студена, а твърде много ще създаде топлина и ще доведе до прекомерна сухота на въздуха. Връзката http://microklimat.pro/sistemy-otopleniya/raschet-sistem-otopleniya/kolichestva-sekcij-radiatorov.html предоставя примери за правилно изчисляване на радиатори.

Изчисляване на топлинната мощност: формула

Нека да разгледаме формулата и да дадем примери как да направим изчисления за сгради с различни коефициенти на разсейване.

Vx(delta)TxK= kcal/h (топлинна мощност), където:

Първият показател “V” е обемът на изчислените помещения;
Делта "Т" - температурна разлика - е стойността, която показва с колко градуса е по-топло вътре в помещението отколкото навън;
„K“ е коефициентът на разсейване (нарича се още „коефициент на топлопреминаване“). Стойността се взема от таблицата. Обикновено цифрата варира от 4 до 0,6.

Приблизителни стойности на коефициента на разсейване за опростени изчисления

Ако това е неизолиран метален профил или дъска, тогава "K" ще бъде = 3 - 4 единици.
Единична тухлена зидария и минимална изолация - “К” = от 2 до 3.
Две тухлени стени, стандартен таван, дограма и
врати – “К” = от 1 до 2.
Най-топлият вариант. Стъклопакети, тухлени стени с двойна изолация и др. - “К” = 0,6 – 0,9.

По-точно изчисление може да се направи, като се изчислят точните размери на повърхностите на къщата, които се различават по свойства в m2 (прозорци, врати и др.), Като се направят изчисления за тях поотделно и се сумират получените показатели.

Пример за изчисляване на топлинната мощност

Да вземем определено помещение от 80 м2 с височина на тавана 2,5 м и да изчислим мощността на котела, който ще ни е необходим, за да го затоплим.

Първо, изчисляваме кубичния капацитет: 80 x 2,5 = 200 m3. Нашата къща е изолирана, но недостатъчно - коефициентът на разсейване е 1,2.

Сланите могат да бъдат до -40 °C, но на закрито искате да имате удобни +22 градуса, температурната разлика (делта "T") е 62 °C.

Заменяме числата във формулата за мощност на топлинните загуби и умножаваме:

200 x 62 x 1,2 = 14880 kcal/час.

Преобразуваме получените килокалории в киловати с помощта на конвертор:

1 kW = 860 kcal;
14880 kcal = 17302,3 W.

Закръгляме с марж и разбираме, че при най-тежкия студ от -40 градуса ще ни трябват 18 kW енергия на час.

Умножете периметъра на къщата по височината на стените:

(8 + 10) x 2 x 2,5 = 90 m2 повърхност на стената + 80 m2 таван = 170 m2 повърхност в контакт със студа. Топлинните загуби, които изчислихме по-горе, възлизат на 18 kW/h, като разделим повърхността на къщата на очакваната консумирана енергия, намираме, че 1 m2 губи приблизително 0,1 kW или 100 W всеки час при външна температура от -40 °C, и вътрешна температура +22 °C .

Тези данни могат да станат основа за изчисляване на необходимата дебелина на изолацията на стените.

Нека дадем друг пример за изчисление, той е по-сложен в някои аспекти, но по-точен.

Формула:

Q = S x (делта)T / R:

Q – желаната стойност на топлинните загуби в дома във W;
S – площ на охлаждащите повърхности в m2;
T – температурна разлика в градуси по Целзий;
R – термично съпротивление на материала (m2 x K/W) (квадратни метри, умножени по Келвин и разделени на ватове).

Така че, за да намерим „Q“ на същата къща, както в примера по-горе, нека изчислим площта на нейните повърхности „S“ (няма да броим пода и прозорците).

“S” в нашия случай = 170 m2, от които 80 m2 таван и 90 m2 стени;
Т = 62 °С;
R – термично съпротивление.

Търсим "R", използвайки таблицата или формулата за термично съпротивление. Формулата за изчисляване на коефициента на топлопроводимост е следната:

R= H/ K.T. (N – дебелина на материала в метри, K.T. – коефициент на топлопроводимост).

В този случай нашата къща има стени от две тухли, покрити с пяна с дебелина 10 см. Таванът е покрит с дървени стърготини с дебелина 30 см.

Отоплителната система на частен дом трябва да бъде проектирана, като се вземат предвид икономиите на енергия. Прочетете внимателно изчислението на отоплителната система на частна къща, както и препоръките за избор на котли и радиатори.

Как и как да изолирате дървена къща отвътре, ще научите, като прочетете тази информация. Избор на изолация и изолационна технология.

От таблицата на коефициентите на топлопроводимост (измерени като W / (m2 x K) Watt, разделени на произведението на квадратен метър по Келвин). Намираме стойностите за всеки материал, те ще бъдат:

тухла - 0,67;
пенополистирол – 0,037;
дървени стърготини – 0,065.

Заместете данните във формулата (R= H/ K.T.):

R (таван с дебелина 30 cm) = 0,3 / 0,065 = 4,6 (m2 x K) / W;
R (тухлена стена 50 cm) = 0,5 / 0,67 = 0,7 (m2 x K) / W;
R (пяна 10 cm) = 0,1 / 0,037 = 2,7 (m2 x K) / W;
R (стена) = R (тухла) + R (пяна) = 0,7 + 2,7 = 3,4 (m2 x K) / W.

Сега можем да започнем да изчисляваме топлинните загуби "Q":

Q за таван = 80 x 62 / 4,6 = 1078,2 W.
Q стени = 90 x 62 / 3,4 = 1641,1 W.
Остава само да добавите 1078,2 + 1641,1 и да преобразувате в kW, се оказва (ако закръглите веднага) 2,7 kW енергия за 1 час.

Можете да забележите колко голяма беше разликата в първия и втория случай, въпреки че обемът на къщите и температурата извън прозореца в първия и втория случай бяха абсолютно еднакви.

Всичко зависи от степента на умора на къщите (въпреки че, разбира се, данните можеха да са различни, ако бяхме изчислили подовете и прозорците).

Заключение

Дадените формули и примери показват, че при извършване на топлинни изчисления е много важно да се вземат предвид възможно най-много фактори, които влияят на топлинните загуби. Това включва вентилация, площ на прозореца, степен на умора и т.н.

И подходът, когато се взема 1 kW мощност на котела на 10 m2 къща, е твърде приблизителен, за да се разчита сериозно.

Видео по темата

микроклимат.про

13 Топлинно изчисление

10. Топлинно изчисление.

Конструкцията на ИС трябва да бъде такава, че топлината, отделяна при нейната работа, да не води до повреда на елементите поради прегряване при най-неблагоприятни условия на работа. Основните топлогенериращи елементи включват преди всичко резистори, активни елементи и компоненти. Мощността, разсейвана от кондензатори и индуктори, е малка. Превключването на филма на IC, поради ниското електрическо съпротивление и високата топлопроводимост на металните филми, помага за отстраняване на топлината от най-горещите елементи и изравняване на температурата на GIS платката и полупроводниковия IC чип.

Ориз. 10.1. Възможност за монтаж на платката върху корпуса.

Термично изчисляване на резистори.

Нека изчислим термичното съпротивление на резистора по формула (10.1)

п = 0,03 [W/cm °С] - коефициент на топлопроводимост на материала на основата;

δп = 0,06 cm – дебелина на дъската.

RT=0,06/0,03=2 cm2∙°С/W

Нека изчислим температурата на филмовите резистори по формулата

PR – мощност, отделена на резистора;

SR – площта, заета от резистора на платката;

P0 - обща мощност, разпределена от всички компоненти на микросхемата;

Sp – площ на борда.

PR = 0,43 mW – мощност, отделена от резистора;

SR = 0.426mm2 – площ, заета от резистора;

Sn = 80 mm2 – площ на платката;

RT = 2 cm2∙°С/W – термично съпротивление на резистора;

Там.ср = 40С – максимална околна температура;

T = 125С = максимално допустима температура на филмовите резистори.

TR=(0.43∙10-3∙200)/0.426+(24.82∙10-3∙200)/80+40=40.26 С<125 С

Температурата на останалите резистори се изчислява по подобен начин с помощта на програмата MathCad. Резултатите от изчисленията са представени в таблица 10.1

Таблица. 10.1

Резистор

Таблицата показва, че за всички филмови резистори са спазени посочените термични условия.

Топлинно изчисление за окачен елемент.

Термичното съпротивление се изчислява по формулата:

k = 0,003 [W/cm °C] - коефициент на топлопроводимост на лепилото;

δк1 = 0,01 cm – дебелина на лепилото.

Rt=(0.06/0.03)+(0.01/0.003)=5.33 cm2∙°С/W

Нека изчислим температурата на шарнирния елемент по формулата:

Изчисляване на транзистор KT202A, VT14

Pne = 2,6 mW – мощност, отделена от транзистора;

Sne = 0,49 mm2 – площ, заета от транзистора;

P0 = 24.82 mW – мощност, отделяна от всички компоненти на платката;

Sn = 80 mm2 – площ на платката;

Т0С = 40С – максимална околна температура;

T = 85С = максимално допустима температура на транзистора.

Tne=(2.6∙10-3∙533)/0.49+(24.82∙10-3∙533)/80+40=42.99С<85С

Поради това се спазва зададеният топлинен режим.

Температурата на останалите транзистори се изчислява по подобен начин с помощта на програмата MathCad. Резултатите от изчисленията са представени в таблица 10.2

Таблица 10.2

Транзистор

Таблицата показва, че за всички транзистори са спазени посочените топлинни условия. Следователно, топлинните условия за цялата верига са изпълнени.

studfiles.net

Топлинна мощност на електрически ток и нейното практическо приложение

Причината за нагряване на проводник се крие във факта, че енергията на електроните, движещи се в него (с други думи, текущата енергия) по време на последователния сблъсък на частици с йони на молекулярната решетка на метален елемент се преобразува в топъл вид енергия , или Q, и така се формира понятието „топлинна мощност“.

Работата на тока се измерва с помощта на Международната система от единици (SI) с помощта на джаули (J), а текущата мощност се определя като "ват" (W). Отклонявайки се от системата на практика, те могат да използват и несистемни единици, които измерват работата на тока. Сред тях са ватчас (W × h), киловатчас (съкратено kW × h). Например 1 W × h означава работата на ток със специфична мощност 1 ват и продължителност един час.

Ако електроните се движат по протежение на неподвижен метален проводник, в този случай цялата полезна работа на генерирания ток се разпределя за загряване на металната конструкция и въз основа на разпоредбите на закона за запазване на енергията това може да се опише с формулата Q =A=IUt=I2Rt=(U2/R)* t. Такива връзки точно изразяват добре известния закон на Джаул-Ленц. Исторически за първи път е определен емпирично от учения Д. Джаул в средата на 19 век и в същото време, независимо от него, от друг учен - Е. Ленц. Топлинната енергия намира практическо приложение в техническия дизайн с изобретяването на обикновена лампа с нажежаема жичка през 1873 г. от руския инженер А. Ладигин.

Силата на топлинния ток се използва в редица електрически уреди и промишлени инсталации, а именно в уреди за измерване на топлина, електрически печки от отоплителен тип, електрозаваръчно и инвентарно оборудване, битови уреди, използващи електрически нагревателен ефект, са много разпространени - бойлери, поялници, чайници, ютии.

Топлинният ефект се среща и в хранително-вкусовата промишленост. При висок дял на използване се използва възможността за електрическо контактно отопление, което гарантира топлинна мощност. Обуславя се от факта, че токът и неговата топлинна мощност, въздействайки върху хранителния продукт, който има определена степен на съпротивление, предизвиква равномерно нагряване в него. Може да се даде пример как се произвеждат колбаси: чрез специален дозатор каймата влиза в метални форми, чиито стени служат и като електроди. Тук се осигурява постоянна равномерност на нагряване по цялата площ и обем на продукта, поддържа се зададената температура, поддържа се оптималната биологична стойност на хранителния продукт, заедно с тези фактори продължителността на технологичната работа и разходът на енергия остават на ниво. най-малко.

Специфичната топлинна мощност на електрическия ток (ω), с други думи, количеството топлина, отделена на единица обем за определена единица време, се изчислява по следния начин. Елементарният цилиндричен обем на проводник (dV) с напречно сечение на проводника dS, дължина dl, успоредна на посоката на тока, и съпротивление се съставят от уравненията R=p(dl/dS), dV=dSdl .

Съгласно дефинициите на закона на Джаул-Ленц, в определеното време (dt) в обема, който сме взели, ще се отдели ниво на топлина, равно на dQ=I2Rdt=p(dl/dS)(jdS)2dt=pj2dVdt . В този случай ω=(dQ)/(dVdt)=pj2 и прилагайки тук закона на Ом, за да установим плътността на тока j=γE и съотношението p=1/γ, веднага получаваме израза ω=jE= γE2. Той дава концепцията за закона на Джаул-Ленц в диференциална форма.

fb.ru

Страница за вграждане » Топлинни изчисления

Всички електронни компоненти генерират топлина, така че способността да се изчисляват радиаторите, така че да не се превишава с няколко порядъка, е много полезна за всеки електронен инженер.

Топлинните изчисления са много прости и имат много общо с изчисленията на електронни схеми. Ето един поглед към общ проблем с топлинния дизайн, който току-що срещнах

Задача

Трябва да изберете радиатор за 5-волтов линеен стабилизатор, който се захранва от максимум 12 волта и произвежда 0,5A. Максималната освободена мощност е (12-5)*0.5 = 3.5W

Потопете се в теорията

За да не създават обекти, хората почесаха тиквата и разбраха, че топлината е много подобна на електрическия ток и за топлинни изчисления можете да използвате обичайния закон на Ом, само

Напрежението (U) се заменя с температура (T)

Токът (I) се заменя с мощност (P)

Съпротивлението се заменя с термично съпротивление. Нормалното съпротивление има размерността волт/ампер, а термичното съпротивление има размерността °C/ват

В резултат на това законът на Ом се заменя с неговия топлинен аналог:

Малка забележка - за да укажете, че се има предвид термично (а не електрическо) съпротивление, добавете буквата тита към буквата R: Нямам такава буква на клавиатурата си и ме мързи да копирам от таблицата със символи, така че просто ще използвам буквата R.

Да продължим

Топлината се генерира в кристала на стабилизатора и нашата цел е да го предотвратим от прегряване (за да предотвратим прегряване на кристала, а не случая, това е важно!).

До каква температура може да се нагрее кристалът е написано в листа с данни:

Обикновено граничната температура на кристала се нарича Tj (j = преход = преход - чувствителните към температура вътрешности на микросхемите се състоят главно от pn преходи. Можем да приемем, че температурата на преходите е равна на температурата на кристала)

Без радиатор

Топлинната диаграма изглежда много проста:

Специално за случаите на използване на корпус без радиатор, термичното съпротивление кристал-атмосфера (Rj-a) е написано в таблиците с данни (вече знаете какво е j, a = околна среда = среда)

Имайте предвид, че температурата на „земята“ не е нула, а е равна на температурата на околния въздух (Ta). Температурата на въздуха зависи от условията, в които се намира радиатора.Ако е на открито, тогава можете да зададете Ta = 40 °C, но ако е в затворена кутия, тогава температурата може да бъде много по-висока!

Записваме топлинния закон на Ом: Tj = P*Rj-a + Ta. Заменяме P = 3,5, Rj-a = 65, получаваме Tj = 227,5 + 40 = 267,5 °C. Малко много обаче!

Закачаме радиатора

Топлинната верига на нашия пример със стабилизатор на радиатор става така:

Rj-c – съпротивление от кристала към радиатора на кутията (c = case = case). Дадено в листа с данни. В нашия случай – 5 °C/W – от листа с данни
Rc-r – съпротивление тяло-радиатор. Не е толкова просто. Това съпротивление зависи от това какво има между корпуса и радиатора. Например силиконовото уплътнение има коефициент на топлопроводимост 1-2 W/(m*°C), а пастата KPT-8 – 0,75 W/(m*°C). Термичното съпротивление може да се получи от коефициента на топлопроводимост по формулата:
R = дебелина на уплътнението/(коефициент на топлопроводимост * площ от едната страна на уплътнението)
Често Rc-r може да се игнорира напълно. Например в нашия случай (използваме кутия TO220, с паста KPT-8, средната дълбочина на пастата, взета от тавана, е 0,05 мм). Общо, Rc-r = 0,5 °C/W. При мощност 3.5W температурната разлика между корпуса на стабилизатора и радиатора е 1.75 градуса. Това не е много. За нашия пример нека вземем Rc-r = 2 °C/W

Rr-a е топлинното съпротивление между радиатора и атмосферата. Определя се от геометрията на радиатора, наличието на въздушен поток и куп други фактори. Този параметър е много по-лесен за измерване, отколкото за изчисляване (вижте в края на статията). Например - Rr-c = 12,5 °C/W

Ta = 40°C - тук разбрахме, че атмосферната температура рядко е по-висока, можете да вземете 50 градуса, за да сте сигурни.

Заместваме всички тези данни в закона на Ом и получаваме Tj = 3,5*(5+2+12,5) + 40 = 108,25 °C

Това е значително по-малко от границата от 150 °C. Може да се използва такъв радиатор. В този случай корпусът на радиатора ще се нагрее до Tc = 3,5 * 12,5 + 40 = 83,75 °C. Тази температура вече може да омекне някои пластмаси, така че трябва да внимавате.

Измерване на съпротивление радиатор-атмосфера.

Най-вероятно вече имате куп радиатори, които могат да се използват. Термичното съпротивление се измерва много лесно. Това изисква съпротивление и източник на енергия.

Ние извайваме устойчивост върху радиатора с помощта на термична паста:

Свързваме източника на захранване и настройваме напрежението така, че малко мощност да се освободи при съпротивлението. По-добре е, разбира се, радиаторът да се нагрява с мощността, която ще разсее в крайното устройство (и в позицията, в която ще се намира, това е важно!). Обикновено оставям тази структура за половин час, за да се затопли добре.

След като температурата бъде измерена, може да се изчисли топлинното съпротивление

Rr-a = (T-Ta)/P. Моят радиатор например загря до 81 градуса, а температурата на въздуха беше 31 градуса. следователно Rr-a = 50/4 = 12,5 °C/W.

Оценка на площта на радиатора

Един древен наръчник на радиолюбител предоставя графика, чрез която можете да оцените площта на радиатора. Ето го:

Много лесно се работи с него. Избираме прегряването, което искаме да постигнем и виждаме каква площ отговаря на необходимата мощност за такова прегряване.

Например при мощност 4W и прегряване 20 градуса ще ви трябва радиатор 250cm^2. Тази графика надценява площта и не взема предвид куп фактори като принудителен въздушен поток, геометрия на перките и т.н.

bsvi.ru

Законът на Джаул-Ленц е закон на физиката, който определя количествена мярка на топлинния ефект на електрическия ток. Този закон е формулиран през 1841 г. от английския учен Д. Джаул и напълно отделно от него през 1842 г. от известния руски физик Е. Ленц. Поради това той получи двойното си име - законът на Джаул-Ленц.

Определение и формула на закона

Словесната формулировка има следната форма: мощността на топлината, генерирана в проводник, когато преминава през него, е пропорционална на произведението на стойността на плътността на електрическото поле и стойността на интензитета.

Математически законът на Джаул-Ленц се изразява по следния начин:

ω = j E = ϭ E²,

където ω е количеството отделена топлина в единици. сила на звука;

E и j са съответно интензитетът и плътността на електрическите полета;

σ е проводимостта на средата.

Физически смисъл на закона на Джаул-Ленц

Законът може да се обясни по следния начин: токът, протичащ през проводник, представлява движението на електрически заряд под въздействието. По този начин електрическото поле върши известна работа. Тази работа се изразходва за нагряване на проводника.

С други думи, енергията преминава в друго качество – топлина.

Но не трябва да се допуска прекомерно нагряване на тоководещи проводници и електрическо оборудване, тъй като това може да доведе до повреда. Силното прегряване на проводниците е опасно, когато през проводниците могат да текат доста големи токове.

В интегрална формаза тънки проводници Закон на Джаул-Ленцзвучи така: количеството топлина, което се отделя за единица време в участъка на разглежданата верига, се определя като произведение на квадрата на силата на тока и съпротивлението на участъка.

Математически тази формулировка се изразява по следния начин:

Q = ∫ k I² R t,

в този случай Q е количеството отделена топлина;

I – текуща стойност;

R - активно съпротивление на проводници;

t – време на експозиция.

Стойността на параметъра k обикновено се нарича топлинен еквивалент на работа. Стойността на този параметър се определя в зависимост от битовата дълбочина на единиците, в които се измерват стойностите, използвани във формулата.

Законът на Джаул-Ленц е доста общ по природа, тъй като не зависи от естеството на силите, генериращи тока.

От практиката може да се твърди, че е валидно както за електролити, така и за проводници и полупроводници.

Област на приложение

Има огромен брой области на приложение на закона на Джаул Ленц в ежедневието. Например волфрамова жичка в лампа с нажежаема жичка, дъга при електрическо заваряване, нагревателна нишка в електрически нагревател и много други. и т.н. Това е най-широко приетият физически закон в ежедневието.

Съдържание:

Известният руски физик Ленц и английският физик Джаул, провеждайки експерименти за изследване на топлинните ефекти на електрическия ток, независимо извеждат закона на Джаул-Ленц. Този закон отразява връзката между количеството топлина, генерирана в проводника, и електрическия ток, преминаващ през този проводник за определен период от време.

Свойства на електрическия ток

Когато електрическият ток преминава през метален проводник, неговите електрони постоянно се сблъскват с различни чужди частици. Това могат да бъдат обикновени неутрални молекули или молекули, които са загубили електрони. В процеса на движение един електрон може да отдели друг електрон от неутрална молекула. В резултат на това се губи неговата кинетична енергия и вместо молекула се образува положителен йон. В други случаи електронът, напротив, се свързва с положителен йон и образува неутрална молекула.

В процеса на сблъсъци на електрони и молекули се изразходва енергия, която впоследствие се превръща в топлина. Разходът на определено количество енергия е свързан с всички движения, при които трябва да се преодолее съпротивлението. По това време работата, изразходвана за преодоляване на съпротивлението на триене, се превръща в топлинна енергия.

Формула и определение на закона на Джаул Ленц

Съгласно закона на Джаул на Ленц електрическият ток, преминаващ през проводник, се придружава от количество топлина, право пропорционално на квадрата на тока и съпротивлението, както и времето на протичане на този ток през проводника.

Под формата на формула законът на Джаул-Ленц се изразява, както следва: Q = I 2 Rt, в който Q показва количеството отделена топлина, I - , R - съпротивление на проводника, t - период от време. Стойността "k" представлява топлинния еквивалент на работа и се използва в случаите, когато количеството топлина се измерва в калории, токът в , съпротивлението в омове и времето в секунди. Числената стойност на k е 0,24, което съответства на ток от 1 ампер, който при съпротивление на проводника от 1 Ohm освобождава количество топлина, равно на 0,24 kcal в рамките на 1 секунда. Следователно, за да се изчисли количеството отделена топлина в калории, се използва формулата Q = 0,24I 2 Rt.

Когато се използва системата от единици SI, количеството топлина се измерва в джаули, така че стойността на „k“ по отношение на закона на Джаул-Ленц ще бъде равна на 1 и формулата ще изглежда така: Q = I 2 Rt. Според I = U/R. Ако тази текуща стойност се замести в основната формула, тя ще приеме следната форма: Q = (U 2 /R)t.

Основна формула Q = I 2 Rt е много удобно да се използва при изчисляване на количеството топлина, което се отделя в случай на серийно свързване. Силата на тока във всички проводници ще бъде еднаква. Когато няколко проводника са свързани последователно наведнъж, всеки от тях ще отдели толкова много топлина, че ще бъде пропорционална на съпротивлението на проводника. Ако три еднакви проводника от мед, желязо и никел са свързани последователно, тогава максималното количество топлина ще бъде освободено от последния. Това се дължи на най-високото съпротивление на никела и по-силното нагряване на този проводник.

Когато същите проводници са свързани паралелно, стойността на електрическия ток във всеки от тях ще бъде различна, а напрежението в краищата ще бъде същото. В този случай формулата Q = (U 2 /R)t е по-подходяща за изчисления. Количеството топлина, генерирано от проводник, ще бъде обратно пропорционално на неговата проводимост. По този начин законът на Джаул-Ленц се използва широко за изчисляване на електрически осветителни инсталации, различни отоплителни и нагревателни устройства, както и други устройства, свързани с преобразуването на електрическа енергия в топлина.