Bármelyik vezetőben mozgó elektromos áram energiát ad át neki, ami a vezető felmelegedését okozza. Az energiaátadás a molekulák szintjén történik: az áram elektronjainak kölcsönhatása következtében a vezető ionjaival vagy atomjaival az energia egy része az utóbbinál marad.
Az áram hőhatása a vezető részecskéinek gyorsabb mozgásához vezet. Ekkor belső energiája megnő és hővé alakul.
Számítási képlet és elemei
Az áram hőhatása különböző kísérletekkel igazolható, ahol az áram munkája belső vezetőenergiává alakul át. Ugyanakkor az utóbbi növekszik. Ezután a vezető átadja azt a környező testeknek, vagyis a hőátadás a vezető melegítésével történik.
A számítás képlete ebben az esetben a következő: A=UIt.
A hőmennyiséget Q-val jelölhetjük. Ekkor Q=A vagy Q=UIt. Tudva, hogy U=IR,kiderül, hogy Q=I2Rt, amelyet a Joule-Lenz törvényben fogalmaztak meg.
Az áram hőhatásának törvénye – a Joule-Lenz törvény
Sok tudós vizsgálta azt a vezetőt, ahol az elektromos áram folyik. A legfigyelemreméltóbb eredményeket azonban az angol James Joule és az orosz Emil Khristianovics Lenz érte el. Mindkét tudós külön dolgozott, és a kísérletek eredményei alapján a következtetéseket egymástól függetlenül tették le.
Levezettek egy törvényt, amely lehetővé teszi, hogy megbecsülje a vezetőre ható áram hatására kapott hőt. Joule-Lenz törvénynek hívták.
Vegyük figyelembe a gyakorlatban az áram hőhatását. Vegyük a következő példákat:
- Szokásos izzó.
- Fűtők.
- Biztosíték a lakásban.
- Elektromos ív.
Izzólámpa
Az áram hőhatása és a törvény felfedezése hozzájárult az elektrotechnika fejlődéséhez és a villamosenergia-felhasználás lehetőségeinek növekedéséhez. A kutatási eredmények alkalmazásának módja egy közönséges izzólámpa példáján látható.
Úgy van megtervezve, hogy egy wolframhuzalból készült menetet húzzanak bele. Ez a fém nagy ellenállású tűzálló. Amikor egy izzón áthaladunk, az elektromos áram hőhatása jön létre.
A vezető energiája hővé alakul, a spirál felmelegszik és világítani kezd. A villanykörte hátránya a nagy energiaveszteségben rejlik, hiszen csak ennek köszönhetőaz energia egy kis része izzani kezd. A fő rész csak felmelegszik.
Ennek jobb megértése érdekében bevezetünk egy hatékonysági tényezőt, amely a működés és a villamos energiává alakítás hatékonyságát mutatja. Az áram hatásfokát és termikus hatását különböző területeken használják fel, mivel számos készülék készül ezen az elven. Ezek nagyobb mértékben fűtőberendezések, elektromos tűzhelyek, kazánok és más hasonló berendezések.
A fűtőberendezések készüléke
Általában az összes fűtési eszköz kialakításában van egy fémspirál, amelynek funkciója a fűtés. Ha vizet melegítenek, akkor a hőcserélőt elkülönítve kell felszerelni, és az ilyen eszközökben egyensúlyt tartanak fenn a hálózatból származó energia és a hőcsere között.
A tudósokat folyamatosan kihívás elé állítják, hogy csökkentsék az energiaveszteségeket, és találják meg ezek megvalósításának legjobb módjait és leghatékonyabb sémáit az áram hőhatásának csökkentése érdekében. Például egy módszert alkalmaznak a feszültség növelésére az erőátvitel során, ezáltal csökkentve az áramerősséget. Ez a módszer ugyanakkor csökkenti az elektromos vezetékek működésének biztonságát.
A kutatás másik területe a vezetékek kiválasztása. Végül is a hőveszteség és egyéb mutatók tulajdonságaiktól függenek. Ezenkívül a fűtőberendezések működése során nagy mennyiségű energia szabadul fel. Ezért a spirálok kifejezetten erre a célra tervezett anyagokból készülnek, amelyek képesek ellenállni a nagy terheléseknek, anyagoknak.
Lakásbiztosítékok
Speciális biztosítékokat használnak az elektromos áramkörök védelmének és biztonságának javítására. A fő rész egy alacsony olvadáspontú fémből készült huzal. Porcelán parafában fut, csavarmenettel és érintkezővel a közepén. A parafa a porcelándobozban található patronba van helyezve.
Az ólomhuzal egy közös lánc része. Ha az elektromos áram hőhatása meredeken növekszik, a vezető keresztmetszete nem fog ellenállni, és olvadni kezd. Ennek eredményeként a hálózat megnyílik, és az aktuális túlterhelés nem fordul elő.
Elektromos ív
Az elektromos ív az elektromos energia meglehetősen hatékony átalakítója. Fémszerkezetek hegesztésére használják, és erős fényforrásként is szolgál.
Az eszköz a következőkön alapul. Vegyen két szénrudat, kösse össze a vezetékeket, és rögzítse azokat szigetelő tartókban. Ezt követően a rudakat egy áramforráshoz csatlakoztatják, amely kis feszültséget ad, de nagy áramra tervezték. Csatlakoztassa a reosztátot. A városi hálózatban tilos szenet bekapcsolni, mert ez tüzet okozhat. Ha az egyik szenet a másikhoz érinti, láthatja, milyen forróak. Ezt a lángot jobb nem nézni, mert káros a szemre. Az elektromos ívet fémolvasztó kemencékben, valamint olyan nagy teljesítményű világítóberendezésekben használják, mint a spotlámpák, filmvetítők stb.
