Закон Джоуля Ленца
Ток тратиться на возрастание электроэнергии внутри проводника, если он не движется и химические превращения в нем не происходят. Как следствие — нагревание проводника или выделение тепла.
Произведя замену по закону Ома U на RL. Получаем:
Равенство данной формулы было сделано в качестве эксперимента как Джоулем так и Ленцем, причем пришли они к этому независимо друг от друга. Поэтому и носит справедливое название Закон Джоуля — Ленца.
Так как с помощью времени изменяется сила тока, тогда величину тепла которое выделяется по истечению данного времени t. Сможем выявить с помощью формулы.
Отталкиваясь от Q = RL2t формулы, которая определяет количество тепла, проводником выделяющееся, можем сделать равенство дающее характеристику выделения тепла в любом месте проводника. Следуя закону Ленца-Джоуля
в котором dV = dS dl — выражение элементарного количества
Разбив величины dQ = RL2dt = pdl/dS (jdS)2dt =pj2dVdt, на dV и dt находим объем тепла, которое выделяется в конкретном объеме , в конкретный промежуток времени.
Аналогично с названием выражения dQ = RL2dt = pdl/dS (jdS)2dt =pj2dVdt, выражение Qуд следует называть удельной тепловой мощностью тока.
Важно то, что ученые вывели закон опираясь на однородный участок цепи. Но как следствие из равенств Q = RL2t и Qуд = pj2 данный закон подходит и к неоднородным участкам цепи, если соблюдается условие, что его работающие силы не имеют химического происхождения.
Нужно обращать внимание на выбор провода в цепи.
Тепло которое при работе, выделяется проводником, так или иначе выходит за его приделы. Когда сила тока в нем перейдет максимальную отметку допустимого значения, вероятно очень сильное нагревание. Данный проводник может стать источником пожара предметов стоящих по близости с ним, а сам может расплавиться. Стоит соблюдать требования указанные в нормативных документах при сборе проводника, в регламенте выбора сечения.
Прибор Электро-нагреватель.
Когда сила тока одинакова во всей электрической цепи, значит в любом месте цепи выделяться тепло будет больше, завися от сопротивления.Исходя из данного, мы можем специально увеличить сопротивление для увеличения тепла или большей теплоотдачи. Так к примеру и работает электро-нагреватель. провода в них используются с низким сопротивлением, из-за этого их нагревание мы не замечаем.
Заметка: транспортная компания (http://tk-lidertrans.
ru/) ООО «ТК»ЛИДЕРТРАНС», осуществляет грузоперевозки. Имеет большой опыт работы.
Закон Джоуля Ленца Реферат – Telegraph
>>> ПОДРОБНЕЕ ЖМИТЕ ЗДЕСЬ <<<
Закон Джоуля Ленца Реферат
Мы ежедневно пользуемся электронагревательными приборами, не задумываясь, откуда берётся тепло. Разумеется, вы знаете, что тепловую энергию вырабатывает электричество. Но как это происходит, а тем более, как оценить количество выделяемого тепла, знают не все. На данный вопрос отвечает закон Джоуля-Ленца, обнародованный в позапрошлом столетии.
В 1841 году усилия английского физика Джоуля, а в 1842 г. исследования русского учёного Ленца увенчались открытием закона, применение которого позволяет количественно оценить результаты теплового действия электрического тока [ 1 ]. С тех пор изобретено множество приборов, в основе которых лежит тепловое действие тока.
Некоторые из них, изображены на рис. 1.
Тепловой закон можно сформулировать и записать в следующей редакции: «Количество тепла, выработанного током, прямо пропорционально квадрату приложенного к данному участку цепи тока, сопротивления проводника и промежутка времени, в течение которого электричество действовало на проводник».
Обозначим символом Q количество выделяемого тепла, а символами I, R и Δt – силу тока, сопротивление и промежуток времени, соответственно. Тогда формула закона Джоуля-Ленца будет иметь вид: Q = I2*R*Δt
Согласно законам Ома I=U/R, откуда R = U/I. Подставляя выражения в формулу Джоуля-Ленца получим: Q = U2/R * Δt ⇒ Q = U*I*Δt.
Выведенные нами формулы – различные формы записи закона Джоуля-Ленца. Зная такие параметры как напряжение или силу тока, можно легко рассчитать количество тепла, выделяемого на участке цепи, обладающем сопротивлением R.
Чтобы перейти к дифференциальной форме закона, проанализируем утверждение Джоуля-Ленца применительно к электронной теории.
Приращение энергии электрона ΔW за счёт работы электрических сил поля равно разности энергий электрона в конце пробега (m/2)*(u=υmax)2 и в начале пробега (mu2)/2 , то есть
Здесь u – скорость хаотического движение (векторная величина), а υmax – максимальная скорость электрического заряда в данный момент времени.
Поскольку установлено, что скорость хаотического движения с одинаковой вероятностью совпадает с максимальной (по направлению и в противоположном направлении), то выражение 2*u*υmax в среднем равно нулю. Тогда полная энергия, выделяющаяся при столкновениях электронов с атомами, образующими узлы кристаллической решётки, составляет:
Это и есть закон Джоуля-Ленца, записанный в дифференциальной форме. Здесь γ – согласующий коэффициент, E – напряжённость поля.
Предположим, что проводник имеет цилиндрическую форму с сечением S. Пусть длина этого проводника составляет l. Тогда мощность P, выделяемая в объёме V= lS составляет:
гдеR – полное сопротивление проводника.
Учитывая, чтоU = I×R, из последней формулы имеем:
Если величина тока со временем меняется, то количество теплоты вычисляется по формуле:
Данное выражение, а также вышеперечисленные формулы, которые можно переписать в таком же виде, принято называть интегральной формой закона Джоуля-Ленца.
Формулы очень удобны при вычислении мощности тока в нагревательных элементах. Если известно сопротивление такого элемента, то зная напряжение бытовой сети легко определить мощность прибора, например, электрочайника или паяльника.
Вспомним, как электрический ток протекает по металлическому проводнику. Как только электрическая цепь замкнётся, то под действием ЭДС движение свободных электронов упорядочивается, и они устремляются к положительному полюсу источника питания. Однако на их пути встречаются стройные ряды кристаллических решёток, атомы которых создают препятствия упорядоченному движению, то есть оказывают сопротивление.
На преодоление сопротивления уходит часть энергии движущихся электронов. В соответствии с фундаментальным законом сохранения энергии, она не может бесследно исчезнуть. Она-то и превращается в тепло, вызывающее нагревание проводника. Накапливаемая тепловая энергия излучается в окружающее пространство или нагревает другие предметы, соприкасающиеся с проводником.
На рисунке 2 изображёна схема опыта, демонстрирующего закон теплового действия тока, разогревающего участок провода в электрической цепи.
Явление нагревания проводников было известно практически с момента получения электротока, но исследователи не могли тогда объяснить его природу, и тем более, предложить способ оценки количества выделяемого тепла. Эту проблему решает закон Джоуля-Ленца, которым мы пользуемся по сегодняшний день.
При сильном нагревании можно наблюдать излучение видимого спектра света, что происходит, например, в лампочке накаливания. Слабо нагретые тела тоже излучают тепловую энергию, но в диапазоне инфракрасного излучения, которого мы не видим, но можем ощутить своими тепловыми рецепторами.
Допускать сильное нагревание проводников нельзя, так как чрезмерная температура разрушает структуру металла, проще говоря – плавит его. Это может привести к выводу из строя электрооборудования, а также стать причиной пожара. Для того, чтобы не допустить критических параметров нагревания необходимо делать расчёты тепловых элементов, пользуясь формулами, описывающими закон Джоуля-Ленца.
Проанализировав выражение U2/R убеждаемся, что когда сопротивление стремится к нулю, то количество выделенного тепла стремится к бесконечности. Такая ситуация возникает при коротких замыканиях. В это основная опасность КЗ.
В борьбе с короткими замыканиями используют:
Непосредственное превращение электричества в тепловую энергию нельзя назвать экономически выгодным. Однако, с точки зрения удобства и доступности современного человечества к источникам электроэнергии различные нагревательные приборы продолжают массово применяться как в быту, так и на производстве.
На рисунке 3 изображены бытовые нагревательные приборы, которыми мы часто пользуемся.
Использование тепловых мощностей в химической, металлургической и в других промышленных отраслях тесно связно с использованием электрической энергии.
Без знания физического закона Джоуля-Ленца было бы невозможно сконструировать безопасный нагревательный прибор. Для этого нужны расчёты, которые невозможно сделать без применения рассмотренных нами формул.
На основе расчётов происходит выбор материалов с нужным удельным сопротивлением, влияющим на нагревательную способность устройств.
Закон Джоуля-Ленца без преувеличения можно назвать гениальным. Это один из тех законов, которые повлияли на развитие электротехники.
Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *
© 2020 Информационный интернет-сайт «ASUTPP»
Информация на сайте предоставлена в справочных целях. По вопросам электрики всегда консультируйтесь со специалистом.
Время работы технической поддержки:
пн-пт, 9:00–18:00
Закон Джоуля -Ленца: определение, формула, применение
Закон Джоуля -Ленца: определение, формула, история, схемы
Реферат — Закон Джоуля -Ленца
Закон Джоуля -Ленца и его применение — УчительPRO
Закон Джоуля -Ленца
Напишите Сочинение Миниатюру О Любом Фразеологизме
Введение Мяч В Футболе Дипломная Работа
Объем Дипломной Работы
Контрольная Работа Номер 5 Итоговая
Сколько В Эссе
Значение закона Ленца: определение, применение и формула
Закон Ленца гласит, что при создании электродвижущей силы (ЭДС), вызванной изменением магнитного потока, согласно закону Фарадея, полярность ЭДС индукции создает магнитное поле, противоположное изменение, которое он производит.
Термодинамика: первый закон, изотермия…
Пожалуйста, включите JavaScript
Термодинамика: первый закон, изотермический и адиабатический процесс
Этот закон основан на законе индукции Фарадея, также известном как закон электромагнитной индукции. В этом законе Майкл Фарадей утверждал, что когда переменное магнитное поле подключено к катушке, в ней индуцируется электродвижущая сила (наведенное напряжение). Другими словами: величина электродвижущей силы, индуцируемой в цепи, пропорциональна скорости изменения магнитного поля.
Закон является следствием закона сохранения энергии (энергия не может быть создана или уничтожена) и третьего закона Ньютона (на каждое действие всегда есть равное и противоположное противодействие).
На первый взгляд может показаться, что это нарушает закон сохранения импульса. Тем не менее, такое взаимодействие сохраняет импульс, если мы рассматриваем скорость электромагнитных полей.
Закон Ленца назван в честь работы, проделанной физиком Эмилем Ленцем в 1834 году.
Закон Ленца важен для определения направления ЭДС или индукционного тока без каких-либо расчетов. Поэтому он необходим в электрических устройствах, работающих с магнето, таких как электродвигатели, генераторы или трансформаторы.
Этот закон определяет изменения, происходящие в электрическом поле из-за проводника, имеющего свойство изменять магнитный поток. Он изучает магнитный поток, который создается внутри проводника из-за действия изменяющегося магнитного поля, создаваемого циркулирующим током.
Формула закона Ленца
Поток, создаваемый однородным магнитным полем при прохождении через плоскую цепь, можно рассчитать по следующей формуле:
Φ = B · S · cos (α)
, где
Φ — магнитный поток, выраженный в Вб.
B — магнитная индукция, выраженная в Тл.
S — плоская поверхность проводника.
α угол, образованный направлением поля и поверхностью проводника.
Мы можем использовать правило руки, чтобы определить направление каждого вектора: если большой, указательный и средний пальцы правой руки расположены под прямым углом друг к другу, при этом большой палец указывает в направлении проводника движется и указательный палец указывает в направлении поля, средний палец будет указывать в условном направлении индуцированного тока.
В соответствии с формулой отрицательный знак указывает на то, что ЭДС, индуцируемая в проводнике, имеет такое направление, что она препятствует изменению магнитного потока, связанного с катушкой.
Применение закона Ленца
Этот закон показывает, что изменение расхода и наведенного напряжения имеют противоположные знаки. С законом Фарадея мы можем дать физическую интерпретацию выбора знака.
Электрические генераторы и двигатели: Когда в электрическом генераторе индуцируется ток, направление этого индуктируемого тока таково, что он противодействует и заставляет генератор вращаться. Это означает, что генератору требуется больше механической энергии в случае двигателей. В случае с электродвигателями происходит то же самое, но в обратном направлении.
В индукционных плитах и электромагнитных тормозах.
Для понимания концепции накопления магнитной энергии в катушке индуктивности: При подключении ЭДС через катушку она генерирует электрический ток, и появляется противоЭДС, противодействующая причине, ее производящей.
Следовательно, внешний источник должен работать на преодоление элементов, препятствующих изменению потока. Эту работу может совершить ЭДС, запасенная в катушке индуктивности.Трансформаторы тока: Наиболее важным применением закона Ленца в повседневной жизни являются трансформаторы.
Следовательно, внешний источник должен работать на преодоление элементов, препятствующих изменению потока. Эту работу может совершить ЭДС, запасенная в катушке индуктивности.Примеры закона Ленца
Следующие примеры поясняют, как работает закон Ленца в двух частных случаях:
Пример 1: Магнит приближается к петле
индуктивный поток через него увеличивается. Для противодействия этому изменению (увеличению) индуктивного потока в контуре возникает индуцированный ток, который создает индуцированный поток, противоположный индуктивному. В этой ситуации петля магнитно поляризована.
Это приводит нас к выводу, что человек, толкающий магнит в петлю, должен приложить силу, противодействующую силе отталкивания магнита, чтобы приблизить магнит к петле. Тогда мы получим бесконечную петлю положительной обратной связи, нарушающую закон сохранения энергии.
Полезная работа, совершаемая силой, приложенной человеком, соответствует энергии, доставленной в систему и преобразованной в электрическую энергию, как это предусмотрено принципом сохранения энергии.
Пример 2: Магнит движется от петли
Рассмотрим северный полюс магнита, удаляющийся от петли. В этом случае индуктивный поток через контур уменьшается. Чтобы противодействовать этому изменению (уменьшению) индуктивного потока, в контуре возникает индуцированный ток, который создает индуцированный поток в пользу индуктивного. Затем этот индуцированный поток добавляется к индуктивному, «пытаясь избежать» изменения. Таким образом, индуцированный ток всегда «борется так, что полный поток через цепь не меняется».0003
Примечание. Когда северный полюс магнита удаляется от петли, индуцированный ток противодействует изменению потока (в данном случае уменьшается), поляризуя петлю так, что она притягивает магнит.
Опять же, сила человека, держащего магнит, должна совершать работу, которая соответствует энергии, поступающей в систему и преобразуемой в электрическую энергию.
См. на следующем рисунке магнитную поляризацию обращенной к магниту грани спирали, когда ее южный полюс приближается к магниту или удаляется от него.
Закон Ленца – формулировка, формула, применение и эксперименты
Закон Ленца – очень важный закон, связанный с законами электромагнитной индукции Майкла Фарадея. Законы электромагнитной индукции Фарадея состоят из двух законов.
- Первый закон описывает индукцию ЭДС в проводнике, а
- Второй закон определяет количество ЭДС, создаваемой в проводнике, то есть второй закон дает математическое описание первого закона.
Кроме того, полезность закона Ленца нельзя игнорировать. Законы Фарадея описывают и количественно определяют индуцированную ЭДС в катушке, а закон Ленца говорит о направлении индуцированной ЭДС в катушке.
В этой статье мы обсудим закон Ленца – формулировку, формулу, приложения и эксперименты . Итак, приступим…
История изнутри
Что такое закон Ленца?
Генрих Фридрих Ленц В 1884 году Эмиль Ленц, физик, сформулировавший закон Ленца, утверждает, что направление тока, индуцируемого в проводнике изменяющимся магнитным полем, таково, что магнитное поле, создаваемое индуцируемым током, компенсирует изменение в исходном магнитном поле.
Формулировка закона Ленца : Закон Ленца гласит, что направление тока, индуцированного в проводнике изменяющимся магнитным полем, таково, что магнитное поле, создаваемое индуцированным током, противодействует изменению исходного магнитного поля.
Это качественный закон, который определяет направление индуцированного тока, но ничего не говорит о его величине. Закон Ленца угадывает направление многих эффектов в электромагнетизме, таких как направление напряжения, индуцируемого в катушке индуктивности или проволочной петле изменяющимся током, или сопротивление вихревого тока объекту, движущемуся в магнитном поле. Закон Ленца можно рассматривать как аналог третьего закона Ньютона в классической механике и принципа Ле Шателье в химии.
Читайте также
- Эксперименты Фарадея и Генри по электромагнитной индукции
- Законы электромагнитной индукции Фарадея Класс 12
Формула закона Ленца
На самом деле, у закона Ленца нет формулы.
Формула закона Ленца — это всего лишь отражение формулы закона Фарадея. Закон Ленца просто поставил знак минус в формулу закона Фарадея. См. приведенную ниже формулу, здесь отрицательный знак внесен законом Ленца.
Где ${\mathcal {E}}$ — ЭДС индукции, $N$ — число витков в катушке, $\Delta\phi$ — изменение магнитного потока, $\Delta t$ — изменение во времени.
Применение закона Ленца
Существует множество приложений закона Ленца. Некоторые из них приведены ниже:
- Вихретоковые весы
- Металлодетекторы
- Вихретоковые динамометры
- Тормозные системы поезда
- Генераторы переменного тока
- Считыватели карт
- Микрофоны
Эксперименты по закону Ленца
Эксперименты по закону ЛенцаЧтобы найти направление индуцированной ЭДС, мы обращаемся к закону Ленца, но Эмиль Ленц проводит несколько экспериментов, чтобы прийти к его окончательной формулировке.
Первый эксперимент
В первом эксперименте он заметил, что при протекании тока в катушке возникают силовые линии магнитного поля.
По мере увеличения тока, протекающего через катушку, магнитный поток будет увеличиваться. Тогда направление протекания индукционного тока было бы таким, чтобы оно противодействовало увеличению магнитного потока.
Второй эксперимент
Во втором эксперименте он заметил, что когда катушка с током намотана на железный стержень, левый конец которого ведет себя как полюс N и движется к катушке S, возникает индуцированный ток. .
Третий эксперимент
В третьем эксперименте он заметил, что когда катушку притягивают к магнитному потоку, площадь катушки, связанной с этим магнитным потоком, уменьшается. Согласно закону Ленца, катушка движется противоположно, если индукционный ток приложен в том же направлении. Для создания тока магнит в петле прикладывает силу. Чтобы противостоять изменению, ток на магните должен воздействовать на магнит.
Иллюстрация закона Ленца
В этом подзаголовке мы проиллюстрируем закон Ленца и увидим, как работает закон Ленца.
Когда северный полюс стержневого магнита перемещается в сторону замкнутой катушки
Когда северный полюс стержневого магнита перемещается в сторону замкнутой катушкиКогда северный полюс стержневого магнита перемещается в сторону замкнутой катушки, индуцируемый ток в замкнутой катушке течет против часовой стрелки, если смотреть со стороны магнита близко.
Лицевая сторона катушки, обращенная к магниту, имеет северную полярность и, таким образом, препятствует движению северного полюса магнита по направлению к катушке, что является причиной индуцированного тока в катушке.
Другими словами, движение магнита к катушке увеличивает магнитный поток через катушку. Индуцированный ток создает поток в противоположном направлении и, следовательно, препятствует движению в направлении и уменьшает этот поток.
Когда северный полюс стержневого магнита удаляется от замкнутой катушки
Когда северный полюс стержневого магнита удаляется от замкнутой катушки Когда северный полюс стержневого магнита удаляется от замкнутой катушки, индукционный ток в катушке течет по часовой стрелке, если смотреть со стороны магнита.
Сторона катушки, обращенная к магниту, имеет южную полярность и, таким образом, притягивает северный полюс магнита к катушке, т. е. движение магнита от катушки противоположно, что является фактической причиной наведенного тока в катушка.
Другими словами, движение магнита уменьшает поток через катушку. Индуцированный ток создает поток в том же направлении и, следовательно, препятствует движению в сторону и увеличивает этот поток.
Закон Ленца и закон сохранения энергии
Закон Ленца подчиняется закону сохранения энергии. Закон сохранения энергии гласит, что энергия не может быть ни создана, ни уничтожена, а только может переходить из одной формы в другую. Закон Ленца гласит, что направление тока в катушке таково, что оно препятствует изменению магнитного потока. Поэтому требуется дополнительная работа по нейтрализации этих противоборствующих сил.
Эта дополнительная работа приводит к периодическим изменениям магнитного потока, что индуцирует больший ток.
Дополнительная работа, необходимая для нейтрализации противодействующих сил, преобразуется в электрическую энергию, которая есть не что иное, как закон сохранения энергии . Магнитный поток увеличивается по мере приближения северного полюса магнита к катушке и уменьшается по мере удаления от нее.
В первой сцене необходимо устранить причину, переместив магнит и придав стороне, обращенной к катушке, северную полярность. Северный полюс магнита и северный полюс катушки отталкиваются друг от друга. Чтобы противодействовать силе отталкивания, необходимо приложить механическое действие, чтобы притянуть магнит к катушке.
Эта механическая энергия преобразуется в электрическую энергию. Эта электрическая энергия преобразуется в тепловую за счет эффекта Джоуля. Когда магнит удаляется от катушки, следующая сторона катушки получает южную полярность. В этом случае генерируемая ЭДС противодействует движению магнита наружу. Чтобы противостоять притяжению между северным полюсом магнита и южным полюсом катушки, необходимо снова совершить механическую работу.
Эта работа преобразуется в электрическую энергию. Когда магнит не движется, механическая работа не совершается, поэтому в катушке не индуцируется ЭДС. В результате закон Ленца совместим с законом сохранения энергии.
Читайте также
- Электромагнитная индукция | определение, применение и история
- Магнитный поток – определение, формула, единицы измерения и размеры
Часто задаваемые вопросы – часто задаваемые вопросы
Что такое закон Ленца простыми словами?
Закон Ленца гласит, что направление тока в катушке таково, что он препятствует изменению магнитного потока.
Где используется закон Ленца?
Закон Ленца имеет широкий спектр применений. Он используется в электромагнитных тормозах, металлодетекторах и уравновешивающих вихревых токах, а также помогает понять запасенную магнитную энергию в катушках индуктивности.
Как закон Ленца совместим с законом сохранения энергии?
Закон Ленца подчиняется закону сохранения энергии.
