Επίδραση θέρμανσης ηλεκτρικού ρεύματος

Διάφοροι παράγοντες οδηγούν στην επίδραση θέρμανσης του ηλεκτρικού ρεύματος. Όταν χρησιμοποιούμε ηλεκτρικές συσκευές, οι χημικές αντιδράσεις στις κυψέλες στις οποίες λειτουργούν παράγουν μια διακύμανση τάσης μεταξύ των ηλεκτρικών ακροδεκτών, η οποία προκαλεί την κίνηση των ηλεκτρονίων. Για να διατηρήσει τη ροή του ρεύματος, η πηγή πρέπει να επεκτείνει την ενέργειά της. Ένα μέρος αυτής της ενέργειας χρησιμοποιείται για την εκτέλεση ορισμένων πρακτικών εργασιών, όπως η μετακίνηση των πτερυγίων του ανεμιστήρα όταν χρησιμοποιείτε ανεμιστήρες που παράγονται από ηλεκτρική ενέργεια, για παράδειγμα. Το υπόλοιπο της ενέργειας χρησιμοποιείται ή χάνεται με τη μορφή θερμότητας, η οποία αυξάνει τις θερμοκρασίες των συσκευών. Εάν χρησιμοποιήσουμε ένα κύκλωμα συσκευής αποκλειστικά με αντίσταση, τότε η παραγόμενη ενέργεια χάνεται εξ ολοκλήρου ως αυτό που αποκαλούμε θερμότητα. Αυτό είναι γνωστό με τη μορφή της επίδρασης θερμότητας που προκαλείται από τον ηλεκτρισμό.

Εξηγήστε την επίδραση θέρμανσης του ηλεκτρικού ρεύματος

Ας εξηγήσουμε τώρα την επίδραση θέρμανσης του ηλεκτρικού ρεύματος.

Ας υποθέσουμε ότι ένα ρεύμα (I) κινείται μέσω μιας αντίστασης με αντίσταση R. Εξετάστε την πιθανή διαφορά μεταξύ των ακροδεκτών της μπαταρίας που ονομάζονται V. Ας υποθέσουμε ότι t θα είναι η διάρκεια που το φορτίο Q ρέει μέσα από το κύκλωμα. Η προσπάθεια μετακίνησης του φορτίου Q κατά μια διαφορά δυναμικού V είναι "V x I". Έτσι, η πηγή πρέπει να παρέχει ενέργεια ισοδύναμη με V x χρόνο (t). Έτσι, η ισχύς που παρέχεται από το ηλεκτρικό κύκλωμα που παρέχεται από την πηγή είναι

P =V x Qt =V x I

Η ενέργεια που παρέχεται στο κύκλωμα από την πηγή σε χρόνο t είναι "P x t" που είναι η ισχύς x χρόνος. Η αντίσταση απορροφά αυτή την πρόσθετη ενέργεια με τη μορφή θερμότητας. Έτσι, για ένα σταθερό καθώς και σταθερό I, πόση θερμότητα αντιπροσωπεύεται από το H που παράγεται τη στιγμή t είναι

H =V x I x t

Νόμος Joules της επίδρασης θέρμανσης του ηλεκτρικού ρεύματος

Ο διάσημος επιστήμονας Τζέιμς Πρέσκοτ διαπίστωσε ότι η ποσότητα θερμότητας που παράγεται ανά δευτερόλεπτο σε αγωγούς που έχουν ρεύμα αντιστοιχεί άμεσα στην ηλεκτρική αντίσταση του σύρματος, καθώς και στο μέγεθος του ρεύματος. Η θερμότητα που απελευθερώνεται ή παράγεται από το ρεύμα ηλεκτρικής ενέργειας που ρέει μέσα από ένα ηλεκτρικό καλώδιο μετράται σε Joules.

Πρώτος νόμος του Τζουλ για την επίδραση θέρμανσης του ηλεκτρικού ρεύματος

Χρησιμοποιώντας τον νόμο του Ohm για τον τύπο H =V x I x t, μπορούμε να προσδιορίσουμε τον νόμο Joules ή τον πρώτο νόμο του Joule που αποκαλύπτει τη σχέση μεταξύ της θερμότητας που παράγεται από το ηλεκτρικό ρεύμα που ρέει μέσω του αγωγού. Η θερμότητα είναι ανάλογη των τετραγώνων του ρεύματος και της ηλεκτρικής αντίστασης που επιβάλλεται μέσω των συσκευών και της διάρκειας του χρόνου που την χρησιμοποιήσαμε. Είναι επίσης γνωστός ως «νόμος του Τζουλ» για τη θέρμανση. Η έκφραση είναι:

H =I2 x R x t

Πού,

• Το H υποδηλώνει την ποσότητα θερμότητας.
• Υποδεικνύει την ποσότητα του ηλεκτρικού ρεύματος που παρέχεται.
• R είναι η ποσότητα ή η ποσότητα ηλεκτρικής αντίστασης που εκπέμπεται από τον αγωγό.
Το
• t αναφέρεται στο χρόνο κατά τη διάρκεια της λειτουργίας αυτής της συσκευής.

Παράγοντες από τους οποίους εξαρτάται η θερμότητα για την επίδραση θέρμανσης του ηλεκτρικού ρεύματος

• Η ποσότητα της θερμότητας που παράγεται είναι ανάλογη με την ηλεκτρική αντίσταση του καλωδίου, με την προϋπόθεση ότι τόσο το ηλεκτρικό ρεύμα που διαρρέει το κύκλωμα όσο και η ταχύτητα του ρεύματος παραμένουν σταθερά.
• Η ποσότητα της θερμότητας που απελευθερώνεται ή δημιουργείται σε αυτόν τον αγωγό είναι ανάλογη με την ποσότητα του ηλεκτρικού ρεύματος που ρέει μέσω του κυκλώματος όταν η ηλεκτρική αντίσταση και η παροχή ρεύματος παραμένουν σταθερά.
• Η ποσότητα θερμότητας που παράγεται ή παράγεται από τη χρήση της ροής ηλεκτρικής ενέργειας θα συσχετίζεται άμεσα με τη διάρκεια χρήσης της ροής όταν αυτή η ηλεκτρική αντίσταση και η ροή του ρεύματος είναι σταθερές.

Εφαρμογές της επίδρασης θέρμανσης ηλεκτρικού ρεύματος

Παρακάτω είναι μερικές συσκευές που χρησιμοποιούνται συνήθως στις οποίες μπορούμε να βρούμε τις εφαρμογές της επίδρασης θέρμανσης του ηλεκτρικού ρεύματος:

Το Ηλεκτρικό Σίδερο:Βρίσκεται μεταξύ του μεταλλικού τμήματος και του ηλεκτρικού πηνίου μιας σιδερένιας μαρμαρυγίας που μπορεί να βρεθεί ως μόνωση. Το πηνίο σιδήρου θερμαίνεται ή θερμαίνεται λόγω της συνεχούς ροής του ρεύματος, το οποίο μετακινείται στο μεταλλικό στοιχείο μέσω της χρησιμοποιούμενης μαρμαρυγίας. Μετά από λίγο, το μεταλλικό μέρος θερμαίνεται εξαιρετικά ή όποια θερμοκρασία ρυθμίσουμε. Χρησιμοποιείται για το σιδέρωμα διαφορετικών ρούχων σύμφωνα με τις προτιμήσεις των πελατών.

Ηλεκτρικός λαμπτήρας:Ο ηλεκτρικός λαμπτήρας έχει ένα συμπαγές μεταλλικό σύρμα, το οποίο στη συνέχεια είναι κατασκευασμένο από βολφράμιο, ένα μέταλλο υψηλής αντίστασης. Αυτό το μέταλλο αποθηκεύεται σε ένα αδρανές, μη αντιδραστικό περιβάλλον για να αποτραπεί η αντίδραση σε ένα μη ουδέτερο αέριο ή αέρα. Όταν το ηλεκτρικό ρεύμα διέρχεται από το σύρμα βολφραμίου, θερμαίνεται ή θερμαίνεται, εκπέμποντας φως. Η πλειονότητα της ηλεκτρικής ενέργειας που αντλείται στα ηλεκτρικά κυκλώματα από την ηλεκτρική πηγή απελευθερώνεται ή διαχέεται μέσω της θερμότητας. Το υπόλοιπο εκφορτίζεται ή απορρίπτεται ως φωτεινή ενέργεια. Το νήμα βολφραμίου που χρησιμοποιείται έχει πολύ υψηλή αντοχή στη θερμότητα και υψηλό σημείο τήξης, πράγμα που σημαίνει ότι δεν θερμαίνεται γρήγορα όταν χρησιμοποιείται.

Ηλεκτρική θέρμανση:Σε έναν ηλεκτρικό θερμαντήρα, θα χρησιμοποιηθεί ένα σύρμα νιχρώμου υψηλής αντίστασης και χρησιμοποιείται συνήθως ως πηνίο. Το πηνίο περιστρέφεται ή τυλίγεται γύρω από αυλακώσεις που αποτελούνται από την κεραμική ουσία της πλάκας σιδήρου ή της πλάκας από πηλό πορσελάνης. Αν το ρεύμα ρέει μέσα από το πηνίο, αυτό θερμαίνεται, το οποίο αργότερα χρησιμοποιείται για να ζεστάνει τις κατσαρόλες μας. Στα βουνά, χρησιμοποιούνται ηλεκτρικές θερμάστρες δωματίων για να κρατούν τα δωμάτια ζεστά από τον ψυχρό χειμώνα έξω.

Συμπέρασμα

Όταν ένα ηλεκτρικό φορτίο διέρχεται από έναν αγωγό, δημιουργεί υπερβολική θερμότητα λόγω της αντίστασης που δημιουργούν τα ηλεκτρόνια στους αγωγούς στο ρεύμα που διαρρέει. Η προσπάθεια να ξεπεραστεί η αντίσταση του ρεύματος δημιουργεί θερμότητα στον αγωγό. Το φαινόμενο ηλεκτρικής θέρμανσης που παράγεται από το ρεύμα χρησιμοποιείται σε πολλές πτυχές στην καθημερινή μας ζωή.