Ko se premika po katerem koli prevodniku, mu električni tok prenese nekaj energije, kar povzroči, da se prevodnik segreje. Prenos energije se izvaja na ravni molekul: zaradi interakcije tokovnih elektronov z ioni ali atomi prevodnika del energije ostane pri slednjem.
Toplotni učinek toka vodi do hitrejšega premikanja delcev prevodnika. Nato se njegova notranja energija poveča in pretvori v toploto.
Formula za izračun in njeni elementi
Toplotni učinek toka lahko potrdimo z različnimi poskusi, kjer delo toka prehaja v energijo notranjega prevodnika. Hkrati se slednji povečuje. Nato ga prevodnik odda okoliškim telesom, se pravi prenos toplote poteka s segrevanjem prevodnika.
Formula za izračun v tem primeru je naslednja: A=UIt.
Količino toplote lahko označimo s Q. Potem Q=A ali Q=UIt. Vemo, da je U=IR,izkaže se Q=I2Rt, ki je bil formuliran v Joule-Lenzov zakon.
Zakon toplotnega delovanja toka - Joule-Lenzov zakon
Prevodnik, po katerem teče električni tok, so preučevali številni znanstveniki. Najbolj opazna pa sta dosegla James Joule iz Anglije in Emil Christianovich Lenz iz Rusije. Oba znanstvenika sta delala ločeno in sklepi na podlagi rezultatov eksperimentov so bili narejeni neodvisno drug od drugega.
Izpeljali so zakon, ki vam omogoča, da ocenite toploto, ki jo prejmete kot rezultat delovanja toka na prevodnik. Poimenovali so ga Joule-Lenzov zakon.
Upoštevajmo v praksi toplotni učinek toka. Vzemite naslednje primere:
- Navadna žarnica.
- grelniki.
- Varovalka v stanovanju.
- Električni lok.
Žarnica z žarilno nitko
Toplotni učinek toka in odkritje zakona sta prispevala k razvoju elektrotehnike in povečanju možnosti za uporabo električne energije. Kako so rezultati raziskav uporabljeni, si lahko ogledate na primeru navadne žarnice z žarilno nitko.
Zasnovan je tako, da se v notranjost vleče nit iz volframove žice. Ta kovina je ognjevzdržna z visoko upornostjo. Pri prehodu skozi žarnico se izvede toplotni učinek električnega toka.
Energija prevodnika se pretvori v toploto, spirala se segreje in začne žareti. Pomanjkljivost žarnice je v velikih izgubah energije, saj le zaradimajhen del energije, začne žareti. Glavni del se samo segreje.
Za boljše razumevanje je uveden faktor učinkovitosti, ki prikazuje učinkovitost delovanja in pretvorbe v električno energijo. Učinkovitost in toplotni učinek toka se uporabljata na različnih področjih, saj je na podlagi tega principa izdelano veliko naprav. V večji meri so to kurilne naprave, električne peči, kotli in druge podobne naprave.
Naprava grelnih naprav
Običajno je pri zasnovi vseh naprav za ogrevanje kovinska spirala, katere funkcija je ogrevanje. Če se voda segreje, je tuljava nameščena izolirano in v takšnih napravah se vzdržuje ravnovesje med energijo iz omrežja in izmenjavo toplote.
Znanstveniki se nenehno soočajo z zmanjševanjem izgub energije in iskanjem najboljših načinov in najučinkovitejših shem za njihovo izvajanje, da bi zmanjšali toplotni učinek toka. Na primer, uporablja se metoda povečanja napetosti med prenosom moči, s čimer se zmanjša moč toka. Toda ta metoda hkrati zmanjšuje varnost delovanja daljnovodov.
Drugo področje raziskav je izbira žice. Konec koncev so toplotne izgube in drugi kazalniki odvisni od njihovih lastnosti. Poleg tega se med delovanjem grelnih naprav sprosti velika količina energije. Zato so spirale izdelane iz materialov, posebej zasnovanih za ta namen, ki lahko prenesejo visoke obremenitve, materiale.
stanovanjske varovalke
Za izboljšanje zaščite in varnosti električnih vezij se uporabljajo posebne varovalke. Glavni del je žica iz nizko talilne kovine. Teče v porcelanasti pluti, ima navoj za vijak in kontakt v sredini. Zamašek se vstavi v kartušo, ki se nahaja v porcelanasti škatli.
Vinčna žica je del skupne verige. Če se toplotni učinek električnega toka močno poveča, prerez prevodnika ne bo vzdržal in se bo začel taliti. Zaradi tega se bo omrežje odprlo in trenutne preobremenitve ne bodo nastale.
električni lok
Električni lok je dokaj učinkovit pretvornik električne energije. Uporablja se pri varjenju kovinskih konstrukcij, služi pa tudi kot močan vir svetlobe.
Naprava temelji na naslednjem. Vzemite dve ogljikovi palici, povežite žice in jih pritrdite v izolacijska držala. Po tem so palice priključene na vir toka, ki daje majhno napetost, vendar je zasnovan za velik tok. Priključite reostat. V mestnem omrežju je prepovedano prižigati premog, saj lahko to povzroči požar. Če se dotaknete enega premoga drugega, lahko vidite, kako vroče so. Bolje je, da ne gledate v ta plamen, ker je škodljiv za oči. Električni lok se uporablja v pečeh za taljenje kovin, pa tudi v tako močnih svetlobnih napravah, kot so reflektorji, filmski projektorji itd.
