Prawo Joule'a (prąd elektryczny)

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania
Ampe ke.gif

Prawo Joule'a, zwane również prawem Joule'a-Lenza, pozwala wyznaczyć ilość ciepła, które wydziela się podczas przepływu prądu elektrycznego przez przewodnik elektryczny

Ilość ciepła wydzielanego w czasie przepływu prądu elektrycznego przez przewodnik elektryczny jest wprost proporcjonalna do iloczynu oporu elektrycznego przewodnika, kwadratu natężenia prądu i czasu jego przepływu.

Zależność tę można wyrazić wzorem:

Q=R  I^{2}  t\,

gdzie

Q – ilość wydzielonego ciepła;
I – natężenie prądu elektrycznego;
R – opór elektryczny przewodnika;
t – czas przepływu prądu.

Prawo to jest wyrazem zasady zachowania energii w odniesieniu do przepływu prądu. Wynika z niego, że energia prądu elektrycznego zamienia się w energię wewnętrzną przewodnika.

Wyprowadzenie[edytuj | edytuj kod]

Prawo Joule'a można wyprowadzić z definicji mocy prądu elektrycznego i prawa Ohma. Korzystając ze wzoru, który wynika z prawa Ohma można zapisać związek między napięciem a natężeniem prądu

U=IR\,

gdzie U jest napięciem na końcach przewodnika. Z definicji mocy prądu elektrycznego

P=UI\,

po wstawieniu napięcia z prawa Ohma

P=RI\cdot I\,
P=RI^{2}\,

Ilość wydzielonego ciepła jest równa pracy wykonanej przez prąd elektryczny w czasie t, stąd

Q=W=Pt=RI^{2}t\,
Q=RI^{2}t\,

Zastosowanie zjawiska[edytuj | edytuj kod]

Zjawisko wydzielania się ciepła podczas przepływu prądu elektrycznego zaobserwowane zostało po raz pierwszy przez Jamesa Joule'a. Jest obecnie wykorzystywane do zamiany energii elektrycznej na energię wewnętrzną. Ma to miejsce we wszystkich urządzeniach wyposażonych w grzałki elektryczne np. czajniki elektryczne, pralki, zmywarki, promienniki.

Zjawisko to jest jednak często niepożądane, na przykład przy przesyłaniu energii. Wówczas wydzielane ciepło jest energią traconą. W urządzeniach elektronicznych zjawisko Joule'a powoduje wydzielanie się ciepła wewnątrz aparatury i wymaga usuwania go stamtąd, aby urządzenie mogło stabilnie pracować. Dlatego np. komputery wymagają chłodzenia.

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]