Закон Джоўля - Ленца

Эміля Христианович Ленц (1804 - 1865) - рускі знакаміты фізік. Ён з'яўляецца адным з заснавальнікаў электрамеханікі. З яго імем звязана адкрыццё закона, які вызначае кірунак індукцыйнага току, і закона, які вызначае электрычнае поле ў правадыру з токам.

Акрамя таго, Эміля Ленц і англійская вучоны-фізік Джоўль, вывучаючы на вопыце цеплавыя дзеянні току, незалежна адзін ад іншага адкрылі закон, згодна з якім колькасць цеплыні, якое вылучаецца ў правадыру, будзе прама прапарцыйна квадрату электрычнага току, які праходзіць па правадыру, яго супраціву і часу, на працягу якога электрычны ток падтрымліваецца нязменным ў правадыру.

Дадзены закон атрымаў назву закон Джоўля - Ленца, формула яго выказвае наступным чынам:

Q = kl²Rt, (1)

дзе Q - колькасць вылучылася цеплыні, l - ток, R - супраціў правадыра, t - час; велічыня k называецца цеплавым эквівалентам працы. Колькасную значэнне гэтай велічыні залежыць ад выбару адзінак, у якіх вырабляюцца вымярэння астатніх велічынь, якія ўваходзяць у формулу.

Калі колькасць цеплыні вымяраць ў калорыях, ток у амперах, супраціў у омах, а час у секундах, то k лікава роўна 0,24. Гэта значыць, што ток у 1а вылучае ў правадыру, які валодае супрацівам у 1 Ом, за адну секунду лік цеплыні, якое роўна 0,24 ккал. Зыходзячы з гэтага, колькасць цеплыні ў калорыях, якія вылучаюцца ў правадыру, можа быць разлічана па формуле:

Q = 0,24l²Rt.

У сістэме адзінак СІ энергія, колькасць цеплыні і работа вымяраюцца адзінкамі - джоўль. Таму каэфіцыент прапарцыйнасці ў законе Джоўля - Ленца роўны адзінцы. У гэтай сістэме формула Джоўля - Ленца мае выгляд:

Q = l²Rt. (2)

Закон Джоўля - Ленца можна праверыць на вопыце. Па драцяной спіралькі, пагружаныя ў вадкасць, налітыя ў каларыметр, прапускаецца некаторы час ток. Затым падлічваецца колькасць цеплыні, якая вылучылася ў каларыметр. Супраціў спіралькі вядома загадзя, ток вымяраецца амперметрам і час секундамерам. Змяняючы ток у ланцугу і выкарыстоўваючы розныя спіралькі, можна праверыць закон Джоўля - Ленца.

На падставе закона Ома

I = U / R,

Падстаўляючы значэнне току ў формулу (2), атрымаем новае выраз формулы для закона Джоўля - Ленца:

Q = (U² / R) t.

Формулай Q = l²Rt зручна карыстацца пры разліку колькасці цеплыні, які выдаткоўваецца пры паслядоўным злучэнні, таму што ў гэтым выпадку электрычны ток ва ўсіх правадырах аднолькавы. Таму, калі адбываецца паслядоўнае злучэнне некалькіх правадыроў, у кожным з іх будзе выдзелена такая колькасць цеплыні, якое прапарцыйна супраціву правадыра. Калі злучыць, напрыклад, паслядоўна тры правалокі аднолькавых памераў - медную, жалезную і никелиновую, то найбольшая колькасць цеплыні будзе вылучацца з никелиновой, так як ўдзельнае супраціў яе найбольшую, яна мацней і награваецца.

Калі праваднікі злучыць паралельна, то электрычны ток у іх будзе розны, а напружанне на канцах такіх правадыроў адно і тое ж. Разлік колькасці цеплыні, якое будзе вылучацца пры такім злучэнні, лепш весці, выкарыстоўваючы формулу Q = (U² / R) t.

Гэтая формула паказвае, што пры раўналежным злучэнні кожны правадыр выдзеліць такую колькасць цеплыні, якое будзе зваротна прапарцыйна яго праводнасці.

Калі злучыць тры аднолькавай таўшчыні дроту - медную, жалезную і никелиновую - паралельна паміж сабой і прапусціць праз іх ток, то найбольшая колькасць цеплыні вылучыцца ў меднай дроце, яна і нагрэецца мацней астатніх.

Беручы за аснову закон Джоўля - Ленца, вырабляюць разлік розных электраасвятляльныя установак, ацяпляльных і награвальных электрапрыбораў. Таксама шырока выкарыстоўваецца пераўтварэнне энергіі электрычнасці ў цеплавую.