Визначення ефекту Джоуля, формула розрахунку та пояснення

Ефект Джоуля позначає виділення тепла, викликане проходженням електричного струму через провідний матеріал, протистоїть йому опором.

ефекту

Виділену теплову енергію (виміряну в джоулях) можна оцінити за:

  • побутове опалення та його похідні шляхом використання нагрівання опорів: радіаторів, печей, варильних поверхонь тощо.;
  • освітлення в лампах розжарювання (1) шляхом доведення нитки розжарення до температури вище 2000 ° С, при якій він випромінює максимум видимого світла;
  • захист електричних ланцюгів шляхом включення запобіжників, які плавляться або спрацьовують під дією тепла, коли струм в захищених колах перевищує очікуваний рівень.

З іншого боку, для передачі електрики ефект Джоуля означає втрату енергії, яку слід зменшити. При однаковій вихідній потужності, чим вища напруга і чим менший струм, тим менші втрати в лінії (пропорційні квадрату струму).

З фізичної точки зору ефект Джоуля в основному обумовлений електричною взаємодією між ядрами атомів у провідному матеріалі та вільними електронами, слабо зв'язаними з цими ядрами. Закріплені та позитивно заряджені атомні ядра провідника гальмують електрони, рухливі та негативно заряджені, які циркулюють у провіднику (2) при подачі на нього електричної напруги.

Ось чому ефект Джоуля є слабким у деяких матеріалах, таких як срібло та мідь, які мають багато електронів, які дуже мало пов'язані зі своїми атомами. Це навіть може бути незначним для надпровідних матеріалів, опір яких дорівнює нулю нижче так званої "критичної" температури.