Krećući se u bilo kojem provodniku, električna struja prenosi nešto energije na njega, što uzrokuje zagrijavanje provodnika. Prenos energije se vrši na nivou molekula: kao rezultat interakcije strujnih elektrona sa jonima ili atomima provodnika, deo energije ostaje sa potonjim.
Toplotni efekat struje dovodi do bržeg kretanja čestica provodnika. Tada se njegova unutrašnja energija povećava i pretvara u toplinu.
Formula za izračunavanje i njeni elementi
Toplotni efekat struje može se potvrditi raznim eksperimentima, gdje rad struje prelazi u energiju unutrašnjeg provodnika. Istovremeno, potonje se povećava. Zatim ga provodnik predaje okolnim tijelima, odnosno prijenos topline se vrši zagrijavanjem provodnika.
Formula za obračun u ovom slučaju je sljedeća: A=UIt.
Količina toplote se može označiti sa Q. Tada je Q=A ili Q=UIt. Znajući da je U=IR,ispada Q=I2Rt, koji je formulisan u Joule-Lenzovom zakonu.
Zakon toplotnog dejstva struje - Joule-Lenzov zakon
Provodnik kroz koji teče električna struja proučavali su mnogi naučnici. Ipak, najzapaženije rezultate postigli su James Joule iz Engleske i Emil Kristianovič Lenz iz Rusije. Oba naučnika su radila odvojeno i zaključci zasnovani na rezultatima eksperimenata doneti su nezavisno jedan od drugog.
Izveli su zakon koji vam omogućava da procijenite toplinu primljenu kao rezultat djelovanja struje na provodnik. Zvali su to Joule-Lenzov zakon.
Razmotrimo u praksi toplotni efekat struje. Uzmite sljedeće primjere:
- Obična sijalica.
- Grijači.
- Osigurač u stanu.
- Električni luk.
Sijalica sa žarnom niti
Toplotni efekat struje i otkriće zakona doprineli su razvoju elektrotehnike i povećanim mogućnostima za korišćenje električne energije. Kako se rezultati istraživanja primjenjuju može se vidjeti na primjeru obične sijalice sa žarnom niti.
Dizajniran je na način da se unutra uvlači konac od volframove žice. Ovaj metal je vatrostalan i ima visoku otpornost. Prilikom prolaska kroz sijalicu vrši se toplotni efekat električne struje.
Energija provodnika se pretvara u toplotu, spirala se zagreva i počinje da svetli. Nedostatak sijalice leži u velikim gubicima energije, jer samo zbogmali dio energije, počinje da sija. Glavni dio se samo zagrijava.
Da bi se ovo bolje razumjelo, uvodi se faktor efikasnosti koji pokazuje efikasnost rada i pretvaranja u električnu energiju. Efikasnost i toplotni efekat struje koriste se u različitim oblastima, jer postoji mnogo uređaja napravljenih na osnovu ovog principa. U većoj mjeri to su grijači, električni štednjaci, bojleri i drugi slični uređaji.
Uređaj uređaja za grijanje
Obično se u dizajnu svih uređaja za grijanje nalazi metalna spirala čija je funkcija grijanje. Ako se voda zagreva, onda se zavojnica ugrađuje izolovano, a u takvim uređajima se održava ravnoteža između energije iz mreže i razmene toplote.
Naučnici su u stalnom izazovu da smanje gubitke energije i pronađu najbolje načine i najefikasnije šeme za njihovu implementaciju kako bi smanjili toplotni efekat struje. Na primjer, koristi se metoda povećanja napona tokom prijenosa energije, čime se smanjuje jačina struje. Ali ova metoda, u isto vrijeme, smanjuje sigurnost rada dalekovoda.
Još jedno područje istraživanja je odabir žice. Uostalom, gubitak topline i drugi pokazatelji ovise o njihovim svojstvima. Osim toga, tijekom rada uređaja za grijanje oslobađa se velika količina energije. Stoga su spirale napravljene od materijala posebno dizajniranih za ovu svrhu, sposobnih da izdrže velika opterećenja, materijale.
Osigurači za stan
Posebni osigurači se koriste za poboljšanje zaštite i sigurnosti električnih kola. Glavni dio je žica od metala niskog taljenja. Radi u porculanskom čepu, ima navoj i kontakt u sredini. Pluta se ubacuje u uložak koji se nalazi u porcelanskoj kutiji.
Vodena žica je dio zajedničkog lanca. Ako se toplinski učinak električne struje naglo poveća, poprečni presjek vodiča neće izdržati i on će se početi topiti. Kao rezultat ovoga, mreža će se otvoriti, a trenutna preopterećenja se neće dogoditi.
Električni luk
Električni luk je prilično efikasan pretvarač električne energije. Koristi se za zavarivanje metalnih konstrukcija, a služi i kao moćan izvor svjetlosti.
Uređaj se zasniva na sljedećem. Uzmite dvije karbonske šipke, spojite žice i pričvrstite ih u izolacijske držače. Nakon toga, šipke se spajaju na izvor struje, koji daje mali napon, ali je dizajniran za veliku struju. Spojite reostat. Zabranjeno je paljenje uglja u gradskoj mreži, jer to može izazvati požar. Ako dodirnete jedan ugalj s drugim, možete vidjeti koliko je vruć. Bolje je ne gledati u ovaj plamen, jer je štetan za oči. Električni luk se koristi u pećima za topljenje metala, kao iu tako moćnim rasvjetnim uređajima kao što su reflektori, filmski projektori, itd.
