Upload
victor-voicu
View
989
Download
32
Embed Size (px)
DESCRIPTION
123
Citation preview
EFECTUL JOULE – LENZ
Student: Tudose Dragos
Grupa: MS9 , An. 1
Profesor: Alexandru Morega
Jean-Bogdan Dumitru
~ 2013 ~
Legea lui Joule, mai este cunoscuta si sub denumirea de Efectul Joule si reprezinta o
lege a fizicii care exprima formula matematica a caldurii generate de un curent care parcurge un
conductor.
Legea este exprimata astfel:
in care:
Q - caldura degajata, [Q]si = J (joule)
I – intensitatea curentului electric [I]si = A (amper)
R – rezistivitatea electrica [R]si = 8 (ohm)
t – timpul [t]si = s (secunde)
La nivel atomic, efectul Joule este rezultatul miscarii electronilor si ciocnirea acestora cu
atomii din conductor, efectuand un transfer de moment catre atom, marindu-i energia cinetica.
Mai concret, efectul Joule consta in cresterea temperaturii unui conductor ca un rezultat
al rezistentei in urma parcurgerii acestuia de un curent electric.[1]
Cauze ale acestui efect.
Toate efectele curentului electric constau in transformarea energiei electrice intr-o alta
forma de energie, in cazul efectului Joule energia electrica transformandu-se in energia termica.
De aceea este simplu de inteles de ce vom cauta cauza acestui efect studiind modul in care se
consuma energia campului electric atunci cand este realizata o miscare ordonata de sarcina
electrica intr-un mediu conductor.
Miscarea ordonata a purtatorii de sarcina intr-un conductor este caracterizata printr-o
viteza medie (viteza de drift), ce se mentine constanta in cazul unui curent electric continuu.
Stabilirea, practic instantanee, a curentului electric la inchiderea unui circuit este datorata
campului electric, a carui viteza de propagare este de ordinul vitezei luminii, mult mai mare
decat viteza miscarii de drift a purtatorilor liberi din conductor. [3]
Pentru intretinerea miscarii ordonate a acestora, se consuma energie. Lucrul mecanic
efectuat de fortele campului la deplasarea unei sarcini Q intre doua puncte A si B, cu potentiale
VA, respectiv VB, are expresia:
L=Q( VA- VB)=QU
Caldura degajata intr-un interval de timp Dt, la trecerea unui curent electric continuu,
de intensitate I, printr-un rezistor de rezistenta R, este proportionala cu patratul intensitatii
curentului electric, cu rezistenta electrica a rezistorului si cu intervalul de timp considerat
(legea Joule).
Utilizand definitia intensitatii curentului electric, energia consumata pentru
transportul sarcinii electrice (care va fi notata in acest context cu W, pentru a nu fi confunata cu
t.e.m. a unei surse) poate fi scrisa sub forma:
W =U I Dt
Aceasta energie este transferata ionilor retelei, prin ciocnirile care au loc in interiorul
conductorului. Astfel se intensifica miscarea termica, ceea ce va determina cresterea temperaturii
acelui conductor, energia electrica consumata fiind transformata ireversibil in caldura. [2]
Efectul Joule-Lenz , cunoscut si ca Efectul termic , este reprezentat de disiparea caldurii
intr-un conductor traversat de un curent electric. Aceasta se datoreaza interactiunii particulelor
curentului cu atomii conductorului, interactiuni prin care primele le cedeaza ultimilor din energia
lor cinetica, contribuind la marirea agitatiei termice in masa conductorului.
Produsele folosite la incalzirea industriala, precum si pentru uzul casnic, functioneaza pe
baza efectului Joule-Lenz.
Elementul de circuit comun in constructia acestor produse este un rezistor (sau mai multe,
grupate adecvat) in care se dezvolta efectul Joule al curentului electric. Rezistorul sau (elementul
rezistiv care disipa caldura) este realizat din nicrom, feronicrom, fecral, kanthal, cromal s.a.
Aceste materiale sunt rezistente la temperaturi mari, au rezistivitate electrica ridicata si un
coeficient mare de temperatura al rezistivitatii. Efectul termic al curentului electric are multiple
aplicatii industriale: cuptoarele incalzite electric, taierea metalelor, sudarea cu arc electric etc.
Cand un material conductor este plasat intr-un camp magnetic alternativ, curentii indusi
determină incalzirea materialului. La frecvente mari incalzirea este mai pronuntata la suprafata
materialului conductor; efectul este utilizat la tratamente superficiale ale metalelor si pentru
lipire.
Calculul la incalzirea produsa de trecerea curentului electric prin conductoarele aparatelor
si masinilor electrice este foarte important: incalzirea nu trebuie sa afecteze stabilitatea termica a
materialelor izolatoare. [3]
Diverse aplicari ale efectului.
Produsele folosite la incalzirea industriala, precum si pentru uzul casnic, functioneaza pe
baza efectului Joule-Lenz.
Arcul electric este un curent electric de mare intensitate. La separarea sub sarcina
electrica a doua piese metalice in contact, densitatea de curent creste foarte mult datorita
micsorarii zonelor de contact, pe masura departarii pieselor si datorita tensiunii electromotoare
(t.e.m.) de autoinductie care ia nastere la intreruperea curentului. Datorita efectului Joule-Lenz
foarte puternic, metalul este topit local si vaporizat.[3]
Cuptoarele electrice se utilizează si pentru topirea metalelor. Daca un dielectric este
introdus intre doua armaturi plane, alimentate in curent alternativ, acesta se incalzeste din cauza
pierderilor de polarizare. Fenomenul este utilizat pentru topirea maselor plastice, la incalzirea
imbinarilor din lemn, la incalzirea alimentelor in cuptoarele cu microunde s.a. Calculul la
incalzirea produsa de trecerea curentului electric prin conductoarele aparatelor si masinilor
electrice este foarte important: incalzirea nu trebuie sa afecteze stabilitatea termica a materialelor
izolatoare.[1]
O aplicaţie a Efectului Electrotermic este
siguranţa fuzibilă locuinţele sau aparatele
electrice de scurtcircuite. În caz de scurtcircuit,
siguranţa se topeşte şi curentul electric se
întrerupe, evitându-se astfel un incendiu sau
distrugerea aparatelor electrice.
Firul conductor din interiorul siguranţei
trebuie să fie suficient de subţire pentru a proteja
eficient locuinţa pentru ca firele de sectiune
redusa reactioneaza mult mai rapid (se incalzesc
pana cedeaza) la supratensiuni sau scurtcircuit.[2]
[4]
~ Bibliografie ~
[1] http://ro.wikipedia.org
[2] http://electroliza.wikispaces.com/Efectul+termic
[3] http://cursuri.iem.pub.ro/2013/pluginfile.php/234/mod_resource/content/2/Efectul_Joule.pdf
[4] http://www.niden.ro/sigurante-fuzibile-/383-siguranta-fuzibila-5x20mm-.html