Primer Joulovega zakona

Ko kroži električni tok, se del energije pretvori v delo, del pa v toploto. Ta toplota nastane, ker ko električni tok prehaja skozi vezje, mora premagati upor, ki ga ponuja vodnik. Ta energija, ki se uporablja za premagovanje upora, se sprosti v obliki toplote.

Ta pojav je opazil angleški znanstvenik James Prescott Joule, ki je opazil tudi razmerja med časom, ko je tok, pa tudi jakost tega toka, s toploto ali z ustvarjenim delom, in uporabili različne metode za merjenje toka in toplote ustvarjeno. Izjava Joulejevega zakona je naslednja:

Toplota, ki jo v prevodniku proizvede prehod toka, je neposredno sorazmerna z uporom, kvadratom toka in časom, ko je priključen.

Tok, izmerjen v amperih, prehaja skozi vodnike; več odpornosti proti prehodu toka kot ima prevodnik, težje se bodo elektroni premikali skozi vodnik. Energija, ki se uporablja za premikanje toka elektronov, se odvaja kot toplota.

Jouleova opažanja so sintetizirana v naslednji formuli:

J = I²* R * t
J = To je mera proizvedene toplote, ki se meri v džulih. En džul je enak 0,24 kalorije.

I = To je tok. Izmeri se v amperih.
R = upor prevodnika ali obremenitve, izmerjen v ohmih (W)
t = To je čas, ko tok kroži skozi vodnik, ali tudi čas, ko vezje ostane povezano. Izmeri se v sekundah.

Iz te formule lahko izračunamo katero koli drugo količino:

I = √ (J) / (R * t)
R = (J) / (I²* t)
t = (J) / (I²* R)

Primeri Joulovega zakona

Primer 1. Izračunajte toploto, ki jo proizvede tok 2A pri uporu 150 W, za 7 sekund.

J =?
I = 2 A
R = 150 W
t = 7 s
J = I²* R * t
J = (2²) (150) (7) = (4) (150) (7) = 4200 J

Nastane 4200 džulov toplote.

2. primer. Izračunajte tok, ki kroži skozi vezje, če vemo, da na upor 150 W, 1500 J.

J = 1500 J
I =?
R = 80 W
t = 3 s
I = √ (J) / (R * t)
I = √ (1500) / (80 * 3) = √ (1500) / (240) = √6,25 = 2,5 A

Tok tokokroga je 2,5 amperov.

3. primer. Izračunajte upor prevodnika, če vemo, da je tok 1,25 A, čas 4,5 sekunde in proizvedena toplota 1458 J.

J = 1458 J
I = 1,2 A
R =?
t = 4,5 s
R = (J) / (I²* t)
R = (1458) / (1.2²) (4,5) = (1458) / (1,44) (4,5) = (1458) / (6,48) = 225 W

Upor vodnika je 225 ohmov.

4. primer. Izračunajte, kako dolgo je vezan krog, če je tok 500 mA, upor vodnika 125 W in proizvedena toplota 31,25 J.

J = 31,25 J
I = 500 mA = 0,5 A
R = 125 W
t =?
t = (J) / (I²* R)
t = (31,25) / (0,5²) (125) = (31,25) / (0,25) (125) = (31,25) / (31,25) = 1 s

Vezje je priključeno za 1 sekundo.