Закон Джоуля-Ленца формула и формулировка
Так или иначе, оба ученых исследовали явление нагревания проводников электрическим током, они установили опытным путём следующую закономерность: количество теплоты, которое выделяется в проводнике с током, прямо пропорционально сопротивлению проводника, квадрату силы тока и времени прохождения тока.
Позже дополнительные исследования выявили, что данное утверждение справедливо для всех проводников: жидких, твёрдых и даже газообразных. В связи с этим открытая закономерность стала законом.
Итак, рассмотрим сам закон Джоуля-Ленца и его формулу, которая выглядит так:
Где:
Q - количество теплоты, выделяемое током (Дж);
I - сила тока, проходящего по проводнику (А);
R - это сопротивление, оказываемое проводником (Ом);
t - время, затрачиваемое на прохождение тока (с)
Теперь
подробнее рассмотрим схему установки,
с помощью которой на практике можно
подтвердить закон Джоуля-Ленца, она
представлена на рисунке справа.
Сопротивление проводника вычисляется с помощью формулыR = U / I, в которой напряжение U делится на силу тока I. Термометром измеряется повышение температуры воды в экспериментальном сосуде. Используя формулы Q = I2 R t иQ = c m D t°, вычисляется количество теплот, которые должны совпадать по результатам опыта.
Заметим также, что закон Джоуля-Ленца подтверждается не только с помощью эксперимента, но и выводится теоретическим путём, так, как это сделано ниже:
Заметьте,
что полученная нами формула A
= I2 R
t очень
похожа на математическую формулу закона
Джоуля-Ленца, но в её левой части стоит
не количество теплоты, а работа тока А.
Даёт ли это нам право считать, что данные
величины равны? Для этого воспользуемся
первым законом термодинамики и выразим
работу из него:
DU = Q + A, а это значит, A = DU – Q.
Где:
Q - это количество теплоты, которое было отдано проводником (на что указывает знак «–» впереди);
DU - изменение внутренней энергии того или иного проводника, нагреваемого током;
A - совершённая над проводником работа.
Но, что это за работа?
Хотя сам проводник остается неподвижным, но внутри него постоянно движутся электроны, которые наталкиваются на ионы в кристаллической решётке проводника и передают им часть кинетической энергии. И, для получения устойчивого результата поток электронов не должен ослабевать, для этого силы электрического поля, которое создаёт источник электроэнергии, постоянно совершают над ними работу. Поэтому A - это ни что иное, как работа сил электрического поля для перемещения внутри проводника электронов.
Получение и передача электроэнергии
При разработке угольных сланцевых россыпных, рудных и нерудных месторождений основным видом энергии является электрическая энергия, которую предприятия получают от энергосистем страны, а в отдаленных районах – от местных электростанций.
Энергосистемой называют совокупность электростанций, электрических и тепловых сетей, связанных с общностью режима в непрерывном процессе производства, преобразования и распределения электрической и тепловой энергии при общем управлении этим режимом. К электрической части энергосистемы относят совокупность электроустановок электрических станций и электрических сетей.
Электроснабжением называют обеспечение потребителей электрической энергией, а системой электроснабжения – совокупность электроустановок, предназначенных для этой цели. Электроснабжение бывает внешнее и внутреннее.
К внешнему электроснабжению относят воздушные и кабельные линии электропередачи (ЛЭП) от выводов районных подстанций или ответвлений от энергосистем до вводов на шины главных понизительных подстанций (ГПП) предприятий.
К внутреннему электроснабжению относят поверхностные и подземные подстанции (стационарные и передвижные), распределительные пункты высшего и низшего напряжений, воздушные и кабельные ЛЭП и электроприемники горных предприятий.
В настоящее время при проектировании электроснабжений новых горнопромышленных районов и реконструкции старых предусматривают системы глубокого ввода напряжением 35 – 220 кВ, т.е. электроэнергию высшего напряжения подают потребителям, сводя к минимуму количество сетевых звеньев и ступеней промежуточной трансформации.
Конкретное значение подводимого напряжения определяют на основе технико-экономических расчетов, в которых сравнивают первоначальные затраты на строительство, расходы на эксплуатацию, показатели в отношении качества электроэнергии, перспективность при дальнейшем развитии системы электроснабжения.