Απώλεια λόγω του εφέκτου Joule
Υπολογίζει τη θερμότητα που εκτοξεύεται στα αντιστατικά στοιχεία ενός κυκλώματος.
"Η δύναμη που εκτοξεύεται σε μορφή θερμότητας στα αντιστατικά στοιχεία του κυκλώματος."
Κύρια Τύπωση: Νόμος του Joule
Q = I² × R × t
ή
Q = P × t
Όπου:
Q: Θερμότητα (τζούλ, J)
I: Ρεύμα (άμπερ, A)
R: Αντίσταση (ώμ, Ω)
t: Χρόνος (δευτερόλεπτα, s)
P: Δύναμη (βατ, W)
Σημείωση: Και οι δύο τύποι είναι ισοδύναμοι. Χρησιμοποιήστε το $ Q = I^2 R t $ όταν γνωρίζετε το ρεύμα και την αντίσταση.
Ορισμοί Παραμέτρων
1. Αντίσταση (R)
Η τάση ενός υλικού να αντιτίθεται στην ροή του ηλεκτρικού ρεύματος, μετρείται σε ώμ (Ω).
Μεγαλύτερη αντίσταση οδηγεί σε περισσότερη παραγωγή θερμότητας για το ίδιο ρεύμα.
Παράδειγμα: Ένας 100 Ω αντιστάτης περιορίζει το ρεύμα και παράγει θερμότητα.
2. Δύναμη (P)
Η ηλεκτρική δύναμη που παρέχεται ή απορροφάται από ένα συστατικό, μετρείται σε βατ (W).
1 βατ = 1 τζούλ ανά δευτερόλεπτο.
Μπορείτε να το υπολογίσετε ως: P = I² × R ή P = V × I
Παράδειγμα: Ένα LED 5W χρησιμοποιεί 5 τζούλ κάθε δευτερόλεπτο.
3. Ρεύμα (I)
Η ροή ηλεκτρικού φορτίου μέσω ενός υλικού, μετρείται σε άμπερ (A).
Η θερμότητα είναι ανάλογη με το τετράγωνο του ρεύματος — το διπλασιασμό του ρεύματος τετραπλασιάζει τη θερμότητα!
Παράδειγμα: 1 A, 2 A, 10 A — κάθε ένα παράγει σημαντικά διαφορετικά επίπεδα θερμότητας.
4. Χρόνος (t)
Η διάρκεια για την οποία ρέει το ρεύμα, μετρείται σε δευτερόλεπτα (s).
Μεγαλύτερη διάρκεια → περισσότερη συνολική παραγωγή θερμότητας.
Παράδειγμα: 1 δευτερόλεπτο αντί για 60 δευτερόλεπτα → 60 φορές περισσότερη θερμότητα.
Πώς Λειτουργεί
Όταν ρέει ρεύμα μέσω ενός αντιστάτη:
Τα ηλεκτρόνια κινούνται μέσω του υλικού
Συγκρούονται με άτομα, χάνοντας κινητική ενέργεια
Αυτή η ενέργεια μεταφέρεται ως ταλαντωτική ενέργεια → θερμότητα
Η συνολική θερμότητα εξαρτάται από: ρεύμα, αντίσταση και διάρκεια
Ο προσανατολισμός είναι αναστρέψιμος — η ηλεκτρική ενέργεια χάνεται ως θερμότητα.
Εφαρμογές
Σχεδιασμός θερμαντικών στοιχείων (π.χ., ηλεκτρικά μαγειρικά, συσκευές στυλίωσης τριχών)
Υπολογισμός απώλειας δύναμης σε γραμμές μεταφοράς
Εκτίμηση αύξησης θερμοκρασίας σε ίχνη PCB και συστατικά
Επιλογή κατάλληλων αντιστάτων με βάση την τιμή δύναμης
Κατανόηση του γιατί τα συστήματα ζεσταίνονται κατά τη λειτουργία τους
Ανάλυση ασφάλειας σε κυκλώματα (πρόληψη υπερθέρμανσης και κινδύνου πυρκαγιάς)
