Verlies door de Joule-effect
Bereken de warmte-energie die in weerstandselementen van een circuit wordt afgegeven.
"Vermogen dat in de vorm van warmte in de weerstandselementen van het circuit wordt afgegeven."
Belangrijke Formule: Wet van Joule
Q = I² × R × t
of
Q = P × t
Waarbij:
Q: Warmte-energie (joules, J)
I: Stroom (amperes, A)
R: Weerstand (ohm, Ω)
t: Tijd (seconden, s)
P: Vermogen (watt, W)
Opmerking: Beide formules zijn equivalent. Gebruik $ Q = I^2 R t $ wanneer je de stroom en weerstand kent.
Parameterdefinities
1. Weerstand (R)
De neiging van een materiaal om de elektrische stroom tegen te werken, gemeten in ohm (Ω).
Hogere weerstand leidt tot meer warmteopwekking bij dezelfde stroom.
Voorbeeld: Een 100 Ω-weerstand beperkt de stroom en produceert warmte.
2. Vermogen (P)
Elektrisch vermogen dat door een component wordt aangeboden of opgenomen, gemeten in watt (W).
1 watt = 1 joule per seconde.
Je kunt het berekenen als: P = I² × R of P = V × I
Voorbeeld: Een 5W LED gebruikt 5 joules per seconde.
3. Stroom (I)
De stroom van elektrische lading door een materiaal, gemeten in amperes (A).
Warmte is evenredig met het kwadraat van de stroom — verdubbeling van de stroom vermenigvuldigt de warmte met vier!
Voorbeeld: 1 A, 2 A, 10 A — elk produceert aanzienlijk verschillende hoeveelheden warmte.
4. Tijd (t)
Duur waarin de stroom stroomt, gemeten in seconden (s).
Langer tijd → meer totale warmte-opwekking.
Voorbeeld: 1 seconde vs. 60 seconden → 60 keer meer warmte.
Hoe het werkt
Wanneer er stroom door een weerstand stroomt:
Elektronen bewegen door het materiaal
Zij botsen met atomen, waardoor ze kinetische energie verliezen
Deze energie wordt overgedragen als trilling-energie → warmte
Totale warmte hangt af van: stroom, weerstand en duur
Het proces is onomkeerbaar — elektrische energie gaat verloren als warmte.
Toepassingsscenario's
Ontwerpen van verwarmingelementen (bijvoorbeeld elektrische fornuizen, haardrogers)
Berekenen van vermogensverlies in transmissielijnen
Schatten van temperatuurstijging in PCB-spoorlijnen en -componenten
Selecteren van geschikte weerstanden op basis van vermogensrating
Begrijpen waarom apparaten warm worden tijdens het gebruik
Veiligheidsanalyse in circuits (voorkomen van oververhitting en brandrisico)
