Joulesches Wärmegesetz

Wenn Strom durch einen elektrischen Schaltkreis fließt, entsteht Wärme durch die Kollision der Elektronen mit den Atomen des Drahtes. Wie viel Wärme wird während des Flusses von Strom durch einen Draht erzeugt und von welchen Bedingungen und Parametern hängt die Wärmeproduktion ab? Der englische Physiker James Prescott Joule formulierte eine Formel, die dieses Phänomen genau erklärt. Dies ist bekannt als Joulesches Gesetz.

Was ist das Joulesche Wärmegesetz

Die durch den Fluss von Strom in einem elektrischen Draht erzeugte Wärme wird in Joules ausgedrückt. Die mathematische Darstellung und Erklärung des Jouleschen Gesetzes erfolgt wie folgt.

1. Die Menge an Wärme, die in einem stromführenden Draht erzeugt wird, ist proportional zum Quadrat der Stromstärke, die durch den Draht fließt, wenn die elektrische Widerstand des Drahtes und die Zeit, während der Strom fließt, konstant sind.

   

2. Die Menge an Wärme, die erzeugt wird, ist proportional zum elektrischen Widerstand des Drahtes, wenn die Stromstärke im Draht und die Zeit, während der Strom fließt, konstant sind.

   

3. Die durch den Fluss von Strom erzeugte Wärme ist proportional zur Zeit, während der Strom fließt, wenn der elektrische Widerstand und die Stromstärke konstant sind.

Wenn diese drei Bedingungen zusammengefasst werden, lautet die resultierende Formel wie folgt –

Hierbei ist 'H' die erzeugte Wärme in Joules, 'i' die durch den leitenden Draht fließende Stromstärke in Ampere und 't' die Zeit in Sekunden. In der Gleichung gibt es vier Variablen. Wenn drei davon bekannt sind, kann die vierte berechnet werden. Hier ist 'J' eine Konstante, bekannt als Mechanisches Äquivalent der Wärme nach Joule. Das mechanische Äquivalent der Wärme kann definiert werden als die Anzahl der Arbeitseinheiten, die, wenn sie vollständig in Wärme umgewandelt werden, eine Einheit Wärme liefern. Offensichtlich hängt der Wert von J von der Wahl der Einheiten für Arbeit und Wärme ab. Es wurde festgestellt, dass J = 4,2 Joules/cal (1 Joule = 107 Erg) = 1400 ft. lbs./CHU = 778 ft. lbs/B Th U. Es sollte beachtet werden, dass die obigen Werte nicht sehr genau, aber gut genug für allgemeine Arbeiten sind.

Laut dem Jouleschen Gesetz I2Rt = die in Joules elektrisch geleistete Arbeit, wenn I Ampere Strom durch einen Widerstand von R Ohm für t Sekunden fließen.

Durch die nacheinander Eliminierung von I und R in der obigen Gleichung mit Hilfe des Ohmschen Gesetzes erhalten wir alternative Formen.

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