قانون گرمایش جول
وقتی جریان الکتریکی در مدار الکتریکی جریان دارد، برخورد بین الکترونها و اتمها سیم منجر به تولید گرما میشود. چقدر گرما در طول جریان جریان در سیم تولید میشود و این تولید گرما به چه شرایط و پارامترهایی بستگی دارد؟ فیزیکدان انگلیسی جیمز پرسکات جول یک فرمول را مطرح کرد که این پدیده را دقیق توضیح میدهد. این قانون به نام قانون جول شناخته میشود.
قانون گرمایی جول چیست
گرما که به دلیل جریان جریان در سیم الکتریکی تولید میشود، با واحد جول بیان میشود. حالا نمایش ریاضی و توضیح قانون جول به صورت زیر است.
مقدار گرما تولید شده در یک سیم هادی جریان، متناسب با مجذور مقدار جریان که از سیم عبور میکند، وقتی که مقاومت الکتریکی سیم و زمان جریان ثابت است.
مقدار گرما تولید شده متناسب با مقاومت الکتریکی سیم است وقتی که جریان در سیم و زمان جریان ثابت است.
گرما تولید شده به دلیل جریان متناسب با زمان جریان است وقتی که مقاومت الکتریکی و مقدار جریان ثابت است.
وقتی این سه شرط با هم ترکیب میشوند، فرمول نهایی به این شکل خواهد بود –
در اینجا، 'H' مقدار گرما تولید شده در جول، 'i' جریان عبوری از سیم هادی در آمپر و 't' زمان در ثانیه است. چهار متغیر در معادله وجود دارد. وقتی هر سه از این متغیرها شناخته شده باشند، متغیر چهارم محاسبه میشود. در اینجا، 'J' یک ثابت است که به عنوان معادل مکانیکی گرما شناخته میشود. معادل مکانیکی گرما میتواند به عنوان تعداد واحد کار که وقتی به طور کامل به گرما تبدیل میشوند، یک واحد گرما ایجاد میکنند. واضح است که مقدار J بستگی به انتخاب واحد کار و گرما دارد. مشخص شده است که J = ۴.۲ جول/کال (۱ جول = ۱۰۷ ارج) = ۱۴۰۰ فوت-پوند/چیو = ۷۷۸ فوت-پوند/بیثییو. باید توجه داشت که مقادیر بالا بسیار دقیق نیستند اما برای کار عمومی کافی هستند.
حالا بر اساس قانون جول I۲Rt = کار انجام شده در جول به صورت الکتریکی وقتی I آمپر جریان در یک مقاومت R اهم برای t ثانیه حفظ میشود.
با حذف I و R به ترتیب در عبارت بالا با کمک قانون اهم، فرمهای جایگزین به صورت زیر بدست میآیند.
بیانیه: احترام به اصل، مقالات خوبی که ارزش به اشتراک گذاشتن دارند، اگر تخلف حقوقی وجود دارد لطفاً تماس بگیرید تا حذف شود.
