Loi de Joule sur le chauffage

Lorsqu'un courant électrique circule dans un circuit, la collision entre les électrons et les atomes du fil génère de la chaleur. Quelle quantité de chaleur est produite lors de l'écoulement du courant à travers un fil, et sur quels paramètres et conditions dépend cette production de chaleur ? Le physicien anglais James Prescott Joule a établi une formule qui explique ce phénomène avec précision. C'est ce que l'on appelle la loi de Joule.

Qu'est-ce que la loi de Joule sur le chauffage

La chaleur produite par l'écoulement d'un courant dans un fil électrique est exprimée en unités de joules. La représentation mathématique et l'explication de la loi de Joule sont données de la manière suivante.

1. La quantité de chaleur produite dans un fil conducteur de courant est proportionnelle au carré de la quantité de courant qui circule dans le fil, lorsque la résistance électrique du fil et le temps d'écoulement du courant sont constants.

   

2. La quantité de chaleur produite est proportionnelle à la résistance électrique du fil lorsque le courant dans le fil et le temps d'écoulement du courant sont constants.

   

3. La chaleur générée par l'écoulement du courant est proportionnelle au temps d'écoulement du courant, lorsque la résistance électrique et la quantité de courant sont constantes.

Lorsque ces trois conditions sont combinées, la formule résultante est la suivante :

Ici, 'H' est la chaleur générée en joules, 'i' est le courant qui circule dans le fil conducteur en ampères et 't' est le temps en secondes. Il y a quatre variables dans l'équation. Lorsque trois de ces variables sont connues, on peut calculer la quatrième. Ici, 'J' est une constante, connue sous le nom d'équivalent mécanique de la chaleur de Joule. L'équivalent mécanique de la chaleur peut être défini comme le nombre d'unités de travail qui, lorsqu'elles sont entièrement converties en chaleur, fournissent une unité de chaleur. Évidemment, la valeur de J dépendra du choix des unités de travail et de chaleur. On a trouvé que J = 4,2 joules/cal (1 joule = 107 ergs) = 1400 ft. lbs./CHU = 778 ft. lbs/B Th U. Il convient de noter que ces valeurs ne sont pas très précises mais sont suffisamment bonnes pour un travail général.

Selon la loi de Joule, I2Rt = le travail effectué en joules de manière électrique lorsque I ampères de courant sont maintenus à travers un résistor de R ohms pendant t secondes.

En éliminant I et R successivement dans l'expression ci-dessus à l'aide de la loi d'Ohm, nous obtenons des formes alternatives.

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