Joule의 발열 법칙
전류가 전기 회로를 통과할 때, 전자와 원자 사이의 충돌로 열이 발생합니다. 와이어를 통과하는 전류 동안 얼마나 많은 열이 생성되는지, 그리고 어떤 조건과 매개변수에 따라 열 생성이 의존하는지를 어떻게 알 수 있을까요? 영국의 물리학자 제임스 프레스콧 주울은 이 현상을 정확하게 설명하는 공식을 제시했습니다. 이를 주울의 법칙이라고 합니다.
주울의 열법칙이란?
전기 와이어 내에서 전류 흐름으로 인해 발생하는 열은 줄 단위로 표현됩니다. 이제 주울의 법칙의 수학적 표현과 설명은 다음과 같습니다.
전류가 흐르는 와이어에서 발생하는 열의 양은, 와이어의 전기 저항과 전류가 흐르는 시간이 일정할 때, 흐르는 전류의 제곱에 비례합니다.
열의 양은 와이어의 전기 저항에 비례하며, 와이어를 통과하는 전류와 전류가 흐르는 시간이 일정할 때입니다.
전류가 흐르는 시간에 비례하여 열이 생성되며, 전기 저항과 전류의 양이 일정할 때입니다.
이 세 가지 조건이 합쳐지면 결과적인 공식은 다음과 같습니다.
여기서 'H'는 줄 단위로 생성된 열, 'i'는 암페어 단위로 와이어를 통과하는 전류, 't'는 초 단위로 전류가 흐르는 시간입니다. 이 방정식에는 네 개의 변수가 있습니다. 이 중 세 개가 알려져 있으면 나머지 하나를 계산할 수 있습니다. 여기서 'J'는 주울의 열의 기계적 상당량으로 알려진 상수입니다. 열의 기계적 상당량은 작업 단위의 수를 말하며, 이 작업 단위가 완전히 열로 변환되면 한 단위의 열을 제공합니다. 명백히, J의 값은 작업과 열의 단위 선택에 따라 달라집니다. J = 4.2 줄/칼로리 (1 줄 = 107 ergs) = 1400 ft. lbs./CHU = 778 ft. lbs/B Th U. 이러한 값들은 매우 정확하지 않지만 일반적인 작업에 충분히 좋습니다.
주울의 법칙에 따르면 I2Rt는 R 오옴의 저항기를 통해 t 초 동안 I 암페어의 전류를 유지할 때 전기적으로 수행된 작업(줄 단위)입니다.
위 식에서 I와 R을 차례로 오움의 법칙을 사용하여 제거하면 대체 형태를 얻을 수 있습니다.
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