Krećući se u bilo kojem vodiču, električna struja mu prenosi nešto energije, što uzrokuje zagrijavanje vodiča. Prijenos energije provodi se na razini molekula: kao rezultat interakcije strujnih elektrona s ionima ili atomima vodiča, dio energije ostaje u potonjem.
Toplinski učinak struje dovodi do bržeg kretanja čestica vodiča. Tada se njegova unutarnja energija povećava i pretvara u toplinu.
Formula za izračun i njezini elementi
Toplinski učinak struje može se potvrditi raznim eksperimentima, gdje rad struje prelazi u energiju unutarnjeg vodiča. Istodobno, potonji se povećava. Zatim ga vodič predaje okolnim tijelima, odnosno prijenos topline se vrši zagrijavanjem vodiča.
Formula za izračun u ovom slučaju je sljedeća: A=UIt.
Količina topline može se označiti s Q. Tada je Q=A ili Q=UIt. Znajući da je U=IR,ispada Q=I2Rt, što je formulirano u Joule-Lenzovom zakonu.
Zakon toplinskog djelovanja struje - Joule-Lenzov zakon
Provodnik kroz koji teče električna struja proučavali su mnogi znanstvenici. Ipak, najzapaženije rezultate postigli su James Joule iz Engleske i Emil Khristianovich Lenz iz Rusije. Oba su znanstvenika radila odvojeno, a zaključci temeljeni na rezultatima eksperimenata doneseni su neovisno jedan o drugom.
Izveli su zakon koji vam omogućuje procjenu topline primljene kao rezultat djelovanja struje na vodič. Nazvali su to Joule-Lenzov zakon.
Razmotrimo u praksi toplinski učinak struje. Uzmite sljedeće primjere:
- Obična žarulja.
- Grijači.
- Osigurač u stanu.
- Električni luk.
Žarulja sa žarnom niti
Toplinski učinak struje i otkriće zakona pridonijeli su razvoju elektrotehnike i povećanim mogućnostima korištenja električne energije. Kako se rezultati istraživanja primjenjuju može se vidjeti na primjeru obične žarulje sa žarnom niti.
Dizajniran je na način da se unutra uvlači konac od volframove žice. Ovaj metal je vatrostalan s velikom otpornošću. Prilikom prolaska kroz žarulju vrši se toplinski učinak električne struje.
Energija vodiča se pretvara u toplinu, spirala se zagrijava i počinje svijetliti. Nedostatak žarulje leži u velikim gubicima energije, jer samo zbogmali dio energije, počinje svijetliti. Glavni dio se samo zagrijava.
Kako bi se ovo bolje razumjelo, uvodi se faktor učinkovitosti koji pokazuje učinkovitost rada i pretvorbe u električnu energiju. Učinkovitost i toplinski učinak struje koriste se u različitim područjima, budući da postoji mnogo uređaja napravljenih na temelju ovog principa. U većoj mjeri to su grijači, električni štednjaci, bojleri i drugi slični uređaji.
Uređaj uređaja za grijanje
Obično se u dizajnu svih uređaja za grijanje nalazi metalna spirala čija je funkcija grijanje. Ako se voda zagrijava, tada se zavojnica ugrađuje izolirano, a u takvim se uređajima održava ravnoteža između energije iz mreže i razmjene topline.
Znanstvenici se neprestano susreću s izazovom smanjenja gubitaka energije i pronalaženja najboljih načina i najučinkovitijih shema za njihovu provedbu kako bi se smanjio toplinski učinak struje. Na primjer, koristi se metoda povećanja napona tijekom prijenosa energije, čime se smanjuje jačina struje. Ali ova metoda, u isto vrijeme, smanjuje sigurnost rada dalekovoda.
Još jedno područje istraživanja je odabir žice. Uostalom, gubitak topline i drugi pokazatelji ovise o njihovim svojstvima. Osim toga, tijekom rada uređaja za grijanje oslobađa se velika količina energije. Stoga su spirale izrađene od materijala posebno dizajniranih za ovu namjenu, sposobnih izdržati velika opterećenja, materijale.
Osigurači za stan
Posebni osigurači se koriste za poboljšanje zaštite i sigurnosti električnih krugova. Glavni dio je žica izrađena od metala niskog taljenja. Radi u porculanskom čepu, ima navoj i kontakt u sredini. Pluto se ubacuje u uložak koji se nalazi u porculanskoj kutiji.
Ovo je žica dio zajedničkog lanca. Ako se toplinski učinak električne struje naglo poveća, poprečni presjek vodiča neće izdržati i počet će se topiti. Kao rezultat toga, mreža će se otvoriti, a trenutna preopterećenja se neće dogoditi.
Električni luk
Električni luk je prilično učinkovit pretvarač električne energije. Koristi se za zavarivanje metalnih konstrukcija, a služi i kao snažan izvor svjetlosti.
Uređaj se temelji na sljedećem. Uzmite dvije karbonske šipke, spojite žice i pričvrstite ih u izolacijske držače. Nakon toga, šipke su spojene na izvor struje, koji daje mali napon, ali je dizajniran za veliku struju. Spojite reostat. U gradskoj mreži zabranjeno je paljenje ugljena jer to može izazvati požar. Ako dodirnete jedan ugljen s drugim, možete vidjeti koliko su vrući. Bolje je ne gledati u ovaj plamen, jer je štetan za oči. Električni luk koristi se u pećima za topljenje metala, kao i u tako snažnim rasvjetnim uređajima kao što su reflektori, filmski projektori, itd.
