Tepelný výkon elektrického proudu a jeho praktické využití

Důvod pro ohřev vodiče spočívá ve skutečnosti, žeenergie elektronů pohybujících se v něm (jinými slovy energie proudu) se v průběhu postupných srážek částic s ionty molekulární mřížky kovového prvku přeměňuje na teplý typ energie, neboli Q, takto se utváří koncept „tepelné energie“.

Práce proudu se měří pomocí mezinárodníhoJednotky SI, při použití joulů (J), je proud definován jako "watt" (W). Odchýlení od systému v praxi mohou také použít nesystémové jednotky, které měří práci proudu. Mezi nimi watthodina (š × v), kilowatthodina (zkráceně kW × h). Například 1 W × h označuje práci proudu se specifickým výkonem 1 watt a dobou trvání jedné hodiny.

Pokud se elektrony pohybují stacionárněvodič vyrobený z kovu, v tomto případě je veškerá užitečná práce generovaného proudu distribuována k ohřevu kovové konstrukce a na základě ustanovení zákona o zachování energie to lze popsat vzorcem Q = A = IUt = I²Rt = (U²/ R) * t. Takové vztahy přesně vyjadřují známý Joule-Lenzův zákon. Historicky to poprvé empiricky určil vědec D. Joule v polovině 19. století a současně nezávisle na něm další vědec E. Lenz. Tepelná energie našla praktické uplatnění v technickém výkonu od vynálezu v roce 1873 ruského inženýra A. Ladygina běžné žárovky.

Tepelný výkon proudu se používá v řaděelektrické spotřebiče a průmyslová zařízení, jmenovitě v tepelných měřicích zařízeních, topných elektrických sporácích, elektrických svařovacích a zásobovacích zařízeních, domácích spotřebičích s elektrickým topným účinkem jsou velmi běžné - kotle, páječky, varné konvice, žehličky.

V potravinách se nachází tepelný účinekprůmysl. Při vysokém podílu využití se využívá možnosti elektrického kontaktního vytápění, které zaručuje tepelný výkon. Je to způsobeno skutečností, že proud a jeho tepelná síla, ovlivňující potravinářský výrobek, který má určitý stupeň odporu, v něm způsobuje rovnoměrné zahřívání. Příklad výroby klobás: pomocí speciálního dávkovače se mleté ​​maso přivádí do kovových forem, jejichž stěny současně slouží jako elektrody. Zde je zajištěna stálá rovnoměrnost ohřevu po celé ploše a objemu produktu, je udržována nastavená teplota, je udržována optimální biologická hodnota potravinářského produktu, spolu s těmito faktory zůstává doba technologických prací a spotřeba energie nejnižší.

Měrný tepelný výkon elektrického proudu(ω), jinými slovy - množství tepla, které se uvolní v jednotce objemu za určitou jednotku času, se vypočítá následovně. Elementární válcový objem vodiče (dV) s průřezem vodiče dS, délkou dl rovnoběžnou se směrem proudu a odporem jsou rovnice R = p (dl / dS), dV = dSdl.

Podle definic Joule-Lenzova zákona bude v přiděleném čase (dt) v objemu, který jsme odebrali, uvolněna úroveň tepla rovná dQ = I²Rdt = p (dl / dS) (jdS)²dt = pj²dVdt. V tomto případě ω = (dQ) / (dVdt) = pj² a aplikujeme zde Ohmův zákon pro stanovení hustoty proudu j = γE a vztahu p = 1 / γ, okamžitě získáme výraz ω = jE = γE^2. Poskytuje koncept Joule-Lenzova zákona v diferenciální formě.