กฎของจูล-เลนซ์

เมื่อเอาชนะความต้านทานของเส้นลวดได้ กระแสไฟฟ้าจะทำงาน ซึ่งในระหว่างนั้นจะเกิดความร้อนขึ้นในเส้นลวด อิเล็กตรอนอิสระในการเคลื่อนที่จะชนกับอะตอมและโมเลกุล และในระหว่างการชนกันเหล่านี้ พลังงานกลของอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่จะถูกแปลงเป็นพลังงานความร้อน

การพึ่งพาพลังงานความร้อนกับความแรงของกระแสในตัวนำนั้นถูกกำหนดโดยกฎของ Joule-Lenz เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านเส้นลวด ปริมาณความร้อนที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าในเส้นลวดจะแปรผันโดยตรงกับความแรงของกระแสไฟฟ้าที่ยกกำลังสอง ขนาดของความต้านทานของเส้นลวด และระยะเวลาของกระแสไฟฟ้า .

หากปริมาณความร้อนแสดงด้วยตัวอักษร Q ความแรงของกระแสใน a คือ A ความต้านทานเป็นโอห์ม — R และเวลาเป็นวินาที — t จากนั้นในทางคณิตศาสตร์ กฎของ Joule-Lenz สามารถแสดงได้ดังนี้:

Q = aI2Rt

NS สำหรับ a = 1 ปริมาณความร้อน Q จะเป็นจูล NSpa a = 0.24 ปริมาณความร้อน Q ได้รับในแคลอรี่เล็กน้อย ปัจจัย 0.24 ปรากฏในสูตรเนื่องจากกระแส 1 A ในลวดความต้านทาน 1 โอห์มเป็นเวลา 1 วินาที ให้พลังงานความร้อนเพียง 0.24 แคลอรี แคลอรี่ขนาดเล็กทำหน้าที่เป็นหน่วยวัดปริมาณความร้อน แคลอรี่เล็กน้อยเท่ากับปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการทำให้น้ำ 1 กรัมร้อนขึ้น 1 °C

กฎนี้ถูกค้นพบโดยอิสระในปี 1840 โดย James Joule นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษและ Emily Kristianovich Lenz นักฟิสิกส์ชาวรัสเซีย กฎทางกายภาพนี้กำหนดปริมาณความร้อน Q ที่ปล่อยออกมาในตัวนำเมื่อกระแสไฟฟ้าผ่าน

ดังนั้นความร้อนจึงถูกสร้างขึ้นในตัวนำเสมอเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน อย่างไรก็ตาม ไม่ควรให้ความร้อนแก่สายไฟและอุปกรณ์ไฟฟ้ามากเกินไป เพราะจะทำให้สายไฟเสียหายได้ ความร้อนสูงเกินไปเป็นอันตรายอย่างยิ่งเมื่อ ไฟฟ้าลัดวงจร สายไฟ นั่นคือในการเชื่อมต่อไฟฟ้าของสายไฟที่จ่ายพลังงานไฟฟ้าให้กับผู้บริโภค

ในกรณีที่เกิดการลัดวงจร ความต้านทานของสายไฟที่เหลืออยู่ภายใต้กระแสมักจะเล็กน้อย กระแสจึงแรงมากและความร้อนจะถูกปล่อยออกมาในปริมาณที่ก่อให้เกิดอุบัติเหตุ เพื่อป้องกันไฟฟ้าลัดวงจรและความร้อนสูงเกินไป วงจรประกอบด้วย ฟิวส์… พวกมันคือลวดหรือแผ่นบาง ๆ ชิ้นเล็ก ๆ ที่เผาไหม้ทันทีที่กระแสถึงค่าหนึ่ง การเลือกใช้ฟิวส์ขึ้นอยู่กับพื้นที่หน้าตัดของสายไฟ

ดูสิ่งนี้ด้วย: ไฟฟ้าช็อตทำให้ลวดร้อนขึ้นได้อย่างไร