Законът Джаул-Ленц: история

Трудно е да си представим живота на съвременния човек без електричество. Тя се превърна в един от основните и най-ценни атрибути на съвременното съществуване. Всъщност всеки човек, който някога е работил с електричество, знае, че те са склонни да се нагряват, когато преминават през токови проводници. Защо зависи?

Какво е ток

Токът е подреденото движение на заредени частици, наречени електрони. И ако токът тече през проводник, тогава в него започват да се появяват различни физични процеси, а именно, електроните се сблъскват с молекули.

Молекулите са неутрални или тези, които са загубили отрицателно заредените частици. В резултат на сблъсъци, или електроните могат да станат неутрални молекули, или електрон, който образува положително зареден йон, е изхвърлен от друга такава молекула. По време на тези сблъсъци консумират кинетична енергия заредени частици. Именно тази енергия става топла.

Съпротивлението може да повлияе на отоплението на топлопроводника. Например, можете да вземете определено тяло и да го плъзнете по земята. Земята в този случай е съпротива. Какво ще стане с него? Правилно ще се появи между тялото и повърхността сила на триене което от своя страна загрява тялото. Токът в този случай се държи по същия начин.

зависимост

И, слушайки всичко по-горе, учените успяха да определят тази връзка между силата на тока, съпротивлението и количеството топлина. Тази зависимост се нарича закон на Жул-Ленц, чиято формула е позната на всички физици. През 1832–33 г. руският физик Емили Ленц открива, че с топлинни ефекти върху метални проводници, тяхната проводимост е фундаментално променена. Това всъщност усложняваше работата на учения и затрудняваше изчисляването му електрически вериги.

Тогава младият учен имаше идеята, че може би има някаква връзка между сегашната сила и температурата на проводника. Но как да бъдем? По това време нямаше точни електрически уреди за измерване на силата на тока, устойчивостта, нямаше дори източник на стабилен ЕМП. Ленц не спря, той реши да проведе експеримента.

Руски експерименти по физика

Същността на това преживяване беше толкова проста, колкото и изобретателна, че дори ученик може да го повтори. Ученият проектира специално устройство, което служи за измерване на количеството топлина, отделено от проводника. Оказа се, че това устройство е обикновен съд, в който Ленц изсипва разтвор на разреден алкохол и поставя проводник - платинена жица, към която се прилага електрически ток.

След като устройството е създадено, ученият започва да провежда експерименти. Той измерва точния период от време, необходим за нагряване на алкохола в съда до 10 ^o C. За това са изразходвани много месеци и години. А през 1843 г., 10 години по-късно, е публикуван закон, чиято същност е, че нагряването на проводник с ток е пропорционално на квадрата на служителя за нагряване на тока.

Джаул и Ленц

Но не беше там! Оказва се, че преди няколко години английският физик Джеймс Прескот Джаул е провел подобни експерименти и вече е публикувал своите наблюдения. Как да бъдем? Ленц не се отказал и внимателно проучил работата на Жул и стигнал до заключението, че дори и да са извършили същите експерименти, експериментите на Ленц са много по-точни. В тази връзка, научната общност добави към работата на изменението на Joule the Lenz и този закон стана известен като Joule-Lenz закон. Математическата формулировка на закона е следната:

Q = I * U * t, където:

• I - сила на тока, А;
• U - напрежение, V;
• t е времето, необходимо на тока да премине проводника, p.

Самият закон е следният: количеството топлинна енергия, отделена в проводника, през който тече електрически ток равен на произведението на ток, напрежение и време на преминаване на ток през проводник.

Законът на Ом

Но това твърдение винаги ли ще бъде вярно? Можете да опитате да го извлечете, като използвате закона на Ом. Съдейки по него, U = I * R, където R е съпротивление, Ом.

Като се има предвид законът на Ом, можете да замените стойността във формулата Q = I * U * t = I ² * R * t. От това можем да заключим, че количеството топлина директно зависи от съпротивлението на проводника. Също така за закона на Жул-Ленц това твърдение също ще бъде вярно: I = Q = I * U * t.

И трите формули ще бъдат правилни, но Q = I ² * R * t ще бъде вярно за всички ситуации. Другите две обаче също са верни при определени обстоятелства.

Ръководства

Сега за проводниците. Първоначално Джул и Ленц използват платинени проводници в своите експерименти, както е споменато по-горе. Във всички подобни експерименти учените от онова време са използвали предимно метални проводници, тъй като са били сравнително евтини и стабилни. Това не е изненадващо, защото досега металните проводници са основният тип проводници, във връзка с които първоначално се смята, че законът на Жул-Ленц е приложим само за тях. Въпреки това, малко по-късно беше открито, че този закон е приложим не само за метални проводници. Той е верен на всеки от тях. Самите проводници на класификацията могат да бъдат разделени на:

• Метални (мед, желязо, сребро и др.). Основната роля в тях се играе от отрицателно заредени частици (електрони), които преминават през проводника.
• Liquid. В тях иони са отговорни за движението на зарядите - това са атоми, в които или твърде много или твърде малко електрони.
• Газообразни. За разлика от колегите си, в такива проводници токът се определя от движението на йони и електрони.

И въпреки различията, във всеки случай, с увеличаване на тока или съпротивлението, количеството топлина ще се увеличи.

Прилагане на закона от други физици

Откриването на закона на Жул-Ленц обеща големи перспективи. В края на краищата, в действителност, този закон позволи създаването на един вид различни електрически нагреватели и елементи. Например, малко по-късно след откриването на закона учените забелязали, че когато някои елементи се нагряват, те започват да светят. Те искаха да експериментират с тях с различни проводници, а през 1874 г. руският инженер Александър Николаевич Лодигин изобретява модерна лампа с нажежаема жичка, чиято нишка е изработена от волфрам.

Законът на Жул-Ленц и в електротехниката - например при създаването на предпазители. Предпазителят е определен елемент от електрическа верига, чийто дизайн е направен така, че когато токът преминава през него над допустимата стойност (например, когато късо съединение прегрява, топи и отваря електрическата верига. Дори един обикновен електрически чайник или микровълнова фурна, която практически всички имат, работи в съответствие с този закон.

заключение

Трудно е да се определи приносът на тези учени към съвременната електроника и електротехниката, но едно е сигурно - появата на закона на Жул-Ленц е превърнала хората в възприемане на електричеството и даде по-специфични познания за това какво е електрическо поле в проводник с ток.

Без съмнение законът, открит от тези велики физици, стана решаваща стъпка в цялата наука, благодарение на това откритие впоследствие бяха направени и други повече или по-малко големи постижения на други учени. Цялата наука е тясно преплитане на открития, някои решени и нерешени проблеми. Разгледаният в тази статия закон повлиява по определен начин много изследвания и оставя незаличим и отчетлив отпечатък върху науката.