Di chuyển trong bất kỳ vật dẫn nào, dòng điện sẽ truyền một số năng lượng cho vật dẫn đó, làm vật dẫn nóng lên. Sự chuyển giao năng lượng được thực hiện ở cấp độ phân tử: là kết quả của sự tương tác của các điện tử hiện tại với các ion hoặc nguyên tử của vật dẫn, một phần năng lượng vẫn còn với vật dẫn sau.
Tác dụng nhiệt của dòng điện làm cho các phần tử của vật dẫn chuyển động nhanh hơn. Sau đó, nội năng của nó tăng lên và chuyển hóa thành nhiệt.
Công thức tính và các yếu tố của nó
Hiệu ứng nhiệt của dòng điện có thể được xác nhận bằng nhiều thí nghiệm khác nhau, trong đó công của dòng điện chuyển thành năng lượng của vật dẫn bên trong. Đồng thời, sau này tăng lên. Sau đó, chất dẫn điện truyền cho các vật thể xung quanh, tức là quá trình truyền nhiệt được thực hiện cùng với việc đốt nóng chất dẫn điện.
Công thức tính trong trường hợp này như sau: A=UIt.
Nhiệt lượng có thể được ký hiệu là Q. Khi đó Q=A hoặc Q=UIt. Biết rằng U=IR,hóa ra Q=I2 Rt, được xây dựng theo định luật Joule-Lenz.
Định luật tác dụng nhiệt của dòng điện - định luật Joule-Lenz
Vật dẫn dòng điện chạy qua đã được nhiều nhà khoa học nghiên cứu. Tuy nhiên, kết quả đáng chú ý nhất là James Joule từ Anh và Emil Khristianovich Lenz từ Nga. Cả hai nhà khoa học đã làm việc riêng biệt và các kết luận dựa trên kết quả của các thí nghiệm được đưa ra độc lập với nhau.
Họ rút ra một định luật cho phép bạn ước tính nhiệt lượng nhận được do tác động của dòng điện lên vật dẫn. Họ gọi nó là định luật Joule-Lenz.
Chúng ta hãy xem xét hiệu ứng nhiệt của dòng điện trong thực tế. Lấy các ví dụ sau:
- Bóng đèn thông thường.
- Máy sưởi.
- Cầu chì trong căn hộ.
- Hồ quang điện.
Bóng đèn sợi đốt
Hiệu ứng nhiệt của dòng điện và việc khám phá ra định luật đã góp phần vào sự phát triển của kỹ thuật điện và tăng cơ hội sử dụng điện. Kết quả nghiên cứu được áp dụng như thế nào có thể được nhìn thấy trong ví dụ về một bóng đèn sợi đốt thông thường.
Nó được thiết kế theo cách mà một sợi làm bằng dây vonfram được kéo vào bên trong. Kim loại này chịu lửa với điện trở suất cao. Khi đi qua bóng đèn thì thực hiện tác dụng nhiệt của dòng điện.
Năng lượng của vật dẫn được chuyển hóa thành nhiệt, hình xoắn ốc nóng lên và bắt đầu phát sáng. Nhược điểm của bóng đèn nằm ở chỗ tổn thất năng lượng lớn, vì chỉ domột phần nhỏ của năng lượng, nó bắt đầu phát sáng. Phần chính chỉ nóng lên.
Để hiểu rõ hơn về vấn đề này, hệ số hiệu suất được đưa ra, thể hiện hiệu quả hoạt động và chuyển hóa thành điện năng. Hiệu suất và hiệu ứng nhiệt của dòng điện được sử dụng trong các lĩnh vực khác nhau, vì có nhiều thiết bị được chế tạo dựa trên nguyên tắc này. Ở mức độ lớn hơn, đây là các thiết bị sưởi, bếp điện, nồi hơi và các thiết bị tương tự khác.
Thiết bị sưởi ấm các thiết bị
Thông thường, trong thiết kế của tất cả các thiết bị để sưởi ấm đều có một hình xoắn ốc bằng kim loại, chức năng của nó là sưởi ấm. Nếu nước được làm nóng, thì cuộn dây được lắp đặt cách ly và trong các thiết bị như vậy, sự cân bằng được duy trì giữa năng lượng từ mạng và sự trao đổi nhiệt.
Các nhà khoa học liên tục gặp thách thức để giảm tổn thất năng lượng và tìm ra những cách tốt nhất và kế hoạch hiệu quả nhất để thực hiện nhằm giảm hiệu ứng nhiệt của dòng điện. Ví dụ, một phương pháp tăng hiệu điện thế trong quá trình truyền tải điện được sử dụng, do đó làm giảm cường độ dòng điện. Nhưng phương pháp này đồng thời làm giảm độ an toàn trong vận hành của đường dây điện.
Một lĩnh vực nghiên cứu khác là lựa chọn dây. Rốt cuộc, tổn thất nhiệt và các chỉ số khác phụ thuộc vào tính chất của chúng. Ngoài ra, trong quá trình hoạt động của các thiết bị sưởi ấm, một lượng lớn năng lượng được giải phóng. Do đó, các đường xoắn ốc được làm từ vật liệu được thiết kế đặc biệt cho mục đích này, có khả năng chịu tải trọng cao, vật liệu.
Căn hộ hợp nhất
Cầu chì đặc biệt được sử dụng để cải thiện khả năng bảo vệ và an toàn của mạch điện. Bộ phận chính là một sợi dây được làm bằng kim loại có độ nóng chảy thấp. Nó chạy trong một nút chai bằng sứ, có một ren vít và một tiếp điểm ở trung tâm. Nút chai được lắp vào hộp mực nằm trong hộp sứ.
Dây dẫn là một phần của dây chuyền chung. Nếu tác dụng nhiệt của dòng điện tăng mạnh, tiết diện của dây dẫn sẽ không chịu được và bắt đầu nóng chảy. Do đó, mạng sẽ mở và tình trạng quá tải hiện tại sẽ không xảy ra.
Hồ quang điện
Hồ quang điện là một bộ chuyển đổi năng lượng điện khá hiệu quả. Nó được sử dụng khi hàn các cấu trúc kim loại và cũng được sử dụng như một nguồn sáng mạnh.
Thiết bị dựa trên những điều sau đây. Lấy hai thanh carbon, nối dây và gắn chúng vào giá đỡ cách điện. Sau đó, các thanh này được kết nối với nguồn dòng điện, nguồn này cho hiệu điện thế nhỏ, nhưng được thiết kế cho dòng điện lớn. Kết nối bộ biến trở. Không được bật than trong mạng lưới thành phố, vì điều này có thể gây ra hỏa hoạn. Nếu bạn chạm vào viên than này với viên than khác, bạn có thể thấy độ nóng của chúng. Tốt hơn hết là không nên nhìn vào ngọn lửa này, vì nó có hại cho mắt. Hồ quang điện được sử dụng trong các lò luyện kim loại, cũng như trong các thiết bị chiếu sáng mạnh như đèn sân khấu, máy chiếu phim, v.v.
