Prawo Joule'a-Lenza

Pokonując opór drutu, działa prąd elektryczny, podczas którego w przewodzie wytwarza się ciepło. Swobodne elektrony w swoim ruchu zderzają się z atomami i cząsteczkami, a podczas tych zderzeń energia mechaniczna poruszających się elektronów zamienia się w energię cieplną.

Zależność energii cieplnej od natężenia prądu w przewodniku określa prawo Joule'a-Lenza. Gdy prąd elektryczny przepływa przez przewód, ilość ciepła wytwarzanego przez prąd w przewodzie jest wprost proporcjonalna do natężenia prądu podniesionego do drugiej potęgi, wielkości rezystancji drutu i czasu trwania prądu .

Jeśli ilość ciepła jest oznaczona literą Q, natężenie prądu w a wynosi A, rezystancja w omach — R, a czas w sekundach — t, to matematycznie prawo Joule'a-Lenza można przedstawić w następujący sposób:

Q = aI2Rt

NSdla a = 1 ilość ciepła Q będzie wynosić dżule. NSpa a = 0,24 ilość ciepła Q uzyskuje się w małych kaloriach. Współczynnik 0,24 pojawia się we wzorze, ponieważ przez 1 sekundę płynie prąd o natężeniu 1 A w przewodzie o oporze 1 oma. wydziela 0,24 małych kalorii ciepła. Mała kaloria służy jako jednostka do pomiaru ilości ciepła. Mała kaloria jest równa ilości ciepła potrzebnej do podgrzania 1 g wody o 1 °C.

Prawo to zostało niezależnie odkryte w 1840 roku przez angielskiego fizyka Jamesa Joule'a i rosyjskiego fizyka Emily Kristianovich Lenz. To prawo fizyczne określa ilość ciepła Q uwalnianego w przewodniku, gdy przepływa przez niego prąd elektryczny.

Tak więc ciepło jest zawsze wytwarzane w przewodniku, gdy przepływa przez niego prąd. Nie należy jednak dopuszczać do nadmiernego nagrzewania się przewodów i urządzeń elektrycznych, ponieważ spowoduje to ich uszkodzenie. Przegrzanie jest szczególnie niebezpieczne, gdy zwarcie przewody, to znaczy w elektrycznym połączeniu przewodów dostarczających energię elektryczną do konsumenta.

W przypadku zwarcia rezystancja przewodów pozostających pod prądem jest zwykle znikoma, prąd osiąga więc dużą siłę i wydziela się ciepło w takiej ilości, że powoduje to wypadek. Aby zabezpieczyć się przed zwarciem i przegrzaniem, obwód obejmuje bezpieczniki… Są to małe kawałki cienkiego drutu lub płytki, które zapalają się, gdy tylko prąd osiągnie określoną wartość. Wybór bezpieczników dokonywany jest w zależności od pola przekroju przewodów.

Zobacz też: W jaki sposób wstrząs elektryczny nagrzewa drut