Pārvietojoties jebkurā vadītājā, elektriskā strāva nodod tam daļu enerģijas, kas izraisa vadītāja uzsilšanu. Enerģijas pārnešana notiek molekulu līmenī: strāvas elektronu mijiedarbības rezultātā ar vadītāja joniem vai atomiem daļa enerģijas paliek pēdējam.
Strāvas termiskais efekts izraisa ātrāku vadītāja daļiņu kustību. Tad tā iekšējā enerģija palielinās un pārvēršas siltumā.
Aprēķina formula un tās elementi
Strāvas termisko efektu var apstiprināt ar dažādiem eksperimentiem, kur strāvas darbs pāriet iekšējā vadītāja enerģijā. Tajā pašā laikā pēdējais palielinās. Tad vadītājs to nodod apkārtējiem ķermeņiem, tas ir, siltuma pārnese tiek veikta ar vadītāja karsēšanu.
Aprēķinu formula šajā gadījumā ir šāda: A=UIt.
Siltuma daudzumu var apzīmēt ar Q. Tad Q=A vai Q=UIt. Zinot, ka U=IR,izrādās Q=I2Rt, kas tika formulēts Džoula-Lenca likumā.
Strāvas termiskās iedarbības likums - Džoula-Lenca likums
Vadu, kurā plūst elektriskā strāva, ir pētījuši daudzi zinātnieki. Tomēr visievērojamākos rezultātus sasniedza Džeimss Džouls no Anglijas un Emīls Krištianovičs Lencs no Krievijas. Abi zinātnieki strādāja atsevišķi, un secinājumi, kas balstīti uz eksperimentu rezultātiem, tika izdarīti neatkarīgi viens no otra.
Viņi atvasināja likumu, kas ļauj novērtēt siltumu, kas saņemts strāvas iedarbības rezultātā uz vadītāju. Viņi to sauca par Džoula-Lenca likumu.
Apskatīsim praksē strāvas termisko efektu. Ņemiet vērā šādus piemērus:
- Parasta spuldze.
- Sildītāji.
- Drošinātājs dzīvoklī.
- Elektriskā loka.
Kvēlspuldze
Strāvas termiskais efekts un likuma atklāšana veicināja elektrotehnikas attīstību un palielināja elektroenerģijas izmantošanas iespējas. Kā tiek pielietoti pētījuma rezultāti, var redzēt parastās kvēlspuldzes piemērā.
Tas ir veidots tā, ka iekšā tiek ievilkts vītne, kas izgatavota no volframa stieples. Šis metāls ir ugunsizturīgs ar augstu pretestību. Izejot cauri spuldzei, rodas elektriskās strāvas termiskais efekts.
Vadītāja enerģija tiek pārveidota siltumā, spirāle uzsilst un sāk mirdzēt. Spuldzes trūkums ir lielajos enerģijas zudumos, jo tikai tāpēcneliela daļa enerģijas, tā sāk mirdzēt. Galvenā daļa vienkārši uzkarst.
Lai to labāk izprastu, tiek ieviests lietderības koeficients, kas parāda darbības efektivitāti un pārvēršanu elektroenerģijā. Strāvas efektivitāte un termiskais efekts tiek izmantots dažādās jomās, jo ir daudz ierīču, kas izgatavotas, pamatojoties uz šo principu. Lielākoties tās ir apkures ierīces, elektriskās plītis, katli un citas līdzīgas ierīces.
Apkures ierīču ierīce
Parasti visu apkures ierīču konstrukcijā ir metāla spirāle, kuras funkcija ir apkure. Ja ūdens tiek uzkarsēts, tad spole tiek uzstādīta izolēti, un šādās ierīcēs tiek uzturēts līdzsvars starp enerģiju no tīkla un siltuma apmaiņu.
Zinātnieki tiek pastāvīgi aicināti samazināt enerģijas zudumus un atrast labākos veidus un efektīvākās shēmas to īstenošanai, lai samazinātu strāvas termisko efektu. Piemēram, tiek izmantota metode, kā palielināt spriegumu elektroenerģijas pārvades laikā, tādējādi samazinot strāvas stiprumu. Taču šī metode vienlaikus samazina elektropārvades līniju darbības drošību.
Vēl viena pētniecības joma ir vadu izvēle. Galu galā siltuma zudumi un citi rādītāji ir atkarīgi no to īpašībām. Turklāt apkures ierīču darbības laikā tiek atbrīvots liels enerģijas daudzums. Tāpēc spirāles ir izgatavotas no materiāliem, kas īpaši paredzēti šim nolūkam, kas spēj izturēt lielas slodzes, materiālus.
Dzīvokļa drošinātāji
Lai uzlabotu elektrisko ķēžu aizsardzību un drošību, tiek izmantoti īpaši drošinātāji. Galvenā daļa ir stieple, kas izgatavota no zemas kušanas metāla. Tas darbojas porcelāna korķī, tam ir skrūves vītne un kontakts centrā. Korķis ir ievietots kārtridžā, kas atrodas porcelāna kastē.
Svina vads ir daļa no kopīgas ķēdes. Ja elektriskās strāvas termiskais efekts strauji palielinās, vadītāja šķērsgriezums neizturēs, un tas sāks kust. Tā rezultātā tīkls tiks atvērts, un pašreizējās pārslodzes nenotiks.
Elektriskā loka
Elektriskais loks ir diezgan efektīvs elektriskās enerģijas pārveidotājs. To izmanto, metinot metāla konstrukcijas, kā arī kalpo kā spēcīgs gaismas avots.
Ierīce ir balstīta uz tālāk norādīto. Paņemiet divus oglekļa stieņus, savienojiet vadus un pievienojiet tos izolācijas turētājos. Pēc tam stieņus pieslēdz pie strāvas avota, kas dod nelielu spriegumu, bet ir paredzēts lielai strāvai. Pievienojiet reostatu. Pilsētas tīklā ir aizliegts ieslēgt ogles, jo tas var izraisīt ugunsgrēku. Pieskaroties vienai oglei otrai, var redzēt, cik karstas tās ir. Uz šo liesmu labāk neskatīties, jo tā ir kaitīga acīm. Elektrisko loku izmanto metāla kausēšanas krāsnīs, kā arī tādās jaudīgās apgaismes ierīcēs kā prožektori, kinoprojektori utt.
