Закон Джоуля-Ленца

Знание законов и способов использования электричества — необходимый элемент школьного образования. Вместе с экспертом разберем задачи на закон Джоуля-Ленца и узнаем, где он применяется в жизни

Борис Михеев
Автор КП
Николай Герасимов
Старший преподаватель физики проекта «ИнтернетУрок»
Физики всегда искали способы практического применения электричества, чувствуя его гигантский потенциал. Первой ступенькой на этом пути стал закон Ома, связавший в один узел основные понятия новой науки. Эксперименты показали, что электричество можно преобразовать в теплоту. Это стало научным прорывом, нужен был только математический аппарат для инженерных расчетов. И вот от он найден.

Определение закона Джоуля-Ленца простыми словами

Джеймс Джоуль и Эмилий Ленц независимо установили опытным путем, что проводник, по которому течет электрический ток, выделяет тепло. И его количество прямо пропорционально квадрату силы тока, его сопротивлению и времени протекания тока. Это, собственно говоря, и есть самое простое определение закона Джоуля-Ленца
    В ТЕМУ

    Формула закона Джоуля-Ленца

    Определить количество теплоты, выделяемой проводником при прохождении через него электричества, можно по следующей формуле:
    Q=I2⋅R⋅t
    Где:

    Q — количество теплоты в джоулях;
    I — сила тока в амперах;
    R — сопротивление проводника в омах;
    t — время в секундах.

    Задачи на закон Джоуля-Ленца

    Наиболее ярко этот закон проявляется при расчетах тепловых приборов.

    Задача 1

    25 минут через спираль электроплитки сопротивлением 30 Ом протекает электрический ток силой 1,3 А. Какое количество теплоты выделится за это время?

    Подставляем данные в формулу:

    Q=1,32*30*25*60=76 050 дж

    Ответ: 76,05 килоджоулей.

    Задача 2

    Сколько времени нагревался проводник сопротивлением 25 Ом, если на нем выделилось 8 кДж теплоты при силе тока 2 А?

    Преобразуем формулу закона Джоуля-Ленца к удобному для нас виду:

    Q=I2⋅R⋅t → t=Q/(I2⋅R)

    Подставляем исходные данные:

    t=8000/(22*25)=80

    Ответ: 80 секунд.

    Популярные вопросы и ответы

    Отвечает Николай Герасимов, старший преподаватель физики проекта «ИнтернетУрок»

    Как открыли закон Джоуля-Ленца?

    В первой половине (в 30-х – 40-х годах) XIX века русский учёный Эмилий Христианович Ленц и английский физик Джеймс Прескотт Джоуль независимо друг от друга провели опыты, которые позволили выяснить зависимость выделяющегося в проводнике тепла от его сопротивления и силы тока, протекающей через этот проводник. В научном сообществе подобные зависимости принято называть именами первооткрывателей. Так и появился закон Джоуля-Ленца.

    Где применяется закон Джоуля-Ленца?

    Электрический ток при протекании через проводник или любой электрический прибор совершает работу. Эта работа может быть полезной. Например, нагревание утюга, свечение электрической лампы и так далее. А может быть и вредной: нагревание подводящих проводов, которое как минимум ведет к потерям в электрических цепях или может привести к пожару. Данный закон позволяет рассчитать, какими, например, должны быть провода, а какими спирали нагревательных приборов, чтобы потери были минимальны, а энергия выделялась там, где нам нужно.

    Где и как применяется закон Джоуля-Ленца в жизни?

    Нельзя сказать, что каждый человек применяет в жизни этот закон, но его знание позволяет понять, почему, например, соединение проводов электрической цепи в доме должно быть очень надежным. Если контакт плохой, то в этом месте сопротивление будет большим, и место контакта станет нагреваться, что может спровоцировать пожар. Конструкторы используют этот закон для расчета спиралей электронагревательных приборов или элементов предохранителей, которые отключают электричество в случае опасности.
    Фото на обложке: shutterstock.com