Nicolás Rivera - 2015. május 24. - 21:31 (CET)

elektromos áram

A hő és az elektromos áram mindig kéz a kézben jár. Jobbra-rosszra.

Biztosan nem egyszer hallotta a július szót - és nem a naptár hónapjára utal -, vagy éppen ellenkezőleg, a Joule szót (angolul a július szót). Ez a tudomány területén James Prescott Joule (1818-1889) angol fizikustól származik, aki különféle vizsgálatokat végzett a szubatomi részecskék mozgásával kapcsolatban, elektromos áramok és áramtermelés.

Ez a fizikus volt az apja "Joule-effektus" vagy "Joule-törvény", az egyik oszlop, amely lehetővé teszi a ma körülvevő számos termék fejlesztését és működését. De mi a Joule-effektus? Mi a jelentősége annak a tanulmánynak, amelyet ez az angol fizikus végzett?

Az energia és a hő megértése

A Joule-effektus megértése érdekében röviden tisztáznunk kell a hő fogalmát. Hő A rendszer által kibocsátott energia felszabadításaként ismert mint az azt alkotó részecskék mozgásának oka mikroszkópos léptékben.

Például: ha egy fazék vizet melegítünk, akkor a termelt energia a rendszer energiájának növekedése, ami molekuláris szinten, a rendszert alkotó részecskék nagyobb mozgása. Ez az "elnyelt" energia később hő formájában szabadul fel a szabadba, feltéve, hogy az említett rendszert körülvevő környezet alacsonyabb energiaszinttel rendelkezik (ebben az esetben azért, mert az edényt körülvevő levegő általában alacsonyabb hőmérséklet).

Miért szabadul fel ez az energia konzerváltság helyett? Minden rendszer természeténél fogva hajlamos arra, hogy pihenést vagy nyugalmat keressen - a pihenést vagy a nyugalmat úgy értjük, mint azt a helyzetet, amelyben a részecskék mozgása a legkevésbé lehetséges. És így, amikor ezt a viszonylagos nyugalmi állapotot megzavarják, a rendszerek energiát cserélnek a körülöttük élőkkel hogy megpróbálja minél közelebb kerülni ahhoz az állapothoz. Az edény esetében a hő kívülről kerül kibocsátásra, hogy megpróbálja "lehűlni" és csökkenteni az energiaszintjét. Ezt az energiacserét nevezzük hőnek.

Mi a Joule-effektus és miért fordul elő?

A Joule-effektus madártávlatból az az elektronok mozgása által okozott hő felszabadulása –Az anyag néven elektromos áram is ismert. Ezt a hatást tükrözi a Q = P xt képlet, ahol „Q” a leadott energia vagy hő (szintén E betűvel ábrázolva és joule-ban vagy kalóriában mérve), „P” az elfogyasztott teljesítmény (wattban mérve) és „T” Az eltelt idő (másodpercben mérve).

A Joule-effektus megértése, meg kell értenünk az elektromos áramok eredetét. Ehhez képzeljünk el egy egyszerű áramkört 6 voltos akkumulátorral (pozitív és negatív pólussal) és körülbelül 3 ohmos ellenállással.

Amikor az akkumulátort az áramkörhöz csatlakoztatja, az akkumulátorban tárolt elektronok elkezdenek haladni az áramkörben a pozitív pólustól a negatívig, áthaladva a vezetékeken és a hozzá kapcsolt ellenálláson.

Ezek az elektronok egy potenciálkülönbség miatt mozognak - ami ebben az esetben 6 volt. Ennek a koncepciónak a megértéséhez képzeljünk el egy létra. A pozitív pólus a létra felső területe. A negatív pólus, az alsó zóna. A felső területről gömböket gördítünk. Ezek óhatatlanul lefelé kezdenek ereszkedni a gravitációs erő miatt. Valami hasonló történik az elektronokkal. Ez az elektronok mozgása a pozitív pólustól (nagyobb potenciál) a negatív pólusig (alacsonyabb potenciál) az, amit elektromos áramnak ismerünk.

Ahogy az elektronok mozognak, ezek hatással vannak más atomokra és szubatomi részecskékre (amelyek alkotják a kábeleket, ellenállásokat stb.), és ezért kisebb vagy nagyobb mértékben mozognak. A mozgásának növelésével növeli az energiáját, és ezáltal a hő szabadon engedését. Ez az elkerülhetetlen kibocsátás - csak akkor lenne elkerülhető, ha a vezetőképes anyagok 100% -ban tökéletesek lennének, amit lehetetlen elérni - az energia hő formájában történő Joule-effektusa.

A Joule-effektus és a leadott hő mennyisége több változótól függ:

Áramerősség. Vagy az időegységenként áthaladó elektronok száma. A koncepció megértéséhez képzeljünk el egy vízvezetéket. Minél nagyobb a vízvezeték átmérője, annál több áramláson tud átmenni egy időegység alatt. A jelenlegi intenzitás hasonló. Minél kisebb az ellenállás és annál nagyobb a potenciálkülönbség, annál nagyobb az idő alatt mozgó elektronok száma.

Az ellenállás. Az ellenzék az, amelyet egy elem bemutat az elektronok általi áthaladásának. Általában megértjük az ellenállást egy adott elemgel szemben (amely lehet izzó vagy bármilyen más), de az ellenállás például a kábelekben is jelen van. És minden anyag, amelyen keresztül az elektromos áram áthalad, szemben áll az elektronok áthaladásával. Ha nem mutatnák be, akkor az összes rendszerből a lehető legjobb teljesítményt lehetne elérni, és a keletkező hő elhanyagolható lenne. Annak érdekében, hogy jobban megértsük ezt a fogalmat: az ellenállást úgy is megérthetjük, mint azon akadályok számát, amelyeket egy sportolónak meg kell küzdenie egy 200 méteres akadálypályán. Minél nagyobb az ellenállás, annál nagyobb az akadályok száma az elektron útjában.

A potenciál vagy a feszültség különbsége. Visszatérve az analógiára, megérthetjük a potenciális különbséget, mint a létra teteje és az alja közötti magasságkülönbséget. Ebben a példában a gravitáció a felső zónából vonzza a testeket. Elektromos áram esetén az atomok azok, amelyek vonzzák az elektronokat a pozitív pólusból a negatív pólusba, létrehozva ezt a mozgást.

Idő. Minél hosszabb az idő, nő a keletkező hő mennyisége. Ezért ez is befolyásolja.

Erő. Normális esetben az áramkör ellenállásának, intenzitásának és potenciális különbségének hatása összegyűlik egy teljesítmény néven ismert mennyiségben (amely az előző képletben megjelenik).

A Joule-effektus, valami kívánatos és megvetett dolog

Eleve a Joule-effektus teljesen elhanyagolhatónak tűnhet, mivel megakadályozza a maximális energiamennyiség elérését a rendszert tápláló elektromos áramból. Például a processzorokban ezt mindig megpróbáljuk elkerülni, mivel arról van szó, hogy a legnagyobb mennyiségű elektromos energiát kihasználva növeljük annak a számítógépnek, táblagépnek vagy okostelefonnak a teljesítményét, amelyhez csatlakoztatva van.

A Joule-effektus dicséretes és egyben megvetett hatás. De a Joule-effektus is az nagyon kívánatos és elengedhetetlen sok jelenlegi termékhez. Olyan termékek, mint kályhák, melegítők, termoszok, szárítók vagy akár üvegkerámiák. És ez az a hatás, amely lehetővé teszi az elektromos energia hővé történő átalakítását, amit a mérnökök a múlt század során széles körben kihasználtak végtelen termékek létrehozására.

A szárítók esetében például találunk egy sor ellenállást, amelyek az elektromos áram áthaladásával felmelegednek, így melegíti a kifelé kiáramló levegőt. A játék célja, hogy a lehető legmagasabb energiahatékonyságot érje el (a lehető legkevesebb villamos energiával melegítse a levegőt azonos hőmérsékletre).

Így a Joule-effektus, mint minden az életben, valami nagyon relatív. A környezettől és attól a helyzettől függően, amelyben találjuk magunkat, érdekelni fogunk a megjelenése, vagy sem. De ezzel meg kell küzdenünk mindaddig, amíg az elektromos energia társadalmunk egyik alapja.