Διδακτικά Βιβλία του Παιδαγωγικού Ινστιτούτου

Αναζήτηση

Βρες
Εμφάνιση

3.13 Θερμικά αποτελέσματα του ηλεκτρικού ρεύματος

Φαινόμενο Joule

Ας θεωρήσουμε έναν αντιστάτη με τη μορφή ενός μεταλλικού αγωγού. Στα άκρα του εφαρμόζουμε σταθερή συνεχή τάση. Όπως έχουμε πει, στο εσωτερικό του δημιουργείται ομογενές ηλεκτρικό πεδίο, που ασκεί δυνάμεις στα ελεύθερα ηλεκτρόνια. Τα ηλεκτρόνια παίρνουν ενέργεια από το πεδίο και κάνουν επιταχυνόμενη κίνηση. Κατά την κρούση τους με τα ιόντα μεταφέρουν σε αυτά την ενέργεια, με αποτέλεσμα να αυξάνεται το πλάτος ταλάντωσης των ιόντων. Αυτό γίνεται αντιληπτό ως αύξηση της θερμοκρασίας του αγωγού. Στην περίπτωση του μεταλλικού αγωγού όλη η ενέργεια του ηλεκτρικού ρεύματος μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια.

Το φαινόμενο της θέρμανσης των αγωγών, ως αποτέλεσμα κρούσεων των ηλεκτρικών φορέων με τα ταλαντούμενα ιόντα, όταν οι αγωγοί διαρρέονται από ηλεκτρικό ρεύμα, ονομάζεται φαινόμενο Joule.

Το ουσιαστικό περιεχόμενο του φαινομένου Joule είναι η ολοκληρωτική μετατροπή της ενέργειας του ηλεκτρικού ρεύματος, αποκλειστικά και μόνο, σε θερμότητα.

Φαινόμενο Joule: Η ολοκληρωτική μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε θερμότητα, όταν το ηλεκτρικό ρεύμα διαρρέει ωμικούς αντιστάτες.

Ο υπολογισμός της θερμικής ενέργειας που αναπτύσσεται είναι εύκολος, εφόσον αυτή προέρχεται από ολοκληρωτική μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας. Δεν έχουμε παρά να χρησιμοποιήσουμε τους τύπους της ηλεκτρικής ενέργειας. Έτσι, οι εξισώσεις που δίνουν το ποσό της θερμικής ενέργειας θα είναι: [pic] (3.25)

Οι προηγούμενοι τύποι (3.25) εκφράζουν τη θερμότητα σε μονάδες ενέργειας στο σύστημα SI. Αυτό είναι απόλυτα θεμιτό, διότι, όπως γνωρίζετε, η θερμική ενέργεια είναι μορφή ενέργειας. Πολλές φορές, όμως, επιθυμούμε να την εκφράσουμε σε μονάδες calorie (θερμίδες), που είναι αυθαίρετη μονάδα. Στην περίπτωση αυτή εισάγουμε στις εξισώσεις (3.25) ένα συντελεστή α, που είναι συντελεστής μετατροπής της μονάδας Joule στη μονάδα cal. Η τιμή του α είναι: [pic]

Οι εξισώσεις (Α) γράφονται: [pic] (3.26)