+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Содержание

джоулево тепло — это… Что такое джоулево тепло?

джоулево тепло
Joule heat

Большой англо-русский и русско-английский словарь. 2001.

  • джоулево
  • джоуль

Смотреть что такое «джоулево тепло» в других словарях:

  • ДЖОУЛЕВО ТЕПЛО — тепло, выделяемое электр. током в проводнике. По закону Джоуля оно пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени действия. При прохождении тока в 1 а по проводнику сопротивлением в 1 ом в течение каждой секунды выделяется …   Технический железнодорожный словарь

  • джоулево тепло — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN Joule energy …   Справочник технического переводчика

  • джоулево тепло — Džaulio šiluma statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. Joule heat; Joulean heat vok. Joulesche Wärme, f rus. джоулево тепло, n; тепло Джоуля, n pranc. chaleur de Joule, f; chaleur Joule, f …   Fizikos terminų žodynas

  • тепло Джоуля — Džaulio šiluma statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. Joule heat; Joulean heat vok. Joulesche Wärme, f rus. джоулево тепло, n; тепло Джоуля, n pranc. chaleur de Joule, f; chaleur Joule, f …   Fizikos terminų žodynas

  • ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ РАЗРЯДЫ В — ГАЗАХ прохождение электрич. тока через ионизованные газы, возникновение и поддержание ионизованного состояния под действием электрич. поля. Термин разряд возник от обозначения процесса разрядки конденсатора через цепь, включающую в себя газовый… …   Физическая энциклопедия

  • Džaulio šiluma — statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. Joule heat; Joulean heat vok. Joulesche Wärme, f rus. джоулево тепло, n; тепло Джоуля, n pranc. chaleur de Joule, f; chaleur Joule, f …   Fizikos terminų žodynas

  • Joule heat — Džaulio šiluma statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. Joule heat; Joulean heat vok. Joulesche Wärme, f rus. джоулево тепло, n; тепло Джоуля, n pranc. chaleur de Joule, f; chaleur Joule, f …   Fizikos terminų žodynas

  • Joulean heat — Džaulio šiluma statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. Joule heat; Joulean heat vok. Joulesche Wärme, f rus. джоулево тепло, n; тепло Джоуля, n pranc. chaleur de Joule, f; chaleur Joule, f …   Fizikos terminų žodynas

  • Joulesche Wärme — Džaulio šiluma statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. Joule heat; Joulean heat vok. Joulesche Wärme, f rus. джоулево тепло, n; тепло Джоуля, n pranc. chaleur de Joule, f; chaleur Joule, f …   Fizikos terminų žodynas

  • chaleur Joule — Džaulio šiluma statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. Joule heat; Joulean heat vok. Joulesche Wärme, f rus. джоулево тепло, n; тепло Джоуля, n pranc. chaleur de Joule, f; chaleur Joule, f …   Fizikos terminų žodynas

  • chaleur de Joule — Džaulio šiluma statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. Joule heat; Joulean heat vok. Joulesche Wärme, f rus. джоулево тепло, n; тепло Джоуля, n pranc. chaleur de Joule, f; chaleur Joule, f …   Fizikos terminų žodynas

ДЖОУЛЕВО ТЕПЛО — это… Что такое ДЖОУЛЕВО ТЕПЛО?

ДЖОУЛЕВО ТЕПЛО
ДЖОУЛЕВО ТЕПЛО

тепло, выделяемое электр. током в проводнике. По закону Джоуля оно пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени действия. При прохождении тока в 1

а по проводнику сопротивлением в 1 ом в течение каждой секунды выделяется 0,24 кал тепла. При неизменной величине тока нагрев проводников зависит от площади поперечного сечения последних: чем меньше сечение, тем больше будет нагреваться проводник; в нек-рых случаях нагревание м. б. столь значительным, что проводник накалится и может расплавиться. За исключением электр. ламп, нагревательных и электросварочных приборов и предохранителей, где Д. т. используется для практических целей, оно представляет собой потерю энергии.

Технический железнодорожный словарь. — М.: Государственное транспортное железнодорожное издательство. Н. Н. Васильев, О. Н. Исаакян, Н. О. Рогинский, Я. Б. Смолянский, В. А. Сокович, Т. С. Хачатуров. 1941.

.

  • ДЕФОРМОМЕТР
  • ДЖОУЛЬ

Смотреть что такое «ДЖОУЛЕВО ТЕПЛО» в других словарях:

  • джоулево тепло — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN Joule energy …   Справочник технического переводчика

  • джоулево тепло — Džaulio šiluma statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. Joule heat; Joulean heat vok. Joulesche Wärme, f rus. джоулево тепло, n; тепло Джоуля, n pranc. chaleur de Joule, f; chaleur Joule, f …   Fizikos terminų žodynas

  • тепло Джоуля — Džaulio šiluma statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. Joule heat; Joulean heat vok. Joulesche Wärme, f rus. джоулево тепло, n; тепло Джоуля, n pranc. chaleur de Joule, f; chaleur Joule, f …   Fizikos terminų žodynas

  • ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ РАЗРЯДЫ В

    — ГАЗАХ прохождение электрич. тока через ионизованные газы, возникновение и поддержание ионизованного состояния под действием электрич. поля. Термин разряд возник от обозначения процесса разрядки конденсатора через цепь, включающую в себя газовый… …   Физическая энциклопедия

  • Džaulio šiluma — statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. Joule heat; Joulean heat vok. Joulesche Wärme, f rus. джоулево тепло, n; тепло Джоуля, n pranc. chaleur de Joule, f; chaleur Joule, f …   Fizikos terminų žodynas

  • Joule heat — Džaulio šiluma statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. Joule heat; Joulean heat vok. Joulesche Wärme, f rus. джоулево тепло, n; тепло Джоуля, n pranc. chaleur de Joule, f; chaleur Joule, f …   Fizikos terminų žodynas

  • Joulean heat — Džaulio šiluma statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. Joule heat; Joulean heat vok. Joulesche Wärme, f rus. джоулево тепло, n; тепло Джоуля, n pranc. chaleur de Joule, f; chaleur Joule, f …   Fizikos terminų žodynas

  • Joulesche Wärme — Džaulio šiluma statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. Joule heat; Joulean heat vok. Joulesche Wärme, f rus. джоулево тепло, n; тепло Джоуля, n pranc. chaleur de Joule, f; chaleur Joule, f …   Fizikos terminų žodynas

  • chaleur Joule — Džaulio šiluma statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. Joule heat; Joulean heat vok. Joulesche Wärme, f rus. джоулево тепло, n; тепло Джоуля, n pranc. chaleur de Joule, f; chaleur Joule, f …   Fizikos terminų žodynas

  • chaleur de Joule — Džaulio šiluma statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. Joule heat; Joulean heat vok. Joulesche Wärme, f rus. джоулево тепло, n; тепло Джоуля, n pranc. chaleur de Joule, f; chaleur Joule, f …   Fizikos terminų žodynas

Джоулево тепло — Энциклопедия по машиностроению XXL

В начальный момент сварки скорость плавления электродного металла небольшая, но по мере разогрева электрода джоулевым теплом проходящего по нему тока скорость его плавления увеличится в два раза, т. е. на 100% и более при значительных плотностях тока. При этом увеличиваются и ix , потери же на угар и разбрызгивание практически не изменяются. Нормальное качество наплавки или шва будет обеспечено, если скорость плавления электрода в начале будет отличаться от скорости в конце не более чем на 30%. Джоулево тепло определяется уравнением  [c.25]
ЧТО иное как джоулево тепло. Если ток силой I протекает по сопротивлению Я, то производимое за время т джоулево тепло равно i R т.  
[c.46]

Какая доля света не пропускается металлом вследствие отражения и какая задерживается в нем благодаря поглощению, зависит от его проводимости. В идеальном проводнике, где потери на джоулево тепло вообще отсутствуют, поглощение равно нулю, так что падающий свет полностью отражается. Очень чистые серебряные пленки, применяемые в интерферометрах Фабри—Перо, приближаются к этому идеалу. Удавалось изготовить пленки, у которых отражение достигало 98—99%, а поглощение составляло около 0,5%. Особенно высока отражательная способность (до 99,8%) такого хорошо проводящего металла, как натрий, и поглощение в нем соответственно незначительно. В металлах, хуже проводящих, например в железе, отражение может составлять всего лишь 30— 40%, так что непрозрачная пленка железа толщиной не более доли микрона поглощает около 60% падающего на нее света.  

[c.489]

При движении электропроводной жидкости в электрическом и магнитном нолях возникает электромагнитная объемная сила (э. о. с.), иногда называемая пондеромоторной силой, которая действует на все частицы жидкости. Кроме того, при прохождении через жидкость электрического тока выделяется джоулево тепло.  [c.177]

Если этот дополнительный член, выражающий работу электромагнитной силы, сложить с джоулевым теплом  [c.203]

Такой режим получается при отсутствии джоулева тепла, но это возможно лишь при отсутствии электрического тока, а следовательно, и электромагнитной силы.  [c.242]

В лабораторных условиях энергия обычно поступает в плазму в виде джоулева тепла при прохождении, электрического тока. Ее основную часть получают электроны, которые при столкновениях передают часть энергии тяжелым частицам. Поэтому на практике равенство Те и Гг выполняется не вполне строго.  

[c.231]

Эффект Пельтье. Из (8.81) и (8.82) легко находим, что при прохождении в изотермических условиях через спай двух различных проводников электрического тока в спае выделяется или поглощается (в зависимости от направления тока) теплота, пропорциональная силе тока (эффект Пельтье). Наряду с этим еще всегда выделяется положительное джоулево тепло. Но оно пропорционально квадрату силы тока поэтому при достаточно малом токе можно пренебречь джоулевым теплом по сравнению с теп-  [c.161]

Первый член в правой части (8.101) представляет джоулево тепло, третий — тепловой поток, связанный с теплопроводностью, а второй — термоэлектрическое тепло, связанное с эффектом Томсона.  [c.163]

Этот критерий можно назвать тепловым числом На,. Он ха рактеризует отношение джоулева тепла, выделяющегося в еди нице объема движущейся электропроводной среды, к теплу, по ступающему в единичный объем вследствие теплопроводности  

[c.403]


Во многих технических задачах джоулево тепло значительно превосходит тепло, образованное действием вязкости, или имеет одинаковый порядок с последним.  [c.404]

Первое из уравнений выражает постоянство массового расхода газа вдоль канала, второе — изменение количества движения, третье — изменение энергии движущегося газа, четвертое — уравнение состояния газа, величина Q означает отнесенное к единице массы тепло, полученное потоком (исключая джоулево тепло). Из этих уравнений найдем изменение скорости и числа М вдоль оси канала. Для этого продифференцируем уравнения (XV.42) и (XV.45) по д  [c.410]

Потеря энергии на джоулево тепло в цепи определится функцией рассеивания (6.4)  

[c.203]

Проведение реакции в гальваническом элементе. В гальваническом элементе имеет место химическая реакция между электролитом и веществом, из которого сделан положительный электрод в результате этой реакции в замкнутой цепи элемента поддерживается постоянный ток. Если сопротивление внешней цепи настолько велико и, следовательно, сила тока столь мала, что выделяющимся в цепи джоулевым теплом можно пренебречь, то прохождение тока и вызванную им реакцию можно считать обратимым процессом, происходящим в условиях постоянного давления и температуры.  [c.311]

Примером обратимой реакции при постоянных Тир является реакция, происходящая в гальваническом элементе между электролитом и веществом положительного электрода при малой силе тока В замкнутой цепи, когда джоулевым теплом можно пренебречь. По ве- личине максимальной э. д. с. элемента можно определить максимальную работу, а следовательно, и убыль изобарного потенциала в данной реакции.  [c.319]

Первый множитель в формуле (37-1) выражает термический к. п. д. обратимого теплового двигателя, второй показывает уменьшение этого к. п. д. в результате необратимых потерь в термоэлементе, вызываемых джоулевым теплом и теплопроводностью проводников.  [c.471]

В реальных конструкциях конфигурация детали предопределяет более сложную (двухмерную или трехмерную) картину температурного поля. Для некоторых случаев оно исследовано численным методом с помощью ЭВМ в [32]. Для медной стенки с размерами, показанными на рис. 14, д (5 = 20 мм), тл q = 1,5-10 Вт/м получено At = 143 °С. При уменьшении густоты расположения или относительной щирины каналов охлаждения перепады температуры резко увеличиваются (см. рис. 14, б, где при том же q At . = 379 °С). Для стенки холодного тигля при высокой температуре расплава, например при плавке ниобия, когда q может доходить до 3,4-10 Вт/м ,в конструкции по рис. 14, а At = 325 °С. С учетом выделения джоулевого тепла в стенке тигля от  [c.39]

Используя данные о полях источников джоулевого тепла и скоростей V, решают задачу о поле температур t, °С, с учетом как молекулярной и турбулентной теплопроводности, так и конвекции (методика 10).  [c.93]

Тогда, если из второго уравнения вычесть первое, получим потери на джоулево тепло  [c.77]

Рассмотрим прежде всего метод вакуумного испарения (рис. 2.1). Напыляемый материал / нагревается до температуры, при которой происходит интенсивное его испарение. Нагрев осуществляется или джоулевым теплом, выделяющимся в спирали (лодочке) испарителя (рис.2.1, а), или с помощью электронного луча 6, падающего на образец (рис. 2.1, б). Поток испарившихся атомов 2 падает на  [c.59]

Эффект Пельтье состоит в том, что при пропускании тока через контакт двух разнородных материалов в дополнение к джоулеву теплу в контакте выделяется или поглощается тепло, количество которого Qn пропорционально заряду It, прошедшему через контакт  [c.263]

Так как мгновенная мощность двигателя характеризуется его э. д. с. и током, а меняющиеся потери в двигателе, вызывающие его нагревание (потери на джоулево тепло), пропорциональны квадрату силы тока, то выбор мощности двигателя для переменного режима  [c.34]


Формула (1-19) описывает изменение отражательной способности металлов в зависимости от оптических констант п и %. При этом следует иметь в виду, что показатель поглощения % характеризует здесь не истинное поглощение, связанное с переходом электромагнитной энергии в теплоту, а затухание, связанное в основном со скин-эффектом. Из падающего на поверхность металла излучения поглощается и переходит в джоулево тепло весьма незначительная часть энергии поля. Основная доля падающей энергии отражается обратно в окружающую среду. Это отражение связано с интенсивным излучением электронами металла вторичных волн под действием поля падающей волны.  [c.23]

Эти соотношения позволяют найти величину всех трех термоэлектрических эффектов, если известен хотя бы один и если 5 или р, известны в небольшом интервале температур вблизи Т. Применяемые на практике методы определения 5, р и П изложены в работах Бернара [3] и Блатта [12]. При выводе приведенных выше соотношений Томсон полагал, что такие обратимые процессы, как эффекты Пельтье и Томсона, можно рассматривать вне зависимости от происходящих одновременно необратимых явлений теплопроводности и выделения джоулева тепла. Наличие необратимых процессов делает сомнительным применение второго начала термодинамики в обратимой форме, однако Томсон получил правильный результат. Общая теория, рассматривавшая одновременно обратимые и необратимые процессы, была развита в 1931 г. Онсагером [47, 48]. Ее основы изложены Бернаром [3].  [c.271]

Взаимодействие света с металлом приводит к возникновению вынужденных колебаний свободных электронов, находящихся внутри металлов. Такие колебания вызывают вторичные волны, приводящие к сильному отражению света от металлической поверхности и сравнительно слабой волне, идущей внут])ь металла. Чем больше электропроводность металлов, тем сильнее происходит отражение света от нх поверхности. В идеальном проводнике, для которого а -> оо, поглощение полностью отсутствует н весь падающий на его поверхность свет отражается. Поэтому заметный слой металла является непрозрачным для видимого света. Сильное поглощение проникающей внутрь металла световой волны обусловлено превращением энергии волны в джоулево тепло благодаря взаимодействию почти свободных электро1Юв, испытываюидих вынужденные колебания под действием световой волны.  [c.61]

Вопрос о температуре электронов действительно вызывает некоторые сомнения в монографии Мотта и Джонса [37] на стр. 263 имеется следующее замечание по этому поводу Отметим, что при выводе приведенной выше формулы передача энергии от электронов к ко.ттебаыияи решетки не рассматривалась. Однако выделение джоулева тепла происходит именно благодаря этой передаче энергии. Когда электрон сталкивается с ко-.леб.лющимся атомом, он может обменять энергию то же происходит при столкнове-  [c.218]

При исследовании движения электропроводной жидкости в электрическом и магнитном полях приходится учитывать эти два новых воздействия, внося в уравнения движения и энергии соответствующие дополнительные члены. Это обстоятельство приводит к увеличению числа переменных и к необходимости соответствующего увеличения числа уравнений такими дополнительными уравнениями являются уравнения электродинамики Максвелла. Совокупность уравнени Максвелла, уравнений Навье — Стокса, в которые внесены электромагнитные объемные силы, уравнения энергии, включающего джоулево тепло, и уравнения состояния представляет собой систему дифференциальных уравнений магнитной гидрогазодинамики.  [c.177]

В уравнении энергии (74) член, учитывающий джоулево тепло, можно выразить через магнитнувз индукцию. Для этого следует использовать уравнение Максвелла (65). В результате получим  [c.201]

В замкнутой электрической цепи, обладающей столь малым электрическим сопротивлением, что выделением джоулева тепла можно пренебречь, электрический ток производит полезную внешнюю работу e IZ (где е — э. д. с. элемента, а dZ — количество электричества, протекающего через элемент). Соответственно произведенной полезной внешней работе изменяется энергия гальванического элемента последняя запасена в элементе в виде химической энергии и ее уменьшение количественно выражается в изменении массы исходного вещества электродов и состава электролита.  [c.154]

Сумма полезной энергии — jEvjw и джоулева тепла j vj w, отнесенных к 1 кг текущего газа и приходящихся на 1 м длины канала, должна  [c.303]

В тех случаях, когда металлическая деталь, контактирующая с расплавом, находится в переменном магнитном поле (и не прозрачна для него), в ней выделяется джоулево тепло, добавляющееся к теплу, приходящему от расплава, что увеличивает тепловой поток, отдаваемый деталью охладающей его среде. Такая ситуация имеет место в секциях холодного тигля, а в ряде случаев и в поддонах ИПХТ-М. Отметим, что при максимальных рабочих параметрах ИПХТ-М (А электрические потери в холодном тигле могут достигать 30—40% от тепловых потерь. Соответственно плотность теплового потока, отдаваемого охлаждающей среде в зоне контакта тигля с расплавом, может доходить до 5,010 Вт/м  [c.37]

Этот КПД указывает ту часть электрической энергии, которая воспринимается нагрузкой. Остальная ее часть выделяется в виде джоулева тепла внутри самого МГДГ, в то время как в турбине эта часть тепла, будучи низкотемпературной, теряется. Однако выделение джоулева тепла в МГДГ приводит к увеличению энтропии, т. е. к уменьшению полезно используемой разности энтальпий при том же перепаде давлений. Поэтому электрический КПД имеет значение для определения внутреннего КПД МГДГ. При постоянстве скорости и теплоемкости РТ можно считать, что  [c.76]


Наиболее эффективными материалами для создания как термоэлектрических холодильников, так и термогенераторов являются материалы с максимальной величиной а о/%. Для термоэлектрического охлаждения необходим материал с высокими значениями коэффициента Пельтье и удельной электропроводности. Последнее требование обусловлено тем, что в добавление к теплу Пельтье всегда выделяется и джоулево тепло и, чтобы эффект джоулева нагрева не перекрыл эффект охлаждения, необходимы материалы с хорошей электропроюдностью. С другой стороны, при одном- и том же количестве тепла, выделяющемся вследствие эффекта Пельтье на одном контакте и поглощающемся на другом, разность температур между контактами будет тем больше, чем меньше теплопередача от горячего конца проводника к холодному, т. е. чем меньше коэффициент теплопроводности.  [c.265]

Метод термического испарения имеет разновидности, которые различаются по способу нагрева испаряе.мого материала. Наиболее простым является испарение с резистивного испарителя, который нагревает испаряемый материал за счет джоулевого тепла. Метод прн.меняется для испарения материалов с температурой испарения до 2000—2200 °С. Материал резистивного испарителя должен иметь температуру размягчения более высокую, чем температура испарения материала, не вступать с ним в химическую реакцию при высоких температурах. Испаряемый материал не должен диссоциировать при высоких температурах, сплавы и композиции должны иметь близкие друг к другу парциальные давления паров составных материалов при температуре испарения.  [c.426]

Определение метода. В центрах станка, на супорте котодрго укреплены катящие ролики, устанавливается и получает вращательное движение закаливаемая деталь (для деталей в форме тел вращения). Элементарный объём поверхностного слоя материала нагревается за счёт джоулева тепла, выделяющегося в месте контакта калящих роликов (электродов) с деталью.  [c.181]

Из оценок следует, что влияние джоулева нагрева при течении жидких металлов может стать заметным при На 10 . Результаты воздействия магнитного поля на теплоперенос при ламинарном движении жидкости между плоскими пластинами можно проследить на примере гартмановского течения. Из аналитического решения задачи о теплообмене [46] для двух типов граничных условий на непроводящих стенках (заданы постоянная температура или тепловой поток) в области теплового и гидродинамического установления видно, что увеличение На от нуля до бесконечности приводит к росту числа Nu примерно на 31% (от 7,55 до 9,87) для граничных условий первого рода и на 46% (от 8,24 ло 12) для условий второго рода (рис. 3.17). Очевидно, что с ростом На течение переходит от пуазейлевского к стержневому и процесс теплообмена идет так же, как в случае нагрева или охлаждения плоской пластины конечной толщины. При этом, однако, становится необходимым учет джоулева тепла.  [c.82]


Джоулевое нагревание — Joule heating

Процесс, при котором прохождение электрического тока через проводник производит тепло

Джоулев нагрев , также известный как резистивный , резистивный или омический нагрев , представляет собой процесс, при котором прохождение электрического тока через проводник производит тепло . {2} R}

Джоулев нагрев влияет на весь электрический проводник, в отличие от эффекта Пельтье, который передает тепло от одного электрического перехода к другому.

История

Джеймс Прескотт Джоуль впервые опубликовал в декабре 1840 года резюме в Proceedings of the Royal Society , в котором предполагалось, что тепло может вырабатываться электрическим током. Джоуля погружают длину проволоки в фиксированной массы из воды и измеряли температуру роста из — за известного тока , протекающего через проволоку в течение 30 минут периода. Путем изменения тока и длину проволоки он сделал вывод о том , что тепло , вырабатываемое была пропорциональна к квадрату тока , умноженного на электрическое сопротивление погруженной проволоки.

В 1841 и 1842 годах последующие эксперименты показали, что количество выделяемого тепла было пропорционально химической энергии, используемой в гальванической батарее, которая генерировала шаблон. Это привело Джоуля к отказу от теории теплоты (в то время преобладающей теории) в пользу механической теория тепла (согласно которой тепло является другой формой энергии ).

Резистивный нагрев был независимо изучен Генрихом Ленцем в 1842 году.

Единица СИ из энергии был впоследствии назван джоуль и обозначается символом J . Общеизвестная единица мощности, ватт , эквивалентна одному джоулю в секунду.

Микроскопическое описание

Джоулев нагрев вызывается взаимодействием между носителями заряда (обычно электронами ) и телом проводника (обычно атомарными ионами ).

Напряжения разница между двумя точками проводника создает электрическое поле , которое ускоряет носитель заряда в направлении электрического поля, давая им кинетическую энергию . Когда заряженные частицы сталкиваются с ионами в проводнике, частицы рассеиваются ; их направление движения становится случайным, а не совмещенным с электрическим полем, которое составляет тепловое движение . Таким образом, энергия электрического поля преобразуется в тепловую .

Потери мощности и шум

Джоулев нагрев называется омическим нагревом или резистивным нагревом из-за его связи с законом Ома . Он составляет основу для большого числа практических применений, связанных с электрическим нагревом . Однако в приложениях, где нагрев является нежелательным побочным продуктом использования тока (например, потери нагрузки в электрических трансформаторах ), отвод энергии часто называют резистивными потерями . Использование высоких напряжений в системах передачи электроэнергии специально разработано для уменьшения таких потерь в кабелях за счет работы с соизмеримо меньшими токами. Эти кольцевые цепи , или кольцевые сети, используемые в домах Великобритании являются еще одним примером, где энергия подается в торговые точки при более низких токах (на провод, используя два пути параллельно), таким образом уменьшая джоулево нагревание в проводах. Джоулева нагрева не происходит в сверхпроводящих материалах, поскольку эти материалы имеют нулевое электрическое сопротивление в сверхпроводящем состоянии.

Резисторы создают электрический шум, называемый шумом Джонсона – Найквиста . Существует тесная взаимосвязь между шумом Джонсона – Найквиста и джоулевым нагревом, объясняемая теоремой флуктуационно-диссипации .

Формулы

Постоянный ток

Наиболее фундаментальной формулой для джоулева нагрева является обобщенное уравнение мощности:

п знак равно я ( V А — V B ) {\ displaystyle P = I (V_ {A} -V_ {B})}

где

  • п {\ displaystyle P} это мощность (энергия в единицу времени), преобразованная из электрической энергии в тепловую,
  • я {\ displaystyle I} ток, проходящий через резистор или другой элемент,
  • V А — V B {\ displaystyle V_ {A} -V_ {B}} — падение напряжения на элементе.

Объяснение этой формулы ( ): п знак равно я V {\ Displaystyle P = IV}

( Энергия, рассеиваемая за единицу времени ) = ( Заряд, проходящий через резистор за единицу времени ) × ( Энергия, рассеиваемая за заряд, проходящий через резистор )

Предполагая , что элемент ведет себя как идеальный резистор , и что мощность полностью превращается в тепло, формула может быть переписана путем замены закону Ома , , в обобщенном уравнении мощности: V знак равно я ⋅ р {\ Displaystyle V = I \ cdot R}

п знак равно я V знак равно я 2 р знак равно V 2 / р {\ Displaystyle P = IV = I ^ {2} R = V ^ {2} / R}

где R — сопротивление . {*})}

где это разность фаз между током и напряжением, средствами действительной частью , Z представляет собой комплексное сопротивление , а Y * является комплексно — сопряженное от допуска (равные 1 / Z * ). ϕ {\ displaystyle \ phi} Re {\ displaystyle \ operatorname {Re}}

Подробнее о реактивном случае см. Мощность переменного тока ∆0}

Дифференциальная форма

Джоулевое нагревание также можно рассчитать в определенном месте в космосе. Дифференциальная форма уравнения джоулевого нагрева дает мощность на единицу объема.

d п / d V знак равно J ⋅ E {\ Displaystyle \ mathrm {d} P / \ mathrm {d} V = \ mathbf {J} \ cdot \ mathbf {E}}

Здесь — плотность тока, — электрическое поле. Для материала с проводимостью , и , следовательно , J {\ displaystyle \ mathbf {J}} E {\ displaystyle \ mathbf {E}} σ {\ displaystyle \ sigma} J знак равно σ E {\ Displaystyle \ mathbf {J} = \ sigma \ mathbf {E}}

d п / d V знак равно J ⋅ E знак равно J ⋅ J ρ знак равно J 2 / σ {\ Displaystyle \ mathrm {d} P / \ mathrm {d} V = \ mathbf {J} \ cdot \ mathbf {E} = \ mathbf {J} \ cdot \ mathbf {J} \ rho = J ^ {2} / \ sigma}

где — удельное сопротивление . {*}}

Высоковольтная передача электроэнергии переменным током

Воздушные линии электропередачи передают электрическую энергию от производителей электроэнергии потребителям. Эти линии электропередачи имеют ненулевое сопротивление и, следовательно, подвержены джоулева нагреву, который вызывает потери при передаче.

Разделение мощности между потерями при передаче (джоулева нагрева в линиях электропередачи) и нагрузкой (полезная энергия, передаваемая потребителю) может быть аппроксимировано делителем напряжения . Чтобы минимизировать потери при передаче, сопротивление линий должно быть как можно меньше по сравнению с нагрузкой (сопротивление бытовых приборов). Сопротивление линии сводится к минимуму за счет использования медных проводов , но характеристики сопротивления и источника питания бытовых приборов остаются неизменными.

Обычно между линиями и потреблением ставится трансформатор . Когда высоковольтный ток низкой интенсивности в первичной цепи (до трансформатора) преобразуется в низковольтный ток высокой интенсивности во вторичной цепи (после трансформатора), эквивалентное сопротивление вторичной цепи становится выше. и потери при передаче снижаются пропорционально.

Во время войны токов , переменный ток установка может использовать трансформаторы , чтобы уменьшить потери в линии от джоулева тепла, за счет более высокого напряжения в линиях передачи, по сравнению с DC установок.

Приложения

Джоулев нагрев или резистивный нагрев используется во многих устройствах и в промышленных процессах. Деталь, которая преобразует электричество в тепло за счет джоулева нагрева, называется нагревательным элементом .

Галерея: Различные применения джоулева нагрева

Есть много практических применений джоулева нагрева:

  • An Лампа накаливания светится , когда нить накала нагревается за счет джоулева тепла, из — за теплового излучения (называемый также излучение черного тела ).
  • Электрические предохранители используются как предохранители, размыкая цепь путем плавления, если протекает достаточно тока, чтобы расплавить их.
  • Электронные сигареты испаряют пропиленгликоль и растительный глицерин за счет джоулева нагрева.
  • В нескольких нагревательных устройствах используется джоулев нагрев, например, электрические плиты , электрические нагреватели , паяльники , картриджные нагреватели .
  • Некоторое оборудование для пищевой промышленности может использовать джоулев нагрев: прохождение тока через пищевой материал (который ведет себя как электрический резистор) вызывает выделение тепла внутри продукта. Переменный электрический ток в сочетании с сопротивлением пищи вызывает выделение тепла. Более высокое сопротивление увеличивает выделяемое тепло. Омический нагрев позволяет быстро и равномерно нагревать пищевые продукты, сохраняя при этом их высокое качество. Продукты с частицами нагреваются быстрее при омическом нагреве (по сравнению с традиционной термообработкой) из-за более высокого сопротивления.

Переработка пищевых продуктов

Джоулевое нагревание ( омическое нагревание ) — это асептический процесс мгновенной пастеризации (также называемый «высокотемпературной кратковременной» (HTST)), при котором через пищу пропускается переменный ток с частотой 50–60 Гц. Тепло генерируется за счет электрического сопротивления пищи. По мере нагрева продукта электрическая проводимость линейно увеличивается. Лучше всего использовать более высокую частоту электрического тока, так как это снижает окисление и металлическое загрязнение. Этот метод нагрева лучше всего подходит для пищевых продуктов, содержащих взвешенные в слабой солесодержащей среде твердые частицы из-за их высоких свойств сопротивления. Омический нагрев позволяет поддерживать качество пищевых продуктов за счет равномерного нагрева, что снижает порчу и чрезмерную обработку пищи.

Эффективность нагрева

Как технология нагрева, Джоулев нагрев имеет коэффициент полезного действия 1,0, что означает, что каждый джоуль подаваемой электроэнергии производит один джоуль тепла. Напротив, тепловой насос может иметь коэффициент более 1,0, поскольку он передает дополнительную тепловую энергию из окружающей среды в нагреваемый объект.

Определение эффективности процесса нагрева требует определения границ рассматриваемой системы. {2} \ over K}}

где:

d E / d Икс {\ displaystyle dE / dx} = потеря гидравлической энергии ( ) из-за трения потока в -направлении в единицу времени (м / день) — сравнимо с E {\ displaystyle E} Икс {\ displaystyle x} п {\ displaystyle P}
v Икс {\ displaystyle v_ {x}} = скорость потока в -направлении (м / сутки) — сравнимо с Икс {\ displaystyle x} я {\ displaystyle I}
K {\ displaystyle K} = гидравлическая проводимость почвы (м / сутки) — гидравлическая проводимость обратно пропорциональна гидравлическому сопротивлению, которое сравнивается с р {\ displaystyle R}

Смотрите также

Рекомендации

Гордюнин С.А. Закон сохранения энергии в электростатике // Квант

По специальной договоренности с редколлегией и редакцией журнала «Квант»

Закон сохранения энергии определяет в самом общем виде энергетический баланс при всевозможных изменениях в любой системе. Запишем его следующим образом:

                                         (1)

где Aвнеш — работа, совершенная над рассматриваемой системой внешними силами, ΔW — изменение энергии системы, Q — количество теплоты, выделяемое в системе. Договоримся, что если Aвнеш > 0, то над системой совершают положительную работу, а если Aвнеш < 0, положительную работу совершает система; если ΔW > 0, то энергия системы увеличивается, а если ΔW < 0, энергия уменьшается; наконец, если Q > 0, то в системе выделяется тепло, а если Q < 0, тепло системой поглощается.

В этой статье мы рассмотрим, как закон сохранения энергии «работает» в электростатике. В общем случае электростатическая система содержит взаимодействующие между собой заряды, находящиеся в электрическом поле.

Рассмотрим каждое слагаемое в уравнении (1) по отдельности.

Начнем с энергии. Энергия взаимодействия зарядов выражается через характеристики электрического поля этой системы зарядов. Так, например, энергия заряженного конденсатора емкостью C задается известным выражением

                                   (2)

где q — заряд обкладок, U — напряжение между ними. Напомним, что конденсатор — это система двух проводников (обкладок, пластин), обладающая следующим свойством: если с одной обкладки на другую перенести заряд q (т. е. одну обкладку зарядить зарядом +q, а другую –q), то все силовые линии созданного таким образом поля будут начинаться на одной (положительно заряженной) обкладке и заканчиваться на другой. Поле конденсатора существует только внутри него.

Энергию заряженного конденсатора можно представить также как энергию поля, локализованного в пространстве между пластинами с плотностью энергии  где E — напряженность поля. В сущности, именно этот факт дает основание говорить о поле как об объекте, реально существующем, — у этого объекта есть плотность энергии. Но надо помнить, что это просто эквивалентный способ определения энергии взаимодействия зарядов (которую теперь мы называем энергией электрического поля). Таким образом, мы можем считать энергию конденсатора как по формулам (2), так и по формуле

                                       (3)

где V — объем конденсатора. Последней формулой легко пользоваться, конечно, только в случае однородного поля, но представление энергии в такой форме очень наглядно, а потому удобно.

Конечно, кроме энергии взаимодействия зарядов (энергии электрического поля) в энергию системы может входить и кинетическая энергия заряженных тел, и их потенциальная энергия в поле тяжести, и энергия пружин, прикрепленных к телам, и т. п.

Теперь о работе внешних сил. Помимо обычной механической работы Aмех (например, по раздвиганию пластин конденсатора), для электрической системы можно говорить о работе внешнего электрического поля. Например, о работе батареи, заряжающей или перезаряжающей конденсатор. Задача батареи — создать фиксированную, присущую данному источнику разность потенциалов между теми телами, к которым она присоединена. Делает она это единственно возможным способом — забирает заряд от одного тела и передает его другому. Источник никогда не создает заряды, а только перемещает их. Общий заряд системы при этом сохраняется — это один из краеугольных законов природы.

В источниках разных конструкций электрическое поле, необходимое для перемещения зарядов, создают различные «механизмы». В батареях и аккумуляторах — это электрохимические реакции, в динамомашинах — электромагнитная индукция. Существенно, что для выбранной системы зарядов (заряженных тел) это поле — внешнее, стороннее. Когда через источник с ЭДС  от отрицательного полюса к положительному протекает заряд Δq, сторонние силы совершают работу

                                              (4)

При этом если Δq > 0, то Aбат > 0 — батарея разряжается; если же Δq < 0, то Aбат < 0батарея заряжается и в ней накапливается химическая (или магнитная) энергия.

Наконец, о выделении тепла. Заметим только, что это джоулево тепло, т.е. тепло, связанное с протеканием тока через сопротивление.

 

Теперь обсудим несколько конкретных задач.

Задача 1. Два одинаковых плоских конденсатора емкостью C каждый присоединены к двум одинаковым батареям с ЭДС . В какой-то момент один конденсатор отключают от батареи, а другой оставляют присоединенным. Затем медленно разводят пластины обоих конденсаторов, уменьшая емкость каждого в n раз. Какая механическая работа совершается в каждом случае?

Если процесс изменения заряда на конденсаторе осуществляется все время медленно, тепло выделяться не будет. Действительно, если через резистор сопротивлением R протек заряд Δq за время t, то на резисторе за это время выделится количество теплоты

При достаточно больших t количество теплоты Q может оказаться сколь угодно малым.

В первом случае фиксирован заряд на пластинах (батарея отключена), равный  Механическая работа определяется изменением энергии конденсатора:

Во втором случае фиксирована разность потенциалов на конденсаторе и работает батарея, поэтому

Через батарею протекает заряд

Этот заряд меньше нуля, значит, батарея заряжается и ее работа

Энергия поля в конденсаторе уменьшается:

Таким образом,

Зарядка батареи происходит за счет работы по раздвиганию пластин и за счет энергии конденсатора.

Заметим, что слова про раздвигание пластин существенной роли не играют. Такой же результат будет при любых других изменениях, приводящих к уменьшению емкости в n раз.

 

Задача 2. В схеме, изображенной на рисунке, найдите количество теплоты, выделившееся в каждом резисторе после замыкания ключа. Конденсатор емкостью C1 заряжен до напряжения U1, а конденсатор емкостью C2 — до напряжения U2. Сопротивления резисторов R1 и R2.

Рис. 1

Закон сохранения энергии (1) для данной системы имеет вид

 т. е.

Начальная энергия конденсаторов равна

Для определения энергии в конечном состоянии воспользуемся тем, что суммарный заряд конденсаторов не может измениться. Он равен  (для случаев, когда конденсаторы были соединены одноименно или разноименно заряженными пластинами соответственно). После замыкания ключа этим зарядом оказывается заряжен конденсатор емкостью C1 + C2 (конденсаторы емкостями C1 и C2 соединены параллельно). Таким образом,

 и

Как и должно быть, в обоих случаях выделяется тепло — есть джоулевы потери. Замечательно, что выделившееся количество теплоты не зависит от сопротивления цепи — при малых сопротивлениях текут большие токи и наоборот.

Теперь найдем, как количество теплоты Q распределяется между резисторами. Через сопротивления R1 и R2 в каждый момент процесса перезарядки текут одинаковые токи, значит, в каждый момент мощности, выделяемые на сопротивлениях, равны

 и

Следовательно,

Кроме того, . Поэтому окончательно

 

Задача 3. В схеме на рисунке 2 конденсатор емкостью C заряжен до напряжения U. Какое количество химической энергии запасется в аккумуляторе с ЭДС  после замыкания ключа? Какое количество теплоты выделится в резисторе?

Рис. 2

Первоначальный заряд на конденсаторе . После окончания перезарядки заряд на конденсаторе станет равным . Протекший через батарею заряд в случае, когда к минусу батареи подключена отрицательно заряженная обкладка конденсатора, будет равен

В противном случае  и при этом аккумулятор будет разряжаться (Δq > 0). А в первом случае при  аккумулятор заряжается (Δq < 0), и количество химической энергии, запасенной в аккумуляторе после замыкания ключа, равно работе батареи:

Теперь запишем закон сохранения энергии (1) –

– и найдем выделившееся количество теплоты:

 

Задача 4. Плоский конденсатор находится во внешнем однородном поле с напряженностью , перпендикулярной пластинам. На пластинах площадью S распределены заряды +q и –q. Расстояние между пластинами d. Какую минимальную работу надо совершить, чтобы поменять пластины местами? Расположить параллельно полю? Вынуть из поля?

Работа будет минимальной, когда процесс проводится очень медленно — при этом не выделяется тепло. Тогда, согласно закону сохранения энергии,

Чтобы найти ΔW, воспользуемся формулой (3). Поле между пластинами представляет собой суперпозицию поля  данного плоского конденсатора –

– и внешнего поля .

При перемене пластин местами поле  меняется на –, а поле снаружи не меняется, т. е. изменение энергии системы связано с изменением ее плотности между пластинами конденсатора:

Если направления векторов  и  были одинаковы, то плотность энергии между пластинами уменьшилась после перемены пластин местами, а если направления были противоположны, то плотность энергии увеличилась. Таким образом, в первом случае  — конденсатор хочет сам развернуться и его надо удерживать (A < 0), а во втором случае

Когда пластины конденсатора расположены параллельно полю  и  перпендикулярны друг другу. Энергия поля внутри конденсатора в этом случае равна . Тогда

Когда конденсатор вынули из поля, в том месте, где он был, поле стало , а в нем самом теперь поле , т.е. ΔW и Amin оказываются такими же, как и в предыдущем случае.

Задача 5. Конденсатор емкостью С без диэлектрика заряжен зарядом q. Какое количество теплоты выделится в конденсаторе, если его заполнить веществом с диэлектрической проницаемостью ε? То же, но конденсатор присоединен к батарее с ЭДС .

При заливании диэлектрика емкость конденсатора увеличилась в ε раз.

В первом случае фиксирован заряд на пластинах, внешних сил нет, и закон сохранения энергии (1) имеет вид

Отсюда

Тепло выделяется за счет уменьшения энергии взаимодействия зарядов.

Во втором случае есть работа батареи и фиксировано напряжение на конденсаторе:

Тогда из уравнения (1) следует

 

Задача 6. Две соединенные проводником пластины площадью S каждая находятся на расстоянии d друг от друга (это расстояние мало по сравнению с размерами пластин) во внешнем однородном поле с напряженностью , перпендикулярной пластинам (рис. 3). Какую работу надо совершить, чтобы сблизить их до расстояния d/2?

Рис. 3

Пластины эквипотенциальны, и между ними поля нет. Результатом работы по сближению является создание поля с напряженностью Е в объеме . Тогда, в соответствии с уравнениями (1) и (3),

 

Упражнения

1. Два одинаковых плоских конденсатора емкостью С каждый соединены параллельно и заряжены до напряжения U. Пластины одного из конденсаторов медленно разводят на большое расстояние. Какая при этом совершается работа?

2. Два конденсатора, каждый емкостью С, заряжены до напряжения U и соединены через резистор (рис. 4). Пластины одного из конденсаторов быстро раздвигают, так что расстояние между ними увеличивается вдвое, а заряд на пластинах за время их перемещения не изменяется. Какое количество теплоты выделится в резисторе?

Рис. 4

3. Плоский воздушный конденсатор присоединен к батарее с ЭДС . Площадь пластин S, расстояние между ними d. В конденсаторе находится металлическая плита толщиной d1, параллельная пластинам (рис. 5). Какую минимальную работу нужно затратить, чтобы удалить плиту из конденсатора?

Рис. 5

4. Большая тонкая проводящая пластина площадью S и толщиной d помещена в однородное электрическое поле с напряженностью , перпендикулярной поверхности пластины. Какое количество теплоты выделится в пластине, если поле мгновенно выключить? Какую минимальную работу надо совершить, чтобы удалить пластину из поля?

5. Одна из пластин плоского конденсатора подвешена на пружине (рис. 6). Площадь каждой пластины S, расстояние между ними в начальный момент d. Конденсатор на короткое время подключили к батарее, и он зарядился до напряжения U. Какой должна быть минимальная жесткость пружины, чтобы не произошло касание пластин? Смещением пластин за время зарядки пренебречь.

Рис. 6

Ответы.

1.  (весь заряд оказывается на конденсаторе, пластины которого не раздвигали).

2.  (в первый момент после разведения пластин замкнутыми друг на друга оказываются конденсатор емкостью С с напряжением U и конденсатор емкостью С/2 с напряжением 2U).

3.  (минимальная работа по удалению плиты равна разности изменения энергии конденсатора и работы батареи).

4.  (сразу после выключения внешнего поля в пластине есть поле поляризационных зарядов, напряженность которого равна Е\ удаление пластины из поля эквивалентно созданию поля с напряженностью Е в объеме пластины).

5.  (результат получается из закона сохранения энергии  и из условия равновесия пластины ).

Количество теплоты измеряют в — MOREREMONTA

Работа и количество теплоты

Внутренняя энергия тела изменяется при совершении работы, когда тело перемещается под действием приложенной к нему силы. Механическая работа равна силе, умноженной на путь, пройденный по направлению силы. Но это не единственный способ изменения энергии.

При установлении контакта между телами с разными температурами, в результате взаимодействия атомов и молекул на границе соприкосновения тел, происходит передача части внутренней энергии от тела с более высокой температурой к телу, у которого температура ниже.

Энергия, переданная телу в результате теплообмена, называется количеством теплоты. Для обозначения количества теплоты используется буква Q.

Рис. 1. Процесс теплообмена, теплопередачи.

В чем измеряется теплота

Любой вид энергии в физике измеряется с помощью единиц, которые названы в честь английского физика Джеймса Джоуля (1818-1889 г.г.). Для единицы измерения количества теплоты, наряду с работой и энергией в Международной системе единиц СИ используется джоуль (Дж — русское обозначение, J — международное).

Когда количество тепла представляет собой очень большую величину, допускается использование кратных единиц — килоджоуль (кДж), мегаджоуль (МДж), гигаджоуль (ГДж):

  • 1 кДж = 1000 Дж = 10 3 Дж;
  • 1 МДж = 1000000 Дж = 10 6 Дж;
  • 1 ГДж = 1000000000 Дж = 10 9 Дж.

Рис. 2. Портрет Джеймса Джоуля.

Джеймс Джоуль изучал закономерности термодинамических процессов. Своими экспериментами он доказал справедливость закона сохранения энергии и открыл закон, устанавливающий связь количества тепла и электрического тока в цепи. Теоретически определил скорость движения молекул газа и вывел формулу ее зависимости от температуры.

Калория

Джоуль в качестве универсальной энергетической единицы был введен в 1889 г. Но количество теплоты исследователи начали измеряли задолго до этого. Для этих целей была введена специальная единица — калория (от латинского слова calor — “тепло”), равная количеству теплоты, которое необходимо для нагревания одного грамма воды на один градус Цельсия при нормальном атмосферном давлении.

Калория (кал) и кратная ей единица — килокалория (ккал), до сих пор используются в качестве внесистемной единицы для некоторых областей деятельности. Например, килокалорию применяют в теплоэнергетике для расчетов потребленной тепловой энергии в домах, подключенных к централизованному отоплению в холодное время года.

Экспериментально установлено соответствие между калорией и джоулем, чтобы иметь возможность перевода количества тепла из одних единиц в другие:

  • 1 Дж = 0,2388 кал;
  • 1 кДж = 238,8 кал
  • 1 кал = 4,19 Дж;
  • 1 ккал = 4190 Дж.

Прибор для получения информации о количестве теплоты в научных экспериментах (физике, химии, биологии и медицине) называется калориметром. Внутреннее устройство калориметров определяется диапазоном температур, временем и характером изучаемых явлений.

Рис. 3. Примеры калориметров.

Что мы узнали?

Итак, мы узнали что единица количества теплоты — это джоуль. Наряду с джоулем используются кратные ему единицы. Кроме джоуля в отдельных областях деятельности допускается использование устаревшей единицы — калории.

“…- Сколько попугаев в тебе поместится, такой у тебя рост.
– Очень надо! Я не стану глотать столько попугаев!…”

Из м/ф “38 попугаев”

В соответствии с международными правилами СИ (международная система единиц измерения) количество тепловой энергии или количество тепла измеряется в Джоулях [Дж], также существуют кратные единицы килоДжоуль [кДж] = 1000 Дж., МегаДжоуль [МДж] = 1 000 000 Дж, ГигаДжоуль [ГДж] = 1 000 000 000 Дж. и пр. Эта единица измерения тепловой энергии является основной международной единицей и наиболее часто используется при проведении научных и научно-технических расчётов.

Однако, все из нас знают или хотя бы раз слышали и другую единицу измерения количества теплоты (или просто тепла) это калория, а также килокалория, Мегакалория и Гигакалория, что означают приставки кило, Гига и Мега, смотреть пример с Джоулями выше. В нашей стране исторически сложилось так, что при расчёте тарифов за отопление, будь то отопление электроэнергией, газовыми или пеллетными котлами принято считать стоимость именно одной Гигакалории тепловой энергии.

Так что же такое Гигакалория, килоВатт, килоВатт*час или килоВатт/час и Джоули и как они связаны между собой?, вы узнаете в этой статье.

Итак, основная единица тепловой энергии это, как уже было сказано, Джоуль. Но прежде чем говорить об единицах измерения необходимо в принципе на бытовом уровне разъяснить что такое тепловая энергия и как и для чего её измерять.

Всем нам с детства известно, чтобы согреться (получить тепловую энергию) нужно что-то поджечь, поэтому все мы жгли костры, традиционное топливо для костра – это дрова. Таким образом, очевидно, при горении топлива (любого: дрова, уголь, пеллеты, природный газ, солярка) выделяется тепловая энергия (тепло). Но, чтобы нагреть, к примеру, различные объёмы воды требуется разное количество дров (или иного топлива). Ясно, что для нагрева двух литров воды достаточно нескольких пален в костре, а чтобы приготовить полведра супа на весь лагерь, нужно запастись несколькими вязанками дров. Чтобы не измерять такие строгие технические величины, как количество теплоты и теплота сгорания топлива вязанками дров и вёдрами с супом, теплотехники решили внести ясность и порядок и договорились выдумать единицу количества теплоты. Чтобы эта единица была везде одинаковая её определили так: для нагрева одного килограмма воды на один градус при нормальных условиях (атмосферном давлении) требуется 4 190 калорий, или 4,19 килокалории, следовательно, чтобы нагреть один грамм воды будет достаточно в тысячу раз меньше теплоты – 4,19 калории.

Калория связана с международной единицей тепловой энергии – Джоулем следующим соотношением:

1 калория = 4,19 Джоуля.

Таким образом, для нагрева 1 грамма воды на один градус потребуется 4,19 Джоуля тепловой энергии, а для нагрева одного килограмма воды 4 190 Джоулей тепла.

В технике, наряду с единицей измерения тепловой (и всякой другой) энергии существует единица мощности и, в соответствии с международной системой (СИ) это Ватт. Понятие мощности также применимо и к нагревательным приборам. Если нагревательный прибор способен отдать за 1 секунду 1 Джоуль тепловой энергии, то его мощность равна 1 Ватт. Мощность, это способность прибора производить (создавать) определённое количество энергии (в нашем случае тепловой энергии) в единицу времени. Вернёмся к нашему примеру с водой, чтобы нагреть один килограмм (или один литр, в случае с водой килограмм равен литру) воды на один градус Цельсия (или Кельвина, без разницы) нам потребуется мощность 1 килокалория или 4 190 Дж. тепловой энергии. Чтобы нагреть один килограмм воды за 1 секунду времени на 1 грдус нам нужен прибор следующей мощности:

4190 Дж./1 с. = 4 190 Вт. или 4,19 кВт.

Если мы хотим нагреть наш килограмм воды на 25 градусов за ту же секунду, то нам потребуется мощность в двадцать пять раз больше т.е.

4,19*25 =104,75 кВт.

Таким образом, можно сделать вывод, что пеллетный котёл мощностью 104,75 кВт. нагревает 1 литр воды на 25 градусов за одну секунду.

Раз мы добрались до Ватт и килоВатт, следует и о них словечко замолвить. Как уже было сказано Ватт – это единица мощности, в том числе и тепловой мощности котла, но ведь кроме пеллетных котлов и газовых котлов человечеству знакомы и электрокотлы, мощность которых измеряется, разумеется, в тех же килоВаттах и потребляют они не пеллеты и не газ, а электроэнергию, количество которой измеряется в килоВатт часах. Правильное написание единицы энергии килоВатт*час (именно, килоВатт умножить на час, а не разделить), запись кВт/час – является ошибкой!

В электрокотлах электрическая энергия преобразуется в тепловую (так называемое, Джоулево тепло), и , если котёл потребил 1 кВт*час электроэнергии, то сколько же он выработал тепла? Чтобы ответить на это простой вопрос, нужно выполнить простой расчёт.

Преобразуем килоВатты в килоДжоули/секунды (килоДжоуль в секунду), а часы в секунды: в одном часе 3 600 секунд, получим:

1 кВт*час =[ 1 кДж/с]*3600 c.=1 000 Дж *3600 с = 3 600 000 Джоулей или 3,6 МДж.

1 кВт*час = 3,6 МДж.

В свою очередь, 3,6 МДж/4,19 = 0,859 Мкал = 859 ккал = 859 000 кал. Энергии (тепловой).

Теперь перейдём к Гигакалории, цену которой на различных видах топлива любят считать теплотехники.

1 Гкал = 1 000 000 000 кал.

1 000 000 000 кал. = 4,19*1 000 000 000 = 4 190 000 000 Дж.= 4 190 МДж. = 4,19 ГДж.

Или зная, что 1 кВт*час = 3,6 МДж пересчитаем 1 Гигакалорию на килоВатт*часы:

1 Гкал = 4190 МДж/3,6 МДж = 1 163 кВт*часов!

Если прочитав данную статью вы решили, проконсультироваться со специалистом нашей компании по любому вопросу, связанному с теплоснабжением, то вам Сюда!

Газовое оборудование Информация Приложения Единицы физических величин, физико-химические понятия, соотношения, состав и характеристики газов

Единицы измерения температуры и количества тепла
Основной единицей измерения температуры был градус Международной температурной шкалы, практически соответствующий градусу Цельсия. Эта величина равна 1/100 температурного интервала между 0 и 100 °С, т. е. между температурами плавления льда и кипения воды при давлении 760 мм рт. ст.

Абсолютной температурой называется температура, отсчитываемая от абсолютного нуля, т. е. от –273,16 °С, и измеряемая в градусах Кельвина (°К) . Градус Кельвина по величине не отличается от градуса Цельсия. Поэтому абсолютная температура выражается в градусах стоградусной шкалы следующим образом:

Т, °К = t, °С + 273,16

В системе СИ единицей измерения температуры установлен градус Кельвина. Допускается для выражения практических результатов измерений температуры применение градуса Цельсия наряду с градусом Кельвина, в зависимости от начала отсчета (положения нуля) по шкале.

Пример: 250±5 °С = 523,16±5 °К.

В системе СИ работа, энергия и количество теплоты измеряются в джоулях (Дж) . Иногда применяют более крупную и удобную для практических целей единицу — килоджоуль (кДж) , равный 1000 Дж. За единицу работы в СИ принимают работу, совершаемую силой в 1 Н на перемещении в 1 м. Энергия — физическая величина, показывающая, какую работу может совершить тело.

В качестве внесистемных тепловых единиц допускается применение калории и килокалории. Калория — это количество тепла, необходимого для нагрева 1 г воды на 1 °С (от 19,5 до 20,5 °С) .

1 кал (калория) = 4,1868 Дж;
1 ккал (килокалория) = 1000 кал = 4186,8 Дж = 4,187 кДж;
1 Мкал (мегакалория) = 106 кал = 4,1868 МДж;
1 Гкал (гигакалория) = 109 кал = 4186,8 МДж.

Для сравнения при оценке топлива применяется так называемое условное тепло, теплота сгорания которого для расчета принимается условно равной 7 Мкал/кг или 7 Гкал/т. В таких случаях говорят соответственно об 1 кг или 1 т условного топлива (т. у. т.) .

2.7Трение как источник тепла при нагреве.

При трении одного тела о другое в поверхностном слое на границе их раздела выделяется тепло. Это тепло при некоторых условиях может быть достаточным для значительного нагрева и сварки.

Пусть верхнее тело 1 прижато к телу 2 силой N и перемещается со скоростью V (рис.11). Для перемещения тела на величину S необходимо затратить работу , где – коэффициент трения, а – время перемещения.

Рис. 2.11. Схема, иллюстрирующая выделение тепловой мощности при трении.

Эта работа превращается в тепло Q. Тепловая мощность, развиваемая при движении:

; (4)

При трении практически все тепло идет в металл, поэтому:

, а .

Плотность теплового потока:

, (5)

где: – удельное давление (нормальное) на поверхности трения.

Наиболее легко реализовать сварку трением, используя вращение. В этом случае на скорость перемещения и выделение тепла в каждой точке влияет удаление точки от оси вращения. Вследствие теплопроводности выделившееся тепло распространяется по детали.

Если предположить, что тепло распределяется равномерно по стыку, то:

, (6)

где: B– постоянный коэффициент;

n– число оборотов одной детали относительно другой.

При реально применяемых Ро, n, f плотность теплового потока qF достигает примерно 400 Вт/см2. Такой концентрации энергии достаточно для высокопроизводительного нагрева металла до температуры (0,7…0,8)ТПЛ, при которой происходит сваривание.

Следует отметить, что при воздействии на детали ультразвуковых колебаний в результате микроперемещений и трения также выделяется тепло и происходит нагрев соприкасающихся поверхностей. Однако при этом наблюдается более сложное взаимодействие соседних кристаллов (их дробление, появление микротоков и др.). При достаточной мощности ультразвуковых колебаний можно сварить некоторые металлы. Температура нагрева, удельный тепловой поток здесь меньше, чем при сварке трением.

2.8Джоулево тепло при сварке.

При пропускании тока в проводнике (рис.2.12) выделяется тепло, определяемое законом Джоуля-Ленца:

. (7)

Полная тепловая мощность:

, (8)

где I– ток, проходящий по проводнику;

R– сопротивление проводника.

Рис. 2.12. Проводник с током.

Так как все тепло выделяется в проводнике и практически расходуется на его нагрев, то и .

Тепло выделяется в каждой точке объема металла, т.е. имеем объемно распределенный источник нагрева. Найдем объемную плотность энергии:

, (9)

где: – длина проводника;

– поперечное сечение;

– удельное электрическое сопротивление;

– плотность тока в проводнике.

Известно, что зависит от температуры Т:

, (10)

где: – удельное сопротивление при ;

– температурный коэффициент электрического сопротивления.

При сварке температура достигает значительной величины, поэтому изменяется в широких пределах (см. табл. 2.4).

Таблица 2.4.

Удельное электрическое сопротивление

Материал

Сталь 10

Нержавеющая сталь

Медь

Д16Т

, Ом/см

15 10-6

70 10-6

1,75 10-6

5,8 10-6

, Ом/см

110 10-6

120 10-6

5,75 10-6

Если в каком-либо объеме проводника температура повысится, то в этом объеме будет повышенное выделение тепла за счет увеличения .

Джоулево тепло широко используют в сварочной технике. Применяя значительные плотности тока, можно при необходимости очень быстро (за тысячные доли секунды) нагреть металл до расплавления и осуществить сварку.

При сварке, как правило, имеется граница раздела между проводниками, которая несколько изменяет процессы выделения тепла. Граница раздела изменяет распределение тока. Из-за несовершенства контакта и наличия неровностей на поверхностях линии тока будут сужаться в определенных зонах (рис. 2.13.).

Рис. 2.13. Характер распределения линий тока при наличии границы раздела.

Сужение линий тока условно выражают введением дополнительного контактного сопротивления RК.

Тогда:

,

где: – сопротивление материала;

– полное сопротивление деталей.

Следует отметить, что граница раздела не имеет существенного значения, если действует значительное сжимающее усилие (точечная или роликовая сварка, стыковая сварка с предварительным сжатием). В данном случае выступы очень быстро сминаются и линии тока равномерно распределяются по границе раздела. Основное тепло выделяется при этом в самом металле:

. (11)

Второе слагаемое в балансе тепла составляет всего (5…10)%.

Значительную роль граница играет в случае, если сжимающее усилие отсутствует (стыковая сварка с предварительным оплавлением и др.). Тогда выступы и сужение линий тока сохраняются в течение всего процесса нагревания, и на границе раздела выделяется до 30% всего тепла, а в металле около 70%.

Джоулево тепло используют также при электрошлаковой сварке, когда ток пропускают через расплавленный электропроводный шлак, имеющий сопротивление RШ. В шлаке выделяется тепло:

.

Температура шлака доводится до (1800…2200)оС (при сварке сталей). При такой температуре основной и присадочный металлы расплавляются и свариваются.

При индукционном нагреве с помощью тока высокой частоты (ТВЧ) (рис. 2.14.) в каждом замкнутом контуре проводника индуктируется ЭДС и по контуру проходит ток. Вследствие эффекта вытеснения ток главным образом проходит в поверхностном слое:

. (12)

Здесь: – удельное электросопротивление;

– частота тока;

– магнитная проницаемость;

– глубина поверхностного слоя, где выделяется 90% всего тепла.

Рис. 2.14. Схема нагрева образца с помощью ТВЧ:

1 – источник ТВЧ; 2 – индуктор;

3 – нагреваемая заготовка.

Величина , мм, приведена в табл. 2.5.

Табл. 2.5.

Глубина поверхностного слоя

Материал

Низкоуглеродистая сталь при Т=20оС

Низкоуглеродистая сталь при Т=800оС

Медь

при Гц

0,2

6,5

0,67

при Гц

0,02

0,65

0,067

Из таблицы видно, что величина незначительна, т.е. можно считать, что нагрев ТВЧ – поверхностный. Глубинные слои металла нагреваются благодаря теплопроводности. Поэтому нагрев идет значительно медленнее, чем при обычном прохождении тока через металл.

Потери тепла на нагрев индуктора и в окружающую среду составляют около половины всей мощности, поэтому .

Что такое Джоулевое нагревание? | SimWiki

Джоулевое нагревание — это физический эффект, при котором прохождение тока через электрический проводник производит тепловую энергию. Эта тепловая энергия затем проявляется в повышении температуры материала проводника, отсюда и термин «нагрев». Можно рассматривать джоулева нагревание как преобразование между «электрической энергией» и «тепловой энергией», следуя принципу сохранения энергии.

История и терминология

Эффект нагрева был впервые изучен и охарактеризован известным тогда ученым-любителем Джеймсом Прескоттом Джоулем примерно в 1840 году. 1 \) .

Среди этих экспериментов было исследование связи между электрическим током, протекающим через проводник, и повышением его температуры. Эксперимент состоял из погруженного в воду провода, подключенного к клеммам батареи. Когда контур был включен, можно было измерить повышение температуры воды. Анализ записанных данных привел к исходной форме соотношения, ныне известного как первый закон Джоуля, согласно которому «тепло, выделяемое в проводе за единицу времени, пропорционально сопротивлению провода и квадрату силы тока».2R \ tag {1} $$

где:

  • \ (H \) — тепло, выделяемое проводником, в Джоулях;
  • \ (I \) — электрический ток, протекающий по проводнику, в амперах;
  • \ (R \) — электрическое сопротивление, Ом;
  • \ (t \) — прошедшее время в секундах.

Самый распространенный современный способ записать соотношение, задаваемое законом, включает генерируемую мощность \ (P \) вместо тепла и времени:

$$ \ frac {H} {t} = P = I ^ 2R \ tag {2} $$

Как это работает?

Тогда было известно, благодаря Джоуля, что тепло в проводнике генерируется под действием электрического тока, но как?

Электрический ток — это не что иное, как движение потока электронов, вызванное так называемой «электродвижущей силой»: разницей в электрическом потенциале через две точки в материале, которая имеет тенденцию заставлять электроны в материале двигаться.Обратите внимание, что он «имеет тенденцию» вызывать движение, потому что это движение зависит от многих факторов: наличия свободных электронов для перемещения, «легкости», с которой электроны могут двигаться, и величины электродвижущей силы. Этот эффект резюмируется в законе Ома:

$$ I = \ frac {V} {R} \ tag {3} $$

В нем говорится, что электрический ток \ (I \), который представляет собой количество движущегося электрического заряда в единицу времени, протекающего через проводник, пропорционален разности электрических потенциалов на его концах \ (V \) и обратно пропорционален сопротивление материала проводника \ (R \).

Это сопротивление представляет собой противодействие проводника току: чем выше сопротивление, тем труднее течь току. Эксперименты показали, что сопротивление зависит не только от материала проводника, но и от его геометрии (длины и площади поперечного сечения). Следовательно, указывается внутреннее свойство материала, удельное сопротивление, такое, что сопротивление (\ (R \)) проводника можно рассчитать как:

$$ R = \ frac {\ rho l} {A} \ tag {4} $$

где:

  • \ (\ rho \) — собственное удельное сопротивление материала проводника;
  • \ (l \) — длина проводника между точками приложения разности электрических потенциалов;
  • \ (A \) — площадь поперечного сечения проводника. 3 \).

    Но как все это связано с джоулевым нагревом? Глядя на закон Джоуля, мы можем видеть, что для данного тока, чем выше сопротивление проводника, тем больше тепла выделяется. Проще говоря, чем сложнее перемещать электроны по проводнику, тем больше работы затрачивается на их перемещение, работа, которая непосредственно преобразуется в тепло в материале. А «напрямую» означает, что в этом процессе энергия не теряется в других формах. Действительно, это один из немногих в природе процессов, обладающих такой характеристикой.

    Как рассчитать Джоулевое нагревание?

    Учитывая, что у нас есть электрический проводник (может быть проволокой, стержнем или пластиной) длиной \ (l \), площадью поперечного сечения \ (A \), который сделан из материала с удельным сопротивлением \ (\ rho \) , можно рассчитать его электрическое сопротивление с помощью уравнения 4, которое было опубликовано выше.

    $$ R = \ frac {\ rho \ l} {A} \ tag {4} $$

    Если проводник затем подвергается воздействию разности электрических потенциалов \ (V \) на его концевых выводах (при постоянном токе), ток \ (I \) будет течь через него, согласно закону Ома, из уравнения 3:

    $$ I = \ frac {V} {R} \ tag {3} $$

    Мощность \ (P \), рассеиваемая в проводнике и превращающаяся в тепло, определяется законом Джоуля.2R \ tag {2} $$

    Количество тепла \ (Q \) затем накапливается в проводнике через время \ (t \):

    $$ Q = Pt \ tag {5} $$

    Скорость повышения температуры в проводнике может быть определена с помощью соотношения:

    $$ T = \ frac {Q} {cm} \ tag {6} $$

    Где \ (c \) — удельная теплоемкость материала, а \ (m \) — полная масса проводника.

    Здесь предполагается, что все геометрические и материальные параметры постоянны по всей длине проводника и что для величин используется согласованная система единиц.2R \ tag {8} $$

    А в остальном расчет остается равным.

    Приложения для нагрева Джоулей

    Джоулевое нагревание материалов широко используется во многих приложениях дома, на транспорте и в промышленных изделиях. Назову несколько:

    Лампы накаливания , в которых нить накаливания нагревается электричеством и излучается свет.

    Духовки сопротивления, , в которых тепло от проводника используется посредством теплового излучения и конвекции.Например:

    • Домашняя печь-бройлер, в которой в верхней части духовки размещены резисторы для нагрева пищи с этого направления.
    • тостеры, в которых сверху и снизу размещены сопротивления для разогрева пищи со всех сторон.
    • промышленные электрические печи, в которых с каждой стороны размещены резисторы для равномерного нагрева обрабатываемого продукта, например, для отверждения краски или удаления влаги.

    Сопротивление прямого нагрева, , где тепло от проводника используется за счет прямого теплового потока.Примеры:

    • печи сопротивления, в которых горшок ставится непосредственно над тостером для хлеба
    • , где есть сопротивление с каждой стороны ломтика хлеба в прямом контакте
    • Нагрев лобового стекла автомобиля, где сопротивление прилипает к стеклу для его нагрева равномерно и предотвращать конденсацию,
    • офисная кофеварка, в которой сопротивление используется в два этапа: сначала для кипячения воды и ее повышения, а затем для поддержания температуры кастрюли

    Индукционный нагрев, где переменные магнитные поля индуцируют токи, протекающие в материале, что создает эффект Джоуля.2 \).

    Один важный аспект, который следует обсудить при разговоре о применении электрического отопления, — это энергоэффективность. Как было сказано ранее, преобразование электрической энергии в тепло в процессе обработки материала проводника не приводит к потерям. Это означает, что этот процесс на 100% энергоэффективен. Хотя этого нельзя сказать о том, как используется тепло от проводника. Будь то теплопроводность, конвекция, излучение или накал, применение электрического тепла имеет тенденцию быть ужасно неэффективным, потому что большая часть тепла теряется в окружающей среде, а не в полезном применении.6 \), где показано, что светодиодная лампа может потреблять примерно в пять раз меньше энергии при том же количестве излучаемого света. Забота об окружающей среде привела к замене многих неэффективных приложений электрического отопления на более эффективные технологии, такие как лампы накаливания для светодиодов или электрические плиты, духовки и обогреватели для природного газа.

    Последнее обновление: 24 февраля 2021 г.

    Решила ли эта статья вашу проблему?
    Как мы можем добиться большего?

    Мы ценим и ценим ваши отзывы.

    Отправьте свой отзыв