VIII.osztály – 4.14. Joule törvénye – az elektromos áram hőhatása

1. Amikor egy vezetőn elektromos áram halad keresztül, a vezető felmelegszik. A fémhuzalok példáján magyarázzuk meg miért van ez így:

a szabad elektronok rendezett mozgást végeznek a vezetőben

a szabad elektronok ütköznek a kristályrács ionjaival

a  ionok  élénkebb rezgő  mozgást végeznek az egyensúlyi helyzetük körül

növekszik a vezető belső energiája

A vezető hőmérséklete növekszik. Egy pillanatban azonban megszűnik a vezető hőmérsékletének további   emelkedése, annak ellenére, hogy az energiaátadási folyamat tovább tart.

A vezető hőmérséklete azért nem emelkedik tovább, mert a vezetőben felszabadul egy bizonyos hőmennyiség, és a vezető ezt leadja a környezetének.

2. Hogyan számítható ki a vezetőben felszabaduló hőmennyiség?

Az energia megmaradásának törvénye szerint a vezetőben felszabaduló hőmennyiség egyenlő az elektromos áram által elvégzett munkával.

Az elektromos áram munkájánál alkalmazott  képleteket újra felírhatjuk:

Q [J] –  a vezetőben felszabaduló hőmennyiség

U [V] –  elektromos feszültség

I [A] –  elektromos áramerősség

R [Ω] –  elektromos ellenállás

t [s] –  idő

A hőmennyiség  mértékegysége a  joule (J).

James Prescott Joule (1818-1889)

3. Hogyan szól Joule törvénye?

A vezetőben felszabaduló hőmennyiség egyenlő a vezetőben folyó áramerősség négyzetének, a vezető elektromos ellenállásának és annak az időtartamnak a szorzatával ameddig ez az áramerősség fennáll a vezetőben.

4. Hol hasznosítják az elektromos áram hőhatását?

Sok háztartási készülék ( vasaló, hősugárzó,hajszárító, villanybojler…) arra szolgál, hogy az elektromos energiát hőenergiává alakítsa át.

Ezekben a készülékekben melegítők vannak, amelyek nagy fajlagos ellenállású, magas olvadáspontú (1000°C)  huzalokból  (cekász, kantál…) készülnek.