Judant bet kuriame laidininke elektros srovė perduoda jam šiek tiek energijos, todėl laidininkas įkaista. Energijos perdavimas vyksta molekulių lygyje: dėl srovės elektronų sąveikos su laidininko jonais arba atomais dalis energijos lieka pastariesiems.
Šiluminis srovės poveikis lemia greitesnį laidininko dalelių judėjimą. Tada jo vidinė energija didėja ir virsta šiluma.
Skaičiavimo formulė ir jos elementai
Šiluminį srovės efektą galima patvirtinti įvairiais eksperimentais, kur srovės darbas pereina į vidinę laidininko energiją. Tuo pačiu metu pastarasis didėja. Tada laidininkas perduoda jį aplinkiniams kūnams, tai yra, šilumos perdavimas vyksta laidininkui kaitinant.
Šiuo atveju skaičiavimo formulė yra tokia: A=UIt.
Šilumos kiekį galima žymėti Q. Tada Q=A arba Q=UIt. Žinant, kad U=IR,pasirodo, Q=I2Rt, kuris buvo suformuluotas Džaulio-Lenco įstatyme.
Šiluminio srovės veikimo dėsnis – Džaulio-Lenco dėsnis
Laidininką, kuriuo teka elektros srovė, ištyrė daugelis mokslininkų. Tačiau ryškiausius rezultatus pasiekė Jamesas Joule'as iš Anglijos ir Emilis Khristianovičius Lenzas iš Rusijos. Abu mokslininkai dirbo atskirai, o išvados, pagrįstos eksperimentų rezultatais, buvo padarytos nepriklausomai vienas nuo kito.
Jie išvedė dėsnį, leidžiantį įvertinti šilumą, gaunamą dėl srovės poveikio laidininkui. Jie tai pavadino Džaulio-Lenco įstatymu.
Panagrinėkime praktiškai šiluminį srovės poveikį. Paimkite šiuos pavyzdžius:
- Įprasta lemputė.
- Šildytuvai.
- Saugiklis bute.
- Elektros lankas.
Kaitrinė lemputė
Šiluminis srovės poveikis ir dėsnio atradimas prisidėjo prie elektrotechnikos plėtros ir padidino elektros naudojimo galimybes. Kaip pritaikomi tyrimo rezultatai, galima pamatyti paprastos kaitrinės lemputės pavyzdyje.
Jis sukurtas taip, kad į vidų būtų įtrauktas siūlas iš volframo vielos. Šis metalas yra ugniai atsparus ir turi didelę varžą. Kai praeina pro lemputę, atsiranda šiluminis elektros srovės poveikis.
Laidžio energija virsta šiluma, spiralė įkaista ir pradeda švytėti. Lemputės trūkumas yra dideli energijos nuostoliai, nes tik dėl tomaža dalis energijos, ji pradeda švytėti. Pagrindinė dalis tiesiog įkaista.
Siekiant geriau tai suprasti, įvedamas naudingumo koeficientas, kuris parodo veikimo ir pavertimo elektra efektyvumą. Srovės efektyvumas ir šiluminis efektas naudojami įvairiose srityse, nes yra daug prietaisų, pagamintų remiantis šiuo principu. Daugiausia tai šildymo įrenginiai, elektrinės viryklės, katilai ir kiti panašūs įrenginiai.
Šildymo prietaisų įtaisas
Paprastai visų šildymo prietaisų konstrukcijoje yra metalinė spiralė, kurios funkcija yra šildymas. Jei vanduo šildomas, gyvatukas montuojamas atskirai, o tokiuose įrenginiuose išlaikomas balansas tarp energijos iš tinklo ir šilumos mainų.
Mokslininkai nuolat susiduria su iššūkiu sumažinti energijos nuostolius ir rasti geriausius būdus bei efektyviausias jų įgyvendinimo schemas, siekiant sumažinti šiluminį srovės poveikį. Pavyzdžiui, naudojamas įtampos didinimo būdas perduodant energiją, taip sumažinant srovės stiprumą. Tačiau šis metodas tuo pačiu sumažina elektros linijų eksploatavimo saugumą.
Kita tyrimų sritis yra laidų pasirinkimas. Juk nuo jų savybių priklauso šilumos nuostoliai ir kiti rodikliai. Be to, šildymo prietaisų veikimo metu išsiskiria daug energijos. Todėl spiralės gaminamos iš specialiai šiam tikslui sukurtų medžiagų, galinčių atlaikyti dideles apkrovas, medžiagas.
Buto saugikliai
Elektros grandinių apsaugai ir saugai pagerinti naudojami specialūs saugikliai. Pagrindinė dalis yra viela, pagaminta iš mažai tirpstančio metalo. Jis veikia porcelianiniame kamštyje, turi srieginį sriegį ir kontaktą centre. Kamštis įkišamas į kasetę, esančią porcelianinėje dėžutėje.
Švino viela yra bendros grandinės dalis. Jei elektros srovės šiluminis poveikis smarkiai padidės, laidininko skerspjūvis neatlaikys ir pradės tirpti. Dėl to tinklas atsidarys ir dabartinės perkrovos nebus.
Elektros lankas
Elektros lankas yra gana efektyvus elektros energijos keitiklis. Jis naudojamas suvirinant metalines konstrukcijas, taip pat yra galingas šviesos š altinis.
Įrenginys pagrįstas toliau nurodytais parametrais. Paimkite du anglies strypus, prijunkite laidus ir pritvirtinkite juos izoliuojančiuose laikikliuose. Po to strypai prijungiami prie srovės š altinio, kuris suteikia nedidelę įtampą, bet yra skirtas didelei srovei. Prijunkite reostatą. Miesto tinkle draudžiama įjungti anglis, nes tai gali sukelti gaisrą. Jei paliesite vieną anglį prie kitos, pamatysite, kaip jos karštos. Į šią liepsną geriau nežiūrėti, nes ji kenkia akims. Elektros lankas naudojamas metalo lydymo krosnyse, taip pat tokiuose galinguose apšvietimo įrenginiuose kaip prožektoriai, filmų projektoriai ir kt.
