CCI20111111013

posługujemy się elektrycznym równoważnikiem cieplnym wyznaczonym przez Joule’a i Lenza

1 Ws = 0,24 cal/Ws

albo    1 kWh = 860 kcal/kWh

A zatem ilość ciepła wydzielona w przewodniku o oporze R, przez który płynie prąd o niezmiennym natężeniu I w ciągu czasu t, wyrazi się wzorem

Q = 860 R l^Zt    (1-10)

gdzie: Q — ilość ciepła w kcal,

I — natężenie prądu w A,

R — opór w Q, t — czas w h.

Wzór ten wyraża prawo Joule’a-Lenza wykryte jednocześnie przez uczonych angielskiego Joule’a i rosyjskiego Lenza.

Z prawa Joule’a-Lenza wynika, że ilość wytworzonego ciepła w przewodniku jest wprost proporcjonalna do kwadratu natężenia prądu, oporu przewodnika i czasu trwania przepływu prądu.

Przykład 1.2. Dla ogrzania (pokoju piecyk elektryczny wytwarza w ciągu godziny 1300 kcal. Obliczyć moc piecyka, natężenie pobieranego prądu i opór elementu grzejnego. Napięcie sieci, do której ma być przyłączony piecyk, wynosi 220 V.

Ilość wydzielonego ciepła

Q = 860 R V t = 860 V 1 t

skąd moc konieczna do wytworzenia tej ilości ciepła

O

P = VI = -    -

860 t

Podstawiając dane wyznaczymy moc piecyka

1500 W

1300-10^:*

860-1

Natężenie prądu

, _{M A}

U 220

Opór elementu grzejnego piecyka

R = rr- = ~^r!r == 37,3 ll I 5,9

Przy długotrwałym przepływie prądu przez przewodnik, pomimo stałego dopływu energii, wzrost temperatury przewodnika po pewnymi czasie ustaje. Początkowo po włączeniu prądu różnica temperatur przewodu i otoczenia jest mała i przeważająca część ciepła wytwarzanego przez prąd w przewodniku zużytkowuje się na jego ogrzanie, reszta zaś wypromieniowuje. W miarę ogrzewania przewodnika zwiększa się różnica temperatur przewodu i otoczenia, a więc zwiększa się ilość oddawanego do otoczenia ciepła. Po pewnym czasie różnica ta osiągnie taką wartość, przy której ilość ciepła wytwarzana w przewodniku w jednostce czasu i oddawana w tym czasie do otoczenia zrównają się; wówczas ustaje dalszy przyrost temperatury przewodnika.

Zjawisko przemiany energii elektrycznej w ciepło znalazło bardzo szerokie zastosowanie praktyczne do budowy żarówek, różnych aparatów grzejnych, jak elektryczne piece przemysłowe, grzejniki stosowane w gospodarstwie domowym itp.

Z drugiej strony zjawisko to w wielu urządzeniach i maszynach elektrycznych jest bardzo niepożądane, a więc nadmierne rozgrzewanie się pod wpływem prądu przewodów instalacji, uzwojeń w maszynach elektrycznych, transformatorów, przyrządów pomiarowych itp., może doprowadzić do zniszczenia izolacji i unieruchomienia urządzeń.

"Wobec tego wszelkiego rodzaju przewody zakładane w różnych instalacjach, jak również druty nawojowe stosowane do uzwojeń maszyn elektrycznych, transformatorów i rozmaitych aparatów elektrycznych muszą mieć odpowiednie przekroje ze względu na nagrzewanie się. Dobrane przekroje przewodów sprawdza się na dopuszczalny prąd albo jego gęstość, która wyraża się stosunkiem prądu płynącego przez przewód do jego przekroju, czyli gęstość prądu

J = —--—-jf    (1-H)

s mm

Odpowiednie dane można znaleźć w tablicach dopuszczalnych obciążalności przewodów.

1.7. Sprawność

We wszystkich urządzeniach przekształcających jeden rodzaj energii w inny powstają straty energii. Wielkością charakteryzu-

27