Legea lui JouleDefinitiaFormula Demonstratia Verificarea experimentala

James Prescott Joule n.24 decembrie 1818, d. 11 octombrie 1889) a fost un fizician englez autodidact i un fabricant de bere. A devenit celebru datorit unei experiene faimoase menit a determina echivalentului mecanic al caloriei, efectuat n anul 1842. Prin aceast experien, Joule a verificat principiul conservrii i transformrii energiei. Joule s-a nascut la Mancester la 24 decembrie 1818. El era de profesie berar. Primele lucrari ale lui Joule in fizica sint legate de inventia aparatelor electromagnetice, care erau exemple elocvente de transformare a fortelor fizice. Joule era excelent experimentator. Cercetind legile degajarii de caldura din curentul electric, el a inteles ca experientele cu surse galvanice nu-i vor permite sa dea raspuns la intrebarea, ce contributie aduce caldura transferata a reactiilor chimice la incalzirea conductorului, si ce contributie aduce insusi curentul. Atunci el realizeaza experienta, aplicind curentul de inductie. Astfel a fost descoperita legea lui Joule - Lent. n rezultatul numeroaselor experiente Joule ajunge la concluzia: caldura se poate obtine cu ajutorul fortelor mecanice. nlocuind rotirea manuala a bobinei prin rotirea cu ajutorul greutatii cazatoare. Joule a gasit in anul 1843 echivalentul mecanic al caldurii.

Legea lui Joule sau legea transformrii energiei n conductoare este o lege care arat c la trecerea curentului electric prin conductoare energia electromagnetic (energia electric) se transform n cldur, datorit lucrului mecanic necesar deplasrii purttorilor mobili de sarcin electric.

Cantitatea de caldura degajata in conductorul parcurs de curent electric este egala cu produsul dintre patratul intensitatii curentului, rezistenta conductorului si durata circulatiei curenului prin el. - Legea lui Joule

Q=I2Rt

Efectul termic al curentului electric const n nclzirea conductoarelor parcurse de curent electric. Acest efect se mai numeste EFECT JOULE

Incalzirea conductorului este cu atat mai mare cu cat: Intensitatea curentului electric prin conductor este mai mare Timpul de trecere al curentului electric este mai mare Lungimea conductorului strabatut de curent este mai mare Grosimea conductorului prin care circula curent electric este mai micaEnergia termica degajata la trecerea curentului electric printr-un conductor se poate calcula in functie de tensiunea la bornele conductorului, intensitatea curentului electric ce trece prin conductor si intervalul de timp cat trece acest curent astfel: W= UIt sau, altfel spus:

Caldura degajata intr-un interval de timp Dt, la trecerea unui curent electric continuu, de intensitate I, printr-un rezistor de rezistenta R, este proportionala cu patratul intensitatii curentului electric, cu rezistenta electrica a rezistorului si cu intervalul de timp considerat

Care este cauza efectului electrotermic?Toate efectele curentului electric constau in transformarea energiei electrice intr-o alta forma de energie, in cazul efectului Joule energia electrica transformandu-se in energia termica Asa cum cunoasteti, miscarea ordonata a purtatorii de sarcina intrun conductor este caracterizata printr-o viteza medie ce se mentine constanta in cazul unui curent electric continuu. Stabilirea, practic instantanee, a curentului electric la inchiderea unui circuit este datorata campului electric, a carui viteza de propagare este de ordinul vitezei luminii, mult mai mare decat viteza miscarii purtatorilor liberi din conductor. Pentru intretinerea miscarii ordonate a acestora, se consuma energie. Lucrul mecanic efectuat de fortele campului la deplasarea unei sarcini Q intre doua puncte A si B, cu potentiale VA, respectiv VB, are expresia: Utilizand definitia intensitatii curentului electric, energia consumata pentru transportul sarcinii electrice poate fi scrisa sub forma: W =UIt Aceasta energie este transferata ionilor retelei, prin ciocnirile care au loc in interiorul conductorului. Astfel se intensifica miscarea termica, ceea ce va determina cresterea temperaturii acelui conductor, energia electrica consumata fiind transformata ireversibil in caldura.

Verificarea experimentala a legii lui JouleScopul : Determinarea dependentei cantitatii de caldura care se degaja prin conductor de intensitatea curentului electric si de rezistenta conductorului.Orice rezistor se incalzeste intr-o masura mai mare sau mai mica la trecerea curentului electric continuu sau alternativ prin el. Ne propunem sa evaluam cantitatea de caldura pe care un conductor de nichelina o cedeaza apei dintr-un calorimetru atunci cind este alimentat la o sursa de curent continuu. Temperatura apei din calorimetru va creste cu T , potrivit relatiei : Q= mc T Deci modul cum depinde T de intensitatea curentului, de timp si de valoarea rezistentei electrice va reflecta dependenta energiei dispate de sub forma de caldura in acelasi rezistor Materiale necesare : calorimetru , ampermetru , surs de tensiune , rezisten de valoare cunoscut , cronometru , termometru , ntreruptor , cordoane de legtur.

Realizam montajul

Mod de lucru: - o rezisten cunoscut se introduce n vasul calorimetric care conine ap ; - se citete temperatura iniial a apei ; - se nchide circuitul , prin rezistor trece curent i acesta cedeaz energie sub form de cldur , proporional cu creterea temperaturii T dup relaia : Q = ( ma ca + mc cc ) T = ( ma ca + C ) T unde : ma masa apei din calorimetru , ca cldura specific a apei , mc masa vasului calorimetric cc cldura specific a calorimetrului , C capacitatea caloric a calorimetrului - energia electric este W = R* I2 * t = Q , deci variaia de temperatur T este proporional cu timpul t ct trece curent prin rezistor i ptratul intensitii I2 a curentului ; -fixam o valoare a tensiunii la borne i urmrii creterea n timp a temperaturii din calorimetru ;

Analiza : rezultatele experimentale le trecei n tabel :Timp ( min ) TC

-reprezentam grafic T = f ( t ) -repetam experimentul pentru alte valori ale tensiunii i intensitii curentului ce trec prin rezistor pentru valori determinate ale lui t ; - completam tabelul :

Nr.crt

TC

I (A )

I2 ( A2 )

-reprezentam grafic T = f ( I2 ) ; OBSERVATII (ce se obine ?) CONCLUZII( ce concluzie tragei ?)