Ջոուլ Լենցի օրենքը. Հոսանքի աշխատանքը և հոզրույթունը

Հոսանքի աշխատանքը և հզորությունըԷլեկտրական հոսանքն օժտված է էներգիայով, որի հաշվին նա կարող է աշխատանք կատարել: Հոսանքի կատարած աշխատանքի շնորհիվ էլեկտրական էներգիան փոխակերպվում է էներգիայի այլ տեսակների: Օրինակ՝ ջեռուցիչ սարքերում էլեկտրաէներգիան փոխակերպվում է ջերմային էներգիայի, էլեկտրաշարժիչում՝ մեխանիկական էներգիայի, էլեկտրոլիզի ժամանակ՝ քիմիական էներգիայի և այլն: 

Ենթադրենք սպառիչ (լամպ, ջերմատաքացուիչ, էլեկտրաշարժիչ) պարունակող շղթայի տեղամասում լարումը U է, հոսանքի ուժը I և tժամանակամիջոցում նրանով անցել է q լիցք: Լարման սահմանումից հետևում է, որ A=q⋅U, իսկ քանի որ հաստատուն հոսանքի դեպքում  q=I⋅t , ապա՝  A=U⋅I⋅t (1): Այսինքն.Հաստատուն հոսանքի աշխատանքը շղթայի տղամասում հավասար է հոսանքի ուժի, լարման և այն ժամանակամիջոցի արտադրյալին, որի ընթացքւմ կատարվել է այդ աշխատանքը:Աշխատանքի այս (1) բանաձևը թույլ է տալիս որոշել հոսանքի կատարած աշխատանքը, անկախ այն բանից, թե այդ հոսանքի էներգիան էներգիայի ի՞նչ տեսակների է փոխակերպվել՝ ջերմային, մեխանիկական, թե քիմիական: Միավորների ՄՀ-ում հոսանքի աշխատանքը արտահայտում են ջոուլով (Ջ)Էլեկտրական շղթայում հոսանքի՝ աշխատանք կատարելու արագությունը բնութագրող մեծությունը անվանում են հոսանքի հզորություն և նշանակում ՝ P տառով:Եթե t ժամանակում հոսանքը կատարում է  A աշխատանք, ապա P=A/t (2): Հաշվի առնելով աշխատանքի (1) բանաձևը կստանանք P=U⋅I (3)Հաստատուն հոսանքի հզորությունը շղթայի տվյալ տեղամասում հավասար է հոսանքի ուժի և տեղամասի ծայրերին կիրառված լարման արտադրյալին: Օգտվելով Օհմի օրենքից (3) բանաձևը կարելի է ներկայացնել հետևյալ տեսքով  P=U² /R և P=I²⋅R Միավորների ՄՀ-ում հզորությունն արտահայտվում է վատտով (Վտ). 1Վտ=1Ջ/վՀզորությունը հավասար է 1Վտ — ի, եթե 1վ — ում կատարվում է 1Ջ աշխատանք: Կիրառվում են նաև 1կՎտ (կիլովատ), 1ՄՎտ (մեգավատ), 1մՎտ (միլիվատ) միավորները:1մՎտ=0.001Վտ1ՄՎտ=1000000Վտ1կՎտ=1000Վտ  Հզորությունը չափող սարքը կոչվում է Վատտմետր:  Կենցաղում հոսանքի աշխատանքը չափում են Էլեկտրական հաշվիչ կոչվող հատուկ սարքով: Այս դեպքում գործածվում է հոսանքի աշխատանքի արտահամակարգային միավորը՝ 1ԿՎտ·ժ1ԿՎտ.Ժ=1000Վտ⋅3600վ=3600000Ջ 

Փորձը ցույց է տալիս, որ հաղորդիչները տաքանում են, երբ նրանցով էլեկտրական հոսանք է անցնում: Հոսանքի ջերմային ազդեցությունը ուսումնասիրեցին անգլիացի ֆիզիկոս Ջ. Ջոուլը, իսկ ևս մեկ տարի անց՝ ռուս գիտնական Է. Լենցը: Նրանք միմյանցից անկախ սահմանեցին օրենք՝ Ջոուլ-Լենցի օրենքը, որը բացահայտում է, թե ի՞նչ մեծություններից և ինչպե՞ս է կախված հաղորդչում անջատված ջերմաքանակը:      

  Ջոուլ-Լենցի օրենքը հայտնագործվել է փորձնական ճանապարհով, սակայն դրան կարելի է նաև տեսական հիմնավորում տալ: Եթե շղթայի տեղամասում մեխանիկական աշխատանք չի կատարվում, նրանում քիմիական ռեակցիա տեղի չի ունենում, ապա հոսանքի ամբողջ աշխատանքը ուղղված է հաղորդչի ներքին էներգիայի մեծացմանը:     Ընդ որում, հաղորդչի շրջապատի տրված Q ջերմաքանակը, համաձայն էներգիայի պահպանման օրենքի հավասար է հաղորդչի ներքին էներգիայի փոփոխությանը, այսինքն՝ հոսանքի աշխատանքին՝ A=Q Քանի որ էլեկտրական հոսանքի կատարած աշխատանքը հավասար է A=U⋅I⋅T հետևաբար և Q=U⋅I⋅T   Օգտվելով Օհմի օրենքից, բանաձևը կարելի է ներկայացնել նաև այլ տեսքով՝ Q=U² ⋅t /R կամ Q=I²⋅R⋅t Այս վերջին բանաձևն էլ արտահայտում է Ջոուլ-Լենցի օրենքը:   Հոսանքակիր հաղորդչում անջատված ջերմաքանակը հավասար է հոսանքի ուժի քառակուսու, հաղորդչի դիմադրության և նրանով հոսանքի անցման ժամանակի արտադրյալին:

Թեմատիկ հարցեր և խնդիրներ՝

1. Բնակարանի տաքացման համար օգտագործվող 140 Օմ դիմադրություն ունեցող էլեկտրական ջերմատաքացուցիչը  նախատեսված է 3.5 Ա հոսանքի ուժի համար: Որքա՞ն էներգիա կծախսի այդ ջերմատաքացուցիչը  8 ժամ անընդհատ աշխատելու դեպքում:

R = 140 Օմ

I = 3,5 Ա

t = 8 ժամ = 28800 ժ

A – ?

A = IUt = I * IR * t = I2 * R * t = 3,5 * 140 * 28800 = 49392000 Ջ = 49,392 մՋ

2. Ավտոտնակում  էլեկտրական լամպը մոռացել էին անջատել: Որքա՞ն աշխատանք էր իզուր կատարվել 24 ժամում, եթե լամպը միացված էր 110 Վ լարման ցանցին և նրանով անցնող հոսանքի ուժը 0.8 Ա էր:

U = 110

I = 0,8

t = 24 = 86400վ

A – ?

A = IUt = 0,8 * 110 * 86400 = 7603200 Ջ = 7,6032մ

3. 50 Օմ դիմադրություն ունեցող էլեկտրական վարսահարդարիչը միացրեցին 127 Վ լարման ցանցին: Որքա՞ն աշխատանք կկատարի նրանում հոսանքը 15 րոպեի ընթացքում: 

R = 50 Օմ

U = 127 վ

t = 15 րոպե = 900 վ

A = ?

A = IUt : I = U / R

A = IUt = U / R * U * t = U2t / R = 127 * 900 / 50 = 2286 * 900 / 50 = 36576 Ջ

4. 6 Վ լարման և 2 Ա հոսանքի ուժի դեպքում համակարգչի մարտկոցի լիցքավորումը տևեց 1.5 ժամ: Որոշե՛ք հոսանքի կատարած աշխատանքը այդ ընթացքում: 

A = U * I * t = 6 * 2 * 1,5 * 5400 = 97200 Ջ

5. 450 Վտ հզորություն ունեցող հեռուստացույցը, ըստ հաշվիչի ցուցմունքի, ծախսել է 360 կՋ էներգիա: Որքա՞ն ժամանակ է միացված եղել հեռուստացույցը:

t = P / A = 450 / 360 = 1,25

6. Ճեպընթաց էլեկտրագնացքը, որի շարժիչների ընդհանուր հզորությունը 200 կՎտ է, շարժվում է 180 կմ/ժ միջին արագությամբ: Որքա՞ն աշխատանք են կատարում նրա էլեկտրաշարժիչները 560 կմ ճանապարհ անցնելիս:

P = 200 կՎտ

V = 180 կմ / ժ

S = 560 կմ

A – ?

t = S / V = 560 / 180 = 3ժ

A = Pt = 200 * 3 = 600

7. Ի՞նչ ջերմաքանակ կանջատվի 80 վ-ում 40 Օմ դիմադրություն ունեցող ջեռուցիչ տարրում, եթե այն միացված է 120 Վ լարման ցանցին: 

t = 80

R = 40

U = 120

A – ?

A = IUt

I = U / R = 120 / 40 = 3

A = IUt = 3 * 120 * 80 = 28800 Ջ

8. Հաղորդչի  դիմադրությունը 150 Օմ է, նրանով անցնող հոսանքի ուժը՝ 1.6 Ա: Ի՞նչ ջերմաքանակ կանջատվի նրանում 10 վ-ի ընթացքում: 

R = 150

I = 1,6

t = 10

Q – ?

Q = I2Rt = 2,56 * 150 * 10 = 3840

Հարցեր. Տնային աշխատանք

1. Ի՞նչ է հոսանքի աշխատանքը: Ի՞նչ բանաձևով են այն հաշվում: Հոսանքի աշխատանքի բանաձևը ձևակերպեք բառերով:

Փակ էլեկտրական շղթայի որևէ տեղամասով լիցք տեղափոխելիս էլեկտրական դաշտը կատարում է աշխատանք, որն անվանում են հոսանքի աշխատանք:
Բանաձև ՝ A = qU
A – ն հոսանքի աշխատանք է, U – ն ՝ լարումը շղթայի տեղամասում, իսկ q – ն՝ այդ տեղամասի կամայական լայնական հատույթով t ժամանակում անցած լիցքը:

2. Ո՞րն է հոսանքի աշխատանքի միավորը ՄՀ-ում:

Միավորների ՄՀ-ում էլեկտրական հոսանքի աշխատանքն արտահայտվում է ջոուլով (Ջ):

3. Ո՞ր ֆիզիկական մեծությունն են անվանում էլեկտրական հոսանքի հզորություն: Ի՞նչ բանաձևով են հաշվում:

Էլեկտրական շղթայում հոսանքի՝ աշխատանք կատարելու արագությունը բնութագրող մեծությունը անվանում են հոսանքի հզորություն և նշանակում ՝ P տառով:
Եթե t ժամանակում հոսանքը կատարում է A աշխատանք, ապա P=At: Հաշվի առնելով աշխատանքի բանաձևը կստանանք P=U⋅I:

4. Հզորության ի՞նչ միավորներ գիտեք: Ինչպե՞ս են առնչվում այդ միավորները վատտին:

Միավորների ՄՀ-ում հզորության միավորը մեկ վատտն է ` 1 Վտ։ 1 Վտ – ն այն հզորությունն է, որի դեպքում 1 վայրկյանում կատարվում է 1 Ջ աշխատանք ` 1 Վտ = 1 Ջ / վ:

5. Ի՞նչ է էլեկտրաէներգիայի հաշվիչը: Ի՞նչ հիմնական մասերից է այն բաղկացած: Ինչպե՞ս է էլեկտրաէներգիայի հաշվիչը միացվում սպառիչին:

Կենցաղում հոսանքի աշխատանքը չափում են Էլեկտրական հաշվիչ կոչվող հատուկ սարքով: Այս դեպքում գործածվում է հոսանքի աշխատանքի արտահամակարգային միավորը ՝ 1 ԿՎտ · ժ
1 ԿՎտ · Ժ = 1000 Վտ ⋅ 3600 վ = 3600000 Ջ
Հաշվիչում ալյումինե սկավառակը հորիզոնական դիրքով դրվում է երկու էլեկտրամագնիսների բևեռների միջև: Էլեկտրամագիսներից մեկը ամպերաչափի, իսկ մյուսը ՝ վոլտաչափի բաղկացուցիչ մաս է: Առաջին էլեկտրամագնիսի փաթույթը սպառիչին միացված է հաջորդաբար, իսկ երկրորդինը ՝ զուգահեռ: