Pirvu Andreea-Elena,grupa 121A

Incalzirea unui conductor la trecereacurentului electric de conductie EfectulJoule-Lenz

Efectul Joule (numit si efectul electrocaloric sau efectul electrotermic)reprezinta fenomenul fizic de incalzire a corpurilor la trecerea curentului electricprin ele. Efectul Joule se opune trecerii curentului prin corpuri cu structuracristalina si cu electroni liberi pentru a pastra legaturile dintre electroni stabile. Acest efect de opunere conduce la o disipare de energie si deci la incalzireamaterialului prin care trece curentul electric.Efectul Joule este un fenomen fizic, ceea ce implica faptul ca toate consecintelesale nu pot fi reversibile sau inlaturate. Consecintele sale sunt att negative(daunatoare) cat si pozitive (folositoare). Oamenii au cautat sa foloseasca acestefect, care face parte din viata de zi cu zi a fiecaruia si au incercat sa-i inlatureconsecintele daunatoare. Efectul poarta numele fizicianului englez James Prescott Joule(1818-1889), care afacut numeroase cercetari in domeniul electricitatii si al termodinamicii. In cursulinvestigatiilor sale despre caldura emisa intr-un circuit electric, a formulat o lege,cunoscuta sub numele de legea lui Joule: cantitatea de caldura Q degajata latrecerea curentului electric printr-un conductor este direct proportionala curezistenta R a conductorului, cu patratul intensitatii curentului si cu timpul tconsiderat. Expresia matematica a legii este: Q=R*I*I*t.

Curentul electric poate produce fenomene diferite:

caldura , fenomen cunoscut sub numele de efect termic sau efectJoule: aparitia unei forte asupra conductoarelor strabatute de el aflate ncamp magnetic,cunoscute sub denumirea de forte electromagnetice sauforte electrodinamice:aparitia unui cmp magnetic (rotativ) n jurulconductoarelor pe care le strabate. transportul de substante (electroliza) atunci cnd purtatorii de sarcinacare determina curentul electric continuu sunt ionii dintr-o solutie sautopitura .

Legea lui Joule

Caldura degajata intr-un interval de timp Dt, la trecerea unui curentelectric continuu, de intensitate I, printr-un rezistor de rezistenta R, esteproportionala cu patratul intensitatii curentului electric, cu rezistentaelectrica a rezistorului si cu intervalul de timp considerat.W = I2R tUnde :I- intensitatea curentului electric [I] = A (amper)R- rezistenta electrica [R] = (ohm)t -variatia de timp [ t] = s (secunde)

Aplicatiile legii Joule

Cele mai cunoscute aplicatii sunt reprezentate de: radiatoarele electrice,realizate in general din fire sau benzi din aliajespeciale, cu rezistivitate foarte mare si cu un coeficient termic al rezistivitatii mic(astfel de aliaje sunt cele de crom-nichel); sigurantele fuzibile, utilizate in retelele electrice deoarece prin topirea lor esteintrerupt circuitul in care sunt stabilite valori mari ale intensitatii curentuluielectric; lampile de iluminat, avand filamente din wolfram ce pot atinge temperaturi intre23000C si 26000C (aceste filamente radiaza lumina si caldura, fiind evidentiatprin acest exemplu faptul ca, la temperaturi foarte mari, energia electricaconsumata este transfomata in doua forme de enerige: o par te se disipa subforma de caldura, restul regasindu-se sub forma de energie luminoasa); cuptoarele cu rezistenta, precum cele din metalurgie sau din industria sticariei,prevazute cu rezistoare din materiale ce suporta temperaturi foarte ridicate(peste 20000C)

Chestiuni de studiat

1. Calitatea rezultatului numeric obtinut.2. Determinati variatia temperaturii n punctul de coordonate (0,0.4) pentruun material care, fata de cupru, are rezistivitatea electrica r0 de 2, 4, 8 orivaloarea sa initial .Comentati rezultatele obtinute. Este necesar modificareatimpului total de integrare pentru atingerea regimului stationar?3. Determinati variatia temperaturii n punctul de coordonate (0,0.4) pentruun material care, fata de cupru, are conductivitatea termica 1/2, 1/4, 1/8din conductivitatea sa termica . Comentati rezultatele obtinute. Estenecesara modificarea timpului total de integrare pentru atingerea regimului stationar

1) Pentru determinarea cerintelor este nevoie de realizarea a doua subprobleme:conductia electrica si transferul de caldura, n care sursa decaldura este reprezentata de pierderile prin efect Joule produse de curentulelectric.Pentru Conductia electrica am obtinut valoarea integralei: -4.961Pentru transferul de caldura am obtinut Valorea: 4.961

Pentru variatia temperaturii n punctul de coordonate (0,0.4) pentru unmaterial care, fata de cupru, are rezistivitatea electrica r0 normala si de 2,4, 8 ori mai mica decat valoarea sa initiala , rezulta urmatorul grafic:

Concluzii:

In punctul de coordonate(0,0.4) constatam ca variatia temperaturii creste cu coeficientii rezistivitatii. In punctul de coordonate(0,0.4) constatam ca variatia creste pana la atingerea unei valori apoi ramane constanta.