ΚΕΥΑΛΑΙΟ 3

Ηλεκτρική Ενέργεια(παρϊγραφοι 3.1 & 3.6)

Ειςαγωγή

Ηλεκτρικό ενϋργεια μπορεύ να μετατραπεύ ςε ϊλλεσ μορφϋσ ενϋργειασ:

Θερμικό (θερμοςύφωνασ)

Μηχανικό (κινητόρασ)

Φημικό (ηλεκτρόλυςη)

Θερμικά αποτελέςματα του ηλεκτρικούρεύματοσ

Η ηλεκτρικό θερμαςτρα που διαρϋεται από το ηλεκτρικό ρεύμα θερμαύνεται.

• Γενικϊ, όταν από ϋναν αντιςτϊτη διϋρχεται ηλεκτρικό ρεύμα, η θερμοκραςύα του αυξϊνεται.

• Η θερμότητα που μεταφέρεται από τον αντιςτάτη ςτο περιβάλλον προέρχεται από την ηλεκτρική ενέργεια.

• Σο φαινόμενο αυτό το μελϋτηςε πρώτοσ ο Άγγλοσ φυςικόσ Σζϊουλ (Joule), και γι‘ αυτό ονομϊζεται «φαινόμενο Σζάουλ»

Παράγοντεσ από τουσ οποίουσ εξαρτάται η θερμότητα πουεκλύει ένασ αντιςτάτησ

Πωσ θα υπολογύςω τη θερμικό ενϋργεια (θερμότητα) που εκλύει

ϋνασ αντιςτϊτησ R

που διαρρϋεται από ρεύμα εντάςησ I ςε χρόνο Δt;

ΠΕΙΡΑΜΑε δοχείο με θερμικϊ μονωμϋνα τοιχώματα και

θερμόμετροπροςθϋτουμε νερό. το νερό βυθύζουμε αντιςτϊτη R τα ϊκρα του

οπούου ςυνδϋουμε μϋςω ροοςτϊτη ςε ηλεκτρική πηγή.

Νόμοσ του Σζάουλ

• Νόμοσ του Σζάουλ (Joule): Η θερμότητα Q που μεταφέρεταιαπό ϋνα αντιςτϊτη R προσ το περιβάλλον , όταν από αυτόνδιϋρχεται ηλεκτρικό ρεύμα ςταθερόσ ϋνταςησ I ςε χρονικόδιϊςτημα Δt είναι:– ανάλογη του τετραγώνου τησ ένταςησ I του ηλεκτρικούρεύματοσ που διαρρϋει τον αντιςτϊτη,– ανάλογη τησ αντίςταςησ R του αντιςτάτη,– ανάλογη του χρόνου t διέλευςησ του ηλεκτρικούρεύματοσ από τον αντιςτϊτη.

•• Νόμοσ του Σζάουλ (Joule): Q= I 2 .R. ΔtΌπου Q ςε J (Joule), Ι ςε Α, R ςε Ω, Δt ςε sec

Εφαρμογή

Να υπολογύςετε τη θερμότητα Q που εκλύει ςτο περιβάλλον

ϋνασ αντιςτϊτησ R=10Ω όταν διαρρέεται από ρεύμα ένταςησ

Ι=1Α ςε χρόνο Δt=1min.

Εφαρμογέσ του φαινομένου Σζάουλ

Σηκόμενη αςφάλεια

– Εύναι πιθανό, λόγω βλϊβησ μιασ ςυςκευόσ, οι δύο πόλοιμιασ ηλεκτρικόσ πηγόσ να ςυνδεθούν μεταξύ τουσ μεαγωγό πολύ μικρόσ αντύςταςησ. Μια τϋτοια ςύνδεςηςυχνϊ ονομϊζεται βραχυκύκλωμα.– Από νόμο του Ohm: μικρό αντύςταςη (R) ςυνεπϊγεταιμεγϊλη ϋνταςη (I) ηλεκτρικού ρεύματοσ.– Πιθανό λόγω υψηλόσ θερμοκραςύασ να προκληθεύλιώςιμο των καλωδύων και καταςτροφό τησ ςυςκευόσ.– Για να προςτατϋψουμε τισ ςυςκευϋσ από ϋνα τϋτοιοενδεχόμενο, χρηςιμοποιούμε τισ ηλεκτρικϋσ αςφϊλειεσ

Θερμότητα και άλλεσ μορφέσ ενέργειασ

• Παραπϊνω εύδαμε ότι ςε ϋνασ αντιςτϊτησ μετατρϋπει την Ηλ. ενϋργεια εξ’ ολοκλόρου ςε Θερμότητα– Ιςχύει: Ηλεκτρικό ενϋργεια = Θερμότητα.

• ε ϊλλα ςτοιχεύα όμωσ μόνο ϋνα μϋροσ τησ Ηλ. ενϋργειασμετατρϋπεται ςε Θερμότητα.– Σο υπόλοιπο μετατρϋπεται ςε ϊλλεσ μορφϋσ ενϋργειασ.– Π.χ. ςτον κινητόρα μετατρϋπεται ςε μηχανικό ενϋργεια.• ε όλα τα ηλεκτρικά ςτοιχεία πάντα έναμέροσ τησ ηλεκτρικήσ ενέργειασμετατρέπεται ςε θερμότητα.

Ενέργεια που μετατρέπει μια ηλεκτρική ςυςκευή

• Αν ςε ϋνα κύκλωμα ϋχω ςτοιχεύα που δεν εύναι αντιςτϊτεσ, η ηλεκτρικό ενϋργεια που δύνει η πηγό:

E= V.q ⇒ Ε = V . I. t

• Ηλεκτρικό ρεύμα ϋνταςησ 1 Α μεταφϋρει ςε μια ηλεκτρικό ςυςκευό ενϋργεια ύςη με 1 J όταν τη διαρρϋει επύ 1 s και η τϊςη που εφαρμόζεται ςτα ϊκρα τησ εύναι 1 V.

Η πηγό δύνει:Eπηγής = V ⋅ I ⋅Δt

•Κύκλωμαμε αντιςτϊςεισ

Θερμότητα: Q = I 2 ⋅ R⋅ ΔtΙςχύει: Επηγήσ=Q

•Κύκλωμα1. Θερμότητα: Q = I 2 ⋅ R⋅ Δt

με ϊλλα ςτοιχεύα(π.χ. κινητόρασ) 2. Άλλησ μορφόσ ενϋργεια E

Ιςχύει: Επηγήσ= Q+E

ΤΝΟΠΣΙΚΑ

ΙΣΧΥΣ: P = E / t

Hλεκτρική ισχύς:

όποσ P η ηλεκηρική ιζτύς, V η διαθορά δσναμικού

και I ηο ηλεκηρικό ρεύμα.

Ο παραπάνω νόμος, αν ζσνδσαζηεί με ηον νόμο ηοσ

Ohm, δίνει ηην ιζτύ ποσ παράγεηαι από μια

ηλεκηρική ανηίζηαζη όηαν περνά από μέζα ηης

ηλεκηρικό ρεύμα ένηαζης I:

ύνδεςη Αντιςτάςεων ςε ειρά

ύνδεςη Αντιςτάςεων Παράλληλα

ΣΤΠΟΙ- ΗΛΕΚΣΡΙΚΑ ΚΤΚΛΩΜΑΣΑ

E = V . I. t Q = I 2. R . t

P = E / t P = V . I

ΚΑΣΑ ΕΙΡΑ

ΠΑΡΑΛΛΗΛΗ ΤΝΔΕΗ