Az elektromos áram hatásai
A hőhatás

Ismert jelenség az, hogy az áram felmelegíti a vezetőt. Ezt mutatja a villanylámpa izzószála, az elektromos tűzhely stb. Ugyanis a mozgó elektronok nekiütköznek a vezetődrót atomjainak és molekuláinak. Ezeknek átadják mozgási energiájuk egy részét. Ha a molekulák rezgési energiája növekedik, az anyag hőmérséklete emelkedik.


Az áram hatására keletkezett hőmennyiség mérése

Az elektromos tűzhelyben vagy a fémek olvasztásakor igen sok hőt kell fejlesztenünk. Mitől függ a fejlődött hő mennyisége?

1. A hőfejlődés törvénye. Az ábra szerint merítsünk tekercselt ellenállásdrótot petróleumba. Ha a dróton keresztül 1 amper erősségű áramot vezetünk, a drótban hő fejlődik, a petróleum felmelegszik. A petróleum felmelegedését a beléje tett hőmérőről leolvashatjuk, és ebből a fejlődött hő mennyiségét grammkalóriákban kiszámíthatjuk.

Az áram útjába iktatott szabályozható ellenállással változtathatjuk az áram erősségét. A voltmérővel megmérhetjük az ellenállásdrót végei közötti U feszültségkülönbséget. Ilyen módon megállapítjuk, hogyan függ a fejlődött hő mennyisége az áramerősségtől és a feszültségtől.

Azt találjuk, hogy ha egy vezető végei között U volt a feszültségkülönbség, és a vezetőben I amper folyik, akkor

az áram által 1 mp alatt fejlesztett meleg = amperek száma * voltok száma * 0,24 grammkalória

képletben:

Q = J * U * 0,24 grammkalória (1 mp alatt)

A képletet más alakban is írhatjuk, ha a képletben a U = I * R helyettesítést alkalmazzuk.

Q = 0,24 * I* U = 0,24 * I * I * R = 0,24 I2R grammkalória

Ezt a törvényt az angol Joule (1818 - 1889) állapította meg 1841-ben, ezért Joule-törvénynek is nevezik.

Példa. Zsebizzónkon 0,2 A áram halad át, az izzó sarkai között 4 V a feszültségkülönbség. Mennyi hőt fejleszt 1 óra alatt?

1 mp alatt 0,24 * I * U = O,24 * 0,2 A * 4 V = 0,192 grammkal hőt fejleszt.
1 óra (3600 mp) alatt 3600 * 0,192 grammkal = 69l,2 grammkalóriát.

Ez a hő 691,2 gramm 0°-os vizet 1°-ra melegítene fel, vagy 6,91 gramm, kereken 7 gramm vizet felforralna.

Feleljünk: a) Mi a különbség egy villanyvasaló és egy főzőlap között?

A főzőlapnak több hőt kell fejlesztenie, mint a villanyvasalónak. Mivel a feszültség mindkettőre nézve ugyanaz, a főzőlapon áthaladó áramnak nagyobbnak kell lennie. Ezért a főzőlap ellenállásának kisebbnek kell lennie, mint a villanyvasaló ellenállása.
Minél több meleget fejleszt egy eszköz, annál kisebb ellenállású (rövidebb és vastagabb) ellenállásdrótnak kell benne lennie

b) Származik-e baj abból, ha a 220 V-ra készült villanyvasalót vagy izzólámpát a 110 V-os hálózatra kapcsoljuk?
Nem! A vasalón vagy a lámpán csak feleakkora áram folyik át, mint az üzemi áramerősség. Négyszer kevesebb hő fejlődik, mint amennyi a rendes működéshez szükséges lenne.


Ha bármilyen vezetéken át, amelynek ellenállása 1 ohm, 1 amper erősségű áram folyik át, a vezetőben másod percenként 0,24 grammkalória hő fejlődik

c) Származik-e baj abból, ha a 110 V-os vasalót vagy izzólámpát kapcsoljuk a 220 V-os hálózatra?
Igen! Az eszközön kétszer erősebb áram halad át, mint az üzemi áramerősség. Ezért négyszer több hő fejlődik, mint 110 V-ra kapcsolva. A vasaló vagy izzólámpa kiég.

2. A voltamper. Alkalmazzuk képletünket arra az esetre, ha az áramerősség 1 amper, a feszültség pedig 1 volt.
A fejlődött hő = 1 * 1 * 0,24 =0,24 grammkalória másodpercenként.
1 voltamper egyenlő értékű 0,24 grammkalória hővel.

 

Felhasznált irodalom