ما هو التسخين الجولي؟
التسخين الجولي (ويُعرف أيضًا بالتسخين المقاومي أو الأومي) هو العملية التي يُولّد فيها مرور التيار الكهربائي عبر موصل كمية من الحرارة. ويُوصَف مقدار هذه الحرارة بقانون جول الأول: \(Q = \text{I}^{2} \cdot \text{R} \cdot \text{t}\)، حيث Q هي الحرارة بالجول، وI التيار بالأمبير، وR المقاومة بالأوم، وt الزمن بالثانية. هذه الحاسبة عامة وصالحة في كل مكان لأنها تعتمد على وحدات النظام الدولي (SI).
كيفية استخدام الحاسبة
أدخِل قيمة التيار المار في العنصر، ومقاومته الكهربائية، ومدة سريان التيار. ستعرض لك الأداة إجمالي الطاقة الحرارية المتولّدة بالجول، والقدرة الثابتة المُبدَّدة بالواط (\(P = \text{I}^{2}\text{R}\))، إضافة إلى الحرارة مُعبَّرًا عنها بالكيلوسعرات (1 كيلوسعر = 4184 جول) لتسهيل المقارنات الحرارية.
شرح المعادلة
بما أن القدرة هي معدل تحوّل الطاقة، فإن \(P = \text{I}^{2}\text{R}\) تُعطي القدرة بالواط (جول لكل ثانية). وبضرب هذه القيمة في الزمن t نحصل على الطاقة الكلية:
$$Q = P \cdot t = \text{I}^{2} \cdot \text{R} \cdot \text{t}$$
لاحظ أن الحرارة تتناسب مع مربع التيار، أي أن مضاعفة التيار تزيد الحرارة أربعة أضعاف — وهذا سبب رئيسي يفرض اختيار مقاطع الأسلاك بعناية في التطبيقات ذات التيارات العالية.
مثال محلول
عنصر تسخين مقاومته \(R = 10\) أوم يمرّ به تيار \(I = 2\) أمبير لمدة \(t = 60\) ثانية. القدرة \(= 2^{2} \times 10 = 40\) واط. والحرارة:
$$Q = 40 \times 60 = 2{,}400 \text{ جول}$$
وبتحويلها إلى كيلوسعرات: \(2400 \div 4184 \approx 0.5736\) كيلوسعر.
الأسئلة الشائعة
هل تنطبق المعادلة على التيار المتردد؟ نعم، استخدم قيمة التيار الفعّالة (RMS)، عندها تعطي المعادلة نفسها متوسط الحرارة المتولّدة.
لماذا تتناسب الحرارة مع I²؟ لأن الجهد عبر المقاومة هو \(V = IR\)، والقدرة \(P = VI = \text{I}^{2}\text{R}\)، ومن ثَمّ ترتفع الحرارة مع مربع التيار.
ماذا لو كنت أعرف الجهد بدلًا من التيار؟ يمكنك التعويض بـ \(R = V/I\)، أو استخدام الصيغة \(Q = V^{2}t/R\) عندما يكون الجهد والمقاومة معلومين.
