Что такое нагрев по закону Джоуля?
Нагрев Джоуля (его также называют резистивным или омическим нагревом) — это выделение тепла при прохождении электрического тока через проводник. Количество выделившейся теплоты описывает закон Джоуля — Ленца: $$Q = \text{I}^{2} \cdot \text{R} \cdot \text{t}$$, где Q — теплота в джоулях, I — ток в амперах, R — сопротивление в омах, а t — время в секундах. Калькулятор универсален и работает в любой стране, поскольку использует единицы системы СИ.
Как пользоваться калькулятором
Укажите ток, протекающий через элемент, его электрическое сопротивление и продолжительность протекания тока. Калькулятор покажет полную выделившуюся теплоту в джоулях, постоянную рассеиваемую мощность в ваттах (\(P = \text{I}^{2}\text{R}\)), а также теплоту в килокалориях (\(1\ \text{ккал} = 4184\ \text{Дж}\)) — это удобно для тепловых сравнений.
Разбираем формулу
Поскольку мощность — это скорость преобразования энергии, выражение \(P = \text{I}^{2}\text{R}\) даёт значение в ваттах (джоулях в секунду). Умножив на длительность \(t\), получаем полную энергию: $$Q = P \cdot t = \text{I}^{2} \cdot \text{R} \cdot \text{t}$$ Обратите внимание: теплота растёт пропорционально квадрату тока, поэтому при увеличении тока вдвое тепловыделение возрастает вчетверо. Именно поэтому сечение проводов для больших токов нужно подбирать особенно тщательно.
Пример расчёта
Нагревательный элемент с \(R = 10\ \text{Ом}\) пропускает ток \(I = 2\ \text{А}\) в течение \(t = 60\ \text{с}\). Мощность $$P = 2^{2} \times 10 = 40\ \text{Вт}$$ Теплота $$Q = 40 \times 60 = 2400\ \text{Дж}$$ В килокалориях это \(2400 \div 4184 \approx 0{,}5736\ \text{ккал}\).
Частые вопросы
Подходит ли формула для переменного тока? Да, но для переменного тока берите действующее (среднеквадратичное, RMS) значение тока — тогда формула даст среднюю выделившуюся теплоту.
Почему теплота пропорциональна I²? Напряжение на резисторе равно \(V = IR\), а мощность \(P = VI = \text{I}^{2}\text{R}\), поэтому тепловыделение растёт пропорционально квадрату тока.
А если известно напряжение, а не ток? Можно подставить \(R = V/I\) или воспользоваться формулой \(Q = V^{2}t/R\), когда заданы напряжение и сопротивление.
