Nhiệt Joule là gì?
Nhiệt Joule (còn gọi là hiệu ứng tỏa nhiệt do điện trở hay hiệu ứng Joule – Lenz) là quá trình mà dòng điện chạy qua một vật dẫn sinh ra nhiệt. Lượng nhiệt được mô tả bằng định luật Joule thứ nhất: $$Q = \text{I}^{2} \cdot \text{R} \cdot \text{t}$$, trong đó Q là nhiệt lượng tính bằng jun (J), I là cường độ dòng điện tính bằng ampe (A), R là điện trở tính bằng ôm (Ω) và t là thời gian tính bằng giây (s). Công cụ này mang tính phổ quát — dùng được ở mọi nơi vì sử dụng đơn vị SI.
Cách sử dụng máy tính
Bạn hãy nhập cường độ dòng điện chạy qua linh kiện, điện trở của nó và khoảng thời gian dòng điện chạy qua. Công cụ sẽ trả về tổng nhiệt lượng sinh ra tính bằng jun, công suất tỏa nhiệt ổn định tính bằng oát (\(P = \text{I}^{2}\text{R}\)), và nhiệt lượng quy đổi sang kilocalo (1 kcal = 4184 J) để tiện so sánh về mặt nhiệt.
Giải thích công thức
Vì công suất là tốc độ chuyển hóa năng lượng nên \(P = \text{I}^{2}\text{R}\) cho ra đơn vị oát (jun trên giây). Nhân với khoảng thời gian t ta được tổng năng lượng: $$Q = P \cdot t = \text{I}^{2} \cdot \text{R} \cdot \text{t}$$ Lưu ý rằng nhiệt lượng tỉ lệ với bình phương của dòng điện, nên khi dòng điện tăng gấp đôi thì nhiệt lượng tăng gấp bốn lần — đây là lý do then chốt vì sao dây dẫn dòng cao cần được chọn tiết diện thật cẩn thận.
Ví dụ minh họa
Một dây đốt nóng có R = 10 Ω cho dòng I = 2 A chạy qua trong t = 60 s. Công suất $$P = 2^{2} \times 10 = 40 \text{ W}$$ Nhiệt lượng $$Q = 40 \times 60 = 2.400 \text{ J}$$ Quy đổi sang kilocalo là \(2400 \div 4184 \approx 0{,}5736 \text{ kcal}\).
Câu hỏi thường gặp
Công thức này có dùng được cho dòng xoay chiều (AC) không? Với dòng xoay chiều, bạn dùng giá trị dòng điện hiệu dụng (RMS); khi đó công thức này sẽ cho ra nhiệt lượng trung bình.
Vì sao nhiệt lượng tỉ lệ với I²? Hiệu điện thế trên điện trở là \(V = IR\), và công suất \(P = VI = \text{I}^{2}\text{R}\), nên nhiệt lượng tăng theo bình phương của dòng điện.
Nếu tôi biết hiệu điện thế thay vì dòng điện thì sao? Bạn có thể thay \(R = V/I\), hoặc dùng công thức \(Q = V^{2}t/R\) khi đã biết hiệu điện thế và điện trở.
