Das Joule-Lenz-Gesetz

Der elektrische Strom überwindet den Widerstand des Drahtes und erzeugt dabei Wärme im Draht. Freie Elektronen kollidieren bei ihrer Bewegung mit Atomen und Molekülen, und bei diesen Kollisionen wird die mechanische Energie der bewegten Elektronen in thermische Energie umgewandelt.

Die Abhängigkeit der Wärmeenergie von der Stromstärke im Leiter wird durch das Joule-Lenz-Gesetz bestimmt. Wenn ein elektrischer Strom durch einen Draht fließt, ist die durch den Strom im Draht erzeugte Wärmemenge direkt proportional zur Stärke des Stroms in der zweiten Potenz, der Größe des Widerstands des Drahts und der Dauer des Stroms .

Wenn die Wärmemenge mit dem Buchstaben Q bezeichnet wird, die Stromstärke in a A ist, der Widerstand in Ohm R ist und die Zeit in Sekunden t ist, kann das Joule-Lenz-Gesetz mathematisch wie folgt dargestellt werden:

Q = aI2Rt

NSfür a = 1 beträgt die Wärmemenge Q Joule. NSpa a = 0,24 Die Wärmemenge Q wird in kleinen Kalorien erhalten. Der Faktor 0,24 erscheint in der Formel, weil in einem Draht mit einem Widerstand von 1 Ohm für 1 Sekunde ein Strom von 1 A fließt. gibt 0,24 kleine Kalorien Wärme ab. Als Maßeinheit für die Wärmemenge dient eine kleine Kalorie. Eine kleine Kalorie entspricht der Wärmemenge, die erforderlich ist, um 1 g Wasser um 1 °C zu erhitzen.

Dieses Gesetz wurde 1840 unabhängig voneinander vom englischen Physiker James Joule und der russischen Physikerin Emily Kristianovich Lenz entdeckt. Dieses physikalische Gesetz bestimmt die Wärmemenge Q, die in einem Leiter freigesetzt wird, wenn ein elektrischer Strom durch ihn fließt.

In einem Leiter entsteht also immer Wärme, wenn Strom durch ihn fließt. Eine übermäßige Erwärmung von Kabeln und Elektrogeräten sollte jedoch nicht zugelassen werden, da diese dadurch beschädigt werden. Überhitzung ist besonders gefährlich, wenn Kurzschluss Leitungen, also bei der elektrischen Verbindung von Leitungen, die den Verbraucher mit elektrischer Energie versorgen.

Im Falle eines Kurzschlusses ist der Widerstand der unter Strom stehenden Leitungen meist vernachlässigbar, der Strom erreicht daher eine große Kraft und es wird so viel Wärme freigesetzt, dass es zu einem Unfall kommt. Zum Schutz vor Kurzschlüssen und Überhitzung umfasst die Schaltung Sicherungen… Es sind kleine dünne Draht- oder Blechstücke, die brennen, sobald der Strom einen bestimmten Wert erreicht. Die Auswahl der Sicherungen richtet sich nach der Querschnittsfläche der Drähte.

Siehe auch: Wie erhitzt ein Stromschlag einen Draht?