Biz elektr tokining issiqlik ta’siri (heating impact/effect) haqida bilamiz. Sim ichida elektronlar bir-biri va atomlar bilan to‘qnashgani (collision) sababli issiqlik hosil bo‘ladi. Siz simdan tok o‘tganda qancha issiqlik ajralib chiqishi va bu miqdor qaysi parametrlar hamda sharoitlarga bog‘liqligi haqida o‘ylab ko‘rgan bo‘lishingiz mumkin. Ana shu savollarga javob berish uchun Joul (Joule) ushbu hodisani aniq ifodalovchi formula keltirgan va uni Joul qonuni (Joule’s Law) deb atagan.
Joulning qizish qonuni (Joule’s Law of Heating)
Joul qonuni — zanjirdagi qarshilik (resistance) elektr energiyasini issiqlik energiyasiga qanchalik tezlikda aylantirishini matematik jihatdan tasvirlaydi.
Ingliz fizigi Jeyms Preskott Joul (James Prescott) tok o‘tayotgan o‘tkazgichda bir sekundda hosil bo‘ladigan issiqlik miqdori simning elektr qarshiligiga va tok kuchining kvadratiga proportsional ekanini aniqlagan.
Elektr simida tok oqishi sababli hosil bo‘ladigan issiqlik Joul (J) birliklarida ifodalanadi. Joul qonunining matematik ifodasi quyida tushuntiriladi.
Joulning birinchi qonuni
Joulning birinchi qonuni o‘tkazgichdan elektr toki o‘tganda ajralib chiqadigan issiqlik bilan bog‘liq munosabatni ko‘rsatadi.
Q = I2 R T
Bu yerda:
- Q — ajralib chiqadigan issiqlik miqdori
- I — elektr toki (tok kuchi)
- R — o‘tkazgichdagi elektr qarshilik miqdori
- T — vaqt
- Agar zanjirdagi tok kuchi va tok oqimi o‘zgarmasa, hosil bo‘ladigan issiqlik miqdori simning elektr qarshiligiga proportsional bo‘ladi.
- Agar elektr qarshilik va tok manbai (current supply) doimiy bo‘lsa, tok o‘tayotgan o‘tkazgichda hosil bo‘ladigan issiqlik miqdori zanjirdan oqayotgan tokning kvadratiga proportsional bo‘ladi.
- Agar qarshilik va tok oqimi doimiy saqlansa, tok oqishi sababli hosil bo‘ladigan issiqlik miqdori oqish vaqtiga proportsional bo‘ladi.
Yechilgan misol
Q1) Qarshiligi 5 Ω bo‘lgan o‘tkazgichdan 3 A tok 2 minut davomida o‘tsa, ajralib chiqadigan issiqlik energiyasini hisoblang.
O‘tkazgichda ajralib chiqadigan issiqlik miqdori quyidagi formula bilan topiladi:
Q = I2 R T
Qiymatlarni formulaga qo‘ysak:
Q = 32× 5 × 2 × 60 = 5400 J
Q2) Qarshiligi 300 Ω bo‘lgan isitkich (heater) 30 minutga tarmoq kuchlanishiga ulandi. Agar isitkichning spiralidan 10 A tok o‘tsa, isitkichda hosil bo‘ladigan issiqlik miqdori qancha bo‘ladi?
Isitkichda hosil bo‘ladigan issiqlik miqdori quyidagicha hisoblanadi:
Q = I2RT
Qiymatlarni formulaga qo‘ysak:
Q = 102 × 300 × 30 × 60 = 54000000 J yoki 54 MJ.
