Joul–Lens qonuni

Joul — Lens qonuni — fizik qonun bo‘lib, unda issiqlik ajralishiga sabab bo‘luvchi elektr tokining ta’siri miqdoriy jihatdan baholanadi. Qonun 1841-yilda Jeyms Joul tomonidan va undan mustaqil ravishda 1842-yilda Emiliy Lens tomonidan aniqlangan.

Ta’riflar

Qonun so‘z bilan quyidagicha ifodalanadi:

Muhitdan o‘zgarmas elektr toki o‘tganda birlik hajmda ajraladigan issiqlik quvvati elektr toki zichligi bilan elektr maydon kuchlanganligi ko‘paytmasiga teng.

Matematik jihatdan qonun quyidagicha ifodalanadi:

w=ȷ→⋅E→=σE2,

bu yerda w — birlik hajmdagi issiqlik ajralish quvvati, ȷ→ — elektr toki zichligi, E→ — elektr maydon kuchlanganligi, σ — elektr o‘tkazuvchanlik (muhitning o‘tkazuvchanligi), nuqta esa skalyar ko‘paytmani bildiradi.

Ingichka simlardan tok o‘tishi holatida qonunni integral shaklda ham ifodalash mumkin:

Ajraladigan issiqlik miqdori ko‘rib chiqilayotgan zanjir qismida birlik vaqt ichida shu qismdagi tok kuchi kvadrati bilan uning qarshiligi ko‘paytmasiga mutanosib bo‘ladi.

Integral shaklda bu qonun quyidagi ko‘rinishga ega:

dQ=I2Rdt,
Q=∫t1t2I2Rdt,

bu yerda dQ — vaqt oralig‘ida ajraladigan issiqlik miqdori; vaqt oralig‘i dt, I — tok kuchi, R — qarshilik, Q — t1 dan t2 gacha bo‘lgan vaqt oralig‘ida ajralgan jami issiqlik miqdori. Tok kuchi va qarshilik o‘zgarmas bo‘lsa:

Q=I2Rt.

Om qonunidan foydalanib, quyidagi teng kuchli formulalarni olish mumkin:

Q=U2t/R =IUt.

Amaliy ahamiyati

Energiya yo‘qotilishini kamaytirish

Elektr energiyasini uzatishda simlarda tok ta’sirida issiqlik ajralishi nomaqbul hodisa hisoblanadi, chunki u energiya yo‘qotilishiga olib keladi. Elektr energiyasini yetkazuvchi simlar va yuklama ketma-ket ulangan, demak, tarmoqdagi I tok simlarda ham, yuklamada ham bir xil bo‘ladi. Yuklama quvvati va simlarning qarshiligi manba kuchlanishi qanday tanlanishiga bog‘liq bo‘lmasligi kerak. Simlarda va yuklamada ajraladigan quvvat quyidagi formulalar bilan aniqlanadi:

Qw=Rw⋅I2,
Qc=Uc⋅I.

Bundan quyidagi ifoda kelib chiqadi: Qw=Rw⋅Qc2/Uc2. Har bir muayyan holatda yuklama quvvati va simlarning qarshiligi o‘zgarmas bo‘lgani, shuningdek, Rw⋅Qc2 ifoda doimiy kattalik bo‘lgani sababli simda ajraladigan issiqlik iste’molchidagi kuchlanish kvadratiga teskari mutanosibdir. Kuchlanishni oshirish orqali simlardagi issiqlik yo‘qotilishini kamaytiramiz. Biroq bu elektr uzatish liniyalarining elektr xavfsizligini kamaytiradi.

Elektr zanjirlari uchun simlarni tanlash

Tok o‘tayotgan o‘tkazgichda ajraladigan issiqlik ma’lum darajada atrof-muhitga tarqaladi. Agar tanlangan o‘tkazgichdagi tok kuchi ruxsat etilgan chegaraviy qiymatdan oshsa, o‘tkazgich juda qattiq qizishi mumkin. Buning oqibatida u yaqin atrofdagi buyumlarning yonib ketishiga sabab bo‘lishi yoki o‘zi erib ketishi mumkin. Odatda, elektr zanjirlarini yig‘ish uchun simlarni tanlashda o‘tkazgichning ko‘ndalang kesim yuzasini tanlashni tartibga soluvchi amaldagi me’yoriy hujjatlarga rioya qilish kifoya.

Shu sababli zarur quvvatni zamonaviy magistral havo elektr uzatish liniyalari orqali uzatishda tok kuchi juda kichik bo‘lishini ta’minlash uchun ular o‘ta yuqori kuchlanishga (1150 kV gacha) mo‘ljallab loyihalanadi.

Elektr isitish asboblari

Agar elektr zanjirining barcha qismlaridan bir xil tok o‘tsa, istalgan qismda ajraladigan issiqlik miqdori o‘sha qismning qarshiligi qancha katta bo‘lsa, shuncha ko‘p bo‘ladi.

Zanjirning muayyan qismidagi qarshilikni ataylab oshirish orqali issiqlikning aynan shu qismda ajralishini ta’minlash mumkin. Elektr isitish asboblari shu tamoyil asosida ishlaydi. Ularda qizdirish elementi — yuqori qarshilikka ega o‘tkazgich ishlatiladi. Qarshilikni oshirish uchun (birgalikda yoki alohida) solishtirma qarshiligi katta bo‘lgan qotishma (masalan, nixrom, konstantan) tanlanadi, o‘tkazgich uzunligi oshiriladi yoki uning ko‘ndalang kesim yuzasi kamaytiriladi. Tokni yetkazuvchi simlarning qarshiligi odatda kichik bo‘ladi, shuning uchun ularning qizishi ko‘pincha sezilmaydi.

Eruvchan saqlagichlar

Elektr zanjirlarini haddan tashqari katta tokdan himoya qilish uchun maxsus xususiyatlarga ega o‘tkazgich bo‘lagidan foydalaniladi. Bu ko‘ndalang kesimi nisbatan kichik bo‘lgan va shunday qotishmadan tayyorlangan o‘tkazgichki, ruxsat etilgan tokda u ortiqcha qizib ketmaydi, tok haddan tashqari kuchayganda esa o‘tkazgich shu darajada qiziydiki, erib, elektr zanjirini uzadi.