Тепловое действие тока
Электроток, проходящий по проводниковому элементу, за счет ударения свободных электронов об ионы и атомы нагревает его. Тепловое действие тока можно наблюдать во всех аспектах жизни человека: от работающих ламп накаливания и бытовых приборов до получения цветных металлов и добычи азота.
![Самодельный нагревательный прибор с нихромовой спиралью, что нагревается под воздействием электротока](http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/1-zaglavnaja-8-600x338.jpg?x44801)
Самодельный нагревательный прибор с нихромовой спиралью, что нагревается под воздействием электротока
Закон Джоуля-Ленца
Тепловое действие электрического тока – это не что иное, как переход электроэнергии в теплоту. Такой процесс отражается в законе Джоуля-Ленца, какой определяет количественную меру выделенной теплоэнергии.
Согласно этому закону, количественная мера тепла, какое излучается при прохождении электротока, пропорционально квадрату силы этого электротока, сопротивлению проводникового элемента и времени, за которое он протекает через проводник.
Формула, отражающая тепловое действие электротока (закон Джоуля-Ленца):
Q=I2Rt, где:
- Q – количество теплоты;
- I – сила электротока;
- R – электросопротивление проводникового элемента;
- t – время прохождения электротока.
Из формулы видно, что чем больше или сила электротока, или сопротивление проводника, тем больше теплоты будет выделяться. По этой причине нагревательные элементы в оборудовании и приборах изготавливаются из металлов, имеющих высокое электросопротивление.
Измеряется количество теплоты, выделенное электротоком, в джоулях – сокращенно «Дж».
![Демонстрация закона Джоуля-Ленца](http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/2-demonstracija-zakona-dzhoulja-lenca-600x378.jpg?x44801)
Демонстрация закона Джоуля-Ленца
Количество тепла, что выделяется при прохождении электротока силой в 1 А через проводниковое сопротивление в 1 Ом за 1 секунду, называется термическим эквивалентом и равно 0,24 малой калории.
Степень проявления теплового действия электротока в проводнике можно наблюдать на специальном приборе, где на зависящее от силы тока расстояние посредством воздуха, нагреваемого проволокой, перемещается ртуть.
Применение теплового действия электротока
![Нагревание проводниковой спирали под воздействием электротока, что приводит к свечению ламп накаливания](http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/3-elektrolampy-600x450.jpg?x44801)
Нагревание проводниковой спирали под воздействием электротока, что приводит к свечению ламп накаливания
Применения тепловых свойств электротока очень разнообразны. Наиболее употребительные из них нижеследующие:
- Электрическое освещение, представленное:
- лампами накаливания, в которых металлическая нить, помещенная в стеклянный баллон с выкаченным из него воздухом, накаливается током до состояния свечения (вместо воздуха лампа может быть наполнена инертным газом, например, азотом);
- дуговыми фонарями, в которых электрический ток, проходящий через сомкнутые угли (угольные стержни), в момент небольшого их разведения образует искру, и между углями устанавливается вольтова дуга, приводящая в состояние сильного свечения концы углей.
- Электронагревательные приборы в виде сосудов и плит для изготовления пищи, утюгов или отопительных приборов, где теплота выделяется в проволоках или тонко раскатанном на слюдяных пластинках металле большого сопротивления;
- Сварка или паяние могут осуществляться посредством электрической дуги, какая образуется между подлежащей обработки частью и железным либо угольным стержнем. Возможно формирование вольтовой дуги и между двумя угольными электродами и дальнейшее направление дуги к месту спая путем оттягивания ее с помощью электромагнита;
- Применение тепловых свойств электротока в специальных печах для получения определенных веществ, например:
- получение алюминия производится также с помощью теплового действия свойств электротока, для чего глинозем, содержащий алюминий, закладывается в угольную электропечь, в которой мощная вольтова дуга, образующаяся между ней и углем, расплавляет глинозем, после чего получившаяся жидкая масса подвергается электролизу, причем чистый алюминий выделяется на отрицательном полюсе;
- получение стали может также осуществляться посредством электропечей с вольтовой дугой, в каких конечный продукт (сталь) получается путем выплавки из чугуна и сборных отбросов из металла теплом, выделяющимся между двумя угольными электродами либо между одним электродом из угля и вторым в виде самой расплавленной массы;
- фабрикация карбидов производится также с помощью электрических печей;
- добыча азота из воздуха производится также в электропечах, в которых вольтова дуга переменного тока высокого напряжения оттягивается магнитом к диску либо направляется в высокую трубку, а воздух, прогоняемый через эту дугу, благодаря высокой температуре, образует окись азота, которая перерабатывается в азотную кислоту, а затем в калийную селитру.
- Получение озона из воздуха производится путем электрических разрядов источника высокого напряжения, благодаря которым происходят окислительные процессы в воздухе, находящимся между электродами, и выделение озона. Озон широко применяется для отделки тканей, для освежения испорченного воздуха (озонирование) и главным образом для обезвреживания питьевой воды.
![Внешний вид электрической печи для производства стали](http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/4-elektropech-600x400.jpg?x44801)
Внешний вид электрической печи для производства стали
Тепловое действие тока имеет высокое значение для человека, так как представлено во многих аспектах его жизнедеятельности, в том числе в производственных цепочках многих перерабатывающих, добывающих предприятий.