Joules Law of Heating – What is it?

Summary

Joules Gesetz, auch als ohmisches oder resistives Heizen bekannt, beschreibt die Wärmeentwicklung, die auftritt, wenn elektrischer Strom durch einen Leiter fließt. Die erzeugte Wärme ist proportional zum Quadrat des Stroms, dem Widerstand des Leiters und der Zeit, die der Strom fließt. Das Gesetz wurde erstmals 1841 von James Prescott Joule untersucht, der zeigte, dass die Wärme in einem Draht proportional zum Strom, Widerstand und der Zeit des Stromflusses ist. Auf atomarer Ebene führt der Widerstand der Drahtatome zur Umwandlung kinetischer Energie in Wärmeenergie.

Takeaways

• 😀 Joules Gesetz beschreibt den Zusammenhang zwischen elektrischem Strom und der erzeugten Wärme.
• 😀 Der erzeugte Wärmeanteil ist proportional zum Quadrat des Stroms, dem Widerstand des Leiters und der Zeit, in der der Strom fließt.
• 😀 Mathematisch ausgedrückt lautet die Formel H = I² * R * T, wobei H die erzeugte Wärme, I der Strom, R der Widerstand und T die Zeit sind.
• 😀 Das Gesetz wurde von James Prescott Joule im Jahr 1841 entdeckt, als er einen Draht in einem festen Wasserbecken eintauchte und den Temperaturanstieg durch einen bekannten Stromfluss maß.
• 😀 Joule fand heraus, dass die erzeugte Wärme proportional zum Quadrat des Stroms, dem Widerstand des Drahtes und der Fließzeit des Stroms ist.
• 😀 Joules mechanisches Wärmeäquivalent (J) ist eine Konstante, die den Umrechnungsfaktor von mechanischer Arbeit zu Wärmeenergie angibt.
• 😀 Die Wärmeproduktion ist unabhängig von der Richtung des Stroms, was bedeutet, dass sowohl bei positivem als auch bei negativem Stromfluss die gleiche Wärme erzeugt wird.
• 😀 Auf atomarer Ebene ist der elektrische Strom die Bewegung von Elektronen, die durch die festen Atome des Leiters hindurch fließen.
• 😀 Die Widerstandskraft der festen Atome im Draht führt zu Kollisionen, bei denen kinetische Energie in Wärmeenergie umgewandelt wird.
• 😀 Durch die Kollisionen zwischen Elektronen und Atomen erwärmt sich der Draht, was das Phänomen des Ohmschen oder resistiven Heizens verursacht.
• 😀 Joules Experiment zeigte die genaue mathematische Beziehung zwischen Strom, Widerstand und erzeugter Wärme, die als Grundlage für Ohmsches Heizen dient.

Q & A

Was beschreibt das Joulesche Gesetz?

Das Joulesche Gesetz beschreibt die Wärme, die entsteht, wenn ein elektrischer Strom durch einen Draht fließt. Die erzeugte Wärme ist proportional zum Quadrat des Stroms, dem Widerstand des Drahtes und der Zeit, während der der Strom fließt.

Was besagt die mathematische Formel des Jouleschen Gesetzes?

Die Formel lautet: H = (1/J) × I² × R × T, wobei H die Wärme, I der Strom, R der Widerstand, T die Zeit und J die mechanische Wärmekonstante ist.

Wann und von wem wurde das Joulesche Gesetz erstmals untersucht?

Das Joulesche Gesetz wurde erstmals 1841 von James Prescott Joule untersucht.

Wie führte James Prescott Joule sein Experiment durch?

Joule tauchte einen Draht in eine feste Wassermenge und ließ einen bekannten Strom durch den Draht fließen. Er maß den Temperaturanstieg des Wassers über einen Zeitraum von 30 Minuten und stellte fest, dass die erzeugte Wärme proportional zum Quadrat des Stroms, dem Widerstand des Drahtes und der Zeit war.

Was ist die mechanische Wärmekonstante J?

Die mechanische Wärmekonstante J ist eine Zahl, die angibt, wie viele Arbeitseinheiten nötig sind, um eine Einheit Wärme zu erzeugen, wenn diese Arbeitseinheiten vollständig in Wärme umgewandelt werden.

Welche Rolle spielt der Widerstand in Joules Gesetz?

Der Widerstand des Drahtes ist direkt proportional zur erzeugten Wärme. Ein höherer Widerstand führt zu mehr Wärme, wenn der gleiche Strom durch den Draht fließt.

Was passiert auf atomarer Ebene, wenn Strom durch einen Draht fließt?

Auf atomarer Ebene sind die Elektronen, die den Strom bilden, mit den fixen Atomen des Drahtes in Kontakt. Diese fixen Atome bieten Widerstand, wodurch es zu Kollisionen kommt, bei denen die kinetische Energie der Elektronen in Wärmeenergie umgewandelt wird.

Was bedeutet es, dass das Joulesche Heizen unabhängig von der Richtung des Stroms ist?

Das bedeutet, dass die erzeugte Wärme nicht davon abhängt, ob der Strom in eine Richtung oder die entgegengesetzte Richtung fließt. Die erzeugte Wärme bleibt gleich.

Wie wird der Zusammenhang zwischen Strom, Widerstand und erzeugter Wärme beschrieben?

Der Zusammenhang wird durch die Formel H = I² × R × T ausgedrückt. Dies bedeutet, dass die erzeugte Wärme (H) proportional zum Quadrat des Stroms (I²), dem Widerstand (R) und der Zeit (T) ist.

Warum ist Joules Experiment historisch wichtig?

Joules Experiment war ein wichtiger Schritt, um die Beziehung zwischen Elektrizität und Wärme zu verstehen. Es trug zur Entwicklung des Verständnisses der thermodynamischen Prinzipien und der Mechanik der Wärmeübertragung bei.