Prawo Joule’a-Lenza opisuje ilość ciepła wydzielanego w przewodniku lub rezystorze podczas przepływu prądu elektrycznego. Jest podstawą do obliczania nagrzewania się elementów elektrycznych, np. rezystorów, przewodów, grzałek i uzwojeń silników.
Wzór podstawowy
Ilość ciepła wydzielonego w rezystorze oblicza się ze wzoru:
Q = I² · R · t
gdzie:
- Q – ilość ciepła, energia cieplna [J],
- I – natężenie prądu [A],
- R – rezystancja [Ω],
- t – czas przepływu prądu [s].
Najważniejszy wniosek egzaminacyjny
Przy stałej rezystancji i tym samym czasie ilość wydzielonego ciepła zależy od kwadratu natężenia prądu:
Q ~ I²
Oznacza to, że jeśli prąd wzrośnie 2 razy, ciepło wzrośnie 4 razy. Jeśli prąd wzrośnie 3 razy, ciepło wzrośnie:
3² = 9 razy
Dlatego potrojenie prądu w rezystorze o niezmiennej rezystancji powoduje dziewięciokrotny wzrost ilości ciepła.
Związek z mocą
Ponieważ moc wydzielana w rezystorze wynosi:
P = I² · R
to energia cieplna wydzielona w czasie jest równa:
Q = P · t
Im większy prąd płynie przez rezystor, tym szybciej element się nagrzewa. W praktyce może to prowadzić do przegrzania, uszkodzenia izolacji lub spalenia elementu.