de wet van joule

DE WET VAN JOULE
TEST JE KENNIS OVER
E
L
U
O
J
N
A
V
DE WET
‘
WIE IS DIE BRAVE JOULE EIGENLIJK?
James Prescott Joule was een Engelse natuurkundige.
Hij ontdekte rond 1860
het verband tussen elektrische stroom die
door een weerstand gaat en de warmte die
hierbij vrijkomt.
20
DE WET VAN JOULE
KORTE HERHALING
WAT IS HET JOULE-EFFECT?
ELEKTRISCHE ENERGIE?
Het Joule-effect is een thermisch effect van de
elektrische weerstand die ontstaat als elektrische
stroom door een geleider gaat.
Het Joule-effect is het gevolg van de omzetting van
elektriciteit (meer bepaald elektrische energie) in
warmte (meer bepaald in warmte-energie). Dit effect
ontstaat in alle geleiders, maar vaak kan het vrijkomen van warmte alleen zichtbaar worden gemaakt
als de stroomsterkte te groot is. Door dit effect gaan
bepaalde elektrische of elektronische componenten
soms ‘verbranden’.
Je kunt het niet over het ‘JOULE-EFFECT’ hebben
zonder stil te staan bij ‘ELEKTRISCHE ENERGIE’.
Elektrische energie is de energie die door tussenkomst
van elektrische stroom wordt afgegeven aan een
verwarmingssysteem, een elektrotechnisch of elektronisch systeem of een motor. Ze wordt rechtstreeks
omgezet in een andere energie om arbeid te verrichten: een vracht verplaatsen, licht geven, verwarmen
enzovoort.
Interessant is dus de omzetting van elektrische energie in warmte-energie.
TIJD OM ENKELE FORMULES OP TE FRISSEN
Het Joule-effect doet zich in meerdere of mindere mate voor
in elke elektrische geleider. Het vrijkomen van warmte is
proportioneel met:
aade weerstand,
aade stroomsterkte in het kwadraat,
aade tijd gedurende welke de stroom vloeit.
W=RxI xt
2
W = energieverlies in warmte
in Joule* gedurende een
bepaalde tijd
R = weerstand in ohm [Ω]
I = stroomsterkte
in ampère [A]
t = tijd gedurende welke
de stroom vloeit in
seconden [s]
* Het Internationale Stelsel
houdt Joule aan als de
maateenheid voor energie.
VERMOGEN OMGEZET IN WARMTE
Dit vermogen P wordt ook wel thermisch
vermogen genoemd.
Met onderstaande formule kunnen we het vermogen
dat kortstondig in warmte wordt omgezet berekenen,
door uit te gaan van de wet van Ohm. U=RxI
P=UxI=RxIxI=RxI 2
2
U
U
P=UxI=Ux =
R R
21
Het gebruik van formules is niet altijd
eenvoudig, vooral wanneer de weerstand
afhangt van de temperatuur van de geleider. Het door het Joule-effect omgezette
vermogen wijzigt de temperatuur, die de
weerstand wijzigt, die het door het Jouleeffect omgezette vermogen wijzigt.
DE WET VAN JOULE
DE NEVENEFFECTEN VAN HET… JOULE-EFFECT
In bepaalde gevallen veroorzaakt
het Joule-effect energieverlies, dat
wil zeggen de ongewenste, maar
onvermijdelijke, omzetting van een
deel van de elektrische energie in
warmte-energie.
aaBijvoorbeeld bij energieverlies
tijdens het transport van elektrische stroom. Men probeert dit
te beperken. Hoe? Door de spanning te verhogen, met als gevolg
dat bij gelijkblijvend vermogen
(P) de stroomsterkte afneemt. Zo
zorgt het Joule-effect er dus voor
dat het verlies wordt verkleind.
aaDe isolatie van de geleider wordt
beschadigd door het opwarmen
van het koper.
aaDe spoelen van de motor kunnen
verbranden.
aaHet warmteverlies in de
motor veroorzaakt een lager
rendement.
IS HET JOULE-EFFECT OOK NUTTIG?
BESCHERMING VAN
ELEKTRISCHE KRINGEN EN
TOESTELLEN
Laten we eens enkele
toepassingen bekijken.
De vroegere smeltzekeringen
gebruiken het Joule-effect om
in het geval van overbelasting
een elektrische kring te isoleren
door een geleider van de juiste
omvang te laten smelten.
Automaten werken volgens
hetzelfde principe, maar zonder
stuk te gaan. Ze kunnen weer
worden ingeschakeld.
VERLICHTING
VERWARMING
De meest voorkomende
toepassing van het Joule-effect
is elektrische verwarming:
radiator, oven, kookplaat, föhn,
broodrooster. Via convectie en
straling kunnen deze apparaten
elektrische energie in haar
geheel omzetten in warmte.
Ook gloeilampen maken
gebruik van het Joule-effect:
de wolfraam gloeidraad, die in
een bol vol edelgas zit, wordt
tot een zeer hoge temperatuur
(meer dan 2.200 °C) verwarmd.
Bij die temperatuur gaat de
wolfraam gloeidraad gloeien en
verspreidt hij licht. Overigens
maken deze lampen stilaan
plaats voor energiezuinige
spaarlampen.
INDUSTRIËLE
ELEKTRISCHE OVENS
Weerstandsovens,
vlamboogovens, inductieovens.
ELEKTRISCH LASSEN
Soldeerbout, booglassen,
weerstandlassen (puntlassen).
22