شرح ومناقشة قانون جول

من طرف MR.ILYas QaRrou السبت أكتوبر 10, 2009 2:31 pm

جيمس بريسكوت جول (1818 - 1889 ) فيزيائي إنجليزي ذائع الصيت اعتمد على نفسه في التعليم ، فلم يتلق أي تدريب أكاديمي رسمي ولا تقلد منصبا أكاديميا. ورغم ذلك ، كانت له تجارب مذهلة منها المتعلقة بدراسة الطاقة الحرارية المتولدة من التيار الكهربائي ، فوجد أن الطاقة الحرارية الناتجة في الثانية الواحدة تتناسب طرديا مع مقاومة الموصل ومربع شدة التيار ،
قانون جول :
درسنا فيما سبق أنه عند مرور تيار شدته (ت) لفترة زمنية (ز) في ناقل مقاومته (م) وفرق الجهد بين طرفيه (ج) فإنه تتولد طاقة حرارية في الموصل بسبب اصطدام الكترونات التيار بذرات مادة الموصل وبالتالي يسخن الموصل .
فماهي العلاقة بين كمية الحرارة ( ح ) المنطلقة من موصل والطاقة الكهربائية ( ط ) المارة فيه ؟
هذا ما سوف نتعرف عليه من خلال درسنا إن شاء الله
استنتج جول بعد عدة تجارب أن العوامل المؤثرة على الطاقة الحرارية الناتجة عن مرور التيار الكهربائي في موصل معدني تتناسب طردياً مع كل من :
1. زمن مرور التيار حيث أن ط & ز
2. مربع شدة التيار حيث ط & ت²
3. مقاومة الموصل حيث ط & م
اقصد بـ & علاقة طردية وليست و
ولعدم وجود رمز العلاقة الطردية أضطررت لأستخدام رمز &
نــص قانون جــول:
كمية الطاقة الحرارية الناتجة عن مرور تيار كهربائي في موصل معدني تتناسب طردياً مع مربع شدة التيار و مقاومة الموصل و زمن مرور هذا التيار.
الغرض من قانون جول :
يدرس قانون جول العلاقة بين كمية الطاقة الحرارية المنطلقة من موصل معدني والطاقة الكهربائية المارة فيه.
استنتاج قانون جول :
وبصورة رياضية يمكن أن نستنتج مقدار الطاقة الحرارية المتولدة كما يلي:
بما أن :
ط = جـ × ش
ولكن :
جـ = ت × م ، ش = ت × ز
إذاً : ط = ت² × م × ز ( جول )
أو ط = جـ × ت × ز
وهذه العلاقة ط = ت² × م × ز تعطي الطاقة الكهربائية المستهلكة في المقاومة ( م ) والتي تتحول إلى حرارة في نفس المقاومة .
إذا العلاقة بين كمية الحرارة ( ح ) المنطلقة من موصل والطاقة الكهربائية ( ط ) المارة فيه تعطى بالعلاقة التالية :
ح = ط جول
ولحساب كمية الحرارة ( الطاقة الحرارية ) بالسعر نقسم على مكافئ جول ( ي )
ح = ط / ي
حيث
ى = 4.18 جول / سُعر
ى : مكافئ جول
ت : شدة التيار المار (أمبير)
م : مقاومة الموصل (أوم)
ز: زمن مرور التيار (ثانية)
جـ : فرق الجهد
ح: كمية الطاقة الحرارية الناتجة (سُعر)
طــ: الطاقة الكهربائية المستهلكة (جـــول)
ومن التطبيقات على ذلك ارتفاع درجة حرارة البطارية الجافة أو المركم الرصاصي عند الاستمرار في استخدامها لفترة زمنية طويلة وسبب ذلك يعود إلى أن جميع البطاريات لها مقاومة داخلية ( م0 ) وأثناء استخدام البطارية يتحول جزء من طاقة التيار المار خلال هذه المقاومة إلى حرارة .
عللي: ترتفع درجة حرارة البطاريات (المركم الرصاصي) عند استخدامها لفترة طويلة.؟
لأن الطاقة الكهربائية المارة جزء منها يتحول إلى طاقة حرارية بسبب المقاومة الداخلية (م 0) للبطارية.
المقاومة الداخلية (م 0) :
هي مقاومة المــــــــــولد لمــــــــرور تيـــــــــار فيــــــه.
حيث أن مقاومة الخلية الجافة تساوي تقريبا 1.5 أوم ومقاومة المركم الرصاصي 0.01 أوم فأن الخلايا الجافة تسخن أكثر من المركم الرصاصي ( عللي )
ملاحظة :

م الكلية = م للمتر الواحد × طــول السلك

تعريف مكافئ جول : ي = 4.2 جول / سُعر:
أي أن هذا الناقل يلزمه طاقة كهربائية مقدارها 4.2 جول حتى تتولد منه طاقة حرارية مقدارها 1 سُعر
ملاحظة :
يمكن تطبيق قانون جول على أي جزء من الدائرة سواءً داخل مصدر الطاقة ( البطارية ) أو في المقاومات الخارجية