Joule etkisi
Kısa tanım
Bir iletkenden elektrik akımı geçtiğinde, iletkenin direnci nedeniyle elektrik enerjisinin ısıya dönüşmesidir; üretilen ısı Q = I²·R·t ile hesaplanır.
Diğer adları: Joule ısınması, Joule yasası, Rezistif ısınma, Omik ısınma
Kettle'ın suyu ısıtması, ütünün tabanının kızması, kabloların yük altında ısınması ve sigortanın atması aynı fiziksel olaydan kaynaklanır: Joule etkisi. Akımı taşıyan elektronlar iletkendeki atomlarla çarpışır ve elektrik enerjisinin bir kısmı ısıya dönüşür.
Formül
Q = I² · R · t
Q joule cinsinden ısı, I amper cinsinden akım, R ohm cinsinden direnç, t saniyedir. Ohm yasası (V = I·R) kullanılarak Q = V · I · t ya da Q = V² · t / R biçiminde de yazılabilir. Isınma gücü P = I² · R'dir.
Örnek
10 Ω'luk bir dirençten 2 A akım 1 dakika boyunca geçiyor. Güç 2² × 10 = 40 W, ısı 40 × 60 = 2.400 J olur. Bu enerji 1 litre suyun sıcaklığını yaklaşık 0,57 °C artırmaya yeter. Kendi değerlerinle Joule ısınması hesaplayıcısında hesaplayabilirsin.
Akımın karesi neden önemli?
Isı akımın karesiyle büyüdüğü için akım iki katına çıkınca ısınma dört katına çıkar. Elektrik iletim hatlarında gerilimin çok yükseltilmesinin nedeni budur: aynı gücü taşırken gerilim iki katına çıkarsa akım yarıya, hat kayıpları dörtte bire iner. Evlerde de ince kesitli bir kabloya yüksek akımlı cihaz bağlamak aşırı ısınma ve yangın riski doğurur. Uygun kesiti kablo kesiti aracıyla kontrol edebilirsin.
İstenen ve istenmeyen yanları
- Faydalı kullanımlar: Elektrikli ısıtıcı, fırın, saç kurutma makinesi, lehim havyası, eriyen sigorta teli
- Kayıp olarak: Motor sargıları, transformatörler ve işlemcilerde ısı, verimi düşürür ve soğutma gerektirir
İletkenin direnci malzemenin özdirencine, uzunluğuna ve kesitine bağlıdır; sıcaklıkla da değişir. Bu yüzden hassas hesaplarda direncin çalışma sıcaklığındaki değeri kullanılmalıdır. Süperiletkenlerde direnç sıfır olduğundan Joule ısınması gerçekleşmez.