3.1 ΘΕΡΜΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΤΟΥ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΡΕΥΜΑΤΟΣ

Παρουσίαση με θέμα: "3.1 ΘΕΡΜΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΤΟΥ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΡΕΥΜΑΤΟΣ"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 3.1 ΘΕΡΜΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΤΟΥ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΡΕΥΜΑΤΟΣ

2 Τί είναι το φαινόμενο Τζάουλ; Ποιός είναι ο νόμος του Τζάουλ;
Στόχοι μαθήματος Τί είναι το φαινόμενο Τζάουλ; Ποιός είναι ο νόμος του Τζάουλ; Ποιά είναι η μικροσκοπική ερμηνία του; Τί εφαρμογές έχει;

3 Ενέργεια στη φύση Ηλιακή Ενέργεια στό σπίτι Χημική Θερμική Θερμική Φωτεινή Κινητική του αέρα Κινητική κ.α. Κινητική του νερού Δυναμική του νερού κ.α.

4 Ενέργεια στη φύση Ηλιακή Ενέργεια στό σπίτι Χημική Θερμική Θερμική Ηλεκτρική Ενέργεια Φωτεινή Κινητική του αέρα Κινητική κ.α. Κινητική του νερού Δυναμική του νερού κ.α.

5 Φαινόμενο Τζάουλ : Όταν από ένα αντιστάτη διέρχεται ηλεκτρικό ρεύμα, η θερμοκρασία του αυξάνεται

6 Φαινόμενο Τζάουλ : Όταν από ένα αντιστάτη διέρχεται ηλεκτρικό ρεύμα, η θερμοκρασία του αυξάνεται
Εθερμική =Q Εηλεκ

7 Φαινόμενο Τζάουλ : Όταν από ένα αντιστάτη διέρχεται ηλεκτρικό ρεύμα, η θερμοκρασία του αυξάνεται
Εθερμική =Q Εηλεκ Η ηλεκτρική ενέργεια που φτάνει στον αντιστάτη μετατρέπεται σε θερμότητα, η οποία μεταφέρεται στη συνέχεια στο περιβάλλον Πώς μπορούμε να υπολογίσουμε την ποσότητα της ενέργειας που ελευθερώθηκε ως θερμότητα;

8 H ποσότητα θερμότητας Q που μεταφέρεται σ’ένα σώμα για ορισμένο χρονικό διάστημα t συνδέεται με την μάζα m του σώματος και τη μεταβολή της θερμοκρασίας του Δθ με τον παρακάτω τύπο: Όπου

9 Τί θα συμβεί αν προσφέρω ενέργεια στο νερό;
H ποσότητα θερμότητας Q που μεταφέρεται σ’ένα σώμα για ορισμένο χρονικό διάστημα t συνδέεται με την μάζα m του σώματος και τη μεταβολή της θερμοκρασίας του Δθ με τον παρακάτω τύπο: Όπου θΑ Τί θα συμβεί αν προσφέρω ενέργεια στο νερό;

10 Τί θα συμβεί αν προσφέρω ενέργεια στο νερό;
H ποσότητα θερμότητας Q που μεταφέρεται σ’ένα σώμα για ορισμένο χρονικό διάστημα t συνδέεται με την μάζα m του σώματος και τη μεταβολή της θερμοκρασίας του Δθ με τον παρακάτω τύπο: Όπου θΑ Τί θα συμβεί αν προσφέρω ενέργεια στο νερό; Q

11 H ποσότητα θερμότητας Q που μεταφέρεται σ’ένα σώμα για ορισμένο χρονικό διάστημα t συνδέεται με την μάζα m του σώματος και τη μεταβολή της θερμοκρασίας του Δθ με τον παρακάτω τύπο: Όπου θΤ Δθ θΑ Αν ξέρω τη μάζα του νερού και πόσο ανέβηκε η θερμοκρασία μπορώ να υπολογίσω πόση θερμότητα «έριξα» στο νερό Q

12 H ποσότητα θερμότητας Q που μεταφέρεται σ’ένα σώμα για ορισμένο χρονικό διάστημα t συνδέεται με την μάζα m του σώματος και τη μεταβολή της θερμοκρασίας του Δθ με τον παρακάτω τύπο: Όπου V qηλεκτρ. Ι Α tχρον. διαστ. θΑ δ Q R

13 H ποσότητα θερμότητας Q που μεταφέρεται σ’ένα σώμα για ορισμένο χρονικό διάστημα t συνδέεται με την μάζα m του σώματος και τη μεταβολή της θερμοκρασίας του Δθ με τον παρακάτω τύπο: Όπου V qηλεκτρ. Ι Α tχρον. διαστ. θΑ δ Q R

14 H ποσότητα θερμότητας Q που μεταφέρεται σ’ένα σώμα για ορισμένο χρονικό διάστημα t συνδέεται με την μάζα m του σώματος και τη μεταβολή της θερμοκρασίας του Δθ με τον παρακάτω τύπο: Όπου V qηλεκτρ. Ι Α θΤ Δθ1 tχρον. διαστ. θΑ δ Q R

15 V qηλεκτρ. 2Ι Α tχρον. διαστ. θΑ δ Q R

16 V qηλεκτρ. 2Ι Α tχρον. διαστ. θΑ δ Q R

17 V qηλεκτρ. θΤ 2Ι Α Δθ2 tχρον. διαστ. θΑ δ Q R

18 V qηλεκτρ. θΤ Ι Ι 2Ι Α Δθ2 = 4 Δθ1 = (2)2 Δθ1 Δθ2 tχρον. διαστ. θΑ δ Q R

19 V qηλεκτρ. θΤ Ι Ι 2Ι Α Δθ2 = 4 Δθ1 = (2)2 Δθ1 Δθ2 tχρον. διαστ. θΑ δ Ι Ι Δθ2 = 9 Δθ1 = (3)2 Δθ1 Άρα η ποσότητα της θερμότητας που μεταφέρεται σε έναν αντιστάτη είναι ανάλογη του τετραγώνου της έντασης του ρεύματος που διέρχεται από αυτόν Q R

20 Αντίστοιχα μπορούμε να μετρήσουμε πως μεταβάλλεται η θερμοκρασία αν αλλάξω την αντίσταση ή το χρόνο διέλευσης του ηλεκτρικού ρεύματος V qηλεκτρ. Ι Ι R R1 θΤ Ι Δθ2 = 4 Δθ1 Δθ2 = 2 Δθ1 Α Δθ tχρον. διαστ. t t1 θΑ δ Δθ2 = 2 Δθ1 Άρα η ποσότητα της θερμότητας που μεταφέρεται σε έναν αντιστάτη είναι ανάλογη της αντίστασης και του χρόνου που το ρεύμα διέρχεται από αυτόν Q R

21 Νόμος του Τζάουλ Η μεταβολή της θερμικής ενέργειας Q ενός αντιστάτη είναι ανάλογη του τετραγώνου της έντασης Ι του ρεύματος που διέρχεται από αυτόν, ανάλογη της αντίστασης R και ανάλογη του χρόνου t που το ρεύμα διέρχεται από αυτόν

22 Νόμος του Τζάουλ Η μεταβολή της θερμικής ενέργειας Q ενός αντιστάτη είναι ανάλογη του τετραγώνου της έντασης Ι του ρεύματος που διέρχεται από αυτόν, ανάλογη της αντίστασης R και ανάλογη του χρόνου t που το ρεύμα διέρχεται από αυτόν

23 Νόμος του Τζάουλ Η μεταβολή της θερμικής ενέργειας Q ενός αντιστάτη είναι ανάλογη του τετραγώνου της έντασης Ι του ρεύματος που διέρχεται από αυτόν, ανάλογη της αντίστασης R και ανάλογη του χρόνου t που το ρεύμα διέρχεται από αυτόν

24 Νόμος του Τζάουλ Η μεταβολή της θερμικής ενέργειας Q ενός αντιστάτη είναι ανάλογη του τετραγώνου της έντασης Ι του ρεύματος που διέρχεται από αυτόν, ανάλογη της αντίστασης R και ανάλογη του χρόνου t που το ρεύμα διέρχεται από αυτόν

25 Νόμος του Τζάουλ Η μεταβολή της θερμικής ενέργειας Q ενός αντιστάτη είναι ανάλογη του τετραγώνου της έντασης Ι του ρεύματος που διέρχεται από αυτόν, ανάλογη της αντίστασης R και ανάλογη του χρόνου t που το ρεύμα διέρχεται από αυτόν Πώς είναι η γραφική παράσταση της θερμικής ενέργειας σε συνάρτηση με τα άλλα 3 μεγέθη;

26

27 Q ( J ) R ( Ω )

28 Q ( J ) Q ( J ) R ( Ω ) t (s)

29 Q ( J ) Q ( J ) Q ( J ) R ( Ω ) t (s) Ι (A)

30 Πώς εξηγείται μικροσκοπικά η αύξηση της θερμοκρασίας ενός αντιστάτη όταν αυτός διαρρέεται από ρεύμα;

31 Πώς εξηγείται μικροσκοπικά η αύξηση της θερμοκρασίας ενός αντιστάτη όταν αυτός διαρρέεται από ρεύμα;
Ι = 0 Α Η θερμοκρασία του μετάλλου σχετίζεται με την κινητική ενέργεια των ιόντων του, λόγω της άτακτης κίνησής τους

32 Πώς εξηγείται μικροσκοπικά η αύξηση της θερμοκρασίας ενός αντιστάτη όταν αυτός διαρρέεται από ρεύμα;
Ι = 0 Α Ι1 Όταν υπάρχει πηγή, δημιουργείται ηλεκτρικό πεδίο που ασκόντας δυνάμεις στα ηλεκτρόνια αυξάνει την κινητική τους ενέργεια Τα ηλεκτρόνια συγκρούονται πιο συχνά και ισχυρά με τα ιόντα και τους μεταφέρουν ενέργεια Η ενέργεια αυτή ταλαντώνει τα ιόντα πιο γρήγορα και εκδηλώνεται ως αύξηση της θερμοκρασίας

33 Πώς εξηγείται μικροσκοπικά η αύξηση της θερμοκρασίας ενός αντιστάτη όταν αυτός διαρρέεται από ρεύμα;
Γιατί όταν αυξάνουμε την ένταση του ρεύματος αυξάνεται η θερμότητα που ελευθερώνεται στο περιβάλλον;

34 Πώς εξηγείται μικροσκοπικά η αύξηση της θερμοκρασίας ενός αντιστάτη όταν αυτός διαρρέεται από ρεύμα;
Γιατί όταν αυξάνουμε την ένταση του ρεύματος αυξάνεται η θερμότητα που ελευθερώνεται στο περιβάλλον; Ι1 Ι2 = 2 Ι1 Μεγαλύτερη ένταση ρεύματος σημαίνει ότι τα ηλεκτρόνια κινούνται πιο γρήγορα άρα περισσότερη ενέργεια περνά στα ιόντα

35 Πώς εξηγείται μικροσκοπικά η αύξηση της θερμοκρασίας ενός αντιστάτη όταν αυτός διαρρέεται από ρεύμα;
Γιατί όταν αυξάνουμε την ένταση του ρεύματος αυξάνεται η θερμότητα που ελευθερώνεται στο περιβάλλον; Γιατί όταν αυξάνουμε την αντίσταση του αντιστάτη αυξάνεται η θερμότητα που ελευθερώνεται στο περιβάλλον;

36 Πώς εξηγείται μικροσκοπικά η αύξηση της θερμοκρασίας ενός αντιστάτη όταν αυτός διαρρέεται από ρεύμα;
Γιατί όταν αυξάνουμε την ένταση του ρεύματος αυξάνεται η θερμότητα που ελευθερώνεται στο περιβάλλον; Γιατί όταν αυξάνουμε την αντίσταση του αντιστάτη αυξάνεται η θερμότητα που ελευθερώνεται στο περιβάλλον; Ι1 Ι1 R1 R2 = 2 R1 Μεγαλύτερη αντίσταση σημαίνει δυσκολότερη διάταξη ιόντων άρα μεγαλύτερα εμπόδια για τα ηλεκτρόνια που συγκρούονται πιο συχνά με τα ιόντα και τους μεταφέρουν περισσότερη ενέργεια

37 Πώς εξηγείται μικροσκοπικά η αύξηση της θερμοκρασίας ενός αντιστάτη όταν αυτός διαρρέεται από ρεύμα;
Γιατί όταν αυξάνουμε την ένταση του ρεύματος αυξάνεται η θερμότητα που ελευθερώνεται στο περιβάλλον; Γιατί όταν αυξάνουμε την αντίσταση του αντιστάτη αυξάνεται η θερμότητα που ελευθερώνεται στο περιβάλλον; Γιατί όταν αυξάνουμε το χρόνο διέλευσης του ρεύματος αυξάνεται η θερμότητα που ελευθερώνεται στο περιβάλλον;

38 Πώς εξηγείται μικροσκοπικά η αύξηση της θερμοκρασίας ενός αντιστάτη όταν αυτός διαρρέεται από ρεύμα;
Γιατί όταν αυξάνουμε την ένταση του ρεύματος αυξάνεται η θερμότητα που ελευθερώνεται στο περιβάλλον; Γιατί όταν αυξάνουμε την αντίσταση του αντιστάτη αυξάνεται η θερμότητα που ελευθερώνεται στο περιβάλλον; Γιατί όταν αυξάνουμε το χρόνο διέλευσης του ρεύματος αυξάνεται η θερμότητα που ελευθερώνεται στο περιβάλλον; Ι1 t1 Ι1 t2 = 2 t1

39 Εφαρμογές του φαινομένου Τζάουλ
Λαμπτήρας πυρακτώσεως : Το λεπτό σύρμα (βολφράμιο) σε υψηλές θερμοκρασίες (και απουσία οξυγόνου) φωτοβολεί Ηλεκτρική κουζίνα και θερμοσίφωνας Τηκόμενη ασφάλεια : Αν οι δύο πόλοι μιας πηγής συνδεθούν με αγωγό πολύ μικρής αντίστασης τι θα συμβεί; Πώς λέγεται το φαινόμενο; R V

40 Εφαρμογές του φαινομένου Τζάουλ
Λαμπτήρας πυρακτώσεως : Το λεπτό σύρμα (βολφράμιο) σε υψηλές θερμοκρασίες (και απουσία οξυγόνου) φωτοβολεί Ηλεκτρική κουζίνα και θερμοσίφωνας Τηκόμενη ασφάλεια : Στο βραχυκύκλωμα η ένταση του ρεύματος αυξάνεται,άρα και η θερμοκρασία αυξάνεται και οι συσκευές «καίγονται» Η ασφάλεια έχει ένα λεπτό εύτηκτο μεταλικό σύρμα στο εσωτερικό της. Γιατί;

41 Εφαρμογές του φαινομένου Τζάουλ
Λαμπτήρας πυρακτώσεως : Το λεπτό σύρμα (βολφράμιο) σε υψηλές θερμοκρασίες (και απουσία οξυγόνου) φωτοβολεί Ηλεκτρική κουζίνα και θερμοσίφωνας Τηκόμενη ασφάλεια : Στο βραχυκύκλωμα η ένταση του ρεύματος αυξάνεται,άρα και η θερμοκρασία αυξάνεται και οι συσκευές «καίγονται» Μια μικρή αύξηση της θερμοκρασίας στην ασφάλεια λειώνει το σύρμα και διακόπτει το ρεύμα

42 Ανακεφαλαίωση H ποσότητα θερμότητας Q που μεταφέρεται σ’ένα σώμα για ορισμένο χρονικό διάστημα t συνδέεται με την μάζα m του σώματος και τη μεταβολή της θερμοκρασίας του Δθ με τον παρακάτω τύπο: Νόμος του Τζάουλ: Η μεταβολή της θερμικής ενέργειας Q ενός αντιστάτη είναι ανάλογη του τετραγώνου της έντασης Ι του ρεύματος που διέρχεται από αυτόν, ανάλογη της αντίστασης R και ανάλογη του χρόνου t που το ρεύμα διέρχεται από αυτόν Q ( J ) R ( Ω ) Ι (A) t (s)

43 Ανακεφαλαίωση Όταν υπάρχει πηγή, το ηλεκτρικό πεδίο ασκεί δυνάμεις στα ηλεκτρόνια και αυξάνει την κινητική τους ενέργεια. Τα ηλεκτρόνια συγκρούονται πιο συχνά και ισχυρά με τα ιόντα. Τα ιόντα ταλαντώνονται πιο γρήγορα και η θερμοκρασία του μετάλλου αυξάνεται Στο βραχυκύκλωμα η ένταση του ρεύματος αυξάνεται,άρα και η θερμοκρασία αυξάνεται και οι συσκευές «καίγονται» Μια μικρή αύξηση της θερμοκρασίας στην ασφάλεια λειώνει το σύρμα και διακόπτει το ρεύμα

44 Ερωτήσεις Επανάληψης:
Εφαρμογές 4, 5