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Joule-Wärme und elektrische Energie

1841
  • James Prescott Joule
Demonstration der Joule-Erwärmung in einem historischen Labor mit elektrischen Geräten.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

Joule-Erwärmung oder ohmsch Elektrische Erwärmung ist das Phänomen, bei dem durch einen Leiter fließenden elektrischen Strom Wärme erzeugt. Die Wärmeerzeugungsrate bzw. die abgegebene Leistung (P) wird in Joule angegeben. erstes Gesetz, [latex]P = VI[/latex]. By combining this with Ohmsches Gesetz, the power can be expressed as [latex]P = I^2 R[/latex] or [latex]P = \frac{V^2}{R}[/latex].

Die physikalische Grundlage der Joule-Erwärmung ist die Wechselwirkung zwischen bewegten Ladungsträgern (Elektronen) und den Ionen des Leiters. Werden die Elektronen durch das elektrische Feld beschleunigt, stoßen sie mit den Ionen im Kristallgitter des Materials zusammen. Bei jedem Stoß wird kinetische Energie vom Elektron auf das Ion übertragen, wodurch dessen Schwingungsenergie erhöht wird. Diese verstärkte atomare Schwingung äußert sich in einem Temperaturanstieg des Leiters.

Dieser Effekt wird zwar für Heizanwendungen genutzt, stellt aber häufig eine unerwünschte Energieverlustquelle dar. In der Energieübertragung beispielsweise zeigt die Beziehung P = I²R, dass der Leistungsverlust proportional zum Quadrat des Stroms ist. Daher wird Elektrizität über lange Strecken mit sehr hohen Spannungen und niedrigen Strömen übertragen, um diese Verluste (I²R) zu minimieren. Das Verständnis der Joule-Erwärmung ist entscheidend für das Wärmemanagement in der Elektronik und verhindert die Überhitzung und den Ausfall von Bauteilen wie Mikroprozessoren.

UNESCO Nomenclature: 2205
- Elektromagnetismus

Typ

Abstraktes System

Störung

Wesentliche

Verwendung

Weitverbreitete Verwendung

Vorläufer

  • Das ohmsche Gesetz definiert den Zusammenhang zwischen Spannung, Stromstärke und Widerstand.
  • Das Gesetz der Energieerhaltung, das besagt, dass Energie weder erzeugt noch zerstört werden kann
  • Frühe Experimente zu Elektrizität und Wärme von Wissenschaftlern wie Benjamin Franklin und Humphry Davy

Anwendungen

  • elektrische Raumheizungen und Öfen
  • Glühlampen (Erhitzen eines Glühfadens, bis er glüht)
  • Sicherungen, die schmelzen und einen Stromkreis unterbrechen, wenn der Strom zu hoch ist
  • Wasserkocher, Toaster und Haartrockner
  • Enteisungssysteme an Flugzeugflügeln und Windschutzscheiben

Patente:

NA

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Verwandte Themen: Joulesche Erwärmung, ohmsche Erwärmung, elektrische Leistung, Verlustleistung, Widerstand, I^2R-Verlust, Energieumwandlung, Thermodynamik, elektrische Heizung, James Prescott Joule.

Historischer Kontext

Joule-Wärme und elektrische Energie

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1850
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1833
1834
1836
1839-01-01
1842
1847
1850
1850

(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

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