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Chauffage par effet Joule et énergie électrique

1841
  • James Prescott Joule
Demonstration of Joule heating in a vintage laboratory with electric appliances.

Joule heating, or ohmic heating, is the phenomenon where heat is produced by an electric current passing through a conductor. The rate of heat generation, or power dissipated ([latex]P[/latex]), is given by Joule’s first law, [latex]P = VI[/latex]. By combining this with Ohm’s law, the power can be expressed as [latex]P = I^2 R[/latex] or [latex]P = \frac{V^2}{R}[/latex].

The physical basis for Joule heating is the interaction between moving charge carriers (electrons) and the ions of the conductor. As electrons are accelerated by the electric field, they collide with the ions in the material’s lattice structure. Each collision transfers kinetic energy from the electron to the ion, increasing the ion’s vibrational energy. This increased atomic vibration manifests as a rise in the conductor’s temperature.

While this effect is harnessed for heating applications, it is often an undesirable source of energy loss. In power transmission, for example, the [latex]P = I^2 R[/latex] relationship shows that power loss is proportional to the square of the current. This is why electricity is transmitted over long distances at very high voltages and low currents, to minimize these ‘I-squared-R’ losses. Understanding Joule heating is crucial for thermal management in electronics, preventing components like microprocessors from overheating and failing.

UNESCO Nomenclature: 2205
– Electromagnetism

Taper

Système abstrait

Perturbation

Substantiel

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • Ohm’s law, which defines the relationship between voltage, current, and resistance
  • The law of la conservation de l'énergie, establishing that energy cannot be created or destroyed
  • Les premières expériences sur l'électricité et la chaleur par des scientifiques comme Benjamin Franklin et Humphry Davy

Applications

  • radiateurs et poêles électriques
  • ampoules à incandescence (chauffage d'un filament jusqu'à ce qu'il brille)
  • fusibles, qui fondent et coupent un circuit lorsque le courant est trop élevé
  • bouilloires électriques, grille-pain et sèche-cheveux
  • systèmes de dégivrage sur les ailes et les pare-brise des avions

Brevets:

NA

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