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जूल तापन और विद्युत शक्ति

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

(यह छवि केवल उदाहरण के लिए बनाई गई है)

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 पहला नियम, [latex]P = VI[/latex]. By combining this with ओम का नियम, the power can be expressed as [latex]P = I^2 R[/latex] or [latex]P = \frac{V^2}{R}[/latex].

जूल तापन का भौतिक आधार गतिशील आवेश वाहकों (इलेक्ट्रॉनों) और चालक के आयनों के बीच की परस्पर क्रिया है। विद्युत क्षेत्र द्वारा त्वरित होने पर, इलेक्ट्रॉन पदार्थ की जाली संरचना में मौजूद आयनों से टकराते हैं। प्रत्येक टक्कर से इलेक्ट्रॉन से आयन में गतिज ऊर्जा स्थानांतरित होती है, जिससे आयन की कंपन ऊर्जा बढ़ जाती है। इस बढ़ी हुई परमाणु कंपन के परिणामस्वरूप चालक का तापमान बढ़ जाता है।

हालांकि इस प्रभाव का उपयोग तापन अनुप्रयोगों में किया जाता है, लेकिन यह अक्सर ऊर्जा हानि का एक अवांछनीय स्रोत होता है। उदाहरण के लिए, विद्युत संचरण में, [latex]P = I²R[/latex] संबंध दर्शाता है कि विद्युत हानि धारा के वर्ग के समानुपाती होती है। यही कारण है कि इन 'I-वर्ग-R' हानियों को कम करने के लिए विद्युत को लंबी दूरी तक बहुत उच्च वोल्टेज और कम धारा पर संचारित किया जाता है। जूल तापन को समझना इलेक्ट्रॉनिक्स में ऊष्मीय प्रबंधन के लिए महत्वपूर्ण है, जो माइक्रोप्रोसेसर जैसे घटकों को अधिक गरम होने और खराब होने से बचाता है।

UNESCO Nomenclature: 2205
विद्युतचुंबकत्व

Type

सार प्रणाली

व्यवधान

संतोषजनक

उपयोग

व्यापक उपयोग

शगुन

  • ओम का नियम, जो वोल्टेज, करंट और प्रतिरोध के बीच संबंध को परिभाषित करता है।
  • कानून का ऊर्जा संरक्षणयह स्थापित करते हुए कि ऊर्जा को न तो बनाया जा सकता है और न ही नष्ट किया जा सकता है।
  • बेंजामिन फ्रैंकलिन और हम्फ्री डेवी जैसे वैज्ञानिकों द्वारा बिजली और गर्मी पर किए गए प्रारंभिक प्रयोग

आवेदन

  • इलेक्ट्रिक स्पेस हीटर और स्टोव
  • गरमागरम प्रकाश बल्ब (फिलामेंट को तब तक गर्म करना जब तक वह चमकने न लगे)
  • फ्यूज़, जो करंट बहुत अधिक होने पर पिघलकर सर्किट को तोड़ देते हैं।
  • इलेक्ट्रिक केतली, टोस्टर और हेयर ड्रायर
  • विमान के पंखों और विंडशील्ड पर बर्फ पिघलाने वाली प्रणालियाँ

पेटेंट:

NA

संभावित नवाचार विचार

  • पीटीसी सामग्री से बने स्व-विनियमित हीटिंग तत्व जो गर्म होने पर बिजली की खपत को कम करते हैं।
  • स्मार्ट खिड़कियों के लिए पारदर्शी प्रवाहकीय फिल्में जिन्हें गर्म करके धुंध को रोका जा सकता है
  • नियंत्रित ओमिक हीटिंग का उपयोग करके अंदर से बाहर की ओर पकाया जाने वाला 3डी-प्रिंटेड भोजन
  • आपदा राहत के लिए त्वरित जल कीटाणुशोधन प्रणालियाँ जो पानी को कुशलतापूर्वक उबालने के लिए जूल ताप का उपयोग करती हैं
  • एकीकृत थर्मल सुरक्षा कटऑफ के साथ गर्म कपड़ों के लिए प्रवाहकीय वस्त्र
  • न्यूनतम चीर-फाड़ सर्जरी के लिए सटीक थर्मल एब्लेशन उपकरण
  • मिट्टी के उपचार की ऐसी तकनीकें जो प्रदूषकों को वाष्पीकृत करने के लिए जूल ताप का उपयोग करती हैं
  • सटीक रूप से इंजीनियर किए गए गलनांक वाले पदार्थों का उपयोग करके उन्नत फ्यूज डिजाइन।
  • उच्च क्षमता वाली बैटरियों में थर्मल प्रबंधन प्रणालियाँ जो ठंडे मौसम में बेहतर प्रदर्शन के लिए नियंत्रित आंतरिक प्रतिरोध तापन का उपयोग करती हैं।
  • on-chip heaters for microfluidic devices to control reaction temperatures
संबंधित विषय: जूल तापन, ओमिक तापन, विद्युत शक्ति, ऊर्जा क्षय, प्रतिरोध, I^2R हानि, ऊर्जा रूपांतरण, ऊष्मागतिकी, विद्युत हीटर, जेम्स प्रेस्कॉट जूल।

ऐतिहासिक संदर्भ

जूल तापन और विद्युत शक्ति

1834
1835
1838
1841
1845
1850
1850
1833
1834
1836
1839-01-01
1842
1847
1850
1850

(यदि तिथि अज्ञात है या प्रासंगिक नहीं है, उदाहरण के लिए "द्रव यांत्रिकी", तो इसके उल्लेखनीय उद्भव का एक अनुमानित आंकड़ा प्रदान किया गया है)

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