Product Design, Manufacturing & Innovation Resources
Casa » Riscaldamento Joule ed energia elettrica

Riscaldamento Joule ed energia elettrica

1841
  • James Prescott Joule
Dimostrazione del riscaldamento Joule in un laboratorio d'epoca con apparecchi elettrici.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

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 prima legge, [latex]P = VI[/latex]. By combining this with Legge di Ohm, the power can be expressed as [latex]P = I^2 R[/latex] or [latex]P = \frac{V^2}{R}[/latex].

La base fisica del riscaldamento Joule risiede nell'interazione tra i portatori di carica in movimento (elettroni) e gli ioni del conduttore. Quando gli elettroni vengono accelerati dal campo elettrico, collidono con gli ioni presenti nella struttura reticolare del materiale. Ogni collisione trasferisce energia cinetica dall'elettrone allo ione, aumentando l'energia vibrazionale di quest'ultimo. Questo aumento della vibrazione atomica si manifesta come un innalzamento della temperatura del conduttore.

Sebbene questo effetto venga sfruttato per applicazioni di riscaldamento, spesso rappresenta una fonte indesiderata di perdita di energia. Nella trasmissione di potenza, ad esempio, la relazione [latex]P = I^2 R[/latex] mostra che la perdita di potenza è proporzionale al quadrato della corrente. Per questo motivo l'elettricità viene trasmessa su lunghe distanze a tensioni molto elevate e correnti basse, per minimizzare queste perdite ‘I-quadrato-R’. Comprendere il riscaldamento Joule è fondamentale per la gestione termica nell'elettronica, per evitare che componenti come i microprocessori si surriscaldino e si guastino.

UNESCO Nomenclature: 2205
- Elettromagnetismo

Tipo

Sistema astratto

Interruzione

Sostanziale

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • La legge di Ohm, che definisce la relazione tra tensione, corrente e resistenza.
  • La legge di conservazione dell'energia, stabilendo che l'energia non può essere creata né distrutta
  • Primi esperimenti sull'elettricità e sul calore condotti da scienziati come Benjamin Franklin e Humphry Davy

Applicazioni

  • stufe e stufe elettriche
  • lampadine a incandescenza (riscaldamento di un filamento fino a farlo brillare)
  • fusibili, che fondono e interrompono un circuito quando la corrente è troppo alta
  • bollitori elettrici, tostapane e asciugacapelli
  • sistemi di sbrinamento su ali e parabrezza degli aerei

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

  • elementi riscaldanti autoregolanti realizzati con materiali ptc che riducono la potenza in uscita man mano che si riscaldano
  • pellicole conduttive trasparenti per finestre intelligenti che possono essere riscaldate per prevenire l'appannamento
  • Cibo stampato in 3D che viene cotto dall'interno verso l'esterno utilizzando il riscaldamento ohmico controllato
  • sistemi rapidi di sterilizzazione dell'acqua per i soccorsi in caso di calamità che utilizzano il riscaldamento Joule per far bollire l'acqua in modo efficiente
  • tessuti conduttivi per indumenti riscaldati con dispositivi di sicurezza termica integrati
  • strumenti di termoablazione di precisione per chirurgia mininvasiva
  • tecniche di bonifica del suolo che utilizzano il riscaldamento Joule per vaporizzare i contaminanti
  • progettazione avanzata di fusibili utilizzando materiali con punti di fusione progettati con precisione
  • sistemi di gestione termica in batterie ad alta potenza che utilizzano il riscaldamento a resistenza interna controllata per prestazioni a basse temperature
  • on-chip heaters for microfluidico devices to control reaction temperatures
Argomenti correlati: riscaldamento Joule, riscaldamento ohmico, energia elettrica, dissipazione di potenza, resistenza, perdita I^2R, conversione di energia, termodinamica, riscaldatore elettrico, James Prescott Joule.

Contesto storico

Riscaldamento Joule ed energia elettrica

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

(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

decimo anno anniversario

Le immagini a grandezza naturale e i download sono disponibili, gratuitamente al 100%, solo per gli utenti registrati.

> Login <