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ジュール熱と電力

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

(画像はイメージです)

ジュール加熱、または オーム 加熱とは、導体を流れる電流によって熱が発生する現象である。熱発生率、すなわち放散電力([latex]P[/latex])はジュール/秒で与えられる。 第一法則、[latex]P = VI[/latex]。これと組み合わせると オームの法則電力は、[latex]P = I^2 R[/latex] または [latex]P = frac{V^2}{R}[/latex] と表すことができます。

ジュール熱の物理的原理は、移動する電荷キャリア(電子)と導体のイオンとの相互作用です。電子は電場によって加速されると、物質の格子構造内のイオンと衝突します。衝突のたびに電子からイオンへ運動エネルギーが伝達され、イオンの振動エネルギーが増加します。この原子振動の増加が、導体の温度上昇として現れます。

この効果は加熱用途に利用される一方で、エネルギー損失の望ましくない原因となることも少なくありません。例えば、送電においては、[latex]P = I^2 R[/latex]の関係式が示すように、電力損失は電流の二乗に比例します。そのため、これらの「I二乗R」損失を最小限に抑えるために、長距離送電では非常に高い電圧と低い電流が用いられます。ジュール熱を理解することは、電子機器の熱管理において非常に重要であり、マイクロプロセッサなどの部品の過熱や故障を防ぐ上で不可欠です。

UNESCO Nomenclature: 2205
電磁気学

タイプ

抽象システム

混乱

実質的な

使用法

広く普及している

前駆物質

  • オームの法則は、電圧、電流、抵抗の関係を定義する法則である。
  • The law of conservation of energy, establishing that energy cannot be created or destroyed
  • ベンジャミン・フランクリンやハンフリー・デービーといった科学者による電気と熱に関する初期の実験

アプリケーション

  • 電気式暖房器具とストーブ
  • 白熱電球(フィラメントを加熱して発光させる)
  • 電流が高すぎると溶けて回路を遮断するヒューズ
  • 電気ケトル、トースター、ヘアドライヤー
  • 航空機の翼や風防の除氷システム

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

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関連: ジュール加熱、オーム加熱、電力、電力損失、抵抗、I^2R損失、エネルギー変換、熱力学、電気ヒーター、ジェームズ・プレスコット・ジュール。

歴史的背景

ジュール熱と電力

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(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

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