Bài 16. Định luật Jun - Len-xơ

I. Trường hợp điện năng biến đổi thành nhiệt năng

Khi dòng điện chạy qua đoạn mạch là vật dẫn chỉ có điện trở \(R\), điện năng mà đoạn mạch tiêu thụ được biến đổi thành nhiệt năng. Kết quả là vật dẫn nóng lên và tỏa nhiệt ra môi trường xung quanh.

Nếu vật dẫn được dòng điện nung nóng tới nhiệt độ từ trên năm trăm độ đến hàng ngàn độ, chúng sẽ phát ra ánh sáng.

Ví dụ: bề mặt nóng đỏ của bếp điện, dây tóc nóng sáng của bóng đèn sợi đốt...

Khi này một phần điện năng được biến thành quang năng. Tuy nhiên, phần điện năng biến thành quang năng thường là không đáng kể so với phần điện năng biến thành nhiệt năng.

Vậy, trong đoạn mạch là vật dẫn mà điện năng được biến đổi hoàn toàn thành nhiệt năng, nhiệt lượng do vật dẫn tỏa ra bằng công của dòng điện trong đoạn mạch đó.

II. Định luật Jun- Len-xơ

1. Hệ thức của định luật

Nhiệt lượng tỏa ra ở dây dẫn điện trở \(R\) khi có dòng điện cường độ \(I\) chạy qua trong thời gian \(t\) là:

\(Q=I^2Rt\)

 2. Thí nghiệm kiểm tra

Khối lượng nước \(m_1=200\) g được đựng trong bình bằng nhôm có khối lượng \(m_2=78\) g và được đun nóng bằng một dây điện trở. Điều chỉnh biến trở để ampe kế chỉ \(I=2,4\) A và kết hợp với số chỉ của vôn kế biết được điện trở của dây là \(R=5\) Ω. Sau thời gian \(t=300\) s, nhiệt kế cho biết nhiệt độ tăng \(\Delta t=9,5\) ^oC. Biết nhiệt dung riêng của nước là \(c_1=4200\) J/kg.K và của nhôm là \(c_2=880\) J/kg.K.

So sánh kết quả ta thấy, \(A\approx Q\), do có một phần nhỏ nhiệt lượng truyền ra môi trường xung quanh.

3. Phát biểu định luật

Định luật Jun- Len-xơ được phát biểu như sau:

Nhiệt lượng tỏa ra ở dây dẫn khi có dòng điện chạy qua tỉ lệ thuận với bình phương cường độ dòng điện, với điện trở của dây dẫn và với thời gian dòng điện chạy qua.

Hệ thức của định luật:

\(Q=I^2Rt\)

Trong đó:

\(I\) là cường độ dòng điện chạy qua vật dẫn (A),

\(R\) là điện trở của vật dẫn (Ω),

\(t\) là thời gian dòng điện chạy qua vật dẫn (s),

\(Q\) là nhiệt lượng tỏa ra từ vật dẫn (J).