Efectuljouleaplicatiibaranceagabriel124a [610798]

Efectul Joule – Lenz
Efectul Joule – Lenz se refera la faptul ca puterea de incalzire emisa de un conductor
electric este proportionala cu produsul dintre rezistenta si patratul curentului.Spre deosebire de
efectu l Peltier care transfera caldura dintr -o jonctiune electrica in alta jonctiune,incalzirea prin
efectul Joule afecteaza intregul conductor electric
Efectul termic (Joule – Lenz ) a fost descoperit de James Prescott Joule in urma unui
experiment in anul 1840 :
• Acesta a scufundat o lungime de s arma intr -o masa fixa de apa si a masurat cresterea
temperaturii datorita unui curent care trecea prin cablu pe o perioada de 30 de minute .
• Apoi a observat ca prin variatia curentului electric si a lungimii firului, caldura produsa a
fost proportinala cu pa tratul curentului inmultit cu rezistenta electrica a firului imersat
Intre anii 1841 – 1842 , experimentele efectuate ulterior au aratat ca cantitatea de caldura
generate a fost proportional cu energia chimica utilizata in multimea voltaica care a generat
curentul.Faptul acesta l -a determinat pe Joule sa respinga teoria caloric in favoarea teoriei
mecanice a caldurii.
Incalzirea rezistiva a fost studiata independent de Heinrich Lenz in 1842
Unitatea de masura in sistemul international a fost numita “ Joule “ – [ J ] si cunoascuta in mod
obisnuit ca unitate de putere echivalenta cu un joule pe secunda si denumita Watt
Incalzirea prin efectul Joule este cauzata de interactiunile dintre purtatorii de sarcina si
corpul conductorului.Diferenta de tensiune intre capetele unui conductor creeaza un camp
electric care accelereaza purtatorii de incarcare in directive campului electric imprimand energia
cinetica:
• Atunci cand particulele incarcate se ciocnesc cu ionii din conductor particulele
sunt imprastiate,directia lor de miscare devenind aleatorie mai degraba , decat sa
fie alineata campu lui electric care constituie miscare termica , energia din campul
electric devenind astfel energie termica
Incalzirea Joule este mentionata ca o incalzire ohmica datorita relatiei s ale cu legea lui
Ohm aceasta formand baza pentru numarul mare de aplicatii practice care implica incalzirea
electrica .Cu toate acestea in aplicatiile in care incalzirea este un produs secundar nedorit al
utilizarii curente , deturnarea eneriei este adesea mentionata ca pierdere rezistiva:
• Folosirea tensiunilor inalte in sistemele de transmisie a energiei electrice este
proiectata special pentru a reduce astfel de pierderi la cablare prin operarea cu
curenti mai scazuti
• In circuitele de apel sau de retea e nergia este livrata la iesire prin curenti mai mici
reducand astfel incalzirea Joule in fire
• Incalzirea Joule nu apare in materialele superconductoare , deoarece aceste
materiale au rezistenta electrica 0 in starea supraconductoare

Aplicatiile efectului Jo ule – Lenz:
1. Transmisia de curent alternativ de inalta tensiune
Liniile electrice aeriene transfera energia electrica de la producatorii de energie electrica la
consumatori . Aceste linii electrice au o rezistenta nonzero si prin urmare sunt supuse incalzirii
Joule ceea ce determina pierderi de transmisie . Impartirea puterii intre pierderile de transmisie si
sarcina poate fi aproximata printr -un divizor de tensiune . Pentru a avea pierderi de transmisie cat
mai mici rezistenta liniilor trebuie sa fi e cat mai mica posibil in comparative cu sarcina,
rezistenta liniei fiind redusa la minim prin folosirea conductorilor din cupru. Specificatiile de
rezistenta si de alimentare a aparatelor de uz casnic sunt fixe
In mod uzual , intre linii si consum este p lasat un transformator : Atunci cand un curent de
inalta tensiune si intensitate mica din circuitul primar ( inainte de transformator ) este transformat
intr-un curent de joasa tensiune si intensitate ridicata in circuitul secundar ( dupa transformator )
rezistenta echivalenta a circuitului secundar devine mai mare iar pierderile de transmisie sunt
reduse in mod proportional
2. Radiatorul electric :
Este realizat in general din fire sau benzi din aliaje speciale cu rezistivitate foarte mare si
coefficient al rezistivitatii mic
In particular ,atunci cand printr -un solid sau lichid cu conductivitate finita circula un
curent , energia electrica este transformata in caldura prin pierderi resistive din material.Caldura
este generata in momentul in care electronii de conducere transfera energia catre atomii
conductorului prin coliziuni

In figura de mai sus este reprezentata distributia temperaturii intr -un circuit de incalzire
(Radiator) prin Joule
In unele cazuri incalzirea Joule este importan ta pentru designul unui dispozitiv electric , in timp
ce in al te cazuri incalzirea este un ef ect nedorit.
Ca efect advers incalzirea structurilor poate cauza degenerarea sau topirea dispozitivelor.Pentru a
preveni supraincalzirea componentelor si dispozit ivelor , inginerii pot incorpora racirea prin
convectie in proiect

Mai jos este un exemplu de solicitare mecanica indusa intr -un circuit de incalzire prin
efectul Joule. La aplicarea unei tensiuni in circuit stratul conductiv electric pe placa de sticla
determina incalzirea prin Joule care la randul sau influenteaza integritatea structural a circuitului
si induce indoirea placii de sticla.

Circuitul de incalzire : Stresul este cel mai ridicat in zonele rosii iar placa de sticla din circuit se
indoaie da torita caldurii introduce pe placa si extinderii circuitului
3. Cuptorul cu microunde
Incalzirea cu microunde este un fenomen multifizic care implica unde electromagnetice si
transferal de caldura ; orice material care este expus la radiatii electromagnetice va fi
incalzit.Campurile electrice si magnetice variabile conduc la surse de incalzire
De exemplu: Plasarea alimentelor intr -un cuptor cu microunde si pornirea cuptorului determina
electromagnetice care oscileaza in interiorul cuptorului cu o frecventa de 2, 45 GHz .Aceste
campuri interactioneaza cu alimentele , ducand la generare de caldura si cresterea temperaturii

Eficienta incalzirii cu microunde depinde de proprietatile materialelor

4. Tratarea cancerului
O alta aplicatie care influenteaza efectele incalzirii cu microunde este tratamentul
cancerului, in special oncologia hipertermica.acest tip de terapie implica supunerea tesutului
tumoral la incalzirea localizata fara a afecta tesutul sanatos din jurul acestuia
Medicii care eceftueaza terapia de coa gulare cu microunde introduce o antena subtire cu
microunde direct in tumoare si o incalzesc .Incalzirea cu microunde genereaza o regiune
coagulata , ucigand celulele canceroase . Aceasta metoda de tratare necesita controlul distributiei
spatiale si a pute rii de incalzire . Senzorii de temperature trebuie sa fie bine proiectati si plasati
strategic pentru a e vita afectarea tesuturilor sanatoase

5. Becul
Un bec cu incandescenta se aprinde atunci cand filamentul este incalzit prin efectul Joule ,
datorita radi atiei termice (denumita si radiatia corpului negru )

6. Sigurantele electrice
Se folosesc ca siguranta rupand circuitul prin topire daca exista suficiente fluxuri de curent
pentru a le topi

7. Tigarile electronice
Dispozitive care vap orizeaza propilen glycol si glicerina vegetala prin incalzire Joule
8. Sudura prin arc electric
Sudarea cu arc electric cu electrozi (înveliti) fuzibili este procedeul cel mai des aplicat,
deoarece prin utilizarea arcului electric poate fi concentrata o mare cantitate de caldura, iar
operatia de sudare începe din momentul amorsarii arcului electric.
Curentul de sudare este furnizat de o sursa de curent care poate fi:
a) transformator
b) convertizor
c) redresor
d) invertor
Datorită efectului Joule -Lenz foarte puternic, metalul este topit local și vaporizat. În condițiile
existenței vaporilor metalici și a contactelor puternic încălzite, aerul dintre contacte se ionizează
și ia naștere o plasmă fierbinte cu tempera turi de cca. 6.000 –7.000 K. Sub acțiunea diferenței de
potențial dintre contacte , plasma se deplasează, formând arcul electric; deci curentul electric
continuă să existe și după întreruperea mecanică a circuitului.
Din procesele de recombinare ale purtăto rilor de sarcină, arcul electric eliberează energie sub
formă de radiații luminoase intense. La sudarea metalelor, arcul electric se formează între un
electrod și piesa de sudat; tăierea metalelor se realizează prin topire locală cu arc electric, iar la
întreruperea circuitelor electrice arcul este stins prin metode și dispozitive speciale care
favorizează procesele de deionizare în coloana de arc

9. Aeroterma 13. Incalzitor cu cartus stralucitor

10. Feon 14. Fier de lipit , folosit in munca eletronica

11. Fier de calcat 15. Placa fierbinte de laborator utilizate
pentru reactii la temperaturi ridicate

12. Incalzitor flexibil PTC 16. Baie de ap a de laborato r utilizata pentru
din cauciuc conductiv reactii la temperaturi ridicate

17. Rezistenta folosita pentru incalzire

18.Masina de spalat
Concluzii :
Consecintele pozitive ale efectului Joule sunt in numar mult mai mare decat
cele negative. Majoritatea aplicatiilor efectului Joule se refera la aparate de uz
casnic, deci la anumite facilitati care conf era mai multa usurinta vieții omului.