Tema 1-SFV [PDF]

Zitiervorschau

Tema 1 Sisteme fotovoltaice Efectul Joule-Lentz

Student: Marin Dănuț Iulian Grupa: MS9-Surse regenerabile de energie Titular curs: prof. dr. ing. Alexandru MOREGA An universitar: 2018-2019

Aplicații ale Efectului Joule Efectul Joule este manifestarea termică a rezistenței electrice care apare atunci când un curent electric trece prin orice material conductiv. Efectul poarta numele fizicianului englez James Prescott Joule(1818-1889), care a facut numeroase cercetari in domeniul electricității si al termodinamicii. In cursul investigațiilor sale despre căldura emisă într-un circuit electric, a formulat o lege,cunoscută sub numele de legea lui Joule: cantitatea de căldura Q degajată la trecerea curentului electric printrun conductor este direct proporțională cu rezistența R a conductorului, cu pătratul intensității curentului și cu timpul t considerat. Expresia matematica a legii este: =

Energia disipată sub formă de căldură între două momente t1 și t2 printr-un dipol de rezistență R traversat de un curent de intensitate i este scris: Efectul Joule (numit și efectul electrotermic) reprezintă fenomenul fizic de încălzire a corpurilor la trecerea curentului electric prin acestea. Efectul Joule se opune trecerii curentului prin corpuri cu structura cristalina și cu electroni liberi pentru a păstra legăturile dintre electroni stabile. Acest efect „de opunere” conduce la o disipare de energie și deci la încălzirea materialului prin care trece curentul electric. Efectul Joule este un efect termic care apare în timpul trecerii curentului electric întrun conductor. Se manifestă printr-o creștere a energiei interne a conductorului și, în general, a temperaturii acestuia. Majoritatea aplicațiilor efectului Joule se referă la aparate de uz casnic, deci la anumite facilități care conferă mai multă ușurință vieţii omului.Astfel, unele dintre cele mai cunoscute aplicații ale efectului Joule sunt: reșoul,fierul de călcat, radiatoarele, fierbătorul electric, mașina de spălat, uscătorul de păr, bricheta de la automobile și unele instrumente de măsură a temperaturii. Aparate de uz industrial cum ar fi cuptoarele încălzite electric, sudarea cu arc electric sau aparate care folosesc efectul Joule pentru taierea metalelor.Toate aceste aparate funcționează în urma apariției efectului Joule după un principiu relativ simplu: la trecerea curentului, în interiorul fiecărui aparat există apariția temperaturii. Cea mai obișnuită utilizare a efectului Joule este încălzirea electrică: radiator, cuptor, plită, uscător de păr, prăjitor de pâine. Aceste dispozitive care utilizează o rezistență electrică au o eficiență teoretică termodinamică de 100%: ele pot transforma toată energia electrică în căldură prin convecție și radiație. Cu toate acestea, ele sunt mult mai puțin eficiente decât pompele de căldură, care au un echilibru energetic mult mai mare (de aproximativ trei ori mai mare). Majoritatea aplicatiilor efectului Joule se referă la aparate de uz casnic, deci la anumite facilități care conferă mai multă ușurință vieţii omului. Astfel, una dintre cele mai cunoscute aplicații ale efectului Joule este fierul de călcat .

Fig. 1 Fierul de călcat 1

Fierul de călcat este un aparat de uz casnic folosit pentru netezirea îmbracăminții din pânză. În cazul fierului de călcat curentul electric trece printr-o rezistență electrică, de diferite forme si dimensiuni. Această rezistență transformă energia electrică în energie termică și o transferă unei tălpi confecționată dintr-un material cu grad de conductibilitate ridicat. Astfel talpa se încălzește într-un interval de timp foarte redus. Temperatura tălpii fierului de călcat este controlată de un termostat, prin reglarea căruia se obțin diferie valori ale temperaturii tălpii (diferențele de temperatură sunt necesare datorită diferitei temperaturi pe care o pot suporta materialele de confecții). După încălzirea tălpii, fierul de călcat este pregătit pentru a putea fi întrebuințat la netezirea hainelor. o Cele mai importante componente ale unui fier de călcat sunt : •Talpa – aceasta este probabil cea mai importantă componentă a unui fier de călcat. În funcție de forma acesteia și materialul din care este confecționată, fierul alunecă mai ușor pe suprafața mesei de călcat, se încălzește mai repede, se încinge mai uniform și permite călcarea mai precisă în zonele greu accesibile.

Fig. 2 Talpa fierului de călcat •Termostatul – acesta este folosit pentru a controla temperatura tălpii, cele mai simple modele fiind dotate cu o rotiță prin intermediul căreia se poate selecta gradul de încălzire. Modelele avansate permit un control mai bun prin selectarea precisă a temperaturii. Un indicator vizual atenționează de obicei când temperatura selectată a fost atinsă. •Rezervorul de apa – cum spuneam anterior, unele tipuri de țesături trebuiesc înmuiate înainte de a fi călcate sau încalzite cu abur. Aburul este produs din apa stocată în rezervorul fierului de călcat. •Rezistenta – piesa de baza a fierului de calcat , este cea care transformă energia electrică în energie termică și o transferă unei talpi , și încălzește și apa din rezervor care este folosită pentru producerea aburului. 2

Fig. 3 Rezistența fierului de călcat Cu toate că efectul Joule-Lentz are și consecințe negative cum ar fi :  încălzirea oricărui conductor parcurs de curent: mașinile electrice se încălzesc foarte rapid și suprafețele necesită să fie mărite în dimensiune pentru a rezista la trecerea curentului ( pentru ca acestea să nu se supraîncălzească se caută și soluții de răcire care aduc un cost suplimentar).  în transportul energiei electrice prin stâlpii de înalta tensiune, efectul Joule duce la pierderi de energie electrică. Consecințele pozitive ale efectului Joule sunt în număr mult mai mare decât cele negative. aparate de uz industrial cum ar fi cuptoarele încălzite electric, sudarea cu arc electric sau aparate care folosesc efectul Joule pentru taierea metalelor.

Fig. 4 Principiu funcționare mașină de călcat Bibliografie: o https://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_Joule; o http://www.amelie-themovie.com/fonctionne-fer-a-repasser/; o https://www.connaissancedesenergies.org/qu-est-ce-que-l-effet-joule-130708. 3