Gade kòd pou Efè Joule

[[File:Toaster-quartz element.JPG|thumbnail|Chaufaj pa efè Joule rezistans yon toaster.]]
'''Efè Joule''' se [[tèmik]] manifestasyon [[Rezistans (elektrisite)|rezistans elektrik]] ki rive lè yon [[kouran elektrik]] pase nan nenpòt kondiktè [[materyèl]]<ref>[http://www.electropedia.org/iev/iev.nsf/display?openform&ievref=121-12-76 Joule effect], sou sit entènèt electropedia.org, konsilte nan dat 28 avril 2016. </ref>. Efè a rele apre fizisyen angle [[James Prescott Joule]] ki te dekouvri l an 1840<ref>{{Atik|premye non1=James Prescott Joule|name1=Esq|title=XXXVIII. Sou chalè a evolye pa kondiktè metalik nan elektrisite, ak nan selil yo nan yon batri pandan elektwoliz|peryodik = Filozofik Magazin Seri 3|volim = 19|nimewo = 124|dat = 1841-10-01|issn = 1941-5966|doi =10.1080/14786444108650416|li sou entènèt=https://dx.doi.org/10.1080/14786444108650416|accessed on=2017-05-24|pages=260–277}}</ref>.

Anjeneral pale, [[kouran elektrik]] la asire pa mouvman an<ref group=N>Menm si vitès aparan chaj yo wo, mouvman fizik yo, pou egzanp nan ka yon kouran altènatif, ka ba. </ref> chaj elektrik. Pòtè chaj k ap deplase sa yo kominike avèk [[atòm]] yo ki konstitye mwayen kote yo deplase {{incises|pa egzanp yon kab elektrik}} ki konstitye yon fren, yon rezistans nan mouvman yo. Pou transfere yon kantite detèmine nan kouran elektrik nan kab sa a, se poutèt sa li nesesè bay plis pouvwa a sa ki nesesè nan fen kondiktè a, ki pral gaye pandan entèraksyon ak atòm yo, nan fòm lan nan enèji tèmik (dissipasyon enèji elektrik. enèji nan fòm [[transfè tèmik|chalè]]). Sa a se efè Joule.

Yon sèl eksepsyon nan règ sa a: [[superconductivity|superconductors]], ki mande kondisyon espesyal<ref group=N>Jeneralman tanperati ki ba anpil, menm tou pre {{unit|0 [[Kelvin|K]]}}.</ref> kenbe pwopriyete yo.

== Lanati ==
Efè Joule a se yon efè tèmik ki rive lè kouran elektrik pase nan yon kondiktè. Li manifeste tèt li pa yon ogmantasyon nan [[enèji entèn]] kondiktè a epi jeneralman nan [[tanperati] li.

Enèji a gaye sou fòm chalè ant de moman ''t''<sub>1</sub> ak ''t''<sub>2</sub> pa yon [[dipol elektrik|dipol]] rezistans. ''R'' travèse pa yon kouran entansite ''i'' ekri:
:<math> Q = R \int_{t_1}^{t_2} i^2 dt \, </math>
ak :
* Q nan [[Joul|joules]] (J),
* R pou [[Ohm (inite)|ohm]] <math> (\Omega) \, </math>,
* i nan [[Amperes|amps]] (A),
* t nan [[Dezyèm (tan)|segonn]] (s)
 
Se poutèt sa, pouvwa an mwayèn se:
:<math> P = \frac{Q}{t_2 - t_1} = \frac{R}{t_2 - t_1} \int_{t_1}^{t_2} i^2 dt </math>
ak: P nan [[Watt|watt]] (W)

*Nan rejim aktyèl peryodik ekspresyon pouvwa a ka mete sou fòm sa a:
::<math> P = R I_{eff}^2 \, </math> ak <math> I_{eff} \, </math>, [[valè rms]] entansite aktyèl la.

*Nan rejim [[kouran dirèk]] ekspresyon pouvwa a vin:
::<math>P = R I^2 \, </math>

Si dipol sa a satisfè [[lwa Ohm a]], nou ka ekri:
:<math>P = U \cdot I\, </math>
:<math> P = \frac{U^2}{R}\, </math>
ak <math>U\,</math>, valè efikas vòltaj la atravè tèminal li yo.

Sou yon echèl lokal, pouvwa a gaye pa efè Joule pou chak volim inite bay pa
: <math> p=\rho\cdot j^2_{eff}</math>

kote j<sub>eff</sub> se valè efikas [[dansite aktyèl la]] j(t) ak ρ se [[rezistivite]] materyèl la.

Itilizasyon fòmil sa yo pa toujou senp, patikilyèman lè rezistans depann sou tanperati kondiktè a. Pouvwa a gaye pa efè a Joule modifye tanperati a ki modifye rezistans a ki modifye pouvwa a gaye pa efè a Joule.

Efè Joule manifeste tèt li nan nenpòt kondiktè elektrik nan diferan degre:
* Nan kèk ka, sa a se yon efè vle pwodwi chalè (radyatè elektrik, aparèy chofaj dlo, griye) oswa limyè (lanp enkandesan). An reyalite, ogmantasyon nan tanperati a nan kondiktè a lakòz yon echanj nan enèji ak deyò a nan fòm lan nan transfè tèmik. Si tanperati sa a vin trè wo, li tou degaje enèji atravè radyasyon vizib.
* Nan lòt ka, efè Joule a responsab pou "pèt enèji", sa vle di konvèsyon endezirab, men inevitab, yon pati nan enèji elektrik la nan enèji tèmik. Sa a se ka a, pou egzanp, nan pèt liy pandan transpò a nan kouran elektrik, ki nou chache limite lè yo ogmante vòltaj la diminye entansite aktyèl la.

== Fòm lokal lalwa Joule a ==
Fòm lokal la nan lwa Joule a fè li posib detèmine pouvwa a gaye pa efè a Joule lokalman ak nan ka patikilye tankou yon distribisyon inomojèn nan dansite aktyèl la nan yon kondiktè (ki se ka a nan kondiktè segondè frekans, akòz efè a po. ). Fòm lokal efè Joule a fè li posib pou etabli ekspresyon pouvwa pou chak inite volim (p) ki ekri:
:<math>p=\vec{J} \cdot \vec{E}</math>
oswa, <math>\vec{J}</math> se dansite aktyèl la ak <math>\vec{E}</math> se jaden elektrik la.

=== Ilistrasyon nan ka kondiktè a silendrik ===
Konsa, nou ka jwenn fòm efè Joule byen koni (<math> P = R I^2 \, </math>) ansanm ak ekspresyon klasik [[Rezistans (elektrisite)|rezistans]] yon silendrik. kondiktè.
Konsidere yon kondiktè omojèn, ki gen longè L (sou yon aks z) ak reyon r, ki bay yon kouran, I, ki gen dansite omojèn <math>\vec{J}</math>, ki pote nan direksyon longitudinal kondiktè a: < matematik>\vec{J}=[0;0;j_{z}]</math>.

Pouvwa a sou volim kondiktè a (P) eksprime:
:<math>P =\int_{Volim} \vec{J} \cdot \vec{E}\ \mathrm{d}v \,</math>

piske <math>\vec{J}=\sigma \vec{E} </math>, nou ka ranplase <math>\vec{E}</math> nan ekspresyon pouvwa a ki vin:
:<math>P =\int_{Volim} \frac{1}{\sigma} \vec{J} \cdot \vec{J} \mathrm{d}v \,</math>

Lè sa a, kòm vektè dansite aktyèl la <math>\vec{J}</math> gen yon sèl eleman, ki sipoze omojèn sou kondiktè a, pouvwa a vin:
:<math>P =\int_{Volim} \frac{1}{\sigma} j_{z}^{2} \mathrm{d}v \,</math>

dansite aktyèl la konstan, nou retire li nan entegral la epi li vini:
:<math>P =\frac{j_{z}^{2}}{\sigma} \int_{Volim} \mathrm{d}v \,</math>

Finalman, sonje volim fil kondiktif la se <math>V=\pi r^{2}L</math>, rezilta entegral la sou volim la bay:
:<math>P =\frac{1}{\sigma} j_{z}^{2} \pi r^{2} L </math>

oswa itilize <math>\rho=\frac{1}{\sigma}</math>:
:<math>P =\rho j_{z}^{2} \pi r^{2} L </math>

Sèvi ak lefèt ke (<math> I = j_{z} S \, </math>) kote S se seksyon kondiktè a (sa vle di (<math> S = \pi r^2 \, </math>) , pouvwa a vin:
:<math> P=\rho \frac{L}{S} I^{2} </math>
ekspresyon kote nou jwenn: (<math> P= R I^2 \, </math>) lè nou mete <math>R =\rho \frac{L}{S} </math>

== Aplikasyon ==
=== Chofaj elektrik ===
Itilizasyon ki pi komen nan efè Joule a se chofaj elektrik: [[fè]], [[radiatè elektrik]], [[fou elektrik]], [[recho elektrik]], [[chofaj dlo] bouyi elektrik]], [[bouyi elektrik]], [[seche cheve]], [[griye]], [[dra elektrik]]. Aparèy sa yo ki itilize yon [[Rezistans (konpozan)|rezistans elektrik]] gen yon efikasite tèmodinamik teyorik 100%: yo ka konvèti tout enèji elektrik an chalè pa [[konveksyon]] ak radyasyon.

[[ponp chalè|ponp chalè]] ofri yon metòd diferan pou chofaj elektrik paske yo itilize sous chalè ki pa sèlman orijin elektrik. Balans enèji pandan operasyon yo pi wo (anviwon twa fwa plis)<ref group="N">Nou ap pale isit la sou balans enèji pandan operasyon an, balans enèji total yon ponp chalè konpare ak yon rezistans senp yo pa sijè. nan atik sa a.</ref>.

=== Ekleraj enkandesan ===
[[Lanp enkandesan]] sèvi ak efè Joule tou: filaman [[tengstèn], ki mete nan yon patiraj ki gen yon [[gaz nòb]], chofe a yon tanperati ki wo (plis pase {{tmp |2200|°C}). }). Nan tanperati sa a, matyè emèt radyasyon nan vizib la ([[lwa Planck a]]) men tou nan envizib la ([[enfrawouj]] radyasyon) ki chofe anvlòp vè a ak anviwònman an. Sa a eksplike poukisa efikasite lumineux nan lanp enkandesan se byen ba ({{unit|5|fwa}} mwens pase ekleraj fliyoresan, {{inite|10|fwa}} mwens pase lanp egzeyat).

=== Pwoteksyon enstalasyon elektrik ===
[[Fuse (elektrisite)|fus]] se aparèy ki itilize efè Joule pou fonn yon kondiktè kalibre, pou yo ka izole yon [[sikwi elektrik]] nan ka ta gen [[Electric_current#Intensity.C3.A9_of_current| overcurrent]] .

[[Thermal#Circuit Breakers|disjoncteurs tèmik]] oswa [[Magnetothermic|Magnetothermic Circuit Breakers]] sèvi ak menm efè a, men san destriksyon fizik, yo ka reset.

=== Pèt liy ===
Câbles elektrik yo bay rezistans nan sikilasyon elektwon ki pwovoke [[Liy pèt (elektrisite)|pèt]] nan fòm kalori akòz efè Joule.

== Nòt ak referans ==
=== Nòt ===
{{références|groupe=N}}

=== Referans ===
{{Références|colonnes=}}

== Gade tou ==
{{Lòt pwojè|wiktionary=efè Joule}}
=== Atik ki gen rapò ===
* [[Kondiktivite elektrik]]
* [[Rezistivite]]
* [[Lwa Nernst-Einstein]]


[[Kategori:Teyori elektrik]]
[[Kategori:James Prescott Joule]]