Dispozitiv pentru demonstrarea legii lui Joule

🔦 Îți place acest produs și ai dori să primești la livrare un DVD cu manualul de utilizare + fișe de lucru/lucrări de laborator pentru toate experimentele menționate mai jos ? Dacă da, Apasă aici! să îl achiziționezi!

I. PREZENTAREA GENERALĂ A DISPOZITIVULUI

Dispozitivul pentru demonstrarea legii lui Joule (calorimetrul electric) măsoară căldura degajată de un curent electric la trecerea printr-un conductor. Acesta ilustrează cum energia electrică se transformă integral în energie termică, energia disipată fiind direct proporțională cu rezistența conductorului, pătratul intensității curentului și timpul scurs

II. COMPONENTE

Dispozitiv pentru demonstrarea legii lui Joule

🔦 Observație

Pentru folosirea acestui dispozitiv este necesară o sursă de curent continuu de 0-6 V, 0-2 A sau baterii electrice și un ampermetru (sau reostat). Mai sunt necesare : o seringă, apă colorată și cronometru/telefon/ceas.

III. EXPLICAȚII TEORETICE

Legea lui Joule-Lenz este exprimată prin relația:

Q = I² • R • Δt

Unde:

Q = Cantitatea de căldură degajată (măsurată în Jouli)

I = Intensitatea curentului electric (măsurată în Amperi)

R = Rezistența electrică a conductorului (măsurată în Ohmi)

Δt = Intervalul de timp (măsurat în secunde)

Pentru a determina experimental căldura, aceasta se corelează cu ecuația calorimetrică (căldura absorbită de apă și de calorimetru):

Q = (m_apă • c_apă + m_calorimetru • c_calorimetru) • Δt

m = masa substanțelor (în kg)
c = căldura specifică (în J/ kg • K)
Δt = variația de temperatură (T_final - T_inițial)

Principiul de funcționare

Electronii liberi din rezistor se ciocnesc cu ionii din rețeaua cristalină în timpul deplasării lor dirijate, adică atunci când trece prin el curentul electric. Aceste coliziuni transferă energia cinetică a electronilor către atomii rețelei, mărind energia lor de vibrație. Macroscopic, acest fenomen se observă prin încălzirea rezistorului, care va încălzi aerul din incinta transparentă etanșeizată. Aerul încălzit se dilată, își mărește volumul și presiunea astfel încât va împinge lichidul din tubul U. Cu cât aerul este mai cald, cu atît el urcă mai mult lichidul colorat în tubul U.

IV. ÎNTREȚINEREA DISPOZITIVULUI

Pentru a asigura etanșeitatea dispozitivului, verifică ca furtunurile galbene să fie bine înfipte atât în tubul U, cât și în incinta cu aer.
După fiecare determinarea experimentală, se lasă dispozitivul un timp pentru ca aerul din incinta etanșeizată să se răcească. Apoi, pentru resetarea dispozitivului de deschid supapele negre până când nivelul lichidului din cele două tuburi U să fie la același nivel.

V. EXPERIMENTELE PROPUSE

V.1. Dependența căldurii de rezistența electrică

V.2. Dependența căldurii de intensitatea curentului electric

V.3. Dependența căldurii de intervalul de timp a trecerii curentului electric