Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ДЕМОНСТРАЦИИ ЗАКОНА ДЖОУЛЯ В ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ФОРМЕ

Изобретение относится к лекционным демонстрационным устройствам, обеспечивающим наглядность при изучении раздела электричества в курсе общей физики университетов.

Закон Джоуля (Джоуля-Ленца) в интегральной форме определяет количество теплоты Q, выделяющееся при прохождении тока I через сопротивление R за время t

Q=I²⋅R⋅t.

Существует много различных демонстраций интегральной формы этого закона (CN 102693664, CN 103456211, CN 103839464).

Техническим результатом изобретения является демонстрация действия закона Джоуля в дифференциальной форме.

Указанный технический результат достигается тем, что способ лекционной демонстрации дифференциальной формы закона Джоуля включает пропускание тока через однородный проводник, площадь сечения которого изменяется по его длине, и регистрацию наибольшего нагревания проводника в месте его наименьшего сечения.

Закон Джоуля в дифференциальной форме определяет тепловую энергию, выделяющуюся в данной точке (данном месте) проводника с током. По закону Джоуля в дифференциальной форме удельная тепловая мощность w в данной точке проводника пропорциональна удельному сопротивлению проводника ρ и квадрату плотности тока j в данной точке.

w=ρ⋅j²

При прохождении постоянного или переменного тока I по проводнику из однородного вещества, площадь сечения которого изменяется по длине проводника, наибольшее выделение тепловой энергии будет наблюдаться в местах наименьшего поперечного сечения проводника S, а средняя плотность тока j=I/S будет наибольшей. Значительное нагревание проводника в месте его наименьшего поперечного сечения S является прямым экспериментальным подтверждением и наглядной демонстрацией дифференциальной формы закона Джоуля (Джоуля-Ленца). Нагревание в месте наименьшего поперечного сечения можно показать изменением цвета проводника, окрашенного изменяющей цвет краской, термопарой или каким-либо другим способом.

На рисунке изображен проводник 1 с изменяющимся по его длине сечением S. Проводник подключается к источнику постоянного или переменного напряжения 2. Нагревание в наименьшем сечении проводника можно показать на демонстрационном микроамперметре 4, подсоединенном к дифференциальной термопаре 3. Один из контактов термопары располагается вблизи наименьшего поперечного сечения проводника.

Предлагаемый метод лекционной демонстрации закона Джоуля в дифференциальной форме обладает новизной, обеспечивает наглядность демонстрации закона, не сложен при изготовлении в лабораторных и промышленных условиях приборов, демонстрирующих этот закон.