Prawo Joule’a, zwane również prawem Joule’a-Lenza, pozwala wyznaczyć ilość ciepła, które wydziela się podczas przepływu prądu elektrycznego przez przewodnik elektryczny

Ilość ciepła wydzielanego w czasie przepływu prądu elektrycznego przez przewodnik elektryczny jest wprost proporcjonalna do iloczynu oporu elektrycznego przewodnika, kwadratu natężenia prądu i czasu jego przepływu.

Zależność tę można wyrazić wzorem:

${\displaystyle Q=RI^{2}t\,}$

gdzie

${\displaystyle Q}$ – ilość wydzielonego ciepła;

${\displaystyle I}$ – natężenie prądu elektrycznego;

${\displaystyle R}$ – opór elektryczny przewodnika;

${\displaystyle t}$ – czas przepływu prądu.

Prawo to jest wyrazem zasady zachowania energii w odniesieniu do przepływu prądu. Wynika z niego, że energia prądu elektrycznego zamienia się w energię wewnętrzną przewodnika.

Wyprowadzenie

Prawo Joule’a można wyprowadzić z definicji mocy prądu elektrycznego i prawa Ohma. Korzystając ze wzoru, który wynika z prawa Ohma można zapisać związek między napięciem a natężeniem prądu

${\displaystyle U=IR\,}$

gdzie U jest napięciem na końcach przewodnika. Z definicji mocy prądu elektrycznego

${\displaystyle P=UI\,}$

po wstawieniu napięcia z prawa Ohma

${\displaystyle P=RI\cdot I\,}$

${\displaystyle P=RI^{2}\,}$

Ilość wydzielonego ciepła jest równa pracy wykonanej przez prąd elektryczny w czasie t, stąd

${\displaystyle Q=W=Pt=RI^{2}t\,}$

${\displaystyle Q=RI^{2}t\,}$

Zastosowanie zjawiska

Zjawisko wydzielania się ciepła podczas przepływu prądu elektrycznego zaobserwowane zostało po raz pierwszy przez Jamesa Joule’a w 1841 a następnie niezależnie przez Heinricha Lenza w 1842. Jest obecnie wykorzystywane do zamiany energii elektrycznej na energię wewnętrzną. Ma to miejsce we wszystkich urządzeniach wyposażonych w grzałki elektryczne np. czajniki elektryczne, pralki, zmywarki, promienniki.

Zjawisko to jest jednak często niepożądane, na przykład przy przesyłaniu energii. Wówczas wydzielane ciepło jest energią traconą. W urządzeniach elektronicznych zjawisko Joule’a powoduje wydzielanie się ciepła wewnątrz aparatury i wymaga usuwania go stamtąd, aby urządzenie mogło stabilnie pracować. Dlatego np. komputery wymagają chłodzenia.

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

• prąd elektryczny
• zasada zachowania energii
• prawo Ohma