JOULE KANUNU

Güncelleme 02/02/2024

JOULE KANUNU

James Prescott Joule 1818 ile 1889 yılları arasında yaşamış bir İngiliz Fizikçidir. Esasen Isı enerjisi ile Mekanik enerjinin eşdeğer olduğunu göstermiştir ve “Joule” adı enerji birimine verilmiştir.

Jul kanunu nedir ?

Günümüzde kullanılan elektrikli ısıtıcılar, Jul kanunun sonuçları sayesinde gerçekleşmişlerdir.

O halde Jul kanununu açıklayalım :

V , U , gerilim : 1 coulomb u bir devre içerisinde hareket ettiren potansiyel fark ( iş )

I , akım : 1 saniyede devreden geçen coulomb sayısı

Bu durumda ” U x I ” bize 1 saniyede yapılan işi jul olarak veya elektrikli fırında harcanan gücü watt olarak verir.

P = U x I ,  1 saniyede harcanan güç watt olarak bulunur .

Buna karşılık belli bir t zamanında (saniye) harcanan enerji : W = U x I x t = volt x saniye = jul olur.

Jul küçük bir değer olduğundan pratikte watt-saat kullanılır. Watt-saat 1saat içinde harcanan1watlık elektrik enerjisidir.

W = U x I x t = volt x amper x saat = Wh ( wat-saat olur ) olur.  1wh (1watt-saat) = 3600 jul

Burada U yerine RxI koyduğumuzda Jul kanunu ile ilgili formülü elde etmiş oluruz.

W = R x I x I x t = ohm x amper x amper x saniye

W = R x I² x t   jul

Elektrikli ısıtıcıların çalışma prensibi , yukarıdaki formülden elde edilen enerjinin ısıya dönüşmesidir.

Isı ise, elektronların bir iletken içinde, birbirlerine sürtünmeleri ve birbirlerini ittirmeleri sonucu meydana gelir.

Bizi ilgilendiren Joule Kanunu şöyledir:

“Bir iletkenden bir saniyede geçen elektriğin verdiği ısı: iletkenin direnci ile,geçen akımın karesinin çarpımına eşittir”.
W = R x ݲ          (1)       dir.

Esasen formül kalori olarak şu şekildedir:

Kalori = 0.2388 x R x İ x İ x t saniye

Bir  kalori  4.1868 Joule eşittir.O halde Joule = R x İ x İ x t saniye  olur.

Güç birimi olan Watt, İskoç mühendis James Watt’tan  (1736 – 1819 ) isim almıştır.

Watt = Joule / saniyedir. O halde; yukarıdaki 1 nolu formül ortaya çıkar.

W = R x ݲ                                olur.

Ohm kanununda ki   R = V / İ eşitliğini burada yerine koyarsak,bir formülümüz daha olur:

W = V x İ                 ( 2 )

Örnek: 10 ohm değerinde bir direnç 10 Volt luk bir gerilime bağlanıyor. Bu direncin gücü ne olmalıdır?
Cevap:
V = R x İ olduğundan bu dirençten 1 Amper akım geçtiğini görüyoruz. Bu direncin 1 Amper akıtması için gücünün,

W = R x ݲ den
W = 10 x 1 x 1 = 10 watt olması gerekir.

Elektrik Enerjisinin Isıya Dönüşümü

Direnci olan bir maddenin gerilimi U, akımı I ise t süresinde;
E = U x I x t

kadar elektrik enerjisini ısıya dönüştürecektir. Isı enerjisi için kalori (cal) kullanıldığından şu dönüşümden yararlanılır;

1 cal = 4,187 joule

Bir örnek çözelim:

50 Lt suyu 12 C ‘den 85 C’ye ısıtmak için gerekli elektrik enerjisini hesaplayınız. ( c = 1 kcal / kg C )

Burada
Q = m x c x (ts – ti)

formülünü kullanacağız.

m = 50 Lt

c = 1 kcal / kg C

ts = 85 C (son sıcaklık)

ti = 12 C (ilk sıcaklık)

Yerlerine koyduğumuzda;

50 x 1 x (85 – 12) = 3650 kcal

değerini buluruz. Bu değer, suya verilmesi gereken ısı miktarıdır. Bu değerin joule karşılığı;

3650 x 4,187 = 15282, 52 kjoule yapar.

Yani 15282, 52 x 10³ joule enerjisine ihtiyaç vardır.