Toplinski učinak električne struje

Elektromagnetizam

Elektricitet • Magnetizam

Elektrostatika Električni naboj • Coulombov zakon • Električno polje • Električni tok • Gaussov zakon • Električni potencijal • Elektrostatska indukcija • Električni dipolni moment • Gustoća polarizacije Magnetostatika Ampèreov zakon • Električna struja • Magnetsko polje • Magnetizacija • Magnetski tok • Biot–Savartov zakon • Magnetski dipolni moment • Gaussov zakon za magnetizam Elektrodinamika Zrakoprazan prostor • Lorentzov zakon • ems • Elektromagnetska indukcija • Faradayev zakon • Lenzov zakon • Struja pomaka • Maxwellove jednadžbe • EM polje • Elektromagnetsko zračenje • Liénard-Wiechertov potencijal • Maxwellov tenzor • Vrtložne struje Električna mreža Električna vodljivost • Električni otpor • Električni kapacitet • Električni induktivitet • Impedancija • Rezonantne šupljine • Vodiči valova Kovarijantna formulacija Elektromagnetski tenzor • EM Stres-energijski tenzor • Četvero-struja • Elektromagnetski četvero-potencijal Znanstvenici Ampère • Coulomb • Faraday • Gauss • Heaviside • Henry • Hertz • Lorentz • Maxwell • Tesla • Volta • Weber • Ørsted

Prolazak električne struje kroz vodiče ili poluvdiče uzrokuje njihovo zagrijavanje. Taj učinak zovemo toplinskim učinkom električne struje, a nastaje kao rezultat sudaranja elektrona s atomima, koje elektroni izbijaju dalje od ravnotežnog položaja, intenzivirajući njihovo titranje. Ono se ispoljava kroz povišenje temperature, a time i tzv. unutarnje energije. Pojačano titranje atoma osjećamo kao toplinu, a ako se materijal zagrije do usijanja, uz toplinu emitirat će i svjetlost.

Toplinski učinak je veći kad je jača struja kroz materiju, vši napon, duže vrijeme protjecanja struje, a zavisi i o karakteristikama trošila koje definira faktor k. Energiju utrošenu za grijanje (ili druge namjene s toplinskim učinkom) računamo stoga po izrazu:

Q = k x U x I x t = k x N x t kWh

• U x I = N = snaga struje
• U = napon na priključcima trošila
• I = jakost struje kroz trošilo
• t = vrijeme protoka struje kroz trošilo

Uvrštenjem izraza U = i x R (što slijedi iz Ohmovog zakona) u prvotnu formulu, Učinak struje može se nakon uređenja izraziti i kao:

Q = k x I$^{2}$ x R x t

Uočimo da se učinak (dakle rad) izražava u kilovatsatima (kWh) i zavisan je o trajanju potrošnje. Manja jedinica za rad je Ws (watsekunda), a veća MWh (megawatsat). W i kW ili MW koriste se za jedinicu snage i predstavljaju rad utrošen u jedinici vremena. Snaga karakterizira trošilo.