Efectul Joule

Toate efectele curentului electric constau in transformarea

energiei electrice intr-o alta forma de energie, in cazul efectului Joule

energia electrica transformandu-se in energia termica. De aceea este

simplu de inteles de ce vom cauta cauza acestui efect studiind modul in

care se consuma energia campului electric atunci cand este realizata o

miscare ordonata de sarcina electrica intr-un mediu conductor.

Miscarea ordonata a purtatorii de sarcina intr-un conductor este

caracterizata printr-o viteza medie (viteza de drift), ce se mentine

constanta in cazul unui curent electric continuu. Stabilirea, practic

instantanee, a curentului electric la inchiderea unui circuit este datorata

campului electric, a carui viteza de propagare este de ordinul vitezei

luminii, mult mai mare decat viteza miscarii de drift a purtatorilor liberi

din conductor. Pentru intretinerea miscarii ordonate a acestora, se

consuma energie. Lucrul lucrul mecanic efectuat de fortele campului la

deplasarea unei sarcini Q intre doua puncte A si B, cu potentiale VA,

respectiv VB, are expresia:

L=Q(VA-VB)=QU

Utilizand definitia intensitatii curentului electric, energia

consumata pentru transportul sarcinii electrice (care va fi notata in acest

context cu W, pentru a nu fi confunata cu t.e.m. a unei surse) poate fi

scrisa sub forma:

Aceasta energie este transferata ionilor retelei, prin ciocnirile care au loc

in interiorul conductorului. Astfel se intensifica miscarea termica, ceea ce

va determina cresterea temperaturii acelui conductor, energia electrica

consumata fiind transformata ireversibil in caldura.

- 3 -

Obiectivul lucrarii

Problema este de tipul „multi-fizicã ”, si necesita rezolvarea

simultanã a douã sub-probleme:

1. Conductia electrica;

2. Transferul de caldura , in care sursa de caldura este reprezentata

de pierderile prin efect Joule produse de curentul electric.

Modelarea numeric este realizat în mediul de dezvoltare multifizicã

(FEM) COMSOL.

(Domeniul de calcul este o placa plana , patrata cu latura de 1m,

din cupru, cu o decupare circulara in centru. Grosimea plãcii este

neglijabila in raport cu celelalte dimensiuni, ceea ce permite reducerea

studiului la un model 2D).

Sistemul fizic

1. Geometria

Se considerã o placã planã, patrata din cupru. Placa are latura de 1m si

grosime neglijabila (in raport cu celelalte dimensiuni). In centrul placii se

gaseste o decupare cu raza de 0.3 m .