Перейти к содержанию

Закон Джоуля — Ленца

Ток, проходя через проводник, нагревает его: электрическая энергия превращается в тепло. Сколько именно, говорит закон Джоуля — Ленца. По нему считают нагрев резисторов, проводов, контактов и шунтов.

Обновлено Редакция GAW

Закон Джоуля — Ленца: ток, проходящий через сопротивление, выделяет в нём тепло, и мощность нагрева равна (OpenStax, раздел 9.5)

P=I2⋅R=U2R=U⋅I.P = I^2 \cdot R = \frac{U^2}{R} = U \cdot I.

Энергия за время t — E = P·t. На счетах за электричество её считают в киловатт-часах: 1 кВт·ч = 3,6·10⁶ Дж. Связь напряжения, тока и сопротивления даёт закон Ома.

Нагрев растёт как квадрат тока

Ток через 10 ОмМощность нагрева
0,1 А0,1 Вт
0,2 А0,4 Вт
0,5 А2,5 Вт
1 А10 Вт

Удвоение тока — вчетверо больше тепла. То же для напряжения на неизменном сопротивлении: OpenStax приводит пример лампы 25 Вт, которая при удвоенном напряжении выделяла бы около 100 Вт.

Где это считают

  • Резисторы. Мощность сравнивают с номинальной: у чип-резистора 0805 Vishay CRCW это 0,125 Вт. Почему резистор греется и где предел — в ответе «Почему греется резистор?».
  • Провода и дорожки. Сопротивление провода задаёт удельное сопротивление материала; потери и нагрев проводов по току считает калькулятор сечения провода.
  • Контакты и шунты. Даже доли ома при больших токах дают ватты тепла: 0,1 Ом при 5 А — 2,5 Вт.

Частые вопросы

Почему нагрев зависит от квадрата тока?

Потому что P = I²·R: при вдвое большем токе через то же сопротивление выделяется вчетверо больше тепла. Поэтому превышение тока даже на десятки процентов заметно перегревает резисторы, провода и контакты.

Как перевести киловатт-часы в джоули?

1 кВт·ч = 1000 Вт · 3600 с = 3,6·10⁶ Дж. Резистор, рассеивающий 1 Вт, за сутки выделяет 24 Вт·ч, или 86 400 Дж тепла.

Сколько тепла выделит резистор 100 Ом при 5 В?

P = U²/R = 25 / 100 = 0,25 Вт — вдвое больше, чем допускает чип-резистор 0805 Vishay CRCW в стандартном режиме (0,125 Вт). Нужен корпус 1206 или больше.

Источники

  1. OpenStax. University Physics Volume 2, section 9.5: Electrical Energy and Power — ток в проводнике превращает электрическую энергию в тепловую; мощность любого устройства P = I·V; мощность, рассеиваемая на резисторе, P = I²·R = V²/R; удвоение напряжения на лампе 25 Вт даёт почти вчетверо больше мощности, около 100 Вт; энергия E = P·t, на счётах — киловатт-часы, 1 кВт·ч = 3,6·10⁶ Дж
  2. Vishay. D/CRCW e3: Standard Thick Film Chip Resistors (Document Number 20035, revision 14-Apr-2026) — номинальная мощность P70: 0603 — 0,1 Вт, 0805 — 0,125 Вт, 1206 — 0,25 Вт; допустимая температура плёнки 155 °C

Нашли ошибку?