Продолжим инженерно-физическое соавторство каналов «Сверх-проводник», «Научный Румяный критик», «Андрей Юрьевич Болдин 1965» - по примеру художников с псевдонимом «КуКрыНикСы».
Написать данную статью нас побудила задача «Сергея Матвеева» -
https://dzen.ru/a/Zfoorq3i0FhHUxS0?sid=109051930154342659
Для упрощения анализа, не будем наматывать катушки проводов: вместо 5 старых катушек – берём одну; вместо 1 катушки – берём один старый виток; вместо 4-х новых проводов половинного диаметра – берём ДВА новейших провода полукруглого сечения со старым диаметром. Тогда: на катушке пространство, которое занимал один старый виток (пусть длиной д=1метр) – будет занято двумя новейшими последовательными витками общей длиной Д=2метра (см. рис.1 - для проводов, обозначенных треугольниками-полукругами).
Определим параметры электрических цепей для помеченных треугольниками проводов. Сопротивление провода равно:
R=C=r*L/S=r*Д/S. Удельное сопротивление постоянно в заданном металле. При переходе на «полукруглый» провод: Сечение уменьшилось вдвое; Длина увеличилась вдвое; Сопротивление стало в 4раза больше. При заданном напряжении Н=12вольт в старом «круглом» витке был Ток Т=Хампер. При том же напряжении Н=12вольт через один «полукруглый» провод будет ток т=(Х/4)ампер. Соответственно, в 4раза уменьшится потребляемая электромощность, и тепловыделение. Для равенства мощности на одном «круглом» витке и на новейших «полукруглых» проводах – необходимо подсоединить в параллель Четыре «полукруглых» провода, что показано на рис.1.
Для полного упрощения анализа, оставим только одну «полукруглую жилу» «круглого» витка, и Два параллельных «полукруглых» провода (см. рис.2).
Вот теперь наконец мы подошли непосредственно к Закону Джоуля-Ленца (ЗДЛ) о равенстве мощности тепловыделения и электромощности на активном (омическом) сопротивлении. Изначально ЗДЛ справедлив для заданного провода при разных Напряжениях источника питания, как показано на рис.3.
Пусть есть провод сечением 1кв.мм и длиной 1метр из чёрного нихрома (металл повышенного удельного сопротивления, применяемый в электронагревателях). В первом случае, подадим напряжение н=6вольт (при Сопротивлении С=3ома будет ток т=2ампера).
Во втором случае, вдвое увеличим напряжение до Н=12вольт, с таким же возрастанием тока до Т=4ампера. По энергетическому физическому смыслу ЗДЛ, разъяснённому например в комментариях «Сверх-проводника» в статье:
https://dzen.ru/a/ZeXDsm1r5hsHSM1G?sid=109051930154342659
- рост тока в 2раза означает удвоение продольной скорости каждого свободного электрона, и удвоение кинетической энергии по величине Импульса электрона. А также в единицу времени, удвоение количества ударов электронов в их продольной цепочке – по любому одному атому провода. На атоме суммарная кин.энергия электронов, переходящая в тепловую энергию – увеличивается в 4раза (и аналогично, после интегрирования по всем атомам провода). Во столько же раз возрастает именно электромощность на проводе:
Q=U*I=(R*I)*I=R*(I^2).
На практике это выглядит следующим образом на примере нихромового провода рис.3 на воздухе. При малом токе т=2ампера провод слабо светится (коричневый цвет).
При большом токе Т=4ампера провод раскаляется до-красна, потому что дополнительно возрастает амплитуда колебаний всех атомов провода. Повышение температуры провода происходит несмотря на мешающие факторы: при росте температуры увеличивается удельное (и общее) сопротивление; относительно уменьшается сила Тока; происходит более интенсивная теплопередача окружающему воздуху.
________________________________________
После осмысления ЗДЛ для одного неизменного провода – в заключение переходим к явлениям в электрических цепях нескольких проводов (т.е. непосредственно к задаче Сергея Матвеева – в сокращённом упрощённом варианте, сводящемся к рис.2). Красный провод длиной 1метр. На каждом горизонтальном участке (тоже длиной 1метр) коричневого провода - действует половинное напряжение н=6вольт.
Из сопоставления рисунков 2 и 3, ясно видно: на рис.2 разные цвета не просто чтобы различать случаи, а главное – показывают истинные РАЗНЫЕ температуры проводов, наблюдаемые именно при ОДИНАКОВЫХ электромощностях вверху и внизу рис.2. Но некорректно только по температурам проводов судить о тепловом действии тока, и отсюда, ставить под сомнение весь ЗДЛ.
Для практики же важно вот что. На рис.2 неспроста показаны одинаковые широкие пластины длиной 1метр. Пусть это листовой металл с хорошей теплопроводностью. Под горизонтальными пластинами вплотную расположены эмалированные исследуемые провода. ЗДЛ должен означать, что на стабильном режиме: потребляемая из сети электромощность уходит на, и равна тепловой энергии, отдаваемой пластинами во внешние тела (например, окружающий воздух).
Несмотря на то что температура красного провода больше – он один греет широкую пластину, в отличие от Четырёх коричневых проводов. Закономерно, в обоих случаях эффективная температура пластин одинаковая, и они равно греют воздух. А поскольку одинаковы и потребляемые электромощности – то в итоге полностью соблюдается ЗДЛ. Аналогично будет в другом примере: если к одному проводу добавить в параллель второй провод, то мощность удвоится; и скорость нагрева пластин увеличится; и конечная температура пластин повысится; соответственно, возрастёт тепло производительность воздухонагревателя.
_________________________________________
Общие ВЫВОДЫ.
Во-первых, ещё раз объяснён истинный физический смысл Закона Джоуля-Ленца (ЗДЛ). Для конкретного проводника – равенство (или прямая пропорциональность) тепловыделения и…: электромощность; квадрат силы тока; квадрат скорости потока свободных электронов. О последнем: это соответствует суммарной (умножение на скорость) энергии электронов, кинетическая энергия каждого из которых объективно характеризуется ИМПУЛЬСОМ (произведение массы на скорость) электрона.
Во-вторых. При множестве проводов (при множестве молекул в газах) конечные эффекты и температуры на неизменной площади рабочей поверхности для ЗДЛ (для энергетики в Молекулярно-кинетической теории газов) зависят не только от температуры каждого отдельного провода (от «температуры» и скорости каждой отдельной молекулы газа) – но зависят и от количества проводов на данной площади (а в газах – от числа ежемоментных ударов молекул в единичную площадь поверхности, т.е. зависят от плотности газов в смысле количества молекул в единице объёма газа).
К тому же, в газах – по полной аналогии с электронами в проводнике (и с элементарными объёмчиками жидкости в гидродинамике) – при определяющих ударных воздействиях – отдельные частицы обладают кинетической энергией, выражаемой именно Импульсом. Это и многие другие революционные Положения «Новой физики» и «Новой энергетики» неизбежно ведут к Перевороту в физической теории и энергетической технике.