Problém č. 2 - Bimetál, dvojkov

Problémová situácia V elektrickom vodiči, prechodom elektrického prúdu vzniká Joulovo teplo. Vplyvom tepla sa môže nechránený elektrický vodič poškodiť. Ak časť vodiča nahradíme bimetálom, prechodom prúdu sa začne ohýbať, elektrický vodič sa nepoškodí. Problém Prečo sa bimetál prechodom elektrického prúdu ohne? Čo spôsobí jeho ohnutie?

Bimetál, dvojkov.
 
1. Časť
 

Názov bimetal je tvorený z dvoch slov: bi = dva, metal = kov
Je to spojenie dvoch pásikov z dvoch rôznych kovov
Pásiky su spojené po celej dĺžke, môžu byť rovné, 
stočené do špirály, môžu mať rôzny tvar
Na výrobu bimetálu sa používa kombinácia z týchto kovov: 
cín, hliník, chróm, kobalt, meď, nikel, olovo, platina, striebro, titan,
zinok, zlato, železo

Oporné inštrukcie



Tepelná rozťažnosť je zväčšovanie veľkosti látok (pevných 
látok, kvapalín a plynov) vplyvom tepla. Rozlišuje sa rozťažnosť 
objemová, dĺžková a plošná.
Koeficient dĺžkovej tepelnej rozťažnosti udáva o koľko metrov 
sa dĺžka telesa s pôvodnou dĺžkou 1 meter zväčší, ak sa jeho 
teplota zvýši o 1 Kelvin. Bežne sa označuje α. V rôznych smeroch
môže byť rôzna.
Pevná látka, tuhá látka, tuhé skupenstvo alebo pevné 
skupenstvo je jedno z troch hlavných skupenstiev, napr. ľad. 
Pevná látka sa vyznačuje pevným, často pravidelným usporiadaním 
častíc. Teleso z pevnej látky udržuje svoj tvar, aj keď nie je 
uzavreté do nejakého objemu. Sily medzi časticami pevnej látky 
sú obvykle silnejšie ako sily, ktoré by spôsobili jeho rozpad, 
najčastejšie sa uvažuje gravitačná sila s veľkosťou porovnateľnou 
s pozemskými podmienkami.


► Uveďte príklady z praxe na dĺžkovú roztiažnosť.



2. Časť

 
 
 
► Popíšte príklady, kde sa používa bimetál a vysvetlite prečo sa bimetál ohne ?


Bimetal, bimetál, alebo dvojkov sú mechanicky 
spojené dva pásiky  kovu s rôznou tepelnou rozťažnosťou. 
Vplyvom tepla sa jeden kov roztiahne (predĺži) viac ako druhý, 
čo spôsobí prehnutie pásika. 
Závislosť teploty a prehnutia je presná, 
preto sa dá tento efekt použiť aj na meracie účely.
Použitie: v elektrotechnike v ističoch, tepelných relé, 
termostatoch, štartéroch néonových žiariviek, 
na výrobu bimetalických teplomerov, v automobilovom priemysle 
v termostatických ventiloch, na reguláciu teploty v žehličke, 
ohrievače  <- termostat.















James Prescott Joule




Vedecký prínos

Vynašiel elektrický motor, v ktorom používal otáčavý pohyb vodiča 
s prúdom v magnetickom poli. 
V roku 1840 objavil, že sa telesá dajú zmagnetizovať len do určitého 
nasýteného stavu, ktorý nie je možné prekročiť.

Pokusne skúmal aké teplo sa vyvinie pri prechode prúdu vodičom, ktorý 
zhrnul do zákona, podľa ktorého teplo vyvinuté vo vodiči, ktorým prechádza 
elektrický prúd za jednu sekundu je priamoúmerný druhej mocnine prúdu 
a elektrickému odporu vodiča. tento zákon bol pomenovaný podľa neho, resp. 
sa nazýva Jouleov - Lenzov zákon, pretože Jouleov zákon potvrdil 
rozsiahlymi experimentmi ruský fyzik E. Ch. Lenz.

Hľadal mechanický ekvivalent tepla, čím sa predtým rozumela mechanická 
práca, pri ktorej zmena mechanickej energie sústavy sa rovná jednotke 
tepla (dnes sa pojem mechanický ekvivalent tepla už nepoužíva, 
pretože sa teplo vyjadruje v rovnakých jednotkách ako energia a práca, 
zatiaľ čo kedysi sa teplo vyjadrovalo v iných jednotkách ako práca 
alebo energia).
Pri pokusoch s elektrinou zistil, že zmenou mechanickej energie sa 
uvoľňuje teplo.

Zaujímal sa o vlastnosti plynov, ktoré Joule ako prvý preskúmal 
experimentálne aj teoreticky z hľadiska molekulárno kinetických predstáv. 
V tejto oblasti vypočítal rýchlosť neusporiadaného tepelného pohybu 
molekúl plynu, skúmal závislosť tejto rýchlosti na teplote ; teoreticky 
zdvôvodnil Boyleov - Mariottov zákon a Gayov - Lussacov zákon, určil merné 
teplá niektorých plynov a objasnil podstatu tlaku plynu na steny nádoby. 
Spolu s fyzikom W. Thomsonom (neskôr sa volal lord Kelvin) objavili, 
že pri prechode volne sa rozpínajúceho sa plynu z nádoby s vysokým tlakom, 
teplota väčšiny plynov aj vzduchu poklesne (Jouleov - Thomsonov  jav).












► Vyslovte Jouleov - Lenzov zákon




Q = A = U.q = U.I.t = 
U2/R . t = 
I2.R.t