Joulesches Gesetz

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Das joulesche Gesetz (nach James Prescott Joule) besagt, dass ein elektrischer Strom in einem elektrischen Leiter die Wärmeenergie Q_\mathrm W erzeugt durch fortwährende Umformung von elektrischer Energie E_\mathrm{el}, die dem Leiter entnommen wird

Q_\mathrm W = E_\mathrm{el}=P\cdot t

mit der elektrischen Leistung P und der Dauer t.

Die Ursache für die Erwärmung bei Stromfluss wird beschrieben in Elektrischer Widerstand#Der elektrische Widerstand im Teilchenmodell.

Die elektrische Leistung ist im Zusammenhang mit Wärmeentwicklung immer eine Wirkleistung. Sie ergibt sich aus der vorhandenen Stromstärke I und der längs des Leiters abfallenden elektrischen Spannung U infolge des Leiterstroms (die Formelzeichen gelten für Gleichgrößen sowie für die Effektivwerte von Wechselgrößen)

P = U \cdot I\,.

Da die Spannung durch den ohmschen Widerstand R des Leiters entsteht, gilt das ohmsches Gesetz

U = R \cdot I\,.

Damit steigt die Erwärmung (z. B. in einer elektrischen Leitung, einem Transformator oder einem Heizwiderstand) mit dem Quadrat der Stromstärke

Q_\mathrm W = I^2 \cdot R \cdot t= \frac{U^2}R\cdot t\;.

Je nach Umständen bezeichnet man die Wärme als Elektrowärme oder ohmsche Verluste.

Diese fortwährende Wärmeentwicklung im Leiter bewirkt einen Wärmestrom \dot Q_W (Wärme pro Zeitspanne, also eine thermische Leistung)

\dot Q_\mathrm W = \frac{\Delta Q_\mathrm W}{\Delta t} =P\,.

In diesem Zusammenhang werden die Begriffe Stromwärme und joulesche Wärme verwendet, allerdings nicht einheitlich, teilweise im Sinne von Energie, teilweise von Leistung.[1][2][3][4][5][6]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Ludwig Bergmann, Clemens Schaefer: Lehrbuch der Experimentalphysik, Band II, Elektrizität und Magnetismus. de Gruyter, 1971, S. 150
  2. Dieter Zastrow: Elektrotechnik: Ein Grundlagenlehrbuch. Vieweg + Teubner, 2010, S. 59
  3. Ulrich Harten: Physik: Eine Einführung für Ingenieure und Naturwissenschaftler. Springer, 2014, S. 186
  4. Andreas Binder: Elektrische Maschinen und Antriebe: Grundlagen, Betriebsverhalten. Springer, 2012, S. 430
  5. Günther Lehner: Elektromagnetische Feldtheorie für Ingenieure und Physiker. Springer, 2010, S. 111
  6. Wilhelm Raith: Elektromagnetismus. de Gruyter, 2006, S. 109