Định luật Jun-len-xơ và điều cực kỳ thú vị nên tìm hiểu 

Định luật Jun-len-xơ là một định luật quan trọng trong vật lý. Định luật này cũng đã được giảng dạy ở sách vật lý lớp 9 và vẫn còn được sử dụng ở các cấp lớp sau đó. Đây là một định luật có ý nghĩa và vai trò hết sức quan trọng trong vật lý hiện đại. Nhiều nghiên cứu phát triển đã sử dụng định luật này. 

Nguồn gốc ra đời của định luật Jun-len-xơ 

Định luật Jun-len-xơ là định luật vật lý nói đến quan hệ của  nhiệt lượng tỏa ra từ dây dẫn do dòng điện chạy qua với điện trở dây dẫn. Cùng với đó các thứ liên quan như chiều dài dây dẫn, cường độ dòng điện chạy qua vật dẫn. Đây là một định luật vật lý quan trọng. 

Định luật Jun-len-xơ có tên gọi như thế bởi vì đây là sự kết hợp của hai cái tên phát hiện ra nó. Đó là hai nhà khoa học, nhà vật lý học người Đức là Jun và Len-xơ. Dù đây là hai nghiên cứu độc lập nhưng để tưởng nhớ và ghi nhận thành tựu mà học đã để lại, người ta quyết định đặt cho định luật này cái tên như vậy.

Nhà nghiên cứu James Prescott Joule phát hiện ra định luật 

Đầu tiên là nhà vật lý người Đức là James Prescott Joule hay còn gọi là Jun. Vào tháng 12 năm 1840, ông báo cáo rằng khi một dòng điện chạy qua thì có thể tạo ra được nhiệt. Để chứng minh điều mà ông nói là đúng, ông đã dùng một đoạn dây dẫn bỏ vào trong trong lượng nước cố định và để ngập sợi dây đó trong 30 phút. Ông đo được trong khoảng thời gian 30 phút đó, nhiệt độ nước có tăng lên. 

Sau đó, thay đổi một loại dây dẫn với chiều dài và cường độ dòng điện khác với thí nghiệm trước đó. Trong khoản thời gian đó ông cũng liên tục đo nhiệt độ của nước. Sau khi hoàn tất thí nghiệm này, ông đã đưa ra nhận xét rằng lượng nhiệt mà dòng điện chạy qua dây dẫn tạo ra tỷ lệ thuận với bình phương cường độ dòng điện và điện trở của sợi dây dẫn. Và đó là cách nhà vật lý đó phát hiện ra định luật Jun-len-xơ này.

Sự phát hiện định luật Jun-len-xơ này của nhà vật lý Len-xơ 

Vào một vài năm sau đó, cụ thể là năm 1942, nhà vật lý Heinrich Lenz hay còn gọi là Len-xơ theo phiên âm tiếng Việt cũng đã phát hiện ra sự tỏa nhiệt của dòng điện. Vì đây là hai sự nghiên cứu độc lập với nhau càng khẳng định hơn tính đúng đắn của định luật Jun-len-xơ.

Việc nghiên cứu của Len-xơ cũng tương tương tự như việc nghiên cứu của nhà vật lý người Đức Jun. Để vinh danh thành tựu mà hai người đã phát hiện ra cho nhân loại thì tên của hai ông cũng được đặt cho đơn bị của các yếu liên quan đến sự tỏa nhiệt của dòng điện này. 

Nội dung của định luật vĩ đại này 

Nội dung của định luật Jun-len-xơ nói rằng một một đoạn mạch có dòng điện không đổi, nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở tỉ lệ thuận với bình phương cường độ dòng điện và thời gian dòng điện chạy qua đó. 

Định luật này còn được chia các loại dòng điện khác nhau như nhiệt tỏa ra như thế nào trong dòng điện một chiều, dòng điện xoay chiều và cũng là căn cứ trong vi phân. Nhưng cơ bản chỉ xoay quanh cách mà dòng điện tỏa nhiệt. 

Người ta lý giải sự tỏa nhiệt của định luật này bằng cách đưa ra các lý thuyết về cách hoạt động và di chuyển của các nguyên tử kim loại. Nội dung của nó nói rằng khi có một dòng điện chạy qua dây dẫn, ngay lập tức có một điện thế khác giữa hai đầu vật dẫn tạo ra điện trường. Điện trường tác động làm cho các nguyên tử trong vật dẫn kim loại thoát ra, bay theo điện trường tạo thành động năng. 

Các điện tử đi qua dây dẫn va chạm với các ion hoặc là các nguyên tử đi ra khỏi kim loại lúc nãy sẽ làm các nguyên tử bay không theo quỹ đạo và va chạm với nhau dẫn đến hiện tượng sinh ra nhiệt. Do đó, ta kết luận năng lượng điện trường chạy qua dây dẫn kim loại sinh ra nhiệt và đó cũng là kết luận của định luật Jun-len-xơ.

Định luật Jun-len-xơ cho ta biết thêm về điều gì? 

Định luật Jun-len-xơ đơn giản nói đến việc điện năng được chuyển hóa thành nhiệt năng. Điều đó có ý nghĩa quan trọng trọng vật lý hiện đại. Được ứng dụng rộng rãi trong đời sống để sản xuất ra nhiều thiết bị phục vụ đời sống. 

Qua đó, ta có được nhận xét rằng điện năng có thể biến đổi thành nhiệt năng. Điện năng được biến đổi thành hai dạng nhiệt năng khác nhau nhưng lại rất quen thuộc mà bạn không để ý. Nó có mặt ở xung quanh chúng ta hàng ngày hàng giờ. 

Định luật Jun-len-xơ một phần điện năng biến thành nhiệt năng

Trường hợp một phân điện năng được biến đổi thành nhiệt năng. Đây là hiện tượng mà trong thí nghiệm của hai nhà phát hiện ra định luật Jun-len-xơ này của nhà vật lý đã nhận xét được. Nhưng phần nhiệt năng sau khi bị biến đổi đó gồm hai loại là biến thành nhiệt năng và cơ năng hoặc biến đổi thành nhiệt năng và ánh sáng. 

Phát hiện này có vai trò vô cùng quan trọng trong việc trong việc ứng lý thuyết vật lý vào đời sống hằng ngày. Là cơ sở cho các nghiên cứu, ứng dụng vào việc sản xuất các thiết bị sử dụng dòng điện biến đổi từ định luật này. 

Toàn bộ điện năng được biến đổi hoàn toàn thành nhiệt năng 

Khi toàn bộ điện năng biến đổi thành cơ năng sẽ không còn các hiện tượng biến đổi thành cơ năng hay ánh sáng. Do đó nó tỏa ra một lượng nhiệt cực kỳ lớn. Ngày nay người ta ứng dụng việc đó vào việc sản xuất các thiết bị phục vụ nhu cầu của con người mà cần nhiệt lớn. 

Công thức định luật 

Jun-len-xơ là một định luật hết sức quan trọng. Do đó, nó được giảng dạy cho tất cả học sinh Việt Nam lại các trường học một cách khái quát, đây cũng là một định luật trọng điểm trong chương trình các lớp có học định luật này. Công thức tính nhiệt lượng tỏa ra trên dây dẫn của định luật này như sau: Q = R.I2.t. Trong đó. 

• Q là nhiệt lượng tỏa ra trên dây dẫn cần tính. Đơn vị tính là Jun (J).
• R là điện trở dây dẫn. Đơn vị tính là ôm (Ω).
• I là cường độ của dòng điện. Đơn vị tính là ampe (A).
• t là thời gian mà dòng điện chạy qua dây dẫn được tính với đơn vị là giây (s).

Lưu ý hết sức quan trọng khi sử dụng công thức này đó là bạn phải để ý đến các đơn vị của các dữ liệu đưa vào tính toán. Các mối quan hệ về đơn vị của dữ liệu phải được đảm bảo. Dễ dàng nhận thấy nhất là mối quan hệ giữa đơn vị jun và calo. Do đó, nếu đơn vị chưa đúng với công thức mà đề bài yêu cầu, bạn phải quy đổi theo các tỷ lệ tương ứng.  

Đây là một công thức trọng tâm mà các bạn học sinh cần thuộc để giải được các bài tập trên lớp. Ngoài ra, việc ứng dụng công thức này trong đời sống hằng ngày rất thường xuyên. Đặc biệt là các kỹ sư sản xuất, chế tạo và phát triển các thiết bị điện tử biến đổi điện năng. 

Áp dụng định luật Jun-len-xơ vào đời sống 

Ở trên chúng tôi luôn nhắc lại rằng định luật này có vai trò cực kỳ lớn trong đời sống. Sau đây chúng tôi sẽ nói rõ hơn từng chức năng hữu ích của định luật nổi tiếng này bạn nhé! 

Định luật làm căn cứ sản xuất thiết bị và ứng dụng cuộc sống

Định luật nó cho biết mối quan hệ của nhiệt lượng tỏa ra, điện trở của dây dẫn và cường độ dòng điện đi qua sợi dây dẫn. Hiểu được định luật Jun-len-xơ một cách khoa học và chính xác nhất giúp các kỹ sư thiết kế các thiết bị điện phù hợp và an toàn. Tránh được các hiện tượng không mong muốn như điện giật hay cháy nổ có thể xảy ra. 

Tính toán được nhiệt năng tỏa ra từ công thức được rút ra qua thí nghiệm của hai nhà vật lý. Do đó, việc lựa chọn được được vật liệu cho các thiết bị ứng dụng sự tỏa nhiệt được thực hiện nhanh chóng và dễ dàng hơn. Thường các vật liệu để làm các thiết bị áp dụng sự biến đổi điện năng thành nhiệt năng thì phải sử dụng loại dây dẫn Nikelin hoặc là Constantan.  

Đây là một trong căn cứ lý thuyết ứng dụng vào đời sống vĩ đại nhất từ trước đến nay. Định luật này không bao giờ là lỗi thời hay mất đi giá trị ban đầu của nó. Mà ngược lại, còn được làm căn cứ lý thuyết sản xuất ra rất nhiều thiết bị tiên tiến và hiện đại. Giá trị lý thuyết này vẫn luôn được phát triển, phát huy và ứng dụng một cách rộng rãi.

Làm các thiết bị được ra đời nhờ áp dụng định luật này 

Như đã nói các ứng dụng từ định luật Jun-len-xơ này thường là dùng để sản xuất các thiết bị gia dụng là chính. Ngoài ra, gồm các thiết bị khác để sản xuất hàng hóa kinh doanh. Giữ một vai trò cực kỳ quan trọng trong thời đại ngày nay. 

Một trong những ứng dụng có mặt sớm nhất và được gọi là thay đổi thế giới đó chính là sản xuất ra bóng đèn dây tóc. Sợi đốt của bóng đèn từ điện năng và chuyển đổi thành một phần nhiệt năng và ánh sáng. 

Nó còn được áp dụng trong các kỹ thuật an toàn điện. Ứng dụng thành tựu mà nghiên cứu về định luật này mang lại, người ta đã sản xuất ra cầu chì. Nó hoạt động như một thiết bị an toàn dùng để ngắt mạch khi dòng điện quá tải. Đây là một ứng dụng vô cùng tuyệt vời giúp ngăn chặn các nguy cơ cháy nổ trên các thiết bị điện.

Có thể rất ít người biết đến ứng dụng này của định luật Jun-len-xơ. Tưởng chừng như chẳng liên quan gì đến nhau nhưng nhiệt Jun lại có một vai trò hết sức quan trọng trong ngành sản xuất thực phẩm. Nó được ứng dụng để tiệt trùng thực phẩm, đảm bảo thực phẩm được bảo quản an toàn và sạch sẽ.

Ngoài những thiết bị mang tính biểu tượng trong việc ứng dụng định luật này. Các thiết bị khác ứng dụng thành tựu từ định luật này như máy nước nóng, ấm điện, máy sưởi ấm và rất nhiều ứng dụng khác trong đời sống hằng ngày. 

Kết luận 

Quả thật đây là một định luật Vật lý hết sức thú vị phải không nào? Định luật Jun-len-xơ đã góp phần thay đổi thế giới bằng các ứng dụng tuyệt vời của nó trong đời sống. Và vai trò của hai nhà phát hiện ra định luật này cũng cực kỳ là to lớn.