250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 89)

Định luật Joule về sự tỏa nhiệt do dòng điện

1840

James Prescott Joule (1818-1889)

Các bác sĩ phẫu thuật thường ăn nhờ Định luật Joule về sự tỏa nhiệt do dòng điện (mang tên nhà vật lí Anh James Joule), định luật nói rằng nhiệt lượng H sinh ra bởi một dòng điện không đổi trong một vật dẫn có thể được tính bằng công thức H = K·R·I²·t. Ở đây, R là điện trở của vật dẫn, I là cường độ dòng điện không đổi chạy qua vật dẫn, và t là thời gian dòng điện đi qua.

Khi các electron đi qua một vật dẫn có điện trở R nào đó, năng lượng điện động bị mất của các electron được truyền sang vật dẫn dưới dạng nhiệt. Lời giải thích cổ điển cho sự tỏa nhiệt này viện dẫn mạng lưới nguyên tử bên trong vật dẫn. Va chạm của các electron với mạng làm cho biên độ dao động nhiệt của mạng tăng lên, do đó làm tăng nhiệt độ của vật dẫn. Quá trình này được gọi là sự tỏa nhiệt Joule.

Định luật Joule và sự tỏa nhiệt Joule có vai trò trong các kĩ thuật điện phẫu hiện đại trong đó nhiệt tỏa ra tại đầu dò điện được xác định bằng Định luật Joule. Ở những dụng cụ như vậy, dòng điện chạy từ một “điện cực chủ động” qua mô sinh vật đến một điện cực trung hòa. Điện trở của mô được xác định bởi điện trở của diện tích tiếp xúc với điện cực chủ động (ví dụ như máu, cơ, hay mô chất béo) và điện trở ở đường dẫn toàn phần giữa điện cực chủ động và điện cực trung hòa. Trong điện phẫu, khoảng thời gian (t trong Định luật Joule) thường được kiểm soát bằng một công tắc tay hoặc một bàn đạp chân. Hình dạng chính xác của điện cực chủ động có thể dùng để tập trung nhiệt sao cho có thể dùng nó để cắt (ví dụ, với điện cực điểm nhọn), hoặc làm đông nhờ nhiệt khuếch tán tỏa ra bởi một điện cực có diện tích bề mặt lớn.

Ngày nay, Joule còn được nhớ tới vì đã giúp thiết lập rằng cơ năng, điện năng và nhiệt năng đều liên quan nhau và có thể biến đổi cho nhau. Bởi thế, ông đã cung cấp các xác nhận thực nghiệm cho nhiều thành phần của định luật Bảo toàn Năng lượng, còn gọi là Định luật thứ nhất của Nhiệt động lực học.

Ảnh James Joule.

XEM THÊM. Bảo toàn Năng lượng (1834), Định luật Fourier về dẫn nhiệt (1822), Định luật Ohm về dòng điện (1827), Bóng đèn nóng sáng (1878).

Định luật Joule và sự tỏa nhiệt Joule có vai trò trong các cuộn đun nước nhận chìm hiện đại, trong đó nhiệt tỏa ra được xác định theo định luật Joule.

250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí
Clifford A. Pickover
Bản dịch của Thuvienvatly.com
<< Phần trước | Phần tiếp theo >>