ПРИБОР ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ ЗАКОНА ДЖОУЛЯ В ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ФОРМЕ
DEVICE FOR DEMONSTRATING JOULE'S LAW IN DIFFERENTIAL FORM

Изобретение относится к лекционным демонстрационным устройствам, обеспечивающим наглядность при изучении раздела электричества в курсе общей физики университетов.
Известен прибор для демонстрации закона Джоуля, содержащий белый экран, стеклянную трубку U-образной формы, заполненную подкрашенной жидкостью, и источник питания (см. документ CN 202871153 U, G09B 23/16, 10.04.2013, реферат, фиг.1).
Техническим результатом изобретения является повышение демонстрационных возможностей.
Указанный технический результат достигается тем, что прибор для демонстрации закона Джоуля в дифференциальной форме включает белый экран, стеклянную трубку U-образной формы с изменяющейся по длине площадью сечения S с прогнутой вверх узкой средней частью трубки, заполненной подкрашенным темной краской насыщенным раствором медного купороса, которая через медные контакты и источник света подключена к сети напряжением 220 В, при этом  выделение тепловой энергии в узком месте трубки наблюдается возникновением хорошо видимого пузырька пара и выключением источника света.
3
2
При прохождении тока I по проводнику с сечением S, изменяющемся по длине проводника, выделение тепловой энергии в различных местах будет различным. Закон Джоуля (Джоуля-Ленца) в дифференциальной форме определяет тепловую энергию, выделяющуюся в данной точке (данном месте) проводника с током. По закону Джоуля в дифференциальной форме удельная тепловая мощность w (Вт/м) в данной точке проводника пропорциональна удельному сопротивлению вещества проводника ρ и квадрату плотности тока j=I/S (А/м) в данной точке проводника.
2
w=ρ⋅j
Прибор для демонстрации закона Джоуля в дифференциальной форме представляет собой стеклянную трубку U-образной формы 1. Площадь сечения S трубки изменяется по длине и узкая средняя часть трубки прогнута вверх. Трубка заполнена подкрашенным темной краской насыщенным раствором медного купороса. Через медные контакты 2 трубка подключается в сеть 3 напряжением 220В. В соответствии с законом Джоуля в дифференциальной форме наибольшее выделение тепловой энергии происходит в наиболее узком месте трубки. Через 20-25 секунд после включения прибора в сеть раствор в узком месте закипает с образованием пузырька пара 4, хорошо наблюдаемого на белом фоне экрана 5. При образовании пузырька пара цепь размыкается и гаснет источник света 6, показывающий прохождение тока в цепи. Через 10-15 секунд вследствие конденсации пара пузырек исчезает, электрическая цепь прибора замыкается, источник света 6 включается, прибор готов к повторной демонстрации.
3
Прибор удобен в применении и обладает хорошей наглядностью при демонстрации закона Джоуля. Прибор не требует дополнительной подготовки перед его демонстрацией. Прибор имеет относительно небольшие размеры (25*10*25) см, и удобен при хранении и переноске. Демонстрация данного прибора не требует использование специальных источников постоянного или переменного напряжения, что является несомненным удобством при использовании прибора. Прибор при демонстрации непосредственно включается в сеть переменного напряжения 220В.