Joule-Lenzov zakon
Svladavajući otpor žice, električna struja obavlja rad, pri čemu se u žici stvara toplina. Slobodni elektroni u svom kretanju sudaraju se s atomima i molekulama, a tijekom tih sudara mehanička energija elektrona koji se kreću pretvara se u toplinsku energiju.
Ovisnost toplinske energije o jakosti struje u vodiču određena je Joule-Lenzovim zakonom. Kada električna struja teče kroz žicu, količina topline koju stvara struja u žici izravno je proporcionalna jakosti struje uzeta na drugu potenciju, veličini otpora žice i trajanju struje .
Ako je količina topline označena slovom Q, jakost struje u a je A, otpor u ohmima — R i vrijeme u sekundama — t, tada se matematički Joule-Lenzov zakon može predstaviti na sljedeći način:
Q = aI2Rt
NSza a = 1, količina topline Q bit će džula. NSpa a = 0,24 dobiva se količina topline Q u malim kalorijama. Faktor 0,24 pojavljuje se u formuli jer struja od 1 A u žici otpora 1 ohma traje 1 sekundu. daje 0,24 male kalorije topline. Mala kalorija služi kao jedinica za mjerenje količine topline. Mala kalorija jednaka je količini topline potrebnoj za zagrijavanje 1 g vode za 1 °C.
Ovaj zakon su 1840. neovisno otkrili engleski fizičar James Joule i ruska fizičarka Emily Kristianovich Lenz. Ovaj fizikalni zakon određuje količinu topline Q koja se oslobađa u vodiču kada kroz njega prolazi električna struja.
Dakle, toplina se uvijek stvara u vodiču kada kroz njega teče struja. Međutim, ne smije se dopustiti pretjerano zagrijavanje žica i električnih uređaja jer će ih oštetiti. Pregrijavanje je posebno opasno kada kratki spoj vodova, odnosno u električnom spoju vodova koji opskrbljuju potrošača električnom energijom.
U slučaju kratkog spoja, otpor žica koje ostaju pod strujom obično je zanemariv, struja stoga doseže veliku snagu i toplina se oslobađa u tolikoj količini da uzrokuje nesreću. Za zaštitu od kratkog spoja i pregrijavanja, krug uključuje osigurači… Oni su mali komadići tanke žice ili ploče koji izgore čim struja dosegne određenu vrijednost. Izbor osigurača vrši se ovisno o površini poprečnog presjeka žica.
Vidi također: Kako strujni udar zagrijava žicu