De wet van Joule-Lenz
Door de weerstand van de draad te overwinnen, werkt de elektrische stroom wel, waarbij warmte in de draad wordt gegenereerd. Vrije elektronen botsen tijdens hun beweging met atomen en moleculen, en tijdens deze botsingen wordt de mechanische energie van de bewegende elektronen omgezet in thermische energie.
De afhankelijkheid van thermische energie van de sterkte van de stroom in de geleider wordt bepaald door de wet van Joule-Lenz. Wanneer een elektrische stroom door een draad stroomt, is de hoeveelheid warmte die wordt gegenereerd door de stroom in de draad rechtevenredig met de sterkte van de stroom naar de tweede macht, de grootte van de weerstand van de draad en de duur van de stroom .
Als de hoeveelheid warmte wordt aangegeven met de letter Q, de stroomsterkte in a is A, weerstand in ohm - R en tijd in seconden - t, dan kan de wet van Joule-Lenz wiskundig als volgt worden weergegeven:
Q = aI2Rt
NSvoor a = 1 is de hoeveelheid warmte Q joules. NSpa a = 0,24 de hoeveelheid warmte Q wordt verkregen in kleine calorieën. De factor 0,24 verschijnt in de formule omdat een stroom van 1 A in een draad van weerstand 1 ohm gedurende 1 seconde. geeft 0,24 kleine calorieën warmte af. Een kleine calorie dient als eenheid voor het meten van de hoeveelheid warmte. Een kleine calorie is gelijk aan de hoeveelheid warmte die nodig is om 1 g water 1 °C te verwarmen.
Deze wet werd in 1840 onafhankelijk van elkaar ontdekt door de Engelse natuurkundige James Joule en de Russische natuurkundige Emily Kristianovich Lenz. Deze natuurkundige wet bepaalt de hoeveelheid warmte Q die vrijkomt in een geleider wanneer er een elektrische stroom doorheen gaat.
Er wordt dus altijd warmte gegenereerd in een geleider als er stroom doorheen gaat. Overmatige verhitting van draden en elektrische apparaten mag echter niet worden toegestaan, omdat deze hierdoor beschadigd raken. Oververhitting is vooral gevaarlijk wanneer kortsluiting draden, dat wil zeggen in de elektrische verbinding van draden die elektrische energie leveren aan de consument.
In het geval van kortsluiting is de weerstand van de draden die onder de stroom blijven meestal verwaarloosbaar, de stroom bereikt daarom een grote kracht en er komt zoveel warmte vrij dat dit een ongeluk veroorzaakt. Ter bescherming tegen kortsluiting en oververhitting is de schakeling inbegrepen zekeringen… Het zijn kleine stukjes dunne draad of plaat die verbranden zodra de stroom een bepaalde waarde bereikt. De keuze van zekeringen wordt gemaakt afhankelijk van de dwarsdoorsnede van de draden.