Džaulio dėsniai yra du pagrindiniai pastebėjimai fiziko J. P. Džulio darbų kontekste: pirmasis apibrėžia elektros srovės skleidžiamos šilumos ryšį su srove, varža ir laiku, o antrasis — kaip idealiųjų dujų vidinėenergija priklauso nuo temperatūros bei nesikeičia vien dėl tūrio ar slėgio pasikeitimų, jei nekinta temperatūra.
Pirmasis Džaulio dėsnis – šiluma, skleidžiama elektros srovės
Pirmasis Džaulio dėsnis parodo, kiek šilumos (energijos) išskiria laidininkas, kuriuo teka elektros srovė. Jis pavadintas Džeimso Preskoto Džulio vardu ir pateikiamas formulėmis:
Q = I 2 ⋅ R ⋅ t {\displaystyle Q=I^{2}\cdot R\cdot t} 
- Kur Q — išskirta šilumos energija (Jouliais, J), I — elektros srovės stipris (amperais, A), R — laidininko elektrinė varža (omais, Ω), t — laikas (sekundėmis, s).
- Iš to seka galia P = I2·R (vatai, W), todėl Q = P·t. Taip pat galima rašyti Q = U·I·t arba Q = U2·t / R, kur U — įtampos kritimas ant laidininko (voltai, V).
Praktinis pavyzdys: jei per varžą teka I = 2 A, varža R = 10 Ω ir srovė teka t = 60 s, tai Q = I2·R·t = 4·10·60 = 2400 J. Tai reiškia, kad per minutę varža išskiria 2400 joulų šilumos.
Pastabos ir apribojimai: realiuose laidininkuose R gali priklausyti nuo temperatūros — šaltesni ar karštesni laidininkai keičia varžą, o tai paveikia šilumos išsiskyrimą. Džaulio dėsnis taikomas tiek nuolatinei, tiek kintamai srovei, jei naudojamos atitinkamos laiko vidurkio arba efektyvios reikšmės.
Antrasis Džaulio dėsnis – vidinė energija idealiųjų dujų
Antrasis Džaulio dėsnis (kartais vadinamas Džoulio eksperimentų išvada) teigia, kad idealiųjų dujų vidinėenergija priklauso tik nuo temperatūros, o ne tiesiogiai nuo tūrio ar slėgio, t. y. keičiantis tūriui ar slėgiui be temperatūros pokyčio (pvz., laisvas išsiplėtimas vakuume) vidinė energija nekinta.
- Matematiškai: U = n·cv·T (iki konstantos), kur n — molių skaičius, cv — molinis vidinio energijos šilumos talpos rodiklis pastoviame tūryje, T — temperatūra (Kelvinais, K).
- Konkrečiam atvejui: monatominiams idealiems dujoms cv = 3/2·R (R — universalioji dujų konstanta 8,314 J·mol−1·K−1), taigi molinė vidinė energija U_m = (3/2)·R·T. Pvz., 1 mol monatominių dujų prie T = 300 K turi U ≈ 1·(3/2)·8,314·300 ≈ 3740 J.
Šis dėsnis grindžiamas Džoulio eksperimentais, kuriuose buvo stebima, kad laisvai išsiplečiant dujoms vakuume (be darbo ir be šilumos mainų) jų temperatūra praktiškai nesikeičia — todėl jų vidinė energija liko pastovi. Tai svarbus idealiosios dujų modelio požymis.
Taikymas, reikšmė ir ribotumai
- Pirmasis Džaulio dėsnis plačiai naudojamas šildytuvų, kaitinimo elementų, saugiklių ir elektros grandinių šiluminių nuostolių skaičiavimui.
- Antrasis dėsnis yra bazinis termodinamikos principas, supaprastinantis dujų šiluminius skaičiavimus (pvz., apskaičiuoti, kiek energijos reikia įkaitinti dujas arba kiek vidinė energija keičiasi keičiant temperatūrą).
- Ribotumai: realios dujos ir medžiagos turi tarpmolekulinius sąveikos potencialus, todėl jų vidinė energija gali priklausyti ir nuo tūrio/slėgio — ypač esant dideliems slėgiams arba žemoms temperatūroms (pvz., kondensacija, kritinė būsena). Taip pat pirmojo dėsnio taikymas reikalauja atsižvelgti į varžos priklausomybę nuo temperatūros ir į galimus šilumos nuostolius į aplinką.
Trumpas santrauka
Pirmasis Džaulio dėsnis (Q = I2·R·t) susieja elektrinės srovės tekėjimo metu išsiskiriančią šilumą su srove, varža ir laiku. Antrasis Džaulio dėsnis teigia, kad idealiųjų dujų vidinė energija priklauso tik nuo temperatūros (U = n·cv·T) — tai yra svarbus idealios dujų teorijos pagrindas. Abu dėsniai yra praktiškai naudingi, tačiau taikant juos realioms medžiagoms reikia atsižvelgti į papildomas sąlygas ir apribojimus.