二. 焦耳定律

在一段只有电阻的电路（我们常称之为纯电阻性电路）中，我们就可以应用欧姆定律来推导出两个重要的导出公式。

此式又叫焦耳定律。我们已经知道，电流具有热效应，也就是只要导体中的电流流过，导体就要发热，当然如果电流流过电阻时，电流要做功，而且电流所做的功都xx用来转化成内能，也就是用来产生热量。这时我们可以用下列公式中任意一个来计算电流流过导体时所产生的热量。

    如果电流流过的是一个电动机，电流所做的功并没有xx用来转化成内能，还转化成了其它形式的能，内能只占能量转化中的一部分。这种电路叫做非纯电阻性电路。这时电流产生的热量怎样计算呢？我们来看下面的实验：

①实验装置如图所示，R_A＞R_B，R_B=R_C，通电后，从电流表的示数可知道I的数值可知I_A=I_B，I_B＜I_C。

　　②该实验的目的是研究电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关。

　　③该实验的原理是当电流通过电阻丝A、B、C时，电流产生的热量就使三个瓶中的煤油温度升高、体积膨胀，瓶塞上面原来一样高的液柱就会逐渐上升。电流产生的热量越多，液面就会上升得越高。我们可以通过三个管中液面上升的高度比较电流产生的热量。

　　④闭合一段时间开关，记录下在同一时刻三管中煤油液面的高低情况：h_C>h_A>h_B。

　　⑤分析：

　　比较A、B两瓶，I、t相同，R不同，R_A＞R_B；玻璃管中煤油上升的高度不同，h_A＞h_B，说明在通电电流和通电时间相同的条件下，电阻越大，电流产生的热量越多。比较B、C两瓶，电阻相同，流过的电流不同，电流大的产生的热量多。

　　由此我们可以得出：在电阻和通电时间相同的条件下，电流越大，电流产生的热量越多，进一步的研究表明产生的热量与电流的平方成正比。

上述实验中，若通电时间越长，瓶中煤油上升得越高。所以我们可以得出：在通电电流和电阻相同的条件下，通电时间越长，电流产生的热量越多。

英国物理学家焦耳通过大量的实验，总结出关于电流流过导体时产生热量的实验定律叫做焦耳定律。

　　①内容：电流通过导体产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。

②公式：Q=I²Rt。

③单位：

I—安，R—欧，t—秒，Q—焦。

焦耳定律适用于任何用电器（电路）的热量计算。

例如，一台洗衣机的电动机机械功率为120W，电阻为100欧，在 220V电压下工作，通过它的电流为0.6A，求：(1)通电10min它消耗多少电能？(2)它在10min内产生的热量是多少？（3）这台电动机的机械能转化效率是多少？

分析:要计算电动机消耗的电能，可计算电流做功，电流做了多少功，就消耗了多少电能。因电动机消耗的电能没有全部转化为热，因此发热和消耗的电能并不相等。所以我们必须用电功的定义式去计算。

解：(1)W=UIt=220V×0.6A×600s=7.92×10⁴J。

(2)因为电流通过电动机时，只有一小部分电能转化为内能，而大部分的电能转化成机械能了。要想求电动机在10min内产生的热量，要利用公式Q=I²Rt计算。Q=I²Rt=(0.6A)²×100欧×600s=2.16×10⁴J

(3)电流所做的功一部分转化成了内能，一部分转化成了机械能。W_机=W—Q=7.92×10⁴J—2.16×10⁴J=5.76×10⁴J。η= W_机/W=72.7%

在日常生活中我们有这样的经验：一个白炽灯连接在电路中正常工作，灯丝热得发红，而与之相连接的导线却不怎么热，这是为什么呢？因为电线和灯串联，通过它们的电流是一样大，又因为灯的电阻比电线的大得多，所以根据焦耳定律Q=I²Rt可知，在相同时间内电流通过灯产生的热量比通过电线产生的热量大得多。因此，灯泡热得发光，而电线却感觉不到热。而一个大功率的电炉连接在电路中时，和电炉相连的电线就会显著发热。这则是因为：照明电路的电压是一定的，由P=UI可知，电路中接入大功率电炉时，通过的电流大，在电线的电阻相同的情况下，跟电炉相连的电线中通过的电流比跟灯泡相连的电线中通过的电流大得多。所以根据焦耳定律Q=I²Rt可知，在相同的时间内，电流通过跟电炉相连的电线产生的热量比通过跟灯泡相连的电线产生的热量大得多。因此跟电炉相连的电线显著发热，有可能烧坏它的绝缘皮，甚至引起火灾。

各种用电器里都有导体，只要电流通过导体，导体就要发热，那么，应该怎样正确使用家用电器呢？例如，家用电器连续工作较长时间后，要停用一会儿，这是为了散热，防止用电器的温度过高而烧坏；而电器长期停止使用时，隔一段时间又要通电，这是利用电热来驱潮。

电热既可供我们利用，也要防止它造成的危害。

　　（1）电热的利用。主要是制成了电热器。

　　①电热器的原理：利用电热进行加热的设备。如，电烙铁、电烫斗、电饭锅、电烤炉等。

　　②电热器的主要组成部分：

　　电热器的主要组成部分是发热体，发热体是由电阻率大、熔点高的电阻丝绕在绝缘材料上做成的。

　　③电热器的优点：

　　电热器有许多优点，它清洁卫生，没有环境污染，热效率高，有的还可以方便地控制和调节温度。

　　（2）防止电热的危害

　　①电热的危害：电线中电流过大时，电热会使绝缘材料迅速老化，甚至燃烧起火。用电器，如不采取散热措施，会被烧坏。

　　②防止电热的危害的措施

有的电动机里装有风扇，电视机、收音机机壳上有散热窗等。