焦耳定律_梁忠_新浪博客

焦耳定律[1]:是定量说明传导电流将电能转换为热能的定律。
文字叙述
  电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比,跟导体的电阻成正比,跟通电的时间成正比。
注意问题
  电流所做的功全部产生热量,即电能全部转化为内能,这时有Q=W。电热器和白炽电灯属于上述情况。
  在串联电路中,因为通过导体的电流相等。通电时间也相等,根据焦耳定律,可知导体产生的热量跟电阻成正比,即
  在并联电路中,导体两端的电压相等,通电时间也相等,根据,可知电流通过导体产生的热量跟导体的电阻成反比,即
  电热器:利用电流的热效应来加热的设备,电炉、电烙铁、电熨斗、电饭锅、电烤炉等都是常见电热器。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制成。
  焦耳定律是定量说明传导电流将电能转换为热能的定律。
定义
  1841年,英国物理学家焦耳发现载流导体中产生的热量Q(称为焦耳热)与电流 I 的平方、导体的电阻R、通电时间t成正比,这个规律叫焦耳定律。
  采用国际单位制,其表达式为Q=I²×Rt或热功率P=I²×R其中Q、I、R、t、P各量的单位依次为焦耳、安培、欧姆、秒和瓦特。
  焦耳定律是设计电照明,电热设备及计算各种电气设备温升的重要公式。
  焦耳定律在串联电路中的运用:
  在串联电路中,电流是相等的,则电阻越大时,产生的热越多。
  焦耳定律在并联电路中的运用:
  在并联电路中,电压是相等的,通过变形公式,W=Q=Pt=U²/R×t,当U定时,R越大则Q越小。
  需要注明的是,焦耳定律与电功公式W=UIt适任何元件及发热的计算,即只有在像电热器这样的电路(纯电阻电路)中才可用Q=W=UIt= Q=I²Rt =U^2/R×t。
  另外,焦耳定律还可变形为Q=IRQ(后面的Q是电荷量,单位库仑(c))。
  图为焦耳定律的实验图。
正确理解和使用焦耳定律
  焦耳定律是一个实验定律,它的适用范围很广。遇到电流热效应的问题时,例如要计算电流通过某一电路时放出热量;比较某段电路或导体放出热量的多少,即从电流热效应角度考虑对电路的要求时,都可以使用焦耳定律。
  从焦耳定律公式可知,电流通过导体产生的热量跟电流强度的平方成正比、跟导体的电阻成正比、跟通电时间成正比。
  若电流做的功全部用来产生热量。即W=UIt。
  根据欧姆定律,有W=I²Rt。
  需要说明的是W=U²/Rt和W=I²Rt不是焦耳定律,它们是从欧姆定律推导出来的,只能在电流所做功将电能全部转化为热能的条件下才成立。对电炉、电烙铁、电灯这类用电器,这两公式和焦耳定律是等效的。
  使用焦耳定律公式进行计算时,公式中的各物理量要对应于同一导体或同一段电路,与欧姆定律使用时的对应关系相同。当题目中出现几个物理量时,应将它们加上角码,以示区别。
  注意:W=UIt=Pt适用于所有电路,而W=I²Rt=U²/Rt只用于纯电阻电路(全部用于发热)。
焦耳定律实验所用到的物理实验方法
 如图是研究电流通过导体产生的热量与导体的电阻的关系
  因为我们不能直接的观察到电流到底产生了多少热量,所以我们通过观察瓶里的液体,间接的观察,这种方法叫做 转换法。
  在这个实验中,一共涉及到三个物理量——电流,电阻和热量,而我们只需要研究 ,热量和电阻的关系,所以,我们要保持电流一定(因此我们把两个电阻串联)为了不影响结果,这种方法叫做 控制变量法。

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