焦耳定律

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焦耳定律

焦耳定律是定量说明传导电流将电能转换为热能的定律。内容是: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。焦耳定律数学表达式:Q=I^2;×Rt(适用于所有电路);对于纯电阻电路可推导出:Q=W=PT;Q=UIT;Q=(U^2/R)T

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,由于通过导体的电流相等,通电时间也相等,根据焦耳定律可知电流通过导体产生的热量跟导体的电阻成正比。 在并联电路中,由于导体两端的电压相等,通电时间也相等,根据焦耳定律可知电流通过导体产生的热量跟导体的电阻成反比。 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。 非纯电阻电路W=Pt=UIt

纯电阻电路:Q=W=Pt=UIt=u^2/R x t=I2Rt

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=I^2;×Rt或热功率P=I^2;×R其中QIRtP各量的单位依次为焦耳(J)、安培(A)、欧姆(Ω)、秒(s)和瓦特(W)。

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=I^2;Rt =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))。

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=I^2;Rt

需要说明的是W=U^2;/RtW=I^2;Rt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(纯电阻电路)。例如对电炉、电烙铁这类用电器,这两公式和焦耳定律才是等效的。

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=I^2;Rt=U^2;/Rt只用于纯电阻电路(全部用于发热)。

实验原理

焦耳定律是定量说明传导电流将电能转换为热能的定律。 1841年,英国物理学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=I^2*Rt或热功率P=I^2*RQIRtP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/RT.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只适用于纯电阻电路,即只有在像电热器这样的电路中才可用Q=W=UIt=I^2Rt=U^2t/R 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))。 1.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。 需要说明的是和不是焦耳定律,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。分析解决由电流通过用电器的放热问题时,应有,这样可以减少错误。 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。

电功和电热的关系

(1)纯电阻电路,电功等于电热即UIt=I^2Rt (2)非纯电阻电路中,电功大于电热即UIt>I^2Rt




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