焦耳定律[1]:是定量說明傳導(dǎo)電流將電能轉(zhuǎn)換為熱能的定律.
?、傥淖?jǐn)⑹?電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的平方成正比,跟導(dǎo)體的電阻成正比,跟通電的時間成正比.
②公式:焦耳定律數(shù)學(xué)表達(dá)式:Q=I²Rt,導(dǎo)出公式有Q=UIt和Q=U²/R×t.前式為普遍適用公式,導(dǎo)出公式適用于純電阻電路.
?、圩⒁鈫栴}:電流所做的功全部產(chǎn)生熱量,即電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,這時有Q=W.電熱器和白熾電燈屬于上述情況.
?、茉诖?lián)電路中,因為通過導(dǎo)體的電流相等.通電時間也相等,根據(jù)焦耳定律,可知導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電阻成正比,即
⑤在并聯(lián)電路中,導(dǎo)體兩端的電壓相等,通電時間也相等,根據(jù),可知電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟導(dǎo)體的電阻成反比,即
?、揠姛崞?利用電流的熱效應(yīng)來加熱的設(shè)備,電爐、電烙鐵、電熨斗、電飯鍋、電烤爐等都是常見電熱器.電熱器的主要組成部分是發(fā)熱體,發(fā)熱體是由電阻率大,熔點高的電阻絲繞在絕緣材料上制成.
焦耳定律是定量說明傳導(dǎo)電流將電能轉(zhuǎn)換為熱能的定律.
1841年,英國物理學(xué)家焦耳發(fā)現(xiàn)載流導(dǎo)體中產(chǎn)生的熱量Q(稱為焦耳熱)與電流 I 的平方、導(dǎo)體的電阻R、通電時間 t成正比,這個規(guī)律叫焦耳定律.
采用國際單位制,其表達(dá)式為Q=I²×Rt或熱功率P=I²×R其中Q、I、R、t、P各量的單位依次為焦耳、安培、歐姆、秒和瓦特.
焦耳定律是設(shè)計電照明,電熱設(shè)備及計算各種電氣設(shè)備溫升的重要公式.
焦耳定律在串聯(lián)電路中的運用:
在串聯(lián)電路中,電流是相等的,則電阻越大時,產(chǎn)生的熱越多.
焦耳定律在并聯(lián)電路中的運用:
在并聯(lián)電路中,電壓是相等的,通過變形公式,W=Q=Pt=U²/R×t,當(dāng)U定時,R越大則Q越小.
需要注明的是,焦耳定律與電功公式W=UIt適任何元件及發(fā)熱的計算,即只有在像電熱器這樣的電路(純電阻電路)中才可用Q=W=UIt= Q=I²Rt =U^2/R×t.
另外,焦耳定律還可變形為Q=IRQ(后面的Q是電荷量,單位庫侖(c)).
圖為焦耳定律的實驗圖.
1.正確理解和使用焦耳定律
焦耳定律是一個實驗定律,它的適用范圍很廣.遇到電流熱效應(yīng)的問題時,例如要計算電流通過某一電路時放出熱量;比較某段電路或?qū)w放出熱量的多少,即從電流熱效應(yīng)角度考慮對電路的要求時,都可以使用焦耳定律.
從焦耳定律公式可知,電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流強度的平方成正比、跟導(dǎo)體的電阻成正比、跟通電時間成正比.
若電流做的功全部用來產(chǎn)生熱量.即W=UIt.
根據(jù)歐姆定律,有W=I²Rt.
需要說明的是W=U²/Rt和W=I²Rt不是焦耳定律,它們是從歐姆定律推導(dǎo)出來的,只能在電流所做功將電能全部轉(zhuǎn)化為熱能的條件下才成立.對電爐、電烙鐵、電燈這類用電器,這兩公式和焦耳定律是等效的.
使用焦耳定律公式進行計算時,公式中的各物理量要對應(yīng)于同一導(dǎo)體或同一段電路,與歐姆定律使用時的對應(yīng)關(guān)系相同.當(dāng)題目中出現(xiàn)幾個物理量時,應(yīng)將它們加上角碼,以示區(qū)別.
注意:W=UIt=Pt適用于所有電路,而W=I²Rt=U²/Rt只用于純電阻電路(全部用于發(fā)熱).
焦耳定律實驗所用到的物理實驗方法
如圖是研究電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與導(dǎo)體的電阻的關(guān)系
因為我們不能直接的觀察到電流到底產(chǎn)生了多少熱量,所以我們通過觀察瓶里的液體,間接的觀察,這種方法叫做 轉(zhuǎn)換法.
在這個實驗中,一共涉及到三個物理量——電流,電阻和熱量,而我們只需要研究 ,熱量和電阻的關(guān)系,所以,我們要保持電流一定(因此我們把兩個電阻串聯(lián))為了不影響結(jié)果,這種方法叫做 控制變量法.
誰介紹一下焦耳定律的公式?
誰介紹一下焦耳定律的公式?
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