焦耳定律

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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,则电阻大的用电器产生的热越多。

 

  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=(U^2/R)×t,当U定时,R大的用电器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=UItq=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))。

 

  在热力学中指,气体的内能只是温度的函数,与体积无关。即内能对体积的偏导数为零。

 

  焦耳定律是一个实验定律它可以对任何导体来,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^2Rt

 

  需要说明的是W=U^2/RtW=I^2Rt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^2Rt=U^2/Rt只用于纯电阻电路(全部用于发热)。

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