電功、電功率、焦耳定律和熱功率都是與電學相關的概念。
1. 電功:反映電流做功的多少,是電流與電壓的乘積。電功的計算公式為W=UIt。
2. 電功率:反映電流做功的快慢,是電流的平方與時間的乘積。電功率的計算公式為P=I2R或P=U2/R。
3. 焦耳定律:反映電流通過電阻產生熱量,即電流在電阻上產生的熱量與電流、電阻和時間成正比。焦耳定律的計算公式為Q=I2Rt。
4. 熱功率:也稱為熱流量,是單位時間內通過導體截面的熱量。熱功率的計算公式為P=I2Rt或P=U2/Rt。
這些概念在電路分析、電器設備的工作原理和能量轉換等方面有重要的應用。
題目:小明家有一個標有“220V 1000W”的電熱器,他想在較短的時間內將質量為1kg,溫度為20℃的水加熱至沸騰,于是他先將電熱器接入家庭電路中,但過了一段時間后,發現水并沒有沸騰,于是他檢查了電路,發現沒有短路,也沒有漏電。請你通過計算和分析,說明原因。
【分析】
(1)已知電熱器的額定電壓和額定功率,根據$P = UI$求出工作電流;
(2)知道水的質量、初溫、末溫以及比熱容,根據吸熱公式$Q_{吸} = cm(t - t_{0})$求出水吸收的熱量;
(3)根據焦耳定律$Q = I^{2}Rt$求出電熱器產生的熱量與水吸收的熱量相比較,得出結論。
【解答】
解:($1$)電熱器的額定電流:$I = \frac{P}{U} = \frac{1000W}{220V} \approx 4.5A$;
($2$)水吸收的熱量:$Q_{吸} = cm(t - t_{0}) = 4.2 \times 10^{3}J/(kg \cdot^{\circ}C) \times 1kg \times (100^{\circ}C - 20^{\circ}C) = 3.36 \times 10^{5}J$;
($3$)電熱器產生的熱量:$Q_{放} = W = Pt = 1kW \times 360s = 3.6 \times 10^{5}J < Q_{吸}$,所以水沒有沸騰。
答:由于電熱器產生的熱量小于水吸收的熱量,所以水沒有沸騰。