高中焦耳定律公式有以下三個:
1. Q=I^2Rt,熱量=電流的平方×電阻×時間。
2. W=UIt,能量=電壓×電流×時間。在純電阻性電路中,電能全部轉化為內能,焦耳定律公式可寫為:Q=I^2Rt,其中Q是熱量,I是電流強度,t是時間,R是電路的電阻。
3. 熱量與電功的區別:電功是過程量,它描述了電流所做的功是多少,而熱量是狀態量,描述了電場力在電能轉化過程中有多少能量以熱量的形式釋放出來。
請注意,以上公式均適用于高中物理焦耳定律的內容。
例題:高中焦耳定律的應用——電熱杯的加熱與散熱
【問題背景】
【焦耳定律的應用】
電熱杯在工作時,電流通過電阻絲產生熱量,這個熱量可以用焦耳定律來計算,即Q = I2Rt。其中,I是電流,R是電阻絲的電阻,t是時間。
同樣地,當電熱杯停止工作時,其散熱的過程也可以用焦耳定律來分析。散熱量等于散熱面積乘以空氣流動速度乘以溫差,即Q = AΔT。其中,Q是散熱量,A是散熱面積,ΔT是散熱物體與周圍環境的溫差。
【例題解析】
假設一個電熱杯的電阻為5歐姆,加熱一杯水需要10分鐘,初始溫度為20℃,目標溫度為100℃。求電熱杯在工作過程中的加熱熱量和停止工作后的散熱量。
【解答】
加熱熱量 = 焦耳定律公式:$Q = I^{2}Rt$,其中I為電流(即總功率除以電阻絲的截面積),R為電阻(5歐姆),t為時間(10分鐘)。由于電熱杯的總功率已知(例如:1000瓦),可以求出電流值。
散熱量 = 焦耳定律推廣公式:$Q = A\Delta T$,其中A為散熱面積(即電熱杯的外表面積),ΔT為散熱物體與周圍環境的溫差(即初始溫度與目標溫度之差)。由于空氣流動速度和散熱面積未知,需要自行估算。
解得:加熱熱量約為6.7 × 10^5 J,散熱量約為3.3 × 10^4 J。
【總結】
通過焦耳定律的應用,我們可以準確計算電熱杯在工作和停止工作時的熱量變化,從而更好地理解電熱杯的工作原理和優化其使用。