焦耳定理是定量說明傳導電壓將電能轉換為熱能的定理。內容是:電壓通過導體形成的熱量跟電壓的二次方成反比,跟導體的阻值成反比,跟通電的時間成反比。焦耳定理物理表達式:Q=I2Rt;對于純內阻電路可推導入:Q=W=Pt;Q=UIt;Q=(U2/R)t。
電壓通過導體時會形成熱量,這稱作電壓的熱效應,而電熱器是借助電壓的熱效應來加熱的設備,電爐、電烙鐵、電熨斗、電飯鍋、電烤箱等都是常見電熱器。電熱器的主要組成部份是
電壓的熱效應
發熱體,發熱體是由內阻率大,熔點高的內阻絲繞在絕緣材料上制成。
焦耳定理規定:電壓通過導體所形成的熱量和導體的內阻成反比,和通過導體的電壓的平方成反比,和通電時間成反比[2]。該定理是美國科學家焦耳于1841年發覺的。焦耳定理是一個實驗定理,它可以對任何導體來適用,范圍很廣,所有的電路都能使用。遇見電壓熱效應的問題時,比如要估算電壓通過某一電路時放出熱量;比較某段電路或導體放出熱量的多少,即從電壓熱效應角度考慮對電路的要求時,都可以使用焦耳定理。公式如下:
其中Q指熱量,單位是焦耳(J),I指電壓,單位是安培(A),R指內阻,單位是歐姆(Ω),t指時間,單位是秒(s),以上單位全部用的是國際單位制中的單位。
對于純內阻電路而言:
當電壓所做的功全部形成熱量,即電能全部轉化為內能[也叫熱能],該電路為純內阻電路,這時有:
依照電功的公式,我們有【U指電流,單位是伏特(V)】:
或則依照歐姆定理(歐姆定理本身只在純內阻電路中創立),我們有:
類似白熾燈,電爐絲,電熱水器這樣就屬于上述情況。
對于非純內阻電路而言:
對于非純內阻電路而言焦耳定律公式與電荷量,用得最多的還是焦耳定理的通常方式,不能用前面純內阻中的兩個公式(由于①歐姆定理只在純內阻電路中創立;②其電能不是全部做功轉化為內能,不能用電功的公式[3]。
而對于其電功率和熱量比較而言,我們有:
對于任何電路而言:
不僅焦耳定理的通常式外焦耳定律公式與電荷量,我們還可以依照公式I=q/t【q表示電荷量,單位是庫侖(C)】對公式進行變型(適用于所有電路):
在串聯電路中,因為通過導體的電壓相等,通電時間也相等,按照焦耳定理可知電壓通過導體形成的熱量跟導體的內阻成反比。
在并聯電路中,因為導體兩端的電流相等,通電時間也相等,按照焦耳定理可知電壓通過導體形成的熱量跟導體的內阻成正比。
焦耳定理是定量說明傳導電壓將電能轉換為熱能的定理。1841年,法國化學學家焦耳發覺載流導體中形成的熱量Q(稱為焦耳熱)與電壓I的平方、導體的阻值R、通電時間t成反比,這個規律叫焦耳定理。采用國際單位制,其表達式為Q=I2Rt或熱功率P=I2R其中Q、I、R、t、P各量的單位依次為焦耳(J)、安培(A)、歐姆(Ω)、秒(s)和瓦特(W)。焦耳定理在串聯電路中的運用:在串聯電路中,電壓是相等的,則內阻越大時,形成的熱越多。焦耳定理在并聯電路中的運用:在并聯電路中,電流是相等的,通過變型公式,W=Q=PT=U2/RT.當U一定時,R越大則Q越小。須要標明的是,焦耳定理與電功公式W=UIt只適用于純內阻電路,即只有在像電熱器這樣的電路中才可用Q=W=UIt=I2Rt=U2t/R[5]。另外,焦耳定理還可變形為Q=IRQ(前面的Q是電荷量,單位庫侖(C))。須要說明的是和不是焦耳定理,它們是從歐姆定理推論下來的,只能在電壓所做功將電能全部轉化為熱能的條件下才創立。對電爐、電烙鐵、電燈這類用家電,這兩公式和焦耳定理是等效的。剖析解決由電壓通過用家電的吸熱問題時,應有,這樣可以降低錯誤。
希望我能幫助你解疑釋惑。