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[!--downpath--]焦耳定理[1]：它是定量解釋電能通過傳導(dǎo)電壓轉(zhuǎn)化為熱能的定理。 ①書面表達，電壓通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電壓的平方成反比，與導(dǎo)體的電阻成反比，與通電時間成反比。 ②公式：焦耳定理物理表達式：Q=I2Rt，導(dǎo)入公式包括Q=UIt和Q=U2/R×t。 前面的公式是普遍適用的公式，導(dǎo)入的公式適用于純內(nèi)阻電路。 ③注意問題：電壓所做的功全部形成熱，即電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，則Q=W。 電加熱器和白熾燈屬于上述類別。 ④串聯(lián)電路中，導(dǎo)體兩端的電壓相等。 通電時間也相等。 根據(jù)焦耳定理可知，導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與內(nèi)阻成反比，即： ⑤并聯(lián)電路中，導(dǎo)體兩端電流相等，通電時間也是相等的。 根據(jù)依據(jù)，可知電壓通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與導(dǎo)體的內(nèi)阻成反比，即： ⑥電加熱器：靠電壓的熱作用而發(fā)熱的裝置。 電爐、電烙鐵、電熨斗、電飯鍋、電烤箱都是常見的電加熱器。 電加熱器的主要部件是發(fā)熱體，它是由內(nèi)阻高、熔點高的內(nèi)阻絲纏繞在絕緣材料上制成的。 焦耳定理是定量描述通過傳導(dǎo)電壓將電能轉(zhuǎn)化為熱能的定理。 1841年，美國化學(xué)家焦耳發(fā)現(xiàn)，載流導(dǎo)體中形成的熱量Q（稱為焦耳熱）與電壓I、導(dǎo)體內(nèi)阻R和通電時間t的平方成反比。 該定律稱為焦耳定理。 采用國際單位制，其表達式為Q=I2×Rt或熱功率P=I2×R，其中Q、I、R、t、P的單位為焦耳、安培、歐姆、秒、瓦。
焦耳定理是設(shè)計電照明、電加熱設(shè)備和估算各種電氣設(shè)備溫升的重要公式。 焦耳定理在串聯(lián)電路中的應(yīng)用：串聯(lián)電路中，電壓相等，內(nèi)阻越大，形成的熱量就越多。 焦耳定理在并聯(lián)電路中的應(yīng)用：在并聯(lián)電路中，電流相等。 通過修改后的公式，W=Q=Pt=U2/R×t，當(dāng)U一定時，R越大，Q越小。 需要注意的是，焦耳定理和電功率公式W=UIt適用于任何設(shè)備和發(fā)熱的估算，即只有在電加熱器（純內(nèi)阻電路）這樣的電路中才能Q=W=UIt=Q =I2Rt= U^2/R×t。 另外，焦耳定理也可以轉(zhuǎn)化為Q=IRQ（前面的Q是電荷焦耳定律Q是什么，單位是庫侖（c））。 圖為焦耳定理的實驗圖。 一、正確理解和使用焦耳定理焦耳定理是一個實驗定理，有著廣泛的應(yīng)用范圍。 當(dāng)遇到電壓熱效應(yīng)問題時，例如估算電壓通過某個電路時釋放的熱量； 比較某一電路或?qū)w所釋放的熱量，即從電壓熱效應(yīng)的角度考慮電路的要求時，可采用焦耳定理。 從焦耳定理的公式可以看出，電壓通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與電壓硬度的平方成反比，與導(dǎo)體內(nèi)阻成反比，與通電時間成反比。 如果電壓所做的功全部用來形成熱量。 即，W=UIt。 根據(jù)歐姆定理，有W=I2Rt。 需要說明的是，W=U2/Rt和W=I2Rt不是焦耳定理，而是由歐姆定理推導(dǎo)出來的，只有在電壓所做的功全部轉(zhuǎn)化為熱能的情況下才能成立。
對于電爐、電烙鐵、電燈等家用電器來說，這兩個公式相當(dāng)于焦耳定理。 當(dāng)使用焦耳定理公式進行估算時，公式中的每個化學(xué)量應(yīng)對應(yīng)于同一導(dǎo)體或同一段電路，這與使用歐姆定理時的對應(yīng)關(guān)系相同。 當(dāng)標題中出現(xiàn)多個數(shù)學(xué)量時，應(yīng)在其上添加鉸鏈以顯示差異。 注：W=UIt=Pt 適用于所有電路，而 W=I2Rt=U2/Rt 僅用于純內(nèi)阻電路（均用于發(fā)熱）。 焦耳定理實驗采用的數(shù)學(xué)實驗方法是研究電壓通過導(dǎo)體時產(chǎn)生的熱量與導(dǎo)體電阻之間的關(guān)系。 由于我們無法直接觀察到電壓產(chǎn)生了多少熱量，所以我們可以間接觀察瓶中的液體。 觀察，這些技術(shù)稱為轉(zhuǎn)換方法。 在這個實驗中，一共涉及到三個化學(xué)量——電流、內(nèi)阻和熱量焦耳定律Q是什么，而我們只需要研究熱量和內(nèi)阻的關(guān)系，所以我們需要保持電壓恒定（所以我們將兩個內(nèi)阻連接在系列）為了不影響結(jié)果，這些技術(shù)稱為控制變量方法。